年地球科学热点回眸
摘要 年,地球科学的各分支学科均取得了一系列研究进展,呈现出“传统地球科学”向新一轮“地球系统科学”转变的特点。本文遴选了全球变暖趋缓及其影响等研究热点和最新发现,回顾了年地球科学领域的重大事件,并分析了地球科学的发展趋势。 地球科学是一个庞大的超级学科体系群,其研究对象为整个地球,包括自地心至地球外层空间十分广阔的范围,是由固体地球(核-幔-岩石圈)、流体地球(大气圈、水圈、土壤圈和生物圈)、社会地球(智慧圈-人类作用)和行星地球(太阳系-银河系)组成的一个开放的复杂巨系统,称为地球系统(EarthsSystem),其组成和现象如图1所示。 图1地球系统的组成、作用和现象 从分类上说,地球科学包括大气科学、地质学、地球物理学、地理学及其他衍生学科。年,地球科学各分支学科均取得了一系列研究进展,但总体来说,当代地球科学发展的特征是地球系统科学作为整体观和方法论同地球科学各学科的互动,是“传统地球科学”向新一轮“地球系统科学”认识的转变。地球系统科学侧重于研究地球各圈层之间的相互作用和演化过程的动力学关系探讨,以建立“行星地球统一理论”作为长远的追求目标。因此,本文遴选全球变暖趋缓及其影响、空气污染与中国雾霾、年东日本大地震同震滑动研究、地球早期海洋的演化与生物进化、内陆水体和海洋的碳循环、基于GEOTRACES等计划开展的北大西洋和南大洋痕量元素组成研究等研究热点,并盘点了国土资源“十三五”科技创新规划提出“三深一土”目标、年11月13日新西兰发生8.0级地震、《巴黎协定》正式生效、中国发射多颗地学卫星、中外科学家首次在琥珀中发现恐龙标本等地球科学领域发生的重大事件。 研究热点1)全球变暖趋缓及其影响 政府间气候变化专门委员会(IPCC)第5次评估报告指出,自19世纪中期有观测记录以来,全球年平均气温上升了0.8℃左右。然而,全球气温升温趋势在最近十几年明显减慢。英国气象学家Knight等最早于年提出这个问题,他们指出相对于—期间,全球地表温度增温速率在之后10年间明显偏低,此即全球变暖趋缓(停滞)现象。此后至年,围绕该问题的科学研究已形成一个特色鲜明、引人注目的热点前沿,位列地球科学领域Top10热点前沿第3位。《NatureClimateChange》年3月专题刊发了气候科学专家对全世界热议的近年来地球表面温度升高的趋势突然减缓问题的系列讨论。从国家和机构层面看,美国对该现象的研究占据绝对领先优势,中国、德国并列世界第6位。 多数科学家认可近十几年来全球变暖停滞的事实,并认为太阳活动处于低位相、大气气溶胶(自然和人为)增加、海洋吸收热量是变暖停滞的可能影响因子,其中海洋(尤其是m以下的深海)对热量的储存可能是变暖停滞的关键。国际耦合模式比较计划第5阶段中的模式并未精确地描述各种有利降温影响因子的近期位相演变,因而其模拟的近期增暖趋势较观测偏强。由此推断,变暖停滞主要是自然因素造成的,并且预测变暖趋缓将在近几年或几十年内结束(依赖于太平洋年代际振荡的位相转变),未来气温将仍主要受到温室气体增加的影响而表现出明显的上升趋势。因此,目前的全球变暖趋缓不大可能改变到21世纪末全球大幅度变暖带来的风险。展望未来的研究热点包括:精确估算全球气温和海洋热含量的变率及其不确定性,海洋年代际信号(太平洋以及大西洋的年代际振荡)的转型机制,存储在深海的热量将在何时返回海洋表面及其对区域气候的潜在影响。 值得注意的是,即使全球变暖趋缓,但南极冰川依然处在“水深火热”之中。科学研究表明,—年西南极洲冰川的坚冰消融了几百米。该发现支持假说:在21世纪头10年的中期,阿蒙森海湾冰架下的温暖海水流入显著增加了。 西南极洲阿蒙森海湾分布着一些地球上消融速度最快的冰川(图2)。温暖的海水通过大陆架流入冰架下方空穴内,缓慢侵蚀冰块,这在冰川接地线附近尤为明显,所谓接地线指的是冰川底部与海水最初接触的位置。但是,直到目前为止,确切的冰块消融程度仍未得到充分量化。 图2南极洲罗斯海的一只帝企鹅,现在这里已经设立了全球最大的海洋保护区(图片来源:PaulNicklen/NGC) AlaKhazendar及同事使用NASA“冰桥行动”收集到的航测数据,检测南极阿蒙森海湾的波普(Pope)、史密斯(Smith)和科勒(Kohler)3个冰川的消融速度和接地线位置变化,分析表明,—年冰川消融明显但不均衡:史密斯冰川每年消融多达70m,厚度总计下降了近m。—年,温暖的海水流入有所减少,使波普和科勒冰川消融减弱;但是,史密斯冰川的接地线后退至一个深槽,导致冰川消融持续严重。这些发现表明,接地线后退和温暖的海水流入变化对冰川消融速度产生了影响。 2)空气污染与中国雾霾 同为气象科学的研究领域,空气污染依然是各国科学家 |
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