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1历史时期环境变化研究一现代自然地理学为什么研究历史时期环境变化地理学是时空耦合的科学不仅研究地域的空间差异同时研究地理环境随时间的演变过程即环境演变环境变化研究的目标是获取对地球系统时空演变规律综合的整体的认识具有强烈的学科交叉特点对其研究不仅可以促进地理学中各个子学科的交叉而且还可以推动地理学与其它学科如地球物理学大气科学生物学生态学社会学等等的交叉从而促进以综合为核心的地理科学的发展。3.环境变化研究是人类社会实现可持续发展的科学基础“欲明大道，必先为史”。人类要预知未来的环境状况，就必须首先了解环境变化的历史。目前除理论模拟外，从历史上认识环境变化的规律，是人类适应未来环境变化、以保证人类社会得以可持续发展的主要途径。即历史是未来钥匙（Thepastisthekeytothefurther）10历史时期环境变化研究的发展过程人类很早就认识到环境是变化的如中国印度及圣经中关于远古洪水的传说我国神话麻姑三见东海为桑田等均反映了人类对远古历史所流传下来的朦胧记忆或对环境变化所持的信念人类对环境演变的认识起源于人类自身对周围自然环境的观察与总结Xenophanes(614BC)被认为是西方世界昀早注意到陆地上存在海洋蚌壳并提出海陆变迁思想的人亚里士多德(384322BC)也认为海陆是按着一定规律周期性变化的只是由于人生的短暂无法在人的一生中观察到这种变化的全过程在宗教统治的中世纪时期西方世界中关于海陆变迁的思想因为与圣经中关于创世纪的记载相矛盾而被为期150天的诺亚洪水所取代直到文艺复兴时期海陆变迁的思想才又被达芬奇(14521519)根据意大利北部岩石中所见到的螺蚌重新提出并引发出延续数百年的海陆变迁说和洪水11说的辩论早在古希腊时期柏拉图就已指出毁坏森林水土流失泉水枯竭等所导致的后果我国科技的发展没有经历西方中世纪的黑暗时期在相当于西方希腊罗马时期之后就开始了漫长的向近代科学转变的过程尽管一直没有产生现代概念下的科学但许多思想在当时都处于世界先进水平追求天人和谐与自然共生主动地适应环境的人地关系思想是中国古代地理学思想的精髓也是中国古代哲学思想的一个重要组成部分对环境变化我国古代学者所做过的多方面的观察与研究以及其中一些对环境变化的认识对现代的环境变化研究仍具有一定的借鉴意义如在环境变化规律及人与环境的关系方面战国末期的吕氏春秋中对气候异常的特点及其对人类的影响就有规律性的概括如孟春行夏令风雨不时草木早搞国乃有恐行秋令民大疫疾风暴雨数至藜莠蓬蒿并兴行冬令水潦为败霜雪大挚首种不入吕氏春秋同样注意到人类活动对自然的破坏及保持自然生态平衡的重要性指出竭泽而渔岂不获得而明年无鱼焚薮而田岂可不得而明年无兽在研究方法上北魏的郦道元在水经注中采用史料记12载与实地考察相结合的方法研究了我国河湖水系演变的历史及原因北宋的沈括通过古地图上的水系与水系现状的对比研究了水系变化元代的于钦利用古河堤推断古河道的位置明代的杨慎和清代的刘献庭分别从古今物候的差异推断气候变化等这些工作均充分地体现了作为重建环境变化历史基本方法的将今论古思想至今仍有重要的科学价值清代姚觐元等利用涪陵石鱼题刻资料总结出石鱼或三五年或十余年一出的结论实质上是关于长江枯水位准周期变化规律的探讨现代科学意义下的环境变化研究发展过程几乎与地质学和自然地理学等学科的发展同步其根源可以追溯到19世纪早期至20世纪初期甚至更早其昀早的研究内容是从已发生的环境状态变化入手依据地质时期自然环境变化所形成的残余信息推断过去自然环境变化的历史但对导致环境变化的具体过程研究很少涉及有关成因机制的解释也多13带有假说的性质从发展过程看现代科学意义下的环境变化研究首先表现为一系列研究原理与方法的建立其中由莱伊尔(CharlesLyell17971875)所发展完善的均变论(Uniformitariansim,PrincipleofUniformity)为过去环境变化研究提供了昀基本的原则这一思想被后人概括为现在是过去的钥匙(Thepresentisthekeytothepast)Gressly的相(facies)概念(1838)和Walther的相对比定律(WaltherLaw)(1893一1894)首先在环境状态与状态的产物之间建立起科学联系古脊椎动物学的奠基人居维叶(GeorgesC.L.P.Cuvier1769一1832)于1812年提出的部分相关法则为根据残存的环境信息复原环境提供了理论依据居维叶在环境变化的方式上持突变的观点与以莱伊尔达尔文等为代表的渐变论相对立若干重要发现证明了过去全球变化的客观存在如阿伽西(LouisAgassiz1804一1873)的大冰期理论(1837)首次把冰川的进退与全球性的气候变化及生物变化有机地联系了起来并说明了地球上气候可能变化的程度而A彭克(AlbrechtPenck1858一1945)等的四次冰期模式(1909)证明全球性的气候变化曾发生过多次14在环境演变的成因方面米兰柯维奇(Mi1utinMilankovitch)从天文因素出发对冰期的成因予以解释(1920)达尔文(CharlesDarwin18091882)在其著名的物种起源(1859)中阐述了以均变论为指导思想的生物进化论揭示了生物演化的规律魏格纳(AlfredWegener18801930)提出了关于地壳演化规律的大陆漂移说(1912)这些理论或假说对发生在地球上的环境变化的可能原因给予解释但未能说明全球变化发生的具体过程同时有许多研究开始涉及人类活动所导致的环境变化以及环境变化对人类的影响近代地理学的创始人洪堡(A1exandervonHumboldt1769一1859)美国的乔治珀金斯马什(GeorePerkinsMarsh18011882)俄罗斯的沃耶柯夫(AleksandrIvanovichVoeikov18421918)等都曾十分注意人类活动导致的水土流失土地退化等地表景观变化问题本世纪初瑞典的SavanteArrhenius(1903)不仅指出在地质年代中CO2对地球气候有调节作用而且提出煤的燃烧能导致大气圈的全球变暖首次论证人类活动导致全球增暖的可能性从洪堡拉采尔(FriederichRatzel18441904)开始许多地理学家就把城镇村落田地和作物等人类活动的产物看作为一种景观要素(文化景观)德国地15理学家奥托施吕特尔(OttoSchluter18721952)十分注重研究人类活动所引起的自然景观被人文景观替代的变化过程(19201928)他运用地名史前文物发现历史著作等研究了公元500年前后中欧原始景观重建和创立人文景现的殖民化过程并在一幅地图上用浓淡不同的几种颜色表示出清除森林的历史次序在环境变化对人类的影响方面18世纪末至19世纪初英国的马尔萨斯(ThomasRobertMalthus1760一1834)发表了著名的入口论(1798)指出了以几何级数增长的人口与以算术级数增长的粮食之间的必然矛盾这实际上阐述了一个在一定的生产技术水平下环境对人类的承载能力问题以亨丁顿(E11sworthHuntington18761947)为代表的地理环境决定论者还特别讨论了环境变化对人类社会的影响问题亨丁顿在其亚洲的脉动(1907)一书中则明确认为气候的干湿变化是引起北方民族阶段性地向中原扩张的原因20世纪30年代以后大陆漂移说米兰柯维奇假说地理环境决定论等许多思想因缺乏证据等原因而遭到冷落或批判长期处于沉寂的状态直到二次大战以后随着放射16性同位素古地磁稳定同位素和深海钻探冰芯获取等技术应用于过去环境演变研究之中解决了绝对年代测定连续沉积序列的获取以及环境要素的定量标定等一系列问题并获得了一系列革命性的重大发现传统的理论与假说重新复活对长尺度环境变化的认识得到进一步深入1960年代大陆漂移说复苏并与海底扩张说一道发展成为板块运动理论使得与岩石团演化有关的一系列地质现象得到了相互关联协调一致的解释第一次成功地回答了地球是怎样活动的问题成为地学的一次革命在此前后来自深海沉积巴巴多斯珊瑚礁阶地和东欧黄土和古土壤序列的研究结果为米兰柯维奇理论提供了证明与地质尺度的长期变化相比对短尺度的变化长期认识不足甚至认为在短尺度上的自然地理环境并不存在变化例如本世纪初气候学家就不承认存在气候变化认为用一个地区30年的气象记录的平均值就可以代表该地区的气候状况但至20世纪60年代末70年代初全球性的气候异常及其所造成的严重社会后果促使人们关注短尺度气候变化问题的研究对短尺度变化问题认识的深入是1960年代以后环境变化研究的另一个重17要进步人类活动所导致的环境变化以及环境变化对人类影响问题的科学研究自60年代以来受到特别重视从1970年代开始土地荒漠化水土流失森林锐减和物种灭绝等一系列与人类密切相关的土地利用问题受到高度重视1970年代中期人们在南极发现较大范围的臭氧洞此后发现其有不断加深的趋势1980年代中期英美科学家基于大量现代气象台站的观测记录指出了全球变暖趋势并认为这种趋势主要是人类在近100多年来向大气排放的大量温室气体所导致的长尺度变化规律和成因机制的认识更加深入短尺度变化及影响也受到特别重视以及人类活动在全球变化中的作用受到特别关注构成了1960年代以后环境变化问题研究的主旋律使得目前的环境变化研究成为国际科学界所关注的热点领域在1980年代国际全球变化研究计划WCRP,IGBP,IHDP,DIVERSITAS相继问世以后有关历史时期环境变化研究内容得到了进一步的深入IGBP还特别设计了过去全球变化研究计划PAGES并于近期明确提出了古科学Palaeosciences的概念指出PAGES18的研究议程不仅是古气候它应同时包括古气候及其动力学过去生态系统过程与人文要素过去地圈生物圈动力学等三个相互联系且交叉的大领域图1三、历史时期环境变化研究的时间尺度、主要内容与科学问题1.地理学中关于历史时期的传统定义《现代地理学词典》认为：历史时期是指人类文明出现以后至现代科学仪器观测体系建立前的一段时期，其时间的上下界限因地区而异。上限决定于该地区人类文明出现的早晚，下限决定于现代科学仪器观测体系建立时间的早晚。在中国，概指从仰韶文化至19世纪后期的5000年。在欧洲、埃及等地，指4000BC至18世纪的这一时间段。3IGBP国际地圈生物圈研究计划的核心研究计划PAGES过去全球变化,PastGlobalChanges所确定的主要时间尺度有2个时间段TemporalStreams一是过去2000年StreamIlast2000years二是包括数个冰期/间冰期循环StreamIIthelastfewglacial-interglacialcycles的时段一般指过去25万年以来目前中国学术界一般认为第一个时间段StreamI为历史时期地理学所关注的重点时段第二个时间段StreamII为地质时期地质学等所关注的重点时段目前历史时期环境变化研究的主要内容包括以下四个方面1历史时期环境变化的历史史实重建2历史时期环境变化的成因与机制研究3历史时期环境变化对人类社会发展的影响及人类活动对环境变化的作用人类与4环境变化相互作用研究4历史时期环境变化模拟国际上的大多数过去环境变化研究计划一般也都是围绕这四个方面的内容来设计和执行的如PAGES目前的研究重点就包括在上述四个方面的内容之中PAGESSciencePlanandImplementationStrategy1ExecutiveSummaryPastGlobalChanges(PAGES)wasfoundedin1991asaCoreProjectoftheInternationalGeosphere-BiosphereProgramme(IGBP),andhasbeenjointlysupportedbytheSwissandU.S.NationalScienceFoundations,andtheNationalOceanicandAtmosphericAdministration(NOAA)since1992.Sincetheen