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本文来自 世界地球之旅 （ID：gh_e4ba9de6ae3e） 一 概述
在过去的100年，人们观测到全球气温上升了约1℃，并随同有二氧化碳浓度的扬升。全球气候（特别是温度）变更成为抢手话题（谢平，2014）。 研讨结果表明，地球气候一直在不停地变更，冷暖交替，气温动摇是气候变更的最基本特征。地球气候的变更自古以来就很猛烈，地球史上即呈现过3000米厚冰层掩盖全球的雪球地球时期，也呈现过70度以上的高温。 在地球历史上，大陆纬度散布的变更、海平面的动摇、海洋航道的开放和关闭、造山带的活动这些古天文变更都会影响全球气候，招致气温的变更。 地球的气候在湿-热与干-冷之间大幅变动。往常的地球温度，在地球史上处于低值，在地球历史的大部分时间，气候比现代要暖和得多，而在其他时期，地球比往常要冷。从数亿年的时间尺度来看，地球平均温度的动摇很大，单个冷-热周期内的最上下温差可接近20℃。自现代大气构成后，地球的气候在“冰室”和“温室”中切换，在过去的数亿年间，呈现了4个主要的暖期和4个主要的冷期（不惮务实，2019）。 二 地史时期的古气温变更
1.早埃迪卡拉纪(Ediacaran;600Ma） 前寒武纪潘诺大陆（Pannotia）的构成与气候温度的变更相关。前寒武纪末期泛大陆称为大冈瓦纳大陆（Greater Gondwanaland），潘诺大陆的中心就是冈瓦纳大陆的古生代超大陆。冈瓦纳大陆是刚果大陆夹在罗迪尼亚超大陆碰撞的北半部和南半部之间时拼贴而成的。这一系列被称为泛非造山运动的碰撞始于7.5亿年前，可能延伸到早寒武纪（530 Ma）。泛非造山运动的鼎盛期可追溯到610-560Ma。广袤的泛非山脉在高度上与喜马拉雅山相媲美，面积是青藏高原的五倍。 潘诺大陆（Pannotia）的大部分地域简直占领整个干旱的南亚热带，这一天文特性对气候变更影响较大。潘诺大陆宽广的沙漠地带具有高反照率，会将阳光反射回太空，会使得曾经冰冷的世界气温降得更低。此外，泛非山脉的快速腐蚀会招致大气中的二氧化碳含量的降低，从而冷却地球气候。在成冰纪(Cryogenian)早期和中期（720-660 Ma），冰雪掩盖了整个地球，构成了雪球地球。前寒武纪末期，大陆冰盖将海洋中的大部分水封存起来，海平面因而降落。低海平面将大陆腐蚀至大陆架边沿，并构成庞大的不整合面，这是全球腐蚀连续，标记着前寒武纪和古生代界线。 2.寒武纪-奥陶纪：特马道克期（Tremadocian;480 Ma）和赫南特期（Hirnantian;445 Ma） 潘诺大陆前寒武纪末期开端团结，与非洲、阿拉伯和冈瓦纳东部部分地域（南极洲、印度和澳大利亚）碰撞的最后阶段相同。潘诺大陆团结构成新洋盆（如Iapetus 洋,Rheic 洋），随着洋中脊的数量和长度急剧增加，海平面上升。海底扩张使得大气中的二氧化碳急剧增加，从而招致海平面上升，地球反照率降低，使得地球变暖，并迎来了古生代最热的时期之一——寒武纪-奥陶纪温室。 氧同位素丈量表明，早奥陶世和中奥陶世期间，全球温度逐步开端冷却。古天文变更可能是这种冷却趋向的缘由， 冈瓦纳大陆北部面向海洋边沿的降水量增加和低温共同促进了晚奥陶世冈瓦纳冰盖的生长。也有学者以为塔科尼克岭（Taconic Range）或后期因逆冲构成的蛇绿岩化学风化加剧，招致大气二氧化碳降落，从而促进全球温度降低。简单无维管陆地植物的进化可能增强了这种效应。 显生宙最壮观的短期冷却事情之一发作在奥陶纪末期(Hirnantian冰期;445–441 Ma)。生物地层学和地球化学数据表明，最大冰川行进期十分短（glacial advance）（<100万年）。这一变更不太可能是迟缓的古天文变更惹起的，Scotese et al.(2021)提出另一种解释，即在宽广的泛大洋中引发大爆炸物撞击（Khione撞击）。
古生代古气温随时间的变更 3.志留纪-泥盆纪古天文：早志留世（440 Ma）、晚志留世（420 Ma）和晚法门期（Latest Famennian；360 Ma） 早泥盆世-中泥盆世劳伦西亚东南部和南美洲西北部之间的碰撞构成了一条南北走向的山脉，这条山脉将两侧的腕足动物群隔分开来。固然阿巴拉契亚区和莱茵-波西米亚区位于相同的古纬度(30°S），阿卡迪亚-南阿巴拉契亚山脉阻止了它们的混合。这种古天文特征将冈瓦纳大陆北缘的摩洛哥置于中泥盆世暖和的亚热带纬度，与北非初次呈现珊瑚礁相分歧。 在中泥盆世，海平面很高，浅海淹没了大陆。中泥盆世（Givetian）记载了显生宙最高的海平面之一(300米)。在泥盆纪末期（法门期最晚阶段），由于南极冰盖的短期生长，海平面短暂降落。 4.石炭纪和二叠纪：密西西比纪中期（340 Ma）和石炭纪-二叠纪冰川最大期（295 Ma 除早石炭世的短暂暖期外，晚古生代的冰库使极地地域从最近的泥盆纪开端变冷(360 Ma）至晚二叠世(260Ma）。庞大的南极冰盖在冈瓦纳大陆上起伏，直到早二叠世晚期(285 Ma），北极地域仅在在二叠纪末期呈现了较小的冰盖(270Ma）。石炭-二叠纪赤道沿线的密集造山运动、盘古中央山脉两侧的宽广赤道雨林、以煤炭方式埋藏的大量碳等古天文要素对地球冷却起主导作用。 在石炭纪和二叠纪早期，随着盘古大陆向北漂移，冈瓦纳大陆从南极上空看为逆时针旋转。早石炭世(340 Ma），南冈瓦纳冰盖开端在玻利维亚的原始安第斯山脉和阿根廷西部生长，天文位置冰冷，受湿润西风影响。冰盖在亚马逊河流域中部扩张，在晚石炭纪穿过非洲和印度，最终在二叠纪早期抵达澳大利亚南部。在这期间，南冈瓦纳冰盖的大小增加了两倍，使得地球冷却。在许多方面，石炭-二叠纪时期的气候与现今的冰川期相似。 石炭纪至二叠纪早期，泛大陆的亚洲部分继续兼并，整个超大陆向北移动，中部泛大陆山脉横跨赤道，这种赤道对称性产生了两个重要的结果：机械和化学风化沿着盘古中央山脉的热带雨林掩盖了北美和欧洲克拉通区域。盘古中央山脉中心部位裸露的火成岩和蜕变岩的风化提供了降低大气二氧化碳所需的化学成分（Ca++）。新进化的雨林植物群茂密生长将二氧化碳转化为碳埋藏在煤层中。这些要素招致大气中二氧化碳浓度稳步降落，从而使地球冷却，并促进了中石炭纪和晚石炭纪期间大型南极冰盖的生长。 冰雪掩盖范围在石炭纪-二叠纪冰川最大期抵达最大（295Ma）。在晚石炭世和早二叠世（300-280 Ma），泛大陆继续向北漂移。随着盘古中央山脉穿过赤道，山脉开端阻挠湿润的赤道东风，在山脉北部和西部构成了干旱的雨影。这些古天文变更使得早二叠世晚期，风化减缓，大气二氧化碳浓度增加，全球温度开端迟缓升高。 二叠纪末期，随着泛大陆向北移动，西伯利亚东北部穿过极地圈，一个小型的永世性大陆冰盖开端构成。 5.二叠纪-三叠纪（250 Ma） 中生代初期，地球处于极端温室世界，热带温度超越40°C。人们普遍以为，二叠纪末发作的大灭绝事情，是由西西伯利亚大型火成岩省大范围喷发引发的极端全球变暖惹起。
中生代古气温随时间的变更曲线 （Scotese,2021） 暖时间距离为白色；冷却时间距离为黑色。灰色实线是全球平均温度。大型永世冰盖温度低于18℃；没有大于18°C的大型永世冰盖。时间刻度来自2020/01版国际年代地层表 表1 古生代、中生代和重生代古气温 （Scotese,2021）
6.侏罗纪古天文：早侏罗世（200 Ma）和晚侏罗世（160 Ma） 早侏罗世-中侏罗世土地数量急剧增加，亚热带干旱带的土地比例也有所增加。依照现代规范，早侏罗世晚期和中侏罗世（180-155 Ma）低纬度地域气候酷热难耐。侏罗纪最热的赤道海面平均温度超越30℃，盘古大陆内部的温度通常超越40℃。赤道以北和以南的大片陆地在夏季遭到激烈的加热，热带辐合带在夏季几个月内激烈地偏转。 与此同时，中侏罗纪和晚侏罗纪（175-155 Ma）时期，极地地域被深海盆地占领。北极和南极都没有大陆；因而，洋流在两极自由活动，阻止了厚厚的大陆冰盖的积聚。来自低纬度的暖洋水的自由循环有助于高纬度地域在夏季坚持无冰状态，并有助于中侏罗纪和晚侏罗纪大部分时间的气候变暖。
重生代古气温时间变更 （Scotese,2021） 7.白垩纪：早阿普第期（Aptian；120 Ma）和土仑期（Turonian；90 Ma） 白垩纪最突出的古天文特征是海平面高度，赛诺曼-土仑期高水位期间的海平面（93 Ma，200m）和早阿普第期高位（120Ma，100m）高于中生代和重生代期间的任何其他时间，大约33%的大陆被浅海掩盖。 大陆洪水降低了地球的反照率，并招致全球变暖。更重要的是，在高海平面时期，裸露基岩的面积减少，火成岩和蜕变岩的化学风化减少，输送到海洋的Ca++量减少。因而，这一时期二氧化碳的减少变缓，温室气体的增加使地球变暖。 8.重生代：早始新世（伊普雷斯阶,Ypresian ;50 Ma）和早渐新世（吕珀尔阶，Rupelian ;30 Ma） 重生代最重要的古气候事情之一是南北极冰盖的构成。南极冰盖在始新世晚期开端生长(40Ma）。北极地域直到上新世才呈现永世冰盖(5Ma）。 始新世-渐新世界线的全球温度疾速降落4°C，随着南极冰盖的增长，南极洲与世界海洋的完整分隔，重生代冰期开端。全球降温的种子早在数百万年前就播下了，古新世-始新世温室的鼎盛时期。如图3所示，重生代冷却趋向始于始新世早期热最大值（EETM）（52–50 Ma）之后，在始新世中期和晚期持续。普遍以为印度与中南亚的碰撞发作在EETM的高度(50Ma)，引发了一系列事情，招致全球冷却。这次大范围碰撞招致喜马拉雅山脉疾速抬升，随后青藏高原上升。这些年轻的山脉位于亚洲季风的途径上，带来了暖和的温度和丰厚的水分，加速了机械和化学风化。与此同时，进入世界海洋的钙离子通量降低了大气中的二氧化碳含量。大气中二氧化碳的逐步减少，地球冷却下来。 在新第三纪晚期（4-5 Ma），巴拿马火山群岛上升到海平面以上，构成了巴拿马陆桥。这座陆桥衔接了北美洲和南美洲，这座陆桥起到了完整封锁的作用，将赤道大西洋和安定洋隔开。暖和的赤道大西洋水域向北转向（墨西哥湾流），墨西哥湾流暖和水域暖和了北极地域，并为冬季降雪提供了新的水分来源。降雪量的增加招致了冰川的增长，北极冰盖变得越来越大。 在东半球，澳大利亚在中新世早期向北运动，新几内亚在中新世中晚期与东南亚碰撞(10-15 Ma）阻塞了西安定洋和印度洋之间的赤道环流。因而，海水沿赤道循环的距离缩短，招致热带地表水冷却。 三 小结
不同时间尺度上，全球气温呈现出幅度不同的周期性动摇。目前我们仍处于第四纪大冰期，往常地球上的冰盖面积约有 1500万km2，估量为大冰河期的最大冰川掩盖面积的一半左右。依据过去的两次大冰河期持续的时间来看，第四纪大冰河期也还远远没有终了。真正意义上的气候变暖，要在悠远的下一个大间冰期里才会呈现。 固然随着工业、医疗技术的不时展开，化石能源的普遍运用，人类熄灭化石能源产生的气体总量远远超越火山爆发等产生的气体总量，地球上的二氧化碳浓度不时增加，大气增厚，保温才干不时增强，近半个世纪以来，地球上的平均温度不时上升，招致积雪溶化。但当今地球上的一切生物，包含我们人类，都还是生存在占优势的大冰河期气候环境里，处于几个短暖期内，在接下来的几千年，冰川很可能继续增长，气温将继续降落。 主要参考文献 Christopher R. Scotese, An Atlas of Phanerozoic Paleogeographic Maps: The Seas Come In and the Seas Go Out. Annual Review of Earth and Planetary Sciences,2021,49:679. 海洋科普（1863）| 南大洋食物网 海洋科普（1862）| 肩章鲨：活久见！这种鲨鱼居然会走路？ 海洋科普（1861）| “镇海之宝”海洋多金属结核矿产资源开发与应用！ END END 若发现侵犯您版权的内容，请第一时间与我们联络，我们将立刻删除。谢谢！ 作者：周芯宇、李江海 转载编辑：何文韬 初审： 曾瑛 审核：廖喜扬 审核发布：李春荣 |
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