第四紀(jì)海平面變化原因

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

海平面變化是世界沿海各國政府、科學(xué)家以及普通民眾都關(guān)心的焦點問題。全世界約有半數(shù)以上的居民生活在距海不到60千米的沿海地區(qū),我國有41%的人口和60%以上的財富分布在沿海地區(qū),海平面上升將對包括中國在內(nèi)的全球經(jīng)濟社會安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。海平面上升對華南沿岸,特別是經(jīng)濟較發(fā)達的珠江三角洲地區(qū),威脅尤其巨大。雖然已經(jīng)意識到這種危機的存在,但是人類至今還未完全了解到全球海平面變化的規(guī)律和機制,很難準(zhǔn)確預(yù)測未來海平面的變化趨勢。通過對全新世歷史時期海平面變化的研究,將有助于提高我們對海平面變化規(guī)律的認(rèn)識。

一、研究歷史時期海平面變化的依據(jù)

地質(zhì)記錄是唯一能夠獲得的重建海平面變化歷史、檢驗海平面變化假說的依據(jù)。與海平面變化關(guān)系密切的海洋沉積記錄主要有以下3類:①深海有孔蟲氧同位素記錄；②被動大陸邊緣或大洋島嶼、海山附近的碳酸鹽臺地和環(huán)礁；③被動大陸邊緣形成于海平面附近的陸源碎屑沉積。

深海有孔蟲氧同位素δ180測量結(jié)果，反映了由于極地冰蓋或大陸冰席的形成與消融而引起的全球冰量的變化，它為冰川型全球海平面變化的確定提供了一個替代指標(biāo)。積累新生代深海長巖芯剖面,通過分析浮游和底棲有孔蟲氧同位素值的變化，可以為確定冰川型全球海平面變化的時間提供條件。但是,由于深海同位素記錄易受溫度和鹽度變化的影響，故它們僅能對海平面變化幅度提供大致的估計，且不包括構(gòu)造作用引起的海平面變化。

珊瑚礁或環(huán)礁的生長面近似為當(dāng)時的海平面,故保留在地層序列中的礁生長面是古海平面變化的良好記錄,它們能夠為海平面變化幅度提供精確的估計。

與深海記錄相比,大陸邊緣保存有更長時間的沉積記錄(以10億年計),它們更直接地記錄了古海平面變化的影響。然而,全球海平面變化對大陸邊緣沉積記錄的影響容易受構(gòu)造沉降、基底對沉積物和載荷的撓曲響應(yīng)、物源供應(yīng)等區(qū)域或局部因素的影響而復(fù)雜化,只有對這些地區(qū)性因素有足夠深入的了解,才可能從地層記錄中分離出全球海平面變化的影響。

顯然,上述3種記錄各有利弊。任何一種記錄如果單獨研究,均難以得出對全球海平面變化的完整了解。但是,如果將這些記錄綜合起來,則有可能為全球海平面變化的時間、幅度等提供有價值的估計。因此,只有利用所謂“三重方法”,即綜合利用來自被動大陸邊緣、碳酸鹽環(huán)礁、深海氧同位素記錄三方面的資料,研究海平面變化。

二、影響海平面變化的因素

(一)海水溫度升高對海平面變化的作用。海平面是受氣候地殼運動和大地水準(zhǔn)面變形等多因素控制的一個變量，溫度變化控制著海盆中水量的變化,海水熱膨脹是海平面上升的主要影響因素。

Cabanes發(fā)現(xiàn)在1993—1998年由于熱膨脹使海平面上升了3.1±0.4 mm/a。但是全球的熱膨脹變化并不一致,在長的時間尺度和大的空間尺度上都有很大的差異,如印度洋自20世紀(jì)60年代就開始升溫,而大西洋明顯的升溫過程卻發(fā)生在90年代以后。這些差異的原因至今仍然無法給出合理解釋。IPCC(2001)根據(jù)全球大氣—海洋環(huán)流模式(AOGCMS)得出熱膨脹使海平面上升了大約0.3～0.7mm/a。自IPCC的報告后,關(guān)于熱膨脹的研究又取得了許多新的突破,其中Antonov利用海洋歷史觀測資料算出海水熱膨脹使海平面上升0.5±0.05mm/a。

(二)鹽度對海平面變化的影響。大洋鹽度變化對局部海域海水密度和海平面變化有著重要的意義,但對全球平均海平面變化的影響卻很微弱。近年來有研究者指出,過去50年鹽度的變化對海平面上升的影響大約為0.05mm/a,這比熱膨脹的影響明顯要小得多。Antonov對鹽度變化與注入海洋的淡水量按比例作了換算,發(fā)現(xiàn)海洋淡化過程相當(dāng)于使海平面上升了1.35±0.5mm/a。需要指出的是,海冰和冰山的融化會使鹽度降低,但并不會使海平面增高,在計算時要考慮它們的影響,并且它們最近的融化速度在加快。

(三)陸地水體對海平面變化的影響

1.山岳冰川對海平面變化的影響。20世紀(jì)以來由于全球變暖,山岳冰川在后退,尤其是近10年后退的速度在加快。綜合Dyurgerov、Arendt和Rignot對海平面的研究數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)可知,山岳冰川目前對海平面的影響值約為0.66mm/a。由此可得,山岳冰川雖只占陸地冰川很小的一部分,但其對海平面變化的作用程度僅次于海水的熱膨脹。

2.極地冰蓋對海平面變化的影響。南極冰蓋和格陵蘭冰蓋固結(jié)著地球表面大約99%的淡水資源,如果全部融化將使全球的海平面上升約70 m。即使是一小部分融化也會對海平面帶來巨大的影響。由于格陵蘭島和南極大陸具有不同的海陸分布狀況和地形特征,冰蓋的消融特征也不相同:在南極大陸上冰蓋的消融主要通過冰架底部融化和冰山的脫離,冰蓋表面的融化十分微弱;而格陵蘭島冰蓋物質(zhì)的損失則主要是通過表層融化和冰山崩解。

3.人類行為引起的陸地水體變化對海平面變化的影響。人類活動通過改變陸地水體的循環(huán)周期和循環(huán)路線,對海平面變化產(chǎn)生影響。

1997年Gornitz等給出了一個計算公式:

SLC =(G +U +CD +D +W E)-(RE + I)

SLC表示海平面變化，G表示地下水開采，U表示城市化，CD 表示燃燒化石燃料和生物分解，D 表示砍伐森林，W E表示濕地排水,RE表示水庫蓄水,I表示灌溉。

(四)地球物理過程對海平面變化的影響。地球是一個可塑球體,冰期和非冰期的地球形狀變化會造成海平面的升降。在過去20年里有關(guān)冰后期陸地反彈的模型逐漸被完善。這些模型描述了冰期與間冰期的地球形狀變化、冰蓋的變化,大洋的幾何狀況與容積數(shù)據(jù)。目前陸地回彈對海平面的影響值大約為0.3 mm / a。

三、地球溫度變化是影響海平面變化最大最直接的原因

不難看出，上述的因素絕大部分都是先引起地球溫度的變化，然后再導(dǎo)致海平面的升降，可以說地球溫度是影響海平面變化最大最直接的原因，其影響因素眾多而且復(fù)雜,從長遠(yuǎn)觀點看,其根本原因是各種自然因素,而不只是人類活動因素。影響溫度變化的因素包括：

①太陽能輻射量的變化。②地球?qū)μ栞椛涞慕邮苈省＂鄣厍蜃赞D(zhuǎn)速度的變化。④溫室效應(yīng)。⑤其它原因。