地球的天文轨道参数周期性运动，会影响地球表面接收的太阳光照量，因而会有显著的周期变化特征。同时，由于构造运动、陨石撞击、火山喷发等等非周期因素影响，气候也具有一些非周期特征。此外，由于地球的气候系统是一个复杂系统，其边界条件的约束非常重要，可能小的边界调节调整，就能触发不同的气候响应，具有某些不可预测性。

我们通过数据测量和定量化模拟来研究气候系统中各种因素之间的因果关系，这就需要高精度（时间和空间）的数据采集和更加复杂的气候模型以及海量的运算。到目前为止，科学家已经部分达到了这个目的，但是距离真正的目标还有很长的路要走,至少在四个方面还需要大量的投入：

1）提高时间精度和数据的时间分辨率。要想了解各个变量之间准确的因果关系，需要精确的绝对时间，才能分清楚其相位关系,至少一个气候响应不可能在其触发因素之前发生。

2）通过加强空间数据分布，探讨大模式下地球气候响应的空间不均一性。目前的研究过于倾向于大模式。大多只达到了模式图、概略图、机制图等等。和历史研究一样，我们看到了大趋势，但是能够为人类社会提供参考的并不只是这些大趋势，各种不均一性问题非常重要。比如，人类文明主体发展不过是最近几千年的事情。对于人类来说，百万年尺度以上的气候变化，在科学认知上非常重要，但是对现今人类关心的主体环境和气候问题影响就很小。而年-十年-百年尺度的气候变化，以及由于时间尺度变小而凸显的全球不均一性问题，才是更大多数人关心的问题。

3）数据和模型相结合，是深入探讨参数之间的定量关系和协调机制的有效方案。

4）多方法相结合。在之前的论述中，我们逐步在引入不同的气候替代参数，这些参数五花八门，每个都有其优点点和劣势以及多解性。比如δ¹⁸O就受到两极冰冰盖演化、温度、盐度以及记录介质后期结晶改造的多重影响。多种方法叠合在一起，才能相互支撑验证，减少多解性。

我们看问题，很多时候很迷茫，是因为时空尺度不够。比如，当我们研究天体的时候，只要把镜头逐渐拉远，之前看似毫无规律的星星、星系慢慢就呈现出在大空间尺度上的规律性。在可见宇宙的尺度上，之前觉得杂乱分布的的巨大星系都按照规律在排列。我们也遵循这样的思路，从大的时间尺度逐渐聚焦到我们关心的小时间尺度，看看气候变化特征中哪些特征有周期性，哪些是随机事件。

在过期几十亿年里，地球逐渐变冷。地球从炙热的岩浆翻滚初始状态变成绿树成荫的宜居地球，温度在逐渐降低。向外太空扩散热量是每一个行星都在时时刻刻做的事情。就连黑洞这样的神秘天体，只要时间足够长，通过能量辐射，最终也会灰飞烟灭。

海洋是在演化的，通过威尔逊旋回，海底老的洋壳会俯冲到周边的大陆下面，而新的洋壳则在洋中脊逐渐生成。很久古老的沉积物已经随着洋壳俯冲消失在了地幔中。目前我们通过海洋沉积物获得的最长的连续的δ18O曲线，可以跨越115Ma。

在这个时间尺度上，δ¹⁸O竟然具有36Myr和9Myr的“周期性”变化。很多我们熟悉的气候事件，包括MMCO、EOT、EECO、OAE2等等，都发生在36Myr和9Myr信号的低值重合点。

这么长的周期信号如果成立，目前可以用两个机制来加以解释。

第一个机制为外源。太阳系在银河系的运动有自身的规律。以银河系的银盘面为参考系，太阳系除了围绕银河系中心运转之外，在垂直于银河系银盘面方向，存在着36Myr的周期性运动。这就造成了太阳系以及地球接收的宇宙射线量会发生长周期性变化。宇宙射线影响了地球上云的生成量。

其实，这种宇宙射线与地球上云的生成量的相互关系，以及造成的 气候变化，已经被很多科学家注意到。

我们知道，地球磁场强度并非一成不变，地磁场强度变化势必影响宇宙射线的变化，进而可能造成的气候波动。

科学家对比了美国和欧洲的温度记录与地磁指数（主要反应太阳的活动），发现1920年以来，在绝大部分地区，二者都呈现典型的S型。这暗示着太阳的影响是这些地区温度变化的主导因素，而与温室气体的变化相关甚小。

地磁场和地表气候的变化是否存在相关性？

地磁场和地表气候的变化受控于完全不同的机制，前者主要起源于地球外核流体运动，而后者则主要由太阳照射到地表的辐射变化引起。二者之间的关联在不同的时间尺度上，其机制也不尽相同：主要包括地磁场倒转~103-106、考古与历史记录~100-5000 yr、以及最近期的长期变化~10-100 yr。

在考古历史记录的时间尺度上，地磁场强度可以在短时间内发生剧烈变化（被称之为archeomagnetic jerks）。这些快速变化的特征（发生在公元前200年，以及公元200, 600，800, 1400，1600年）与瑞士阿尔卑斯山的冰川演化一一对应。更老的一些地球考古磁事件则与大西洋的冷事件密切相关。在更长的地质历史时间尺度上，过去两个百万年以来，在100ka的地球轨道周期上，地磁场的低值总是发生在气候的暖期。除了地磁场强度，地磁场偏角也存在着100ka的周期，暗示着地磁场的变化与气候至少在100ka 的天文轨道周期上存在着某些联系。此外，地磁场倒转总是发生在地球倾斜度周期(obliquity, 41 ka)的低谷，即气候的冷期或者从暖到冷的过渡期。如果这一模型成立，我们还可以预测下一次地磁极性倒转最有可能发生在下一次地球倾斜度周期的低谷（大概在将来~0.5-0.7 Ma）。

在地球天文轨道周期上，造成这种联系的机制会涉及对外核流体模式的改变。比如，地球进动(precession)轨道周期的变化不但引起气候的变化，也能引起地球内部力矩的改变，进而也有可能驱动地球发电机。另外一种可能的机制是地球两极冰盖的变化引起地球旋转速度的改变，进而会影响到外核流体模式的改变。在百年到千年尺度上，地磁场强度增加，对宇宙射线的屏蔽作用也会随之增加。随之，地球的云层厚度与反照率会大幅度变化，从而引起地球温度的改变。在更短的时间尺度内，太阳对气候和地表观测磁场会有双重作用，造成二者的变化密切相关。

在10-100年短周期尺度上，在1910到1955年之间，地磁场指数(magnetic index)逐渐上升，然后下降，到1968年出现拐点，再次上升到1988年，表现为一个大S形。这一趋势与太阳活动（太阳黑斑数）及太阳辐射变化具有惊人的一致性。太阳主要通过3种方式影响地球的气候。首先太阳辐射直接影响底部大气层；其次，紫外线会影响臭氧层的行为，进而影响平流层的温度和对流模式。通过与对流层的耦合，平流层的变化可能会影响地表的气候，但是其机制目前还没有定论；此外，还有一种机制能够更有效地衔接太阳辐射与地表气候变化。宇宙射线会产生电离气溶胶，这是形成云的成核点。通过太阳风的屏蔽作用，宇宙射线通量的变化会影响电离气溶胶的产出率，进而影响低纬云的变化，最终对地表温度起到调节作用。因此，通过上述机制，太阳电磁辐射与地表温度的变化耦合起来。

深入研究地磁场变化—宇宙射线—地球上的云—气候变化之间的关联性，为探讨‘温室气体与地球变暖’这一焦点问题的提供新的思路，无疑具有双重的科学和社会意义。

如果上述思路可行，那么36Myr周期未必一定来源于太阳系在银河系的周期性运动，也可能来自地球内部地球磁场的周期性运动，这有和地球板块运动的周期性有关。

其中的原理也非常有道理。地磁场产生于地球液体的铁镍外核，通过核幔边界CMB，外核与下地幔进行热交换和一定量的物质交换，而从CMB产生的地地幔对流和幔热柱会把深部信息和热量带到地表，喷发大量的火山（大火成岩省）。于是，就可以构建出一个逻辑闭环：地幔对流的时间尺度为8-10Myr，这与气候变化的9Myr非常一致。我们下一步需要构建至少白垩纪以来地磁场的连续变化曲线，寻找是否存在着8-20Myr的变化周期。完成这个任务并不简单！

即使通过周期的关联性，我们找到了驱动因素，其中的具体驱动细节还需要经一部深入研究。通过宇宙射线变化调控大气中的云，进而调控气候，这个复杂构成中也会涉及到很多中间环节。如果把因素归结为地球内因，包括构造运动的周期性，或许其机制会更加好解释。

在这一章节中，我们展示了类似于36Myr的周期性变化。但是不幸的事，目前的数据时长太短，我们只看到了2-3个周期循环，这个对于确定周期的准确性来说还远远不够。在信号处理中，我们一般要有十倍于周期的时间序列，才能达到理论上的确定性。所以，我们需要构建至少3.6亿以来的气候变化曲线。通过海洋来构建这条曲线显然不可能。我们要把目光锁定到陆地上的海相沉积物。看看不同时代的沉积物是否都可以识别出这种长周期信号。类似于海洋沉积物的信息构建，通过Stack的方式，整合不同参数的变化特征，构建出一条3.6亿年以来的气候变化曲线，这个将会是将来古气候学领域的另外一个巨大突破。