更新世冰凍圈演化及其原因研究進展

冰凍圈是一個較新的概念，但其基礎研究卻已有相當?shù)陌l(fā)展歷史。從?18?世紀初一些地質(zhì)地理學者關(guān)注阿爾卑斯山冰川遺跡開始，經(jīng)過近?1?個世紀的考察探索，于?19?世紀初產(chǎn)生冰川學。20?世紀產(chǎn)生了阿爾卑斯山第四紀冰期經(jīng)典模式。與此同時，冰期天文學說得到極大的發(fā)展。隨后，深海鉆探及巖芯記錄研究和年代學技術(shù)突飛猛進。迄今，我們對第四紀冰凍圈的變化有了比較清晰的認識。

約距今?35?Ma?南極大陸形成不穩(wěn)定冰蓋，于距今?14?Ma?達到穩(wěn)定。北半球距今?8?Ma?開始在冰期形成覆蓋型冰川，至距今?2.6?Ma?開始，冰期中穩(wěn)定出現(xiàn)冰蓋，標志全球進入大冰期。因此，國際上將第四紀時限定為距今?2.6?Ma。

第四紀期間，距今約?0.8?Ma?發(fā)生所謂中更新世轉(zhuǎn)型（Middle Pleistocene transtion，MPT）。MPT?之前為地軸傾角主導的?41?ka?周期，冰期時的冰川規(guī)模也普遍要??；之后轉(zhuǎn)為偏心率主導的?0.1?Ma?周期，幅度加劇。冰期最盛時，全球冰川面積達到?45×10⁶ km²，占全球陸地面積的?30%，主體是北美冰蓋、歐亞冰蓋和南極冰蓋。而間冰期時，冰川面積只占全球陸地面積約?10%，主體是南極冰蓋和格陵蘭冰蓋（圖?1）。在距今約?20?ka?的末次冰期最盛期，北半球多年凍土的面積達到?33.5×10⁶?km²（圖?2）。海平面下降?135?m。然而，0.1?Ma?周期的冰期旋回中，冰川所達到的規(guī)模也不相同。例如，深海氧同位素（MIS）偶數(shù)階段所代表的冰期中，MIS2、MIS6、MIS12、MIS16?冰川規(guī)模很大，而?MIS8、MIS10、MIS14?等規(guī)模相對小。

冰期發(fā)生于軌道偏心率的低值時期，此時由于軌道趨于圓且長軸不變，一年中的平均日地距離增加，由此引起的地面太陽輻射要減少?0.8%。如果再疊加地軸傾角減小，就很有利于高緯度大陸冰蓋擴張——此時，歲差作用趨零。在偏心率高值期間的間冰期，歲差表現(xiàn)突出，如末次間冰期及大多數(shù)深海氧同位素奇數(shù)階段。

末次冰期及其之后發(fā)生了一系列較短尺度的氣候變化記錄，即冰階-間冰階的交替。這些記錄不能用軌道參數(shù)變化理論來解釋，被稱之為“亞軌道尺度”變化。業(yè)已發(fā)現(xiàn)的著名記錄有?D-O?事件、H?事件、Dryas?事件、BA?事件，以及全新世?8.2?ka?事件、新冰期、小冰期降溫。D-O?事件是格陵蘭冰芯記錄的冷暖旋回，每一個暖期之后緊接著是一個冷期，溫度變化幅度達?5℃—8℃，持續(xù)數(shù)百年至?2?ka，平均周期為?1.5?ka。D-O?旋回中，最冷期得到北大西洋“冰閥作用”沉積的冰磧層驗證，稱為?H?事件。共發(fā)現(xiàn)?6?個期次的沉積，時間在距今?60.0—16.9?ka?前。H?事件被認為能引起海面溫度和鹽度降低，阻斷北大西洋熱鹽環(huán)流，進一步加劇大范圍降溫。H?事件與?D-O?旋回事件均被認為是具有全球性意義的氣候事件。末次冰期結(jié)束過程中于距今?18.0—11.7?ka?發(fā)生?Dryas?降溫事件，被分為?oldest Dryas、older Dryas?和?younger Dryas（YD，即“新仙女木”）事件。這?3?次降溫事件被發(fā)生于距今?14.7—12.9?ka?的?2?個溫暖期分開，分別稱為B?lling?事件和?Aller?d?事件（即“BA?事件”）。新仙女木事件降溫幅度相當于冰期的?50%—75%。這次降溫后，才徹底進入冰后期，故而將新仙女木事件結(jié)束定為全新世的開始。

全新世雖為間冰期，但冰凍圈仍然有頻繁波動。西方學者?19?世紀后期就根據(jù)北歐孢粉資料劃分了全新世的氣候期，即前北方期（Pre-Boreal）、北方期（Boreal)、大西洋期（Atlantic）、亞北方期（Sub-Boreal）和亞大西洋期（Sub-Atlantic）。20?世紀中期提出 “Hypsithermal Interval”“Climatic Optimum”和“Thermal Maximum”等名稱定義全新世氣候中最溫暖的時期；并推算當時溫度較現(xiàn)代高?2℃—3℃。進一步研究發(fā)現(xiàn)全新世北大西洋地區(qū)發(fā)生過?9?次冷事件，時間分別為距今?10.3、9.4、8.2、5.9、4.2、4.0、2.8、1.4?和?0.4?ka。這些事件出現(xiàn)的周期為?1?470±500?a，降溫幅度以?8.2?ka?事件強度最大，當時溫度低于現(xiàn)在?2℃—3℃。全新世冷期也導致各地山地冰川前進形成小規(guī)模冰磧壟，但這個尺度上的冰川前進具有較強的區(qū)域性（圖?3）。北半球主要發(fā)生在晚全新世，南半球則發(fā)生在早全新世。當然，這個結(jié)論還有待更多證據(jù)和更準確的年代數(shù)據(jù)來支持。

冰期天文理論預言，在不計人類干擾的情況下，下一次大冰期將于?60?ka?后發(fā)生，北半球最大冰量可能會達到?27×10⁶ km³。

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