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2006-10-7 2:58:51

从环境变化角度谈晚更新世动物灭绝

响,归结起来就是构造性海面变化、也可以说是洋盆体积变化所致。由于世界各地区地质活动及其它因素的不同,海面变化的表现自然也是不相同的。就世界范围而言,太平洋东岸、日本等构造隆起地带与环北极圈的冰川融化后局部均衡回升地带海岸均形成多阶海岸阶地,即反应着相应时期的隆起运动影响也反应着相应时期的海面运动影响。斯堪的纳维亚南部及外围地区晚更新世以来的陆架海侵入已经被地壳运动破坏和混淆了。但是瑞典南部西海岸和卡加特地区,沿着地壳隆起倾斜方向250~350的范围内,自60年代以来已经发现有40多条古岸线,而且与每次晚更新世以来的海进极盛位置(PTM岸线)相对应(Morner,1980)。Morner(1971,1976)沿着该地区不同的剖面,测量了每条古岸线的高度,尔后通过计算分离了海面波动和地壳均衡因素,得到了一条该地区的海面变化曲线⑿,海面波动精度为10。20~13.5这段时间的海面变化曲线是利用了墨西哥湾、北美陆架资料通过计算扩展得到的。Morner的计算结果,西北欧地区在魏克塞尔期极盛时期的海面位于-到-,与法国布列塔尼海岸所发现的-和-的水下岸线相吻合。这段时期中的第一次海面下降发生在15~14.8,海面变化曲线上所显示的下降幅度在10左右,可能与魏克塞尔期中的第二次冰川扩张期相为对应。⑿太平洋西岸,尤其是具有最宽广大陆架的中国东部沿海因地质运动相当弱而对海面运动反应直接。Morner在西北欧晚更新世海面变化研究的结果与杨怀仁等对中国东部沿海海平面的研究结果是一致的。

从冰川融化过程来看,晚冰期事件并不可能仅仅是末次大冰期的特有事件,在此之前的一些大冰期运动中很可能也有晚冰期事件发生。

2.1.4、关于“中更新世气候转型”

至于近年来经常提到第四纪气候变化中的最重要的特征之一的“中更新世气候转型”,它是指全球气候的主导周期在中更新世时由41ka转变为100ka,且气候波动的幅度也加大。

在近二百多万年来地球屡次发生冰川的大面积扩展及其消融事件,地球的一切当然也相应随之变化,这就是通常所说的更新世大冰期。

如同许多事情一样,人们的意见是不一致;对更新世的年代划分也是如此,虽然大家都同意更新世大冰期的提法.长更新世240万年,与黄土有关。短更新世约100万年以至更短(相当于长更新世的中更新世到约1万年前,作者所使用的是长更新世),当然也有其依据。地球演化到中更新世,全球气候的主导周期由早更新世的41ka转变为此后的100ka周期。与此气候转型相对应,全球冰量在这一时期增加了约15%。中更新世,全球气候才可以名副其实称为大冰期,早更新世只是气候波动而已!

何种原因导致了中更新世气候转型是第四纪气候演变中一个根本性的问题。现有许多解释,但都不能令人满意。

地球的一切变化都是有其现实基础。在更新世地球的一个重大事件是青藏高原的快速上升。中更新世气候转型是由于第三期喜马拉雅运动使青藏高原在中更新世达到相当高度进入冰冻圈,展现高原冰盖面目,使地球气候表现出低纬度青藏高原冰盖的影响。

高原气候严寒不是由于阳光辐射的不足,相反高空的阳光辐射总是高于同地低地。高原气候严寒主要是由于高原空气稀薄保存热量的能力不高,加之地面植被情况不佳保存热量的能力也不高。较强的高原风加速了热量的散失,也是高原气候严寒原因。青藏高原进入冰冻圈后,因冰的反射能力与冰热容量很高而成为负热量的保存地。

低纬度的青藏高原冰盖大大增强了地球的反射能力,减少了地球所接收的阳光辐射。一方面是低纬度冰盖的出现本身就是全球冰量的增加。更重要的是低纬度冰盖的反射能力比极地冰盖强。原因是由于极地冰盖(极地圈内,地球自转轴倾斜度较大时面积较大)在极夜期间无阳光照射,自然无反射。低纬度冰盖常年反射且低纬度阳光辐射较强。而且至今还未停止的第三期喜马拉雅运动使青藏高原更多的进入冰冻圈。此外,低纬度青藏高原冰盖的加入减少了地球所接收的阳光辐射,也促使极地冰盖及其自身发展。北极冰盖就是在中更新世时才达到目前规模。

在中更新世低纬度青藏高原冰盖与极地冰盖相促相成,共同发展使地球接受到的有效阳光辐射减少,地球温度下降,地球名副其实的进入大冰期!

但只谈青藏高原只能解决地球温度波动幅度增大的问题,而不能解决中更新世全球气候主导周期由早更新世的41ka转变为此后的“100ka”周期转型的问题!而不解决周期转型的问题则根本谈不上解决中更新世气候转型问题!

中更新世全球气候的主导周期由早更新世的41ka转变为此后的“100ka”周期转型似乎是很难彻底解决的问题。许多假说之不能予以令人满意的解释,即是在此问题上。

但以地球轨道要素变化与地理要素相结合是可以对此问题做出圆满解释的。

让我们从研究地球轨道要素开始。由于地球自转轴的倾斜,地球的夏半球与太阳接近而冬半球与太阳远离,因而地球有了春、夏、秋、冬四季。地球自转轴的倾斜运动中黄赤交角大地球夏半球与太阳更接近而冬半球与太阳更远离,黄赤交角小则情况相反。黄赤交角加大时,阳光在各纬度间的分布差异加大。地球岁差是太阳与月亮引力作用使太阳视运动中太阳每年通过春分点的时刻总比回到恒星年同一位置的时刻早些。回归年短于恒星年的现象就是岁差。岁差导致地球春分等时刻变化,实际就是地球南、北半球的夏季时刻与地球的近日点在那个半球的夏季。岁差周期中,地球南、北半球各有半个周期时间里地球的近日点在该半球的夏季。地球的轨道偏心率之大小实际就是地球与太阳的距离之大小,轨道偏心率大地球的近日点与太阳接近,轨道偏心率小地球的近日点与太阳远离;对于非地球的近日点阶段而言,轨道偏心率大时地球与太阳远离接近,轨道偏心率小时地球与太阳接近。地球天文轨道运动就是如此影响太阳辐射量的变化。

由于南极区域(包括周边而不是仅指极点)大陆面积较小且周边环海,海域面积远大于陆地,可以说南极的热容量很高;与北半球冰川发展的源头北极相比,北极区域陆地面积较大,热容量较小;相同的负热量在北极区域所能形成的冰川要远远大于南极区域。与北极区域相比,南极区域的热容量状况不利于冰川的发展。南、北半球的热容量状况与南、北极状况是相类似的。北半球冰川容易发展,南半球冰川不易发展。

有利于北半球冰盖扩张的地球轨道阶段,是冰期周期的冷期(最甚者是盛冰期);不利于北半球冰盖扩张的地球轨道阶段,是冰期周期中的暖期。地球黄赤交角与地球的近日点及其近日程度的时间变化导致的太阳辐射量波动与地球地理要素对有效太阳辐射量的调制组合形成了地球冰期运动。

地球冰川即受冬季的负热量制约又受夏季正热量制约; 正热量大于负热量冰川消耗,反之增长。但是由于冰体对阳光的反射率很高,对冰期运动而言阳光辐射量的增长幅度并不直接等同于正热量的增长幅度。

王会军在《古气候模拟与气候模式》一文中介绍: “地球公轨道偏心率在此0.0与0.07间变化。无论它的值是多大,地球接收的辐射总量保持不变,但两个半球间存在差别。现在的偏心率等于0.0174,南半球比北半球年平均多接收6.7%的太阳辐射。偏心率的最大值为0.07,此时两半球接收到的太阳辐射量相差28%。偏心率的循环周期大约是96000a,由于大行星(主要是木星和土星)的引力作用引起的轻微变化,该周期可在90000 ~ 100000a间变化。地球目前的倾斜率(即黄赤交角)是23.47度,但在40000 ~ 41000a时间里它会在21.39度~24.36度间变化。当黄赤交角加大,季节性变得显著,导致了两高纬度地区接收太阳辐射量的年变化加大。”在同文中王会军还介绍: “把轨道变化与冰期时间选择联系起来有两个矛盾。但整个周期的辐射改变是非常小的,约2W.m-2,这个量级至多能解释全球温度1~2℃的变化,远小于观测到的7~10℃的温度波动。其次,冰川作用是全球同时发生的,而促发冰期的辐射减小仅发生在北半球。”[4] 这两个矛盾后者是可以用前述地球海陆分布情况对太阳能变化的呼应来解释,前者则是可以用冰、水、热关系呼应解释。因为地球气候是由地球接受到的有效阳光辐射所决定的,而冰、负热量间存在正反馈关系。

低纬度太阳辐射强烈,当近日点远离,低纬度太阳辐射减弱,低纬度的青藏高原冰盖扩张。大的地球轨道偏心率时与小的地球轨道偏心率时相比地球的近日点离太阳较近;地球处其它地点时离太阳较远。低纬度高原冰盖对近日点变化敏感。

地球自转轴的倾斜导致地球的四季变化与气候分带。黄赤交角越大,四季变化越显著,极地自身的冬、夏阳光辐射差异越大,低纬度与极地阳光辐射差异越大。反之,黄赤交角越小,四季变化越弱,极地自身的冬、夏阳光辐射差异越小,低纬度与极地阳光辐射差异越小。黄赤交角越大,极地的冬、夏阳光辐射差异越大。南极冰盖由于其地理状况及热容量状况影响,其与低纬度能量交换弱,阳光辐射强时也并不能使之大量消融,阳光辐射弱时也不能使之扩展。南极冰盖在今天可以说是地球气候变化中的确定因素。只不过南极冰盖在阳光辐射强时其反射的阳光辐射量相应增多,在阳光辐射弱时其反射的阳光辐射量相应减少而已。北极的情况则有所不同。北极的冬天越严寒,越有利于其极地冰盖的扩展;北极的夏天越温暖,越增加其极地冰盖的消融。北极极地冰盖对黄赤交角变化敏感。

全球冰盖因极地冰盖与低纬度青藏高原冰盖的微妙关系而复杂。加之低纬度的青藏高原冰盖对阳光的反射能力很强,而极地冰盖对阳光的反射能力在极昼强,极夜弱。故按以下原则考虑暖期、冷期:“黄赤交角大、大的地球轨道偏心率、地球的近日点在北半球的夏季时,地球处于暖期;黄赤交角小、大的地球轨道偏心率、地球的近日点在北半球的冬季时,地球处于冷期。在其余时段,则按诸因素强弱处中间状态。” “100ka” 周期是地球的近日点周期。

在此之前,早更新世的全球冰量不足。在无低纬度冰盖的早更新世,仅有极地冰盖的扩张。故黄赤交角越大,地球温度越低。黄赤交角直接决定极地太阳辐射强弱。地球近日点在地球的时刻变化影响太阳辐射的分布。因此黄赤交角周期与影响近日点时刻的岁差周期为早更新世的主导周期。

低纬度青藏高原冰盖的加入增加了全球冰量,提高了全球冰盖对阳光的反射能力,使之对全球气候的影响力增强。但如果仅仅是全球冰量的简单增加,只能增加波动幅度,并不能改变全球气候的主导周期。青藏高原之隆升,其低纬度冰盖的特殊影响使此前作用不直接的地球轨道要素轨道偏心率显现出来。“100ka”周期是地球轨道要素轨道与地球地理要素组合所导致的全球冰量周期。

更新世大冰期运动实际上并非周期性运动而是一种旋回性运动,更新世各次大冰期均各有其特点。所谓中更新世全球气候的主导周期由早更新世的41ka转变为此后的“100ka”周期,也只是准周期;短的周期84ka,长的如易为我们所了解的末次大冰期为125ka周期。表现的是诸要素影响!

邬光剑等(2002)认为中更新世气候转型不是一个快速事件,而是几十万年的长期过程。的确应该是如此。由量变到质变是符合青藏高原的隆起过程。

2.2、晚更新世动物灭绝的特点

晚更新世动物灭绝是极有特点的,极有地理特点与时间特点!

地理特点:

晚更新世动物灭绝是极有地理特点。其一是主要发生在欧亚与美洲,其二是美洲特别是北美严重于欧亚。猛犸象、披毛犀都是北半球动物灭绝的明星动物。北美是马类动物的起源地,一直生机盎然,但马类却在晚更新世末灭绝;直到近代由于欧洲殖民者的携带,美洲大地才重新又有马类的活动。

时间特点:

主要发生在气候恶劣阶段??晚冰期:气候变化最大

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