德雷克海峡形成对全球气候变冷的影响

                                       杨学祥，杨冬红（吉林大学,）

关键提示：德雷克海峡形成对全球气候变冷的影响十分重大：其一，导致中始新世和早渐新世之间的总的温度下降和南极冰盖的形成。其二、是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。其三、控制赤道热流向南极的热输送，形成厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生。构造活动决定了气候变化的冷暖交替规律。这是地质学家比气象学家看得更远的原因。

1 南极大陆冰盖形成的原因

中生代时期，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度弧的旅途中被大大加热。中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：①德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；②由于澳大利亚—新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；③特提斯海关闭，不能使赤道环流通过^[1-3]。

图1. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

                Fig.1 Sketch map of three sea-ices switches for global climate

2 南北半球冰期同步的原因

20世纪晚期古气候研究的最大突破，在于证实了地球轨道参数变动造成的冰期旋回即“米兰科维奇周期”^[4]。但是，冰期天文理论的一些结论与实际并不完全符合，其中最明显的问题是：根据冰期天文理论，地球南北两半球都将以23000a（近日点相对春分点的周期）为周期交替发生冰期，这就是冰期天文理论关于南北两半球交替发生冰期的学说。但是，到目前为止，所获得的地质纪录却证明南北半球的冰期是同步进行的^[5]。在第四纪，历次冰期中的冰川主要分布在北半球。

Van Andel等人（1975）在分析了太平洋所有不整合之后提出，德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换^[6]。同理，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失，是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因^{[2, 3, 7]}。

3 厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生的原因

在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图1）。

当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图1所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应^[1-3,7]。

4 结论

    德雷克海峡形成对全球气候变冷的影响十分重大：其一，导致中始新世和早渐新世之间的总的温度下降和南极冰盖的形成。其二、是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。其三、控制赤道热流向南极的热输送，形成厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生。构造活动决定了气候变化的冷暖交替规律。这是地质学家比气象学家看得更远的原因。

参考文献（References）：

[1] Frakes, L. A., Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company[M], Amsterdam—Oxford—New York, 1979. 182, 192, 200, 223, 315.

[2]杨学祥。太平洋环流速度减慢的原因[J]。世界地质，2003，22（4）：380-384。

[3]杨学祥。厄尔尼诺事件产生的原因与验证[J]。自然杂志，2004，26（3）：151－155。

[4]汪品先，翦知湣。寻求高分辨率的古环境记录。第四纪研究。1999，（1）：1~17

[5]周尚哲. 冰期天文理论研究中的几个问题. 冰川冻土. 1994, 16(1):85~92

[6]Van Andel T H, Heath G R, Moore T C. Cenozoic history and paleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean[J]. Geol. Soc. Am.,Mem., 1975, 143: 134

[7]杨冬红，杨学祥。澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关。地球物理学进展。2007，22（5）：1680-1685。