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2、能在平流层中形成气溶胶,并停留很长时间,减少太阳对地表的辐射量,影响局地或全球气候.地质历史记录表明,火山活动与气候冷期有密切的联系,现代观测和模拟资料也显示火山活动后的一年至几年内,火山周围地区甚至全球产生不同程度的降温.现有研究表明,在火山喷发的活跃时期,火山气体喷发物对地球气候系统的影响程度可能超过CO,等气体产生的温室效应.关键词:气候变化;火山活动;不确定因素中图分类号:P467文献标识码:A文章编号:1673-7105(2012)01-0083-06VolcanicImpactsonGlobalClimateChangesklPingyuan,LIUXiuming,¨,L
9、火山灰尘幕指数DVI(DustVeilIndex),已经能够科学定量的解释说明火山事件对气候变化的影响.1火山喷发影响全球气候的理论机制火山喷发在地球历史上是相对常见的内动力地质过程.火山喷发对气候的影响主要有以下方面:释放能量,喷出大量的岩浆冷却凝固成岩石;带来大量的气体如水蒸气,COSO等;还会形成大量的气溶胶和固体悬浮小颗粒.火山喷发产生大量的岩浆,并释放能量,但相对于整个庞大的气候系统来说,其影响可以忽略不计.火山喷发产生大量气体,最主要的是水蒸气,CO,SO,H:S,HC1以及少量的HF气体.其中水蒸气在大气中停留时间只有十几天,与全球水循环相比,影响有限.火山喷发带来的CO,每年有
10、1.32.3亿t,与人类排放的将近300亿tCO,相比,影响也可不计(最新公布结果2010年人类活动产生的CO:的为367亿t)J.因此,火山活动对气候变化的主要影响就是火山悬浮颗粒和s0,气体.火山喷发会形成大量的细颗粒灰尘(悬浮质),这些物质可以随火山喷发气体上升到平流层,并在随后的几个月至几年内减少太阳对地表的直接辐射量,并增加云层向外太空的散射和反射能量,由此降低地表的温度.这些细小的颗粒还会在高层大气环流的带动下向全球扩散,使火山活动的影响扩大至全球E引.火山喷发出来的气体上升高度可达1632km,进人平流层.因此,其中的s0也就随之进入平流层.在平流层里,不同高度的气体交换非常缓慢
11、,SO:可以在某个高度停留较长时间.平流层里的SO经过缓慢氧化并与羟基反应,形成硫酸,进一步形成硫酸盐固体颗粒,最后形成气溶胶,气溶胶会逐渐下沉抵达地面.SO形成的硫酸和硫酸盐气溶胶递减时间是35d,而硫酸和硫酸盐形成的气溶胶沉积的时间是12到14个月,存留时间较长.这些气溶胶在平流层中强烈的散射和反射太阳辐射,导致入射的太阳短波辐射减少,地表温度降低.进入平流层的SO所形成的气溶胶与火山直接喷发出来的火山灰有所不同,火山喷发出来的灰尘主要成分是硅酸盐,这些硅酸盐颗粒一般都在2Ixm以上,在重力的作用下,可以很快从平流层中清除,对气候的长期影响不大,只是对于爆发后的气候有显着的短期影响.火山喷
13、火山类型对气候的影响有所不同.其中,面积超过10第l期李平原等:火山活动对全球气候变化的影响85km,厚度高达数千米的大火成岩省(如印度德干高原)对气候的影响最为强烈.大火成岩省喷发会导致地表温度降低,海平面下降,造成冰期的来临.Widdowson等通过模拟德干高原玄武岩喷出硫化物产生的气候效应表明,在喷发高峰期问(约1Ma),火山喷发导致全球地表温度平均降低1015cI=,相当于由问冰期到冰期降低的温度J.殷鸿福等发现中国华南地区二叠系与三叠系交界处广泛分布着火山岩或凝灰岩,并含有火山成因的结构,构造及矿物,说明火山活动与这个时期的生物大灭绝有密切的联系E83.在第四纪,火山活动对气候也产生
14、了重要影响.深海岩芯研究表明,近2MaBP以来,火山活动明显加强.在印度洋深海沉积中,M与MIS4之间的层位上存在一层火山灰,研究表明,此火山灰层是73.5kaBPSumatra岛上的Toba火山强烈喷发形成的.同时,南极冰芯记录的非海相硫酸盐的含量显着增加.据估算在此期问,可能有数十亿吨的火山灰和气溶胶喷发到平流层,造成全球降温35,并持续数年之久¨.Bryson研究40ka以来的火山活动表明,喷发频率最高的时期为25kaBP附近,与最后冰期的盛冰期开始时间相当.另外,还有一次较小的峰值出现在11.9kaBP前后,略早于新仙女木事件.Bryson甚至认为,大多数1010a尺度上的气
15、候事件是由火山喷发频次变化引起的_9J.于革等最近统计东亚,太平洋地区全新世近一万年来火山喷发表明,在200O一3000aBP前后,4000aBP,5000aBP,7000aBP出现火山集中爆发期与气候降温期对应,推测火山集中爆发与东亚降温有某种因果联系¨.进入历史时期,由于有了:艾字记录,火山活动也有了较详细的记载¨.费杰,周杰等发现公元934年冰岛的Eldgja火山喷发,导致中国939942年降温,其中洛阳,开封地区的降温幅度达到58¨.有学者表明,16001850年是历史时期火山活动频繁且强度较大的时期,同时也是大家所熟知的明清小冰期时期¨.一些学
18、hichon)和1991年菲律宾的皮纳图博(Pinatubo)火山喷发后,气候明显异常的现象持续了13a左右J.据徐群等跟踪研究,菲律宾皮纳图博火山1991年6月中旬出现了多次的大爆发,大约超过20Mt的SO,进入183Okm的平流层,形成20世纪最大的一次火山云事件,在其后的1992年中国夏季和秋季出现了大范围的低温现象,东北至内蒙古地区和长江下游地区甚至都出现了不同程度的冷害.据卫星资料显示,北半球1992年是近10a来最冷的年份,南半球温度变化较小.火山喷发不仅仅影响温度的变化,它还影响降雨量的变化,产生一系列的旱涝灾害.中国是有旱涝历史记录较长的国家,据张富国等根据中国1470-199
19、0年旱涝资料指出,强火山的喷发对中国不同区域影响不同,火山爆发后2a内,华北地区夏季降雨量有减少趋势,以偏旱为主,华北中南部有不太明86亚热带资源与环境第7卷O.S0.0赠0.51.O矗.AJ/1矗.,fl羹1960197019801990年份图1地表温度变化图Figure1Thetemperaturechangesonthegroundsurface显的趋势.据李靖统计近500a火山和降雨资料发现,在北半球火山喷发当年,黄河流域降水偏少;南半球低纬度火山喷发当年,黄河流域降水较多;南北半球火山喷发1a后,黄河流域降水也增多.但是,火山活动和降水量的关系比较复杂,不同地区的火山活动对不同地区的
20、降雨量影响不同,而且影响降水的因素很多,很难提取火山活动的信号.60J幸0奄懊-330廿20lOO140015001600170018001900l990年份疆洋,×若苫注:锯齿状折线代表每年喷发的火山总数,中心粗实线为10a滑动平均值,总数中不包括喷发有年份不明的火山;一火山在同一年内喷发一次以上,总数记为一次."已知火山数"代表到该年为止有过历史喷发记录的火山数;"人口数"代表全球人L1总数.图2最近600a来火山喷发记录Figure2Recordsaboutvolcaniceruptionsinrecent600years2011年,火山
21、喷发的消息被报道出来,包括智利的普耶韦火山,日本的新燃岳火山,印尼的罗肯火山,冰岛的格里姆火山等等或大或小都一一喷发.这是不是像一些专家所说的那样,地球已经进入新第1期李平原等:火山活动对全球气候变化的影响87一轮的火山活跃期,尚不得而知.但据李靖,张德二统计的结果,近600a来火山喷发有增加趋势.倘若统计确切真实,火山爆发对地球的影响程度将超过温室效应,人类将面临比全球变暖还要严重的威胁.4结语综上所述,火山喷发产生火山灰尘,水蒸气和s0等酸性气体.但对气候影响最大的是s0:气体,它随火山喷发上升到平流层,随后形成硫酸盐气溶胶,能存留很长时间.在这个过程中,大量的气溶胶扩散至周围区域甚至全球
22、,反射和折射太阳辐射,减少太阳对地表的直接辐射量,降低地表温度.一系列的研究表明,在地质历史时期火山活动与全球冰期有密切关系.通过近现代观测与模拟,发现火山活动后的一年至几年内,局部地区或全球会产生不同程度的降温.IPCCAR4再次肯定21世纪全球温度将持续快速升高,并且还会给人类社会带来一系列不利的影响.火山活动是影响未来全球气候变化趋势的不确定因素之一,火山喷发所导致的气候变化在一定程度上会超过温室气体对全球变化产生的影响.因此,对火山活动规律的认识有一个坚实的科学根据是非常必要的.已有地质记录,文献记载和现代科学研究均证实,火山喷发是影响全球气候变化和生物圈发展的重要因素,但是关于火山活
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