介绍

大气的二氧化碳气体——的浓度温室气体——近年来增加快于预期,甚至十年前最极端的预测。目前的碳排放,地球将经历大气二氧化碳水平在这个世纪以来,没有发生气候温暖的“温室”的3400万多年前。raybet雷竞技最新大气二氧化碳分压可能高达2000 ppmv2如果化石燃料排放仍然有增无减,所有化石燃料资源,和碳封存工作保持在现在的水平(坎普,2002;卡尔代罗和Wicket, 2003)。作为海洋学家罗杰雷夫尔50多年前指出的那样,人类正在启动一个不受控制的“伟大的地球物理实验”与地球观察燃烧化石燃料将如何影响气候的各个方面,地球化学,生态学(雷夫尔和休斯,1957)。raybet雷竞技最新尽管人类和自然环境的高风险将导致一个“冰库“地球“温室”条件,我们仍然只有一个贫穷的想法这个迅速接近温室的世界将是什么样子。然而,研究过去气候的国家提供一个未来愿景的气候和大raybet雷竞技最新量突然(几年到几十年)气候变化可能带来这些改变了气候条件。

这个预测大气中的二氧化碳增加关卡能以前所未有的rates-raises一系列重大问题直接对人类文明的影响:

•什么是空气和海洋的敏感性浅和深)温度大幅度增加的二氧化碳水平?

•将大气中的二氧化碳水平有多高,对这些高水平持续多长时间?

•如何快速做冰原衰变和消失,因此海平面变化有多迅速?如果北极永久成为无冰,这将如何影响温盐环流和区域和全球气候模式?raybet雷竞技最新

•有气候系统流程,目前并无明显的或理解,将成为重要的在一个raybet雷竞技最新变暖的世界?

•全球变暖将如何影响降雨和雪水平和洪水和干旱区域的后果将会是什么?

•将这些变化有什么影响海洋生物的多样性?和设备响应的陆生生态系统的影响是什么呢?

•气候变化已raybet雷竞技最新成为不可避免的吗?和多长时间反向投影的变化通过自然过程?

2大气浓度的碳dioxide-the气体的分压(二氧化碳分压)——ppmv为单位(ppm)。

地球的气候系统如何回应过raybet雷竞技最新去事件的增加,大气中的二氧化碳含量升高是这些问题的答案的关键元素。

温度响应增加二氧化碳

最近的合成显示气候“灵敏度”——全球平均地表温度的响应之间的raybet雷竞技最新大气中的二氧化碳levels-lies一倍1.5和6.2°C (Hegerl et al ., 2006;联合国政府间气候变化专门委员会,2007;汉森et al ., 2008)。这个范围的低端(< 3°C)是现代数据和依据古气候记录raybet雷竞技最新延长不超过了去年20000年前冰川最多,因此这些估计的因素只有短期气候feedbacks-such水蒸气,海冰,气溶胶操作sub-centennial时间尺度。raybet雷竞技最新raybet雷竞技最新气候敏感性,然而,可能是增强显著更高的大气中的二氧化碳和温暖条件下由于长期积极的反馈,通常是活跃在更长时间尺度(数千到数万年)(汉森et al ., 2008;Zachos et al ., 2008;帕加尼et al ., 2010)。这些生理和生化feedbacks-such冰原和陆地生物群落的变化以及温室气体释放从土壤和甲烷水合物在苔原和海洋sediments-however可能变得越来越更相关的人类时间尺度(几十年),持续的全球变暖(汉森和佐藤,2001;汉森et al ., 2008)。确定平衡气候敏感性的深层时间记录特定时期的二氧化碳升高和时间尺度的长期气候反馈发生这样一个至关重raybet雷竞技最新要的元素在评估气候理论更加全面和限制的大小和影响未来温度上升(框1.1)。

理解地球的过去

盒1.1

社会Effects-What预计温度变化的真正意思是什么呢?

全球气温预计将增加至少1°C,或者至多6°C(图1.1),到本世纪末(联合国政府间气候变化专门委员会,2007)。

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20世纪2000年不变的浓度

2007年SIPCC: WG1-AR4

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图1.1(彩色线)预测,不确定性的±1标准偏差(阴影),为未来的表面温升模型,使用不同的经济情况。场景A2代表“照常营业”,温度预计将上升2°C之间的世纪末和5.5°C如果没有努力限制二氧化碳水平的上升。固体酒吧在右边显示最好的估计(实线)和范围(阴影)为每个场景。来源:图SPM.5,页14 2007年气候变化:自然科学基础。raybet雷竞技最新工作组的贡献我的第四次评估报告政府间气候变化专门委员会。raybet雷竞技最新英国剑桥大学出版社、剑桥和纽约,美国

这个温室气体急剧上升的人类的后果很可能是实质性的,与降低已经干旱地区的降水,和广泛的社会,经济和健康影响(联合国政府间气候变化专门委员会,2007)。一个标准,以更好地欣赏这些影响是考虑大约0.2 - -0.5°C全球气温上升,陪同中世纪暖期在~公元1000年。这温和的温度上升导致草地和阻碍山毛榉森林在SW格陵兰岛峡湾,以及icefree航道,允许维京人在格陵兰岛在公元982 - 1400年之间。干旱在整个美洲和东南亚,同时用这个变暖事件中,被调用的是崩溃的一个因素阿纳萨奇人经典的玛雅,南美莫希文明,吴哥窟的高棉帝国(例如,Haug et al ., 2003;Hodell et al ., 2005;Zhang et al ., 2008;·爱克妲et al ., 2008)。

在全球平均气温的波动冰期-间冰期旋回主要变化引起的几十万年来大陆冰盖的面积范围和100 +米海平面变化,有些不妥间冰期时期到2 - 3°C比今天暖和(Otto-Bliesner et al ., 2006)。大规模的碳循环和整体的温室气体含量的变化,大气中的二氧化碳的变化包括50%,发生在应对间冰期(西格曼和也

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博伊尔,2000;Lea, 2004;Siegenthaler et al ., 2005),强调未来的潜力放大CO2-driven通过climate-CO2反馈全球变暖。raybet雷竞技最新事实上,估计温度响应所有现代营力,包括人类和自然诱发因素,指出潜在的~ 0.6到1.4°C的额外的变暖,没有额外的温室气体强迫——长期反馈,通常操作数千到数万年(例如,表面反照率的变化与冰盖的变化和植被覆盖率反馈)成为手术对人类时间尺度(汉森et al ., 2008)。从过去的温度上升,重大社会影响的大小比预期在本世纪增加明显的社会影响的问题,可能会导致未来的温度上升。

交变冰库和温室——地球气候的历史raybet雷竞技最新

地球是目前处于“冰室”而且气候状态continental-based冰原高纬度地区的特征raybet雷竞技最新。人类进化发生在这双相(即。在每个极冰盖)冰室(NRC, 2010),和文明出现在其最近的间冰期的阶段。这样的冰室,然而,占地球的历史远比“温室的状态(图1.2)。

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数百万年

图1.2虽然温暖温室条件(红褐色的间隔)主导过去的~地球10亿年的历史,有长时间冷却“冰室”条件(浅蓝色的间隔)包括间隔,有证据表明在一个或两个大陆冰盖波兰人(显示为深蓝色的酒吧)。中的问号Cryogenian反映与地理相关的不确定性的程度和持续时间推断冰川事件在此期间(Kendall et al ., 2009;艾伦和艾蒂安,2008)。Paleocene-Eocene热最大和Mid-Eocene热最大显示为红酒吧。当前冰室~ 3400万年前开始增加在南极洲冰川作用,加速与北半球冰期过去300万年。来源:编制基于米勒et al。(2003);Montanez et al。(2007), Bornemann et al。(2008);Brezinski et al。(2008);菲尔丁et al . (2008 a, 2008 b);Zachos et al。(2008); and Macdonald et al. (2010).

大多数古气候的研究集raybet雷竞技最新中在interglacial-glacial周期,占了上风,在过去二百万年的当前冰室,链接仪器记录最近的地质记录,利用直接记录保存在大气的气体大陆冰川。这些相对近期的(更新世)记录文件系统附近大气中温室气体的波动与大陆冰川体积变化,海平面,海洋温度。他们的十年——millennial-scale分辨率提高了科学的理解复杂的气候动力学当前两极冰川的状态,包括气候的变化非常迅速的某些情况下超过十年或更少(泰勒et al ., 1993;raybet雷竞技最新小巷et al ., 2003)。或许最重要的是,最近的冰芯档案显示,在过去的800000年前

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理解地球的深处过去pCO2-the当前冰室工业崛起的特点是大气中的二氧化碳水平低于300 ppm (Siegenthaler et al ., 2005)。

相比这合理记录记录最近的气候动力学和至少部分的理解短期(sub-centennial)反馈,在冰库的状态raybet雷竞技最新在过去、科学的理解气候动力学对过去时间的全球当地球气候在“温室”更先进。raybet雷竞技最新的古气候记录“deraybet雷竞技最新ep-time3世界”,然而,是离地球最近的模拟预期未来climate-one将温暖和温室气体强迫除此之外经历了在过去的二百万年里,大气中的二氧化碳含量已经超过了35% ~那些应用在更新世冰期间冰期循环。这长的时间跨度地质档案记录地球的气候状态的全谱和独特的抓住了生态系统响应,和交互,这种全方位的气候变化。raybet雷竞技最新深层时间记录从而提供了潜力大大提高了解气候的长期均衡的敏感性增加二氧化碳分压,和主要气候变化的影响raybet雷竞技最新大气和海洋环流;冰原的稳定性和海平面反应;海洋酸化和缺氧区域水面气候;raybet雷竞技最新和多样性,辐射,减少海洋和陆地生物(见1.2)。此外,长的时间跨度古气候记录唯一提供所需的时间连续性了解短期(sraybet雷竞技最新ub-centennial)和长期(millennial-scale)气候系统反馈了,更长时间的(几千年几十万年)必须完全了解地球气候的响应,和复苏,温室气体的水平迫使从化石燃料燃烧会在下个世纪。

盒1.2

非线性发展的地球上的生命

地球已经填充生活,正如今天我们所知道的那样,通过长期和非线性演化的历史特点是重复的灭绝和辐射(图1.3)。的生物圈的前寒武纪是由单一细胞生物如细菌和蓝藻、能力建设大规模礁的整体结构和生活在缺氧条件下的海洋。相比之下,显生宙动物区系的生活特点是过去5.42亿年的后生动物动物,丰富的多样性,出现在生活的最新的前寒武纪地质快速辐射时间尺度(见图1.2)。植物生态系统的多样性很快密集的地球进化后~ 4.5亿年前。纵观地球历史,生理进化和生态系统动力学复杂与各种表面过程和系统(如景观、海洋和大气成分和循环,土壤和水文过程)通过互动和反馈,例子是提出报告和跨学科的深层次研究的一个基本组成部分。地球深时间历史提供了大量的例子如何生态、地理、和气候系统运营缺乏各种主要群体的生活和更极端的条件下比present-day-time间隔当海洋缺乏他raybet雷竞技最新们当前的缓冲能力的主要元素或缺氧,当两极冰盖缺乏,和/或当大气中的二氧化碳水平更高by100s ppmv 1000年代。

3的深层次的地质记录,这份报告的主题是指地球的历史的一部分,必须从岩石,重建比历史或冰芯记录。虽然过去二百万年中包括更新世的长的时间跨度,大多数研究的重点描述或者主张这是地球历史上在更新世之前的记录。

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化石记录,

Cretaceo us-Psleogene古灭绝

Tridssic Permo -三叠纪灭绝灭绝

花粉

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哺乳动物非鸟类恐龙爬行动物,两栖动物

土地节肢动物鱼类硅藻深海Calcifiers浅海洋Calcifiers后生动物化石草维管植物陆地植被的森林海洋缺氧石油煤炭

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分子钟的估计

“雪球”事件

“雪球”事件

地质时代(数百万年)图1.3时机的重大事件晚前寒武纪进化和显生宙。从下到上:从碳同位素碳循环的记录,显示高振幅的过渡周期末的Neoproterozoic-including几个“雪球地球”事件更为低调的显生宙的趋势(Hayes et al ., 1999)。丰富的煤炭和石油的形成时期,包括广泛的煤炭单位的石炭纪和二叠纪,白垩纪煤,和广泛的下第三系北极的煤矿,以及油田形成在侏罗纪和白垩纪大洋缺氧事件和Mio-Pliocene环太平洋地区的油田(Windley, 1995),黑色所示。海洋缺氧(红线)说明了减少深海缺氧或缺氧条件的程度随着时间的推移,与低氧中常见古生代和间歇性发作的防御全球大洋缺氧事件中生代。植被的程度与绿线所示,并导致全球海洋生物的主要群体地球化学循环通过挖掘(后生动物,希恩,2001),海洋calcifiers缓冲海洋pH值(Ridgwell et al ., 2003),或与他们的角色在硅藻硅循环(Cortese et al ., 2004;拉撒路et al ., 2009;Ridgwell et al ., 2002),则显示为蓝色。鱼(棕色线)出现在寒武纪早期(蜀,1999)和引起陆地两栖动物在泥盆纪(塞尔登,2001)。土地是通过节肢动物的入侵之前陆栖脊椎动物的出现。非鸟类恐龙和哺乳动物在中生代早期是由爬行动物进化而来(布鲁塞特et al ., 2008;塞里诺,1999)。爬行动物显示多个入侵在中生代的海洋,海洋和哺乳动物组织入侵新生代几次。

理解地球的深处过去委员会负责这项研究的范围

美国国家科学基金会、美国地质调查局和雪佛龙公司,与输入Geosystems4倡议和更广泛的研究团体,委托NRC描述现状的理解地球的地质记录过去的气候,以及确定重点研究项目,将增强这个记录的理解,从而提高预测能力的可能参数和对未来气候变化的影响。raybet雷竞技最新研究委员会也指控提出建议研究实施和公共宣传策略(框1.3)。

箱1.3声明的任务

地质记录包含物理、化学和生物指标的一系列过去气候状态。raybet雷竞技最新最近大气成分的变化引起地球气候的变化,并在建议,未来的变化可能导致地球气候状态过渡到一个截然不同于最近的过去,人们越来raybet雷竞技最新越关注地质记录的存储库关键信息对于理解可能的参数和未来变化的影响。进一步我们理解过去的气候,他们的签名,和关键环境迫使参数及其对生态系统的影raybet雷竞技最新响,美国核管理委员会的一项研究将:

•评估知识的现状地球长久时间的古气候记录,特别强调主要的古气候变化的过渡时期。raybet雷竞技最新

•描述高优先级的机会研究,特别强调多学科协作活动。

•大纲的研究和数据基础设施将被要求完成优先研究的目标。

该报告还应该包括概念和建议一个有效的教育和推广计划。

为了解决这个问题,美国国家研究委员会成立了一个委员会由12名专家广泛的学科专业知识;委员会传记的信息呈现在附录a委员会举行了四个会议2008年2月到2009年2月,在华盛顿召开,特区;博尔德有限公司;在欧文两次,CA。社区的主要焦点输入委员会于2008年5月举行的为期两天的公开研讨会(见附录B),在并发会议商讨点缀着全体地址启用委员会全面了解社区的视角对现有研究的状况以及未来的研究重点。额外的简报,赞助商和其他演讲者的演讲在委员会的首次会议(见附录C)。

古气候归档文件中包raybet雷竞技最新含的地质记录提供了一个机会和责任分配一个地球和气候科学有效地预测随着地球变暖,可能会发生什么和提供足够精确地预测,协助社会缓解和/或适应未来的变化。考试深层时间气候状态的地质记录有潜力提raybet雷竞技最新供独特的信息关于地球的气候动力学期间长时间框架和运作

4呈倡议是一个跨学科的,以社区为基础的项目集中在理解“alternative-Earth”气候极端的财富存档老地方的地质记录,作为理解的基础地球气候的未来。raybet雷竞技最新看到http://www.geosystems.org/。

正式出版前的版本——主题进一步编辑校正大大小的变化。地球即将进入温暖的气候提供了动机的描述理解过去的暖期在2章,和转换的不同气候状raybet雷竞技最新态在不同的时间尺度是第三章的重点。现有模型和代理的功能和限制用于描述和理解过去的气候是在第4章,提供建议的背景优先深层时间气候研究议程和策略来实现这一议程包含在第五章。raybet雷竞技最新有一些元素的特别报道描述现有的科学理解的古气候记录和过程控制记录,必然是技术;raybet雷竞技最新然而,所有的努力已经取得了的材料而言,可以尽可能广泛的观众。

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