5.1 地球歷史上的氣候變遷

1. 5.1 地球歷史上的氣候變遷 光正

2. 有人島嶼　首座被海吞掉2006/12/26(聯合報A14) • 印度恆河三角洲的羅哈恰拉島（Lohachara）遭到海水永久淹沒，成為全球首座從地圖上消失的有人居住島嶼，上萬人被迫遷離。 • 八年前，中華民國的太平洋友邦吉里巴斯的一個小島遭到淹沒，是全球第一座被永久淹沒的無人島。

3. 環境在改變嗎？ • 那一件事真的發生了？ • 冰期 • 隕石造成恐龍滅絕 • 土石流變得較以往頻繁 • 全球的暖化現象 • 海平面在上升 • 溫室氣體造成全球暖化 • 聖嬰現象變得頻繁 • 大自然在反撲 • 需要充分的証據！

4. 尋找環境變遷的線索 • 為何要研究環境變遷？ • 維持人類生存 • 面對全球變遷的基本態度 • 不必杞人憂天，但也不可麻木不仁 • 認識地球系統的運作 • 搜尋線索，讓証據說話 • 永遠存疑，隨時更新

5. 古氣候變化的線索 • 研究文獻、文物記載 埃及沙漠中的古壁畫記載商隊曾以驢子背負商品。驢子每天都需要喝淡水，顯示4000年前埃及的氣候應比現在濕潤多了。

6. 古氣候變化的線索 • 化石的線索 • 珊瑚化石： • 今日的造礁珊瑚，只生長在南、北緯30度以內較溫暖的海域中 • 珊瑚生長造成的年輪，在赤道地區通常較不明顯 • 羊齒類和蕨類植物的化石 • 化石的產地當時處於較溫暖的環境中

7. 珊瑚生長紋 • 泥盆紀的一種造礁珊瑚（Rugose）具有明顯的生長線，兩條白色的條帶間是一年，在年輪間有更細的日生長線。由這些生長線，科學家得以推論當時一天的時間較短，僅約有22小時，但一年可以長達約400天。

8. 古氣候變化的線索 • 岩層紀錄 • 沙丘、石膏和鹽岩：乾燥的環境 • 煤層：溼熱沼澤的環境 • 冰川的沉積物：寒冷的氣候

11. 古氣候變化的原因 • 以不同的時間尺度來看 • 幾十億年為尺度 • 以億年到千萬年為尺度 • 百萬年為尺度 • 十萬年至萬年為尺度

12. 幾十億年為尺度 • 地球早期的歷史中，日照量低，但因溫室氣體含量高，使得地球的氣候相當溫暖，因此長時間沒有冰川存在的證據

13. 以億年到千萬年為尺度 • 大陸漂移而改變了海陸分布，原本地處乾燥的內陸環境，可能因板塊分裂而分離，形成靠海潮溼的環境 • 中洋脊若因擴張速率加大，大量熔融的岩漿不斷上湧，使中洋脊特別高聳，造成原來海盆體積減小，海平面就會上升，海洋面積加大 • 上述二種例子，除了使沿海及內陸的環境改變外，很可能由於海陸分布不同，使陽光反照率及溫鹽環流改變，因此也改變了地球的氣候

14. 百萬年為尺度 • 例如板塊碰撞造山，山脈的隆起往往會改變大氣環流的結構，而影響氣候變化 • 喜馬拉雅山脈和西藏高原，促使印度洋季風更加明顯，南方印度洋來的水氣，由於高山阻隔，皆降水在山脈南方，高原北邊因而開始沙漠化

16. 十萬年至萬年為尺度 • 很可能是受到地球繞太陽公轉軌道和地球自轉軸的變化影響 • 例如在更新世（180萬年前）以來冰期的變化紀錄，和天文物理學家米蘭科維奇的理論推算大致吻合

17. 偏心率（ε）=

18. 更短的時間尺度 • 太陽表面的活動 • 黑子數量有11年的週期性變化 • 火山的噴發 • 1991年菲律賓皮納吐波火山噴發後的一年全球平均溫度降了0.5℃

19. 古氣候的改變是不同時間尺度變化的疊加結果

21. 古氣候變化的紀錄在那裡？ • 古地球冷到什麼程度？熱到什麼程度？ • 劇烈天氣可以劇烈到什麼程度？ • 誰在作紀錄？

22. 尋找溫度紀錄 • 冰期為例： • 什麼是冰期？間冰期？ • 全球冰川大規模擴展的現象，即進入冰期 • 全球冰川大規模退縮的現象，即進入間冰期 • 如何証明冰期？ • 看到冰川遺跡即代表地球變冷？ • 看到冰川遺跡偏低緯，一定是氣候變冷嗎？ • 看到海平面會下降的遺跡即代表地球變冷？ • 幾個問題： • 同時期冰川遺跡都找到了嗎？ • 海平面下降，一定是冰期造成嗎？ • 海平面下降的証據都找到了嗎? • 是否有更充分的証據？

23. 冰川活動會在地表上留下什麼線索？

24. 冰川的遺跡 • 冰磧 • 刄嶺 • 角峰 • Ｕ型谷 • 冰蝕痕 • …

25. 冰川前緣 冰磧

26. 北半球現在與 18,000 年前地表冰層分布的比較。18000年前，地表約有三分之一的陸地覆蓋冰雪，冰層厚度可達數千公尺。

27. 古氣候的重要紀錄 • 分析古生物的分布 • 分析海洋沉積物或古生物 殼體中的氧同位素 • 由O18／O16的比值可以推測過去的氣溫 • 因O18原子量較大，較不易蒸發，若全世界冰層增加(冰期)，則因冰層保留較大比例的O16未流回海水中，使海水中O18／O16的比值增加。 • 另外當海水溫度降低時，O18較易沈澱，海水表層生物殼體中O18／O16的比值也會增加 • 分析生物骨骼中的O 18／O16比值，可獲得過去大氣的溫度

28. 當氣候變冷，全世界冰層增加時，海水中O18/O16的比值會增加，生物殼體(碳酸鈣中有氧元素)會紀錄下來當氣候變冷，全世界冰層增加時，海水中O18/O16的比值會增加，生物殼體(碳酸鈣中有氧元素)會紀錄下來

29. 平均狀況 當氣溫變低時 局部地區的氣溫對海水中O18和O16的影響 海水 O16 海水O16 O18 O18 O18 O18 海面水O18/O16比值較大 O18和O16都會蒸發

30. 氧氣(O2)中氧同位素豐度

31. 氧18多時代表氣溫低 氧18少時代表氣溫高 淺海的生物殼體為例

32. 古氣候的重要紀錄 • 孢粉化石 • 利用古代植物孢子及花粉的沈積來看植物相(某一環境會出現的植物類型)，藉以推測古氣候 • 主要用在湖泊沈積物(陸區)

33. 古氣候的重要紀錄

34. 古氣候的重要紀錄 • 冰川的冰芯 • 極區或高山的冰層會累積過去各年代未融的積雪所形成的雪冰，似年輪一般具有層次 • 冰芯中的資訊 • O18/O16的比值─可知降雪時的氣溫 • 沙塵量 • 古大氣成分 • 酸鹼度 • 其他

35. 古氣候的重要紀錄 • 植物年輪 • 受氣候暖和或乾旱寒冷影響，可指示古氣溫及降水的變化 • 珊瑚骨骼 • 可重建古赤道區 • 可重建古海面高度 • 如同古海生動物殼體及冰芯，可利用所含同位素分析古海水溫度 一種只生長在淺於5公尺海水中的珊瑚。

36. 台灣冰期氣候的證據 • 雪山的冰蝕地形 雪山南側坡面的圈谷被認為是冰斗的遺跡。

37. 象牙 上顎 台灣冰期氣候的證據 • 大型哺乳動物化石 • 台灣海峽出土的古象化石中，包含有應生長在冰天雪地的「猛獁象」化石

38. 台灣冰期氣候的證據 • 孢粉化石 • 台灣中部位於海拔650公尺的湖泊沈積物發現，上次冰期時的孢粉組合與現今2,250公尺上下的孢粉組合最像

39. 台灣冰期氣候的證據 • 冰河時期孑遺生物 台灣山毛櫸目前僅生長在中、高海拔的山區 台灣櫻花鉤吻鮭目前僅棲息於大甲溪上游的七家灣溪與武陵溪

40. 全球環境與氣候的長期變化 • 地球歷史上的冷暖概況 約每隔三億年就會發生一次大冰期(藍色區)。人類幾百萬年的演化歷程一直都處於較低溫的氣候狀態。

41. 造成大冰期的可能原因 • 陸塊位置的改變 • 洋流的路徑及流速受影響 • 板塊移動造成 • 反照率改變 • 陸塊分布在不同緯度時，全球反射太陽輻射的能力改變 • 大的陸塊內部會較乾燥 • 造山運動 • 高山氣溫低，易積雪形成高山冰川 • 大冰期發生前剛好都發生大規模的造山運動 • 造山運動改變局部區域氣流，且引起劇烈的風化作用，移除大氣的二氧化碳

44. 百萬年來的冷暖概況 • 現在是冰期還是間冰期? • 近8億年來看，冰期 • 近十萬年來看，間冰期 • 冰期具有週期性嗎? • 部分有，部分沒有

45. 週期性變化的可能原因 週期約10萬年 週期約2.6萬年 週期約4.1萬年

46. 小冰期與黑子 • 小冰期可能與太陽黑子活動有關