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重要的气候变化事件及其生态响应
主要介绍几个大尺度上的气候事件,包括新仙女木事件(Younger Dryas)、全新世大暖期和小冰期。
★新仙女木事件及其前后的其他变冷事件
新仙女木事件是发生于约1.1-1万年前一次明显的气候变冷事件,在全球许多地区都得到了证实,但作为一次全球性事件仍存在争议。在新仙女木事件前后,也出现了几次气候变冷事件,包括1.1万年前的Gerzensee/Killarney/ intra-Alleröd冷期,9.6 千年前和8200 年前的两次变冷事件。这些事件出现的顺序和变化幅度可以从格陵兰冰芯和其他证据得到证实(图10.2)。
在加拿大安大略南部的Grawford湖,的负向增加,硅酸盐的峰值以及高的盘星藻含量都指示了新仙女木期的寒冷气候。然而,这一现象出现在云杉孢粉带的上半部,说明森林植被并没有巨大改变(图10.3)。这种稳定性可能是由于研究区当时处于非生态过渡带,植被对气候变化不敏感(Yu, 1997; Yu and Eicher, 1998)。
在新仙女木期之前,云杉的峰值出现在和碳酸钙的峰值之后,说明地带性植被对于气候的变化具有明显的滞后性,可能是由于适合于植被生长的土壤发育较慢(图10.4, Pennington, 1986)。
全新世大暖期
随着冰期的结束,全新世气候开始转暖,约在9千年前进入最暖的时期,国际上称为全新世大暖期。不同地区的大暖期起讫时间存在差别,但它的存在逐渐得到公认。这一时期的气候虽然存在波动,但总体上温度比现在高。
全新世初期定居下来的先锋植物,在北半球温带湿润地区,形成大面积以中生植物为主的落叶阔叶林,乔木主要有栎、榆、椴、白蜡和桤木等属。
在垂直带上表现为林线的上升,如阿尔卑斯山地7千年前的林线比现在高300 m(Pott et al., 1995)。
随着大暖期的过去,气候和土壤条件的改变,针叶林大量进入温带地区,部分地区沼泽化程度增加。在北欧和中欧一带,欧洲山毛榉林取代栎林成为优势的植被类型,目前对这一变化的具体原因尚不清楚。
一般认为全新世大暖期的气候条件较现在湿润,甚至有人将这一时期称为“气候适宜期”。
古气候模拟、孢粉证据、山地森林树种的垂直推移和湖泊水位的变化都表明了北美东部地区在全新世早期和中期存在暖干气候,美国中西部森林-草原过渡带的推移以及湖泊水位的变化也说明了同样的气候特征。
古气候研究表明,不同地区干旱期的出现并不同步。如在美国明尼苏达州,干旱期出现的时间为8-5千年前,而加拿大安大略省南部出现的时间则为5-2千年前;在美国明尼苏达和印地安那州,明显出现了生态过渡带的推移,而在美国密执安州东南部和加拿大安大略省南部,植被的反应不是很明显。这种时空不同步可以归因于全新世期间气团分布的变化。在某些地方,虽然抱粉数据不能明确反映干旱期的存在,但湖泊水位数据则有较好的指示性
全新世温暖期在中国的起讫时间被认为是8-3千年前(施雅风等,1992)。进入这一时期以后,中国的植被表现为北移和西迁,但不同植被带迁移的幅度存在差异。
小冰期
小冰期是地球历史上最新的气候变冷事件,它导致100-500年前全球几乎所有的高山冰川明显地冰进(Grove, 1988)。过去常被称为一个“全球性事件”,与中全新世的暖干气候一样,它出现的时间因地而异,各地的响应取决于当地的自然条件
Mann等(1999)用12种代用气候资料恢复了过去1000年北半球的温度。结果表明:公元1000年至1850年温度变化存在一种线性下降趋势(图10.5)
小冰期,除了存在温度波动以外,还存在湿度的波动,姚檀栋(1997)对古里雅冰芯的研究表明,在过去的500年里,降水和温度变化的总趋势大体一致,但却滞后于温度升降变化,其滞后期在50-l00年之间。
小冰期的出现对生物的影响:
(1)低温限制了植物的生长,引起物候的变化,如14世纪后期,桑椹在苏南的成熟期比现代晚10天。
(2)频繁的自然灾害影响生物的生长和繁殖,如14世纪至20世纪,我国的柑橘频繁遭受冻害,在温暖时期,每10年出现1.0-1.1个冻害年,而寒冷时期每l0年出现2.3-2.6个冻害年。
(3)导致一些喜暖植物的分布北界南移,同时,雪线高度降低,对高山林线树木的生长可能带来毁灭性的影响。
由于小冰期时,地球上大范围的自然植被已受到人类活动的影响,有时很难将气候变化和人为活动作用区分开来。