自然地理
國家重點(diǎn)學(xué)科:自然地理學(xué)
自然地理學(xué)是研究地球表層自然環(huán)境的組成、物質(zhì)運(yùn)動(dòng)及其發(fā)展變化的科學(xué),研究的對象有地貌、氣候、土壤、水文,生態(tài)等。
自然地理學(xué)最主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容:氣候變化和地貌過程。
自然地理學(xué)的趨向:關(guān)注全球性的自然環(huán)境問題、強(qiáng)調(diào)新技術(shù)的應(yīng)用、注重集成和模擬研究
IPCC:1.地球正在變暖2.地球變暖是人類活動(dòng)造成的。
減排二氧化碳的分歧,爭論原因:1.科學(xué)認(rèn)識(shí)上的不確定性2.政治經(jīng)濟(jì)利益的分歧
過去氣候變化的事實(shí):冰雪沉積、樹木年輪、海洋沉積,石筍堆積和湖泊沉積的記錄。湖泊沉積物是陸地氣候變化良好的記錄者
樹新生代地球氣候-----無冰、單極冰、雙極冰
樹木年輪寬度變化良好的反映降水的逐年變化
樹木年輪生長的寬窄狀況,取決于某些環(huán)境因素,如適宜的溫度和降水、土壤濕度、光照、與光合作用有關(guān)的樹葉表面積大小以及土壤正常礦物質(zhì)的供給等等。由于樹木依賴當(dāng)?shù)氐倪@些環(huán)境而生長,隨著環(huán)境的變化,年輪也發(fā)生變化。反過來就可以從一顆樹木的變化的年輪中,提取影響年輪生長的氣候環(huán)境因子的變化情況,并相當(dāng)可靠地預(yù)見將來。
野外采集的樹芯以及樹盤經(jīng)過處理后,在顯微鏡下觀測到的樹輪寬度變化是主要是由于樹木生長時(shí)的環(huán)境變化引起的。
樹輪:春季,形成的細(xì)胞直徑較大,數(shù)目多,壁較薄,材質(zhì)顯得比較疏松,這部分木材稱為早材(或叫春材)。
到了同年夏秋季節(jié),分化的細(xì)胞直徑較小,數(shù)量少,而木纖維的數(shù)量相應(yīng)增多,這部分的材質(zhì)比較致密,稱晚材(或稱秋材)。
由早材至晚材的變化,一般是逐漸進(jìn)行的,即沒有顯著界線。
不過在上一個(gè)生長季的晚材與下一個(gè)生長季的早材之間卻存在著明顯的界線。從木材橫斷面上看,這些界線成了一圈圈同心圓的環(huán)紋,每一個(gè)包括早材和晚材兩部分的圓環(huán),稱為年輪。
在一株樹中,年輪的數(shù)目由樹干基部往上是逐漸減少的。
年輪分析的優(yōu)點(diǎn):分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)、樹輪指標(biāo)量測精確、地域分布廣泛、定年準(zhǔn)確,便于獲取。
樹輪的交叉定年可以獲得長時(shí)間序列的年表
交叉定年原理:的目的在于給出每一輪形成時(shí)的確切日歷年代,是年輪學(xué)中最重要的一條原理,關(guān)系到研究結(jié)果的成敗。定年過程工作量大,它并不是僅憑一棵樹,一兩個(gè)樣本就可以解決的。變異年輪(偽輪、缺輪、窄輪)、骨架圖制作(Skeleton plot、Composite制作、寬度測量、COFECHA計(jì)算機(jī)程序控制
樹木年輪考古學(xué):(樹輪學(xué)+考古學(xué)+環(huán)境學(xué)):1.提供準(zhǔn)確定年數(shù)據(jù):(古城堡、古橋、古墓、古船、古畫)2. 長年表的建立:長年表的建立,不僅可以為準(zhǔn)確定年服務(wù),而且為14C測年曲線校正提供了可靠的依據(jù)。 14C測年曲線校正3. 氣候環(huán)境變化指標(biāo)的提?。簶淠灸贻啔夂?qū)W進(jìn)行研究時(shí),通常盡量采集樹齡較長的現(xiàn)生樹木。然而樹齡是有限的,一般最多幾百年。上千年樹齡的樹極其稀少。因此,延伸年表,便成了樹輪學(xué)一個(gè)重要方面。枯樹、古木、古建筑的木質(zhì)結(jié)構(gòu)等均可采用。依據(jù)這種辦法,已經(jīng)獲得準(zhǔn)確無誤的年表在近期數(shù)據(jù)再分析研究中、在古氣候重建方面發(fā)揮了重要
2、樹輪水文學(xué):(樹輪學(xué)+水文地質(zhì)學(xué)):將年輪指標(biāo)與降水量、徑流量聯(lián)系起來,研究較大范圍內(nèi)(流域)的水分平衡,尤其是可能對灌溉以及工業(yè)、城市用水產(chǎn)生重大影響的干旱等。
3、樹輪生態(tài)學(xué):(樹輪學(xué)+森林學(xué)+植物生態(tài)學(xué)):利用樹木年輪學(xué)方法進(jìn)行生態(tài)環(huán)境變化的研究。如:利用寬度、密度以及其它年輪變異,確定森林火災(zāi)、蟲災(zāi)、洪水、凍害等災(zāi)害事件的年代等。這支學(xué)科在大氣污染(酸雨、重金屬污染)、森林衰退、環(huán)境變遷等方面有廣泛應(yīng)用。
4、樹輪地質(zhì)學(xué):(樹輪學(xué)+地質(zhì)學(xué)):根據(jù)樹木年輪狀況推斷歷史上某些地質(zhì)事件的發(fā)生頻次及影響范圍。火山爆發(fā)、地震頻率、冰川進(jìn)退、冰融、湖面變化、滑坡泥石流、沙丘移動(dòng)、侵蝕速率、河流改道和洪水發(fā)生頻率等十幾個(gè)方面。年輪寬度與Alpins冰川進(jìn)退記錄有著顯著負(fù)相關(guān)
5、樹木年輪氣候?qū)W: (樹輪學(xué)+樹木生理學(xué)+數(shù)學(xué)+氣候?qū)W+程序設(shè)計(jì))
樹木年輪學(xué)原理:均一性原理限制因子原理 生態(tài)環(huán)境選擇原理 敏感性原理 交叉定年原理 復(fù)本原理
地貌:又稱地形,是固體地球表面(通常簡稱地表)起伏狀態(tài)的總稱,地貌是內(nèi)營力和外營力共同作用于地表的結(jié)果。
內(nèi)營力:構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、巖漿運(yùn)動(dòng)
外營力:流水、風(fēng)、波浪、冰川、凍融、地下水、重力
以外營力作用為主形成的地貌(氣候地貌),有呈緯度水平分布和沿山地垂直分布的規(guī)律。這種分布與氣候條件有聯(lián)系,決定氣候條件的主要要素(溫度和降水)的分布是有一定格局的。
干旱地區(qū):構(gòu)造-水流-風(fēng)沙
(地貌過程多種營力過程實(shí)例)
冰期證據(jù)的大量涌現(xiàn):1、山岳冰川2、大陸冰蓋的分布、結(jié)構(gòu)3、冰蓋地貌與沉積4、海面升降5、地殼的響應(yīng)6、多個(gè)冰積物疊置
經(jīng)典的4次冰期理論如何而來?
德國的A. Penker & Bulukenier (1909)最早對阿爾卑斯地區(qū)進(jìn)行了研究,根據(jù)寒冷和溫暖氣候所造成的地貌和沉積物的交替出現(xiàn)劃分了4次冰期。
1、20世紀(jì)初:提出四次冰期理論
2、爾后得到北美、歐洲研究的支持
3、四次冰期理論主導(dǎo)了20世紀(jì)前半葉
四次冰期--第四紀(jì)有四次冷、暖交替(旋回)
解釋冰期的各種理論:1.太陽輻射能減少2.地球進(jìn)入高濃度宇宙塵分布區(qū)3.二氧化碳濃度降低4.火山噴發(fā)增加5.山脈上升,干旱區(qū)擴(kuò)大,高緯海洋變淺6.南極冰蓋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生冰山流7.北冰洋水汽通量增加8.氣候隨機(jī)變化
軌道三要素變化:偏心率:0.0--0.0607, 10萬年周期(41.3萬年周期)地軸:22o--24o30', 4.1萬年周期歲差:1.9, 2.3萬年兩個(gè)變化周期
James Croll
in 1875
Climate and Time
主要理論貢獻(xiàn):1、計(jì)算了地球軌道變化2、提出軌道變幅對歲差的控制作用3、認(rèn)識(shí)到地軸的重要性(但無計(jì)算)4、提出一個(gè)理論模式
米蘭科維奇的貢獻(xiàn):、計(jì)算了軌道三要素的變化(Pilgrim的結(jié)果)2、計(jì)算了現(xiàn)代輻射的季節(jié)與緯度配置(火地金)3、計(jì)算了輻射的季節(jié)與緯度配置的0.65-Ma變化4、給出夏季輻射與雪線高度的關(guān)系式
地球系統(tǒng)科學(xué)研究面臨的挑戰(zhàn)?
學(xué)科綜合、技術(shù)進(jìn)步、定量分析、人類活動(dòng)、成因機(jī)制
國際科學(xué)理事會(huì)(ICSU)和國際社會(huì)科學(xué)理事會(huì)(ISSC)發(fā)起的為期十年(2014-2023) 的"未來地球 (Future Earth)"大型科學(xué)計(jì)劃, 目的在于為全球可持續(xù)發(fā)展提供必要的知識(shí)、技術(shù)和對策支撐,增強(qiáng)全球可持續(xù)發(fā)展的能力,應(yīng)對環(huán)境變化帶來的挑戰(zhàn).
"未來地球"計(jì)劃設(shè)置了三個(gè)研究方向:1)動(dòng)態(tài)地球(Dynamic Planet);2) 全球發(fā)展(Global Development);3)向可持續(xù)發(fā)展的轉(zhuǎn)變(Transition to Sustainability).
青藏高原隆升氣候效應(yīng)
高原隆升-阻擋西南季風(fēng)水氣-亞洲內(nèi)陸干旱化
冰芯:冰川學(xué)家在研究南極大陸冰蓋的年齡及其形成的歷史過程時(shí),發(fā)現(xiàn)從冰川的冰芯樣品中,不僅能測定冰川的年齡及其形成過程,還可以得到相應(yīng)歷史年代的氣溫和降水資料,以及相應(yīng)年代的二氧化碳等大氣化學(xué)成分含量,從而開辟了恢復(fù)古氣候和古環(huán)境的新的道路。
南極冰芯直接記錄著遠(yuǎn)古時(shí)代的大氣組成,蘊(yùn)藏著珍貴的古氣候和古環(huán)境信息,找到年代久遠(yuǎn)的冰芯,對于重建地球的歷史演化以及預(yù)測全球氣候和環(huán)境的演變意義重大。不同深度的冰層中,其物質(zhì)成分可反映出不同年代的氣候信息,鉆取深冰芯對研究地球氣候演變具有重要意義。比如說,冰芯里面可能囚禁有幾萬年前的空氣,科學(xué)家們或者氣候?qū)W家們可以通過一定手段,將這些空氣提取出,并研究其成分,從而得到一些關(guān)于古代大氣的信息,或者古代氣候的信息,通過年代排序,預(yù)測未來氣候變化走向。另外還可以分析這些冰芯的組成物質(zhì),如水和所含礦物,加以分析,推測地下冰層或冰川底層的某些信息。而且還便于研究地質(zhì)、氣候的變化。