近期地球的气候为什么会冷热循环的事情传的很广,小编今天就地球的气候为什么会冷热循环问题展开讨论,欢迎分享。
在现今全球气候变暖的声讨声中,二氧化碳成了罪魁祸首,事实真的如此吗?地球的气候为什么会冷热循环?下面就由小编为您介绍。
从地球的长期气候周期来看,这只不过是芝麻小事。原来地球一直处在“冰期冰间期(较暖和)冰期”的循环中。约在2万年前,地球上绝大部分陆地都被厚厚的冰层所覆盖,某些地方冰层厚达几千米,收集大量的水囤积于冰中,那时的海平面比现在要低100米。
一个多世纪以来,许多科学家企图解释冰期的成因,但均未获得圆满的解答。直至最近,研究者根据冰期循环这一现象,分析了南极和格陵兰冰帽中的气泡,揭示出冰期大气成分特别是饱含着温室气体和尘粒,与现今大不相同。
前苏联和法国联合开发了伏斯托克钻孔,花了14年工夫,在冰天雪地的南极洲挖掘了一个据说是世界最深的人工洞穴,并从深处取得一个长达2千米的冰芯。为何要在深处取冰?原来那里的冰层含有10多万年前的大气样品。
伏斯托克冰芯的取得,被誉为20年来这一研究领域中最大的成就。它隐藏着有关南极和世界其他区域10多万年来的气候信息。这一时间跨度十分重要,因为它覆盖了一个大于完整冰期的时间。我们现在处在一个冰期结束以后的冰间期,而这个冰芯经历了最近一个长达10万年的冰期。
上述这些冰芯都含有许多气泡,而这些气泡则保存了冰期时的大气样品,从而使科学家第一次直观判断大气在冰期循环中所起的巨大作用。
在研究了冰芯和深海芯后,科学家找到了一个冰期循环的模式:地球慢慢地滑入约延续10万年的冰期,此时冰川横行,到处皆水,而后在一个短暂的冰间期中,气候转暖,我们今天正享受着这个短暂的暖期。现今的冰间期约始于1.1万年前,它将再继续上万年时间,然后再度进入寒冷世界。这样看来,冷暖相互交替,但严寒占上风,与暖期构成了5:1的时间比例。
那么,究竟是什么原因触发了这种冷暖循环呢?
大部分科学家认为,这起因于地球轨道形状的变化。我们一般认为地球绕太阳运行,是沿着一条椭圆形的曲线,其实并非完全如此,地球的这一运行轨迹,在几千年内慢慢地从椭圆形变成近圆形,再变成略扁的圆形。
与此同时,地球的自转轴有如一个旋转的陀螺摇摆着,使得旋转轴的倾斜度发生变化。这些变化最终导致地球按阳光的面积发生变化,引起日照面的重新分布,人们把它称为轨道效应。
气候学家认为,轨道效应是冰期的起搏器,正如米克斯所说:“轨道因素给了整个气候系统以最初的一个推动。”诚然,人们在作了深入研究后感到轨道效应虽是一个“最初一击”的力量,但由此引起的日照面变化对地球温度的影响甚微,仅0.4℃。更具奥妙的地方是,为何冰期的时间是10万年(左右),而在对应的地球轨道变化中10万年却是变化最小的一种周期。
现在科学家面临两个难题:按轨道效应,温度变化并不大,那么是通过什么放大机制才使地球变得如此严寒乃至冰川铺地;又是什么原因使得地球对10万年周期如此敏感?
科学家的研究从地面开始,进而转向天上,现在再一次回到地面,重新研究冰层,它是过去长期覆盖四分之一大陆面积的冰期的标志。
他们设想,当地球轨道发生变化时,我们这颗行星上的敏感区域首先受到日照面变化的影响。具体地说,在夏季,若加拿大北部日照减弱,那么其冬季留下的积雪将终年不化。如此这般地年复一年,这个区域本来冬积夏融的冰层,现在就一年一年地扩大,最终可向南伸展直至纽约。
这样,这一大陆规模的冰川显然成了寒冷的放大器。原先日照面变小仅限于加拿大北部,相应地变冷的地方也仅限于那一区域,可是随着冰川日益扩大,它在更大面积上反射日光,这就使得气温大大降低,显著地加剧了轨道效应。
大面积的厚冰层也可解释10万年周期,因为冰层变厚,它下面的大地被压得慢慢下沉,甚至在今天我们还可以见到一个反证,如斯堪的那维亚和其他一度埋于厚冰之下的区域,它们今天因释去了冰层的重负而在缓慢地升起。
由于地壳对冰的压力反应很慢,它在时间上是一个几万年数量级的过程。一些专家提出,地质学上的惰性时间,可能将气候变化时间调节到10万年的周期上。
尽管用冰层和其他物理机制来解释冰期的过程相当成功,但最近从伏斯托克冰芯的研究揭示出,化学物质和生命物质的变化也是这种大气候循环的重要媒剂。
路易斯小组公布说,在最近的这一冰期中,二氧化碳的密度远低于今天(冰间期)的水平。从冰芯中取得的数据,说明二氧化碳与温度密切相关。在整个冰期循环中,二氧化碳的升降(密度)跟温度的变化是同步的,就是说温度降到最低点,二氧化碳的密度也最小。
他们还发现,在大气成分变化中,二氧化碳并不是唯一的参与者,其他物质如甲烷和硫酸盐粒子也如此,它们的密度水平与温度密切相关。
在冰期中,甲烷密度降低而硫酸盐粒子处于峰值,从冰芯中可看到,这些尘粒在南极洲有较多积累。在众多而复杂的因素中,理清了这些物质跟温度的关系后,其原因几乎不解而明,因为它们皆属温室气体的成分,有助于加热大气;而硫酸盐粒子则相反,它具有促进云层生成的作用,进而助长云层对日光的反射,使大气冷却。
大气中这些化学成分的变化,代表了冰期世界有关状态的信息。理论家和电脑专家合作,他们利用这些数据在电脑上作模拟试验,十分逼真地重现了这种大气候系统的周期变化,似乎是默契合作,配合得十分巧妙。例如冰间期开始时,气温即上升,温室气体的密度也即增加。它们之间的关系是如此“亲密”,以致科学家碰上了一个“鸡和蛋”的问题,很难搞清谁先谁后。
这一过程应该是这样的:随着日照面的变化,引起了大气成分的变化,继而全球温度发生变化,反过来看,仅最初的温度变化对大气有影响,继而大气作为一种温度放大器,发挥其作用。
路易斯说,我们相信化学物质的变化具有很大的意义,其中二氧化碳的变化似乎是关键,这就使人们立即想到海洋,因为大气中二氧化碳的含量仅及海洋的五十分之一。他们的研究也的确看到,海洋中二氧化碳含量的变化,与冰期中二氧化碳(密度)的起伏极其吻合。
既然海洋参与这一大气候系统,那么海洋中的生物也不甘落后,许多电脑模拟说明了海洋生物的光合作用如何影响了气候。况且在冰期开始时,海平面和洋流都有变化,浮游生物可能大量繁殖,它们的光合作用,使得大气中的二氧化碳含量减少,从而促进了全球趋向寒冷。
不仅如此,它们还有可能产生硫化物,这些分子一旦进入大气,即形成硫酸盐粒子,促进云层的扩大而反射更多的日光。
科学界虽然还不能说已彻底揭开冰期循环之谜,但基本上算是搞清了其轮廓。传统的地球轨道效应仅是因素之一,现在可看到,其成因比原来了解的要复杂得多,既有天文的,也有地质和物理的,最后生物学因素也来凑热闹。
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