第四纪海平面演化分解.ppt

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1、qq海面和海面变化概念海面和海面变化概念qq海面变化理论的发展海面变化理论的发展qq海面变化研究意义海面变化研究意义第一节 海面变化的基本概念对古代海面遗迹的调查，现对古代海面遗迹的调查，现在的卫星测高，都证实了威勒的在的卫星测高，都证实了威勒的质疑质疑海面处于永恒的运动变化海面处于永恒的运动变化之中。海面变化与气候变化、地之中。海面变化与气候变化、地壳运动一样，是地球固有的一种壳运动一样，是地球固有的一种物理运动，是地球旺盛的新陈代物理运动，是地球旺盛的新陈代谢活动的表现形式。谢活动的表现形式。1.对海面的理解对海面的理解 2.海面变化的理解海面变化的理解 3.对几对术语的理解对几对术语的理

2、解一、海面和海面变化概念一、海面和海面变化概念1.对海面的理解对海面的理解(1)海面海面(SLSea Level)海洋水体的真实表面，它是有形海洋水体的真实表面，它是有形的，处于永不停顿的运动之中的，处于永不停顿的运动之中。海平面不平海平面不平海面地形海面地形 sea level sea-level sea surface1.对海面的理解对海面的理解1.对海面的理解对海面的理解(2)平均海面平均海面(MSLMean Sea Level)某一统计时段内海面的平均位置，某一统计时段内海面的平均位置，假想的平面，陆高海深测量的基准面。假想的平面，陆高海深测量的基准面。基准面不准基准面不准海面不静海面

3、不静1.对海面的理解对海面的理解1.对海面的理解对海面的理解(3)大地水准面大地水准面(Geoid)地球重力场的等位面地球重力场的等位面 1.对海面的理解对海面的理解 地球自然表面地球自然表面 地面地面+海面，海面，客观存在的自然面客观存在的自然面 大大 地地 水水 准准 面面 重力场等位面，重力场等位面，客观存在的自然面客观存在的自然面 参参 考考 椭椭 球球 面面 为确定大地水准为确定大地水准面形状引入的非自然面面形状引入的非自然面描述地球形状的三种描述地球形状的三种“面面”:地球地球剖面剖面(0 度度 经线经线方向方向)地球地球剖面剖面(赤道赤道方向方向)海面地形海面地形 全球海面地形全

4、球海面地形-大地水准面的起伏大地水准面的起伏全球海面地形立体影像图2.对海面变化的理解对海面变化的理解(1)海面变化海面变化(Sea-level change)*海面变化指的是海面的垂直升降。海面变化指的是海面的垂直升降。*广义广义-狭义狭义 秒秒-百万年；百万年；*如何度量如何度量?两种坐标系两种坐标系2.对海面变化的理解对海面变化的理解(2)相对海面变化相对海面变化(RSL change)陆地坐标系陆地坐标系 海面相对于地面海面相对于地面的升降变化，日常经验的升降变化，日常经验(3)绝对海面变化绝对海面变化(ESL change)地心坐标系地心坐标系 海面与地心之间海面与地心之间距离的变化

5、距离的变化2.对海面变化的理解对海面变化的理解(4)海面升降运动海面升降运动 Eustasy,Eustatic movement *海面在地心坐标系中的升降运海面在地心坐标系中的升降运动；是一种动；是一种独立的独立的运动体系运动体系-与地与地面升降运动无关。面升降运动无关。*相对海面变化是海面升降运动相对海面变化是海面升降运动与地面升降运动的与地面升降运动的合运动合运动；*从全球一致到全球不一致从全球一致到全球不一致海面升降和地面升降是两个独立的运动系统海面升降和地面升降是两个独立的运动系统海面升降和地面升降是两个独立的运动系统海面升降和地面升降是两个独立的运动系统沉沉积积和和侵侵蚀蚀构构造造

6、和和均均衡衡压压实实自然人为自然人为自然人为自然人为地面升降地面升降地面升降地面升降区域视野区域视野区域视野区域视野海面升降海面升降海面升降海面升降全球视野全球视野全球视野全球视野海面气候海面气候海面气候海面气候3.对几对术语的理解对几对术语的理解(1)岸线升降与岸线摆动岸线升降与岸线摆动 是岸线变迁的垂直分量和水平分量，是岸线变迁的垂直分量和水平分量，都是相对海面变化的表现形式和重要都是相对海面变化的表现形式和重要信息源。信息源。*岸线定义岸线定义海面与地面的交线海面与地面的交线*新方向新方向从岸线摆动研究海面变化从岸线摆动研究海面变化海面升降各分量图解海面升降各分量图解3.对几对术语的理解

7、对几对术语的理解(2)海侵与海退海侵与海退*具有指示相对海面变化的意义具有指示相对海面变化的意义*侧重于地层学侧重于地层学渤海及其西岸的晚更新世海侵层渤海及其西岸的晚更新世海侵层qq一、前第四纪海面变化一、前第四纪海面变化qq二、更新世海面变化二、更新世海面变化qq三、最近两万年以来的海面变化三、最近两万年以来的海面变化qq四、近期海面变化趋势四、近期海面变化趋势第二节 海面变化的过程与趋势一、一、前第四纪海面变化前第四纪海面变化 古生代以来的全球海面变化古生代以来的全球海面变化 两高两低两高两低 寒武纪晚期寒武纪晚期(高高)侏罗纪早期侏罗纪早期(低低)白垩纪晚期白垩纪晚期(高高)晚新晚新生代

8、生代(低低)升降幅度约升降幅度约400米米一、一、前第四纪海面变化前第四纪海面变化 新生代海面变化新生代海面变化 三高三低，趋于降低三高三低，趋于降低 古新世古新世始新世始新世(高高)渐新世晚渐新世晚期期(低低)中新世中期中新世中期(高高)中中新世晚期新世晚期(低低)*上新世上新世(高高)第四纪第四纪(低低)*距今距今1400万年，东南极冰原形成万年，东南极冰原形成2亿5千万年来的全球海面变化过程二、二、更新世海面变化更新世海面变化 大洋岛屿的海岸阶地较大洋岛屿的海岸阶地较好地记录了最近好地记录了最近50万年以来万年以来的各次间冰期的高海面。的各次间冰期的高海面。不存在第四纪初期一二不存在第四

9、纪初期一二百米的高海面。百米的高海面。二、二、更新世海面变化更新世海面变化 与现代海面相比，各次冰期与现代海面相比，各次冰期最低海面要低最低海面要低100米左右，各次米左右，各次间冰期高海面相差不过数米。间冰期高海面相差不过数米。更新世全球海面升降主要受更新世全球海面升降主要受冰期冰期间冰期气候变化控制。间冰期气候变化控制。更新世高海面图最近26万年来的海面变化曲线最近15万年来的海面变化曲线三、最近两万年以来的海面变化三、最近两万年以来的海面变化 1.盛冰期最低海面盛冰期最低海面 2.晚冰期海面波动晚冰期海面波动 3.全新世海面变化全新世海面变化 盛冰期最低海面盛冰期最低海面(1)理论估算理

10、论估算 按冰川体积估算相当于按冰川体积估算相当于102-163米，米，扣除洋底水均衡下沉为扣除洋底水均衡下沉为91-117米。米。通常采用值通常采用值 距今距今18000年前，年前，-100米左右米左右。盛冰期最低海面盛冰期最低海面(2)实测结果实测结果 中国东部海面中国东部海面9821米米 大陆架海面遗迹高度不等于古海大陆架海面遗迹高度不等于古海面高度，面高度，东海陆架下沉东海陆架下沉6636米。米。盛冰期陆桥图末末次次冰冰期期最最盛盛期期(距距今今21-17千千年年前前)某某些些大大陆陆桥桥的的大大至至范范围围 晚冰期海面波动晚冰期海面波动(1)迅速上升迅速上升 5000年回升了年回升了7

11、080%，中国东部平均上升速度，中国东部平均上升速度18.2毫米毫米/年年。(2)急剧波动急剧波动 与与“三冷二暖三冷二暖”气候气候波动相对应。中国东部海面在三次波动相对应。中国东部海面在三次冷期的下降速度都大于冷期的下降速度都大于10毫米毫米/年，年，波林暖期波林暖期700多年的平均上升速度多年的平均上升速度64毫米毫米/年。年。东海陆架岸线变迁图第第气候气候-海面波动期海面波动期(距距今今18.010.9千年前千年前)的的8条海条海岸线，可划分为岸线，可划分为4个徘徊期个徘徊期3个个推进期推进期 1W(18.0 15.0)晚冰期，晚冰期，150 160m；1A(15.0 14.4)推进到推

12、进到110 120 m，一般一般40km，最大最大140km；2W(14.4 13.2)老仙女木冷老仙女木冷期，期，110 120m；2A(13.2 12.4)波林暖期，波林暖期，北部北部570km，南部，南部350km，中部中部150km；3W(12.4 12.1)中仙女木中仙女木冷期，后撤冷期，后撤10 20km；3A(12.1 11.5)阿勒罗德暖阿勒罗德暖期，沿深切河谷成曲折岸线；期，沿深切河谷成曲折岸线；4W(11.5 10.9)新仙女木冷新仙女木冷期，后撤期，后撤50km；全新世海面变化全新世海面变化(1)总的一致的看法总的一致的看法 早全新世海面快速上升，距今早全新世海面快速上升

13、，距今6000年前后已接近现代高度。年前后已接近现代高度。伴随有多次小幅度的波动。伴随有多次小幅度的波动。全新世海面变化全新世海面变化(2)关于经关于经6000年以来的海面变化年以来的海面变化 曾经有过争论，焦点是曾经有过争论，焦点是 全新世全新世中期海面是否曾高于现代中期海面是否曾高于现代?。结论结论 由于全球性的的均衡调整，由于全球性的的均衡调整，世界各地记录的海面变化过程各世界各地记录的海面变化过程各不相同，基本上可划分为不相同，基本上可划分为6个带。个带。四、四、近期海面变化趋势近期海面变化趋势 1.近百年来的海面变化趋势近百年来的海面变化趋势 2.未来海面变化趋势预测未来海面变化趋势

14、预测 近百年来的海面变化趋势近百年来的海面变化趋势(1)平均速度平均速度 验潮站记录表明全球平均海面上升验潮站记录表明全球平均海面上升速度为速度为1015厘米厘米/100年年。(2)波动波动 与气温波动有较好的对应关系。与气温波动有较好的对应关系。未来海面变化趋势预测未来海面变化趋势预测(1)全球平均海面变化趋势全球平均海面变化趋势(ESL)考虑因素考虑因素 冰川消融、海洋热膨胀。冰川消融、海洋热膨胀。海面预测的基本思路海面预测的基本思路 未来海面变化趋势预测未来海面变化趋势预测(1)全球平均海面变化趋势全球平均海面变化趋势(ESL)预测结论预测结论 IPCC(2001)各方案预估各方案预估值

15、的范围为值的范围为988cm(1990-2100AD).IPCC(1995)最具代表性的最具代表性的IS92a方案方案最佳估计最佳估计49厘米的分项值是厘米的分项值是 冰川冰盖冰川冰盖16厘米、格陵兰冰原厘米、格陵兰冰原6厘米、南极冰原厘米、南极冰原-1厘米、热膨胀厘米、热膨胀28厘米。厘米。未来海面变化趋势预测未来海面变化趋势预测(2)地区性相对海面变化趋势地区性相对海面变化趋势(RSL)重要性重要性 更具现实意义。在地壳上升区海面上升更具现实意义。在地壳上升区海面上升减慢转为下降，在地壳下沉区海面加速减慢转为下降，在地壳下沉区海面加速上升。上升。考虑因素考虑因素 海岸升降、海面变形海岸升降

16、、海面变形 未来海面变化趋势预测未来海面变化趋势预测(2)预测的基本原则预测的基本原则 同气候变化预测的基本原则同气候变化预测的基本原则“注重自然过程与人为影响交互作注重自然过程与人为影响交互作用机制的研究用机制的研究”。太湖流域2030年海面地面变化潜在影响区分布图方案方案海面上升海面上升（cm）面积面积（km2）增加比率增加比率（%）2000年年02672030低低23356332030中中31388452030高高63591121第三节第三节 海面变化的原因海面变化的原因 一、绝对海面变化机制一、绝对海面变化机制 三种三种基本类型基本类型和三种和三种基本机制基本机制 冰川型海面升降运动冰

17、川型海面升降运动海水体积变化海水体积变化 构造型海面升降运动构造型海面升降运动 洋盆容积变化洋盆容积变化 大地水准面型海面升降运动大地水准面型海面升降运动 大地水准大地水准 面变化面变化绝对海面变化基本机制图三种基本机制三种基本机制-基本类基本类型型海水体积变化海水体积变化冰川型海面升降运动冰川型海面升降运动洋盆容积变化洋盆容积变化构造型海面升降运动构造型海面升降运动大地水准面变化大地水准面变化大地水准面型海面升大地水准面型海面升降运动降运动 二、二、相对海面变化机制相对海面变化机制q在绝对海面变化机制之外，加上地在绝对海面变化机制之外，加上地面升降运动机制。面升降运动机制。q海面变化研究是涉

18、及水圈、大气圈海面变化研究是涉及水圈、大气圈和岩石圈的综合研究课题。和岩石圈的综合研究课题。海水体积变化海水体积变化 一、一、海水水量变化海水水量变化 大陆冰量变化大陆冰量变化 冰川型海面升冰川型海面升降运动降运动(Glacio-eustasy)，第四第四纪海面变化的主要类型纪海面变化的主要类型全球冰体积数据全球大陆现代冰体积全球大陆现代冰体积 Flint(1971)-24.06106 km3(水体积水体积当量当量)；65 m(海面当量海面当量)全球大陆末次冰期最盛期的冰体积全球大陆末次冰期最盛期的冰体积 Hughes(1981)-84.174 97.829 106 km3(水体积当量水体积当

19、量)；127 163 m(海海面当量面当量)原生水的补充原生水的补充原生水原生水(Primary water)补充补充 千年千年-毫米级；增加说和循环说毫米级；增加说和循环说A.Penck(1934)-2.8 mm/ka;B.Perry(1967)-30亿年，亿年，70%C.燧石燧石二氧化硅胶凝体（二氧化硅胶凝体（SiO2 nHnH2 2O O）,O18增加了增加了1.8，其原因是地幔水（，其原因是地幔水（O18=0.7）的加入的加入海底“烟囱”二、二、海水密度变化海水密度变化 海水温度变化海水温度变化 海水盐度变化海水盐度变化温密度变化数据海水温度、密度变化海水温度、密度变化 Fairbri

20、dge(1961)-海洋表层到底海洋表层到底层升温层升温1，海面上升，海面上升2mIPCC(1995)-IS92a-AD2100 预测预测方案方案49厘米海面上升量中海洋热膨厘米海面上升量中海洋热膨胀的贡献是胀的贡献是 28cmPattulo(1955)-对月均海面对月均海面 温度温度影响影响11cm，盐度影响盐度影响5cm洋盆容积变化洋盆容积变化 一、板块运动导致的变化一、板块运动导致的变化 海底扩张速度和洋中脊体积变化海底扩张速度和洋中脊体积变化现代海洋中洋中脊的体积是现代海洋中洋中脊的体积是1.6108，海水体积是海水体积是1.35 109，洋中脊体积是，洋中脊体积是海水体积的海水体积的

21、12%，这部分体积相当于，这部分体积相当于300米海面升降量。米海面升降量。洋盆容积变化洋盆容积变化 二、各种构造运动导致的变化二、各种构造运动导致的变化 造山型海面升降运动造山型海面升降运动(Orogen-eustasy)造山期导致全球性海退造山期导致全球性海退 造陆型海面升降运动造陆型海面升降运动(Epeirogen-eustasy)造陆期导致全球性海退造陆期导致全球性海退洋盆容积变化洋盆容积变化 三、洋底大幅度下沉导致的变化三、洋底大幅度下沉导致的变化 盖奥特盖奥特(Guyot)现象现象 四、均衡运动四、均衡运动 导致的变化导致的变化 冰川均衡、水均衡、全球均衡调冰川均衡、水均衡、全球均

22、衡调整整五、其它影响洋盆容积的机制五、其它影响洋盆容积的机制 局部海盆变化局部海盆变化 8 maBP直布罗陀海峡封闭直布罗陀海峡封闭，7-5百百万年前成盆地。万年前成盆地。地中海盆地的海面地中海盆地的海面当量为当量为10-12m 沉积作用沉积作用 沉积型海面升降运动沉积型海面升降运动(Sedimento-eustasy)，千年千年-厘米级厘米级大地水准面变化大地水准面变化 Geoidal eustasy 大地水准面型海大地水准面型海面升降运动，海面变形运动面升降运动，海面变形运动；根本原因根本原因-地球重力场变化地球重力场变化 一、地球运动参数变化一、地球运动参数变化 自转速度变化自转速度变化

23、 极移极移极移对海面变化的作用极移对海面变化的作用海侵海侵海侵海侵海退海退海退海退极移方向极移方向理论计算表理论计算表明明1度的极度的极移最大能使移最大能使海面相对与海面相对与陆地上升或陆地上升或下降下降373米米大地水准面变化大地水准面变化 二、地球质量分布变化二、地球质量分布变化 地表质量再分配地表质量再分配 地核地核-地幔变化地幔变化 三、太空引力变化三、太空引力变化 引潮力引潮力大地水准面型海面升降运动的机制大地水准面型海面升降运动大地水准面型海面升降运动大地水准面型海面升降运动大地水准面型海面升降运动运动参数运动参数太空引力太空引力质量分配质量分配内部运动内部运动内部运动内部运动核核-幔幔变化变化Geoidal Eustasy相对海面变化机制图相对海面变化相对海面变化