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《地球科学》发表文章:从40万年长偏心率周期看米兰科维奇理论
发稿时间:2022-12-08 10:31   来源: 新华网
  摘要: 《地球科学》2022年第10期文章——《从40万年长偏心率周期看米兰科维奇理论》,聚焦40万年长偏心率周期的演变特征和破坏机制,综述了我国和全世界其他国家科学家所做的工作,提出当前研究有望穿越暖室和冰室期,建立起完整的气候演变理论,并对我国开展天文旋回研究提出了建议和展望。

  《地球科学》2022年第10期文章——《从40万年长偏心率周期看米兰科维奇理论》,聚焦40万年长偏心率周期的演变特征和破坏机制,综述了我国和全世界其他国家科学家所做的工作,提出当前研究有望穿越暖室和冰室期,建立起完整的气候演变理论,并对我国开展天文旋回研究提出了建议和展望。

  在20世纪的地球科学重大发现中,“米兰科维奇理论”描述了一个复杂的气候系统,系统受地球轨道参数(偏心率、斜率和岁差)调控的太阳辐射所驱动,而全球冰量、海水表层温度等地质记录代表系统的气候响应。地球轨道参数中,偏心率具有40万年和10万年的周期,斜率具有4万年周期,岁差具有2万年周期。如果气候系统是线性的,太阳辐射的主导周期也应该在气候响应中表现出来。然而,无论是年均太阳辐射、月均太阳辐射还是累积太阳辐射,其主导周期中偏心率的信号都非常微弱,计算表明偏心率对太阳辐射的影响不足1‰。

  与太阳辐射不同的是,在新生代、中生代、古生代,甚至是前寒武世的地层里,无论是在海相地层还是在陆相地层中,40万年的长偏心率周期都是指示水循环和碳循环变化的主导周期,自始至终都非常稳定。这表明,气候系统是非线性的,一定存在某种地内过程,在气候响应中放大了太阳辐射中偏心率的信号,使得偏心率成为地表气候变化的主旋律。强调高纬驱动的米兰科维奇理论在解释气候变化冰期旋回的机制上存在一定缺陷。

  由中国学者提出的“古气候演变的溶解有机碳假说”认为,40万年的长周期反映的是低纬季风系统的变化节律。该假说发现海洋中的POC(颗粒有机碳)/DOC(溶解有机碳)比值主要依赖于营养盐,营养盐输入的增强在寡营养海洋中可促进营养激发态,增加海水中POC/DOC比值进而降低海水d13C值,而海洋碳储库的40万年长偏心率周期源于季风系统的变化,并可能在制造这样的营养激发态中发挥作用。该假说强调,正是低纬季风系统放大了太阳辐射中偏心率的作用,并通过与全球碳循环的耦合作用影响气候变化,使得40万年成为气候变化的主旋律(如下图)。

  

 

  古气候演变的“溶解有机碳假说”示意图(POC.颗粒有机碳;DIC.溶解无机碳;LDOC.活性溶解有机碳;RDOC.惰性溶解有机碳)

  现在世界各地、尤其是在中国古生代以来的地层中,都发现有40万年偏心率长周期造成的沉积韵律,说明低纬区的水循环对全球气候环境起着调控作用。顺着历史的进程来看,就会发现随着第四纪北极冰盖的发育,海洋和大气环流受到干扰,从而破坏或者模糊了地质记录里的40万年长周期。

  本文表示,我国具有得天独厚的沉积记录方面的优势,可鼓励开展太阳系在混沌状态下各行星轨道参数演变的研究,这将是我国地球科学界开展原创性研究的良好契机。通过天文旋回地层学的研究约束重大地质、气候和生命事件,探讨事件过程中全球水循环和碳循环的轨道驱动、不同气候带轨道驱动的气候-生命的协同演化以及重大事件发生的轨道力触发机制,并为约束前中生代太阳系行星动力学提供关键的地质证据。

  

 

  《地球科学》原刊名《地球科学——中国地质大学学报》,创刊于1957年,是由教育部主管、中国地质大学主办的综合性地学学术理论期刊,2016年更名为《地球科学》。《地球科学》为全国中文核心期刊、中国精品科技期刊、中国地质学会T1期刊。该刊曾荣获国家和省部级奖励30多项,1999—2005年荣获三届国家期刊奖,2013年、2017年荣获“全国百强科技期刊”;2018年荣获“中国出版政府奖提名奖”;荣获首届、第三届和第四届“湖北出版政府奖”,多次荣获“中国高校精品科技期刊”和“中国最具国际影响力学术期刊”。《地球科学》以反映地球科学领域最新的、高水平的基础地质、应用地质、资源与环境地质及地学工程技术研究成果为主要任务,以促进国内外地学学术交流,繁荣我国地质教育、地质科技与地质找矿事业,为我国社会主义现代化建设服务为目的。



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