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第四节海平面变化•思考题：•平均海平面的意义？•1海平面•2海平面的变化1海平面海洋表面有波浪起伏，还有潮涨潮落，永不停息地变动着。远处水天一色，可辨出一条水边线，它是球形海洋表面的视切线。也就是说，实际上人们看不到想像之中十分平坦的“海平面”。海南岛三亚•海平面：是指海洋中的水体与大气圈中的界面，全球海平面即理论海平面是指全球的平均海平面。局地海平面是指某一具体地点（塘沽、吴淞、青岛）的海平面。•自从海洋形成以来，由于海水体积逐渐增加，因此海平面在总体上是逐渐上升的，根据PK克林格（1980年）的估算，40亿年前海平面比目前低2490m，20亿年前低1500m，10亿年前低620m，5亿年前仍低320m但这一估算结果的可信度如何，却无法确定。1海平面“海平面”的全称叫平均海平面。本意为在相当长的时间内，海水表面的平均高程是静止不动的，可用它作为大地高程测量的零点。平均海平面的“高程”，是验潮仪自动记录专用测潮井内，浮体高程连续多年每小时读数的平均值计算出来的。事实上，由于各国各地验潮站观测时限及观测方法技术的不同，所以产生的平均海平面高程，普遍存在一定的差异。庄河验潮站1海平面•如1963年多佛尔海峡两岸大地水准网联测，发现设在纽林的英国国家高程基准，比设在马赛的法国国家高程基准竟低了20cm。•水文学上的平均海平面(MSL)是据30天内每小时读数推算，精确定义要求有18.6年的读数。另外，根据海岸防护、港口建设、航道测量与滩涂开发等实际需要，水文学又给若干特征值下了明确定义。庄河海滨1海平面平均海平面是计算值而不是直接实测值，其理论意义在于各地及不同时段之间可用它作为一项具综合指示意义的指标进行比较。平均海平面的综合指示意义:(1)它是洋盆容积与海洋水量的函数。海洋水量从属全球性的水文循环及其变化。洋盆容积从属于全球性与区域性构造运动及其发展变化；(2)海洋平面是地球表层系统中，大气与海洋水之间物质与能量交换的界面与基面，陆地地貌发育的基面；(3)它是地球形状的显示，与平均海平面重合并伸展到大陆以下的水准面称大地水准面，它接近于一个旋转椭球体。2海平面变化•从秒、分、小时为时间单位到地质历史上以亿万年为时间单位，不同时间尺度有不同的海平面变化特征及其升降规律，引起海平面变化的主要因素也不相一致。时间尺度海面变化主要因素小时气象（风）周日潮汐、地震、气压周年气象（气温、降水、蒸发）、水文102a气候（冷暖周期）、大地水准面变化、水温变化103-104a冰川均衡、大地水准面变化105-106a海底扩张、海盆干涸、造山运动106a原生水、孔隙水、地球膨胀不同时间尺度海平面变化的主要因素海平面变化的原因•全球海平面变化有如下因素•1、海洋水体体积的变化：•在海洋容积不变的情况下，海洋水体积的变化会引起海平面的变化。•影响水体积变化的因素有：冰川消长、密度体积效应、地漫水的排出和地幔水的渗入，其中冰川的消长影响最大，如第四纪冰期与间冰期的海平面的升降达到100—200米。•2、海盆容积的变化：•沉积物的充填、洋底扩张、俯冲速率的变化，地壳的均衡补偿、区域性的构造运动等都会引起海盆容积的变化。•3、大地水准面的变化•地球运动轨道参数、地球自转速率与大地水准面是处于相对平衡的，他们的变化必然会打破原有平衡，从而调整大地水准面的形状来适应新的轨道参数和自转速率。最易调整的当然要数地球的流体部分了，海平面与假想的大地水准面是基本一致的。海平面变化的原因•4、相对海平面的变化•世界某一地点的实际海平面变化是全球海平面变化值加上陆地上生活下降值之河，这便是某一地点的相对海平面变化。•世界上一些大的三角洲（长江、老黄河三角洲）的地面沉降速率均在10mm/a以上，较目前的海平面（绝对海平面）上升的速率达10倍以上，因此，1990年联合国教科文组织的海平面研究报告中指出：研究海平面必须包括海面和陆面的变化。海平面变化的原因海平面变化的表示•海平面变化过程通常用海平面变化曲线表示，横座标为时程，纵座标为高度。已有的海平面变化曲线，可以分为三类。•第一类是示意性海平面变化曲线，如某时段海平面相对较高，又某时段海平面相对较低，至于高出多少或低多少则没有明确的标量。•第二类是地方性的相对海平面变化曲线。资料来源于仪测或若干古海面遗迹的观测分析，但海平面变化曲线的高程变化包含着海平面的升降与地面的(构造运动、均衡运动、压实沉降等)升降两个变量，并非单纯的海面升降运动。渤海中部近200Ka来的海面变化曲线（据仓树溪等，1986）海平面变化的表示(3)主要考虑海洋水量的增减以及与之有关的粘弹性地球均衡变化的影响，编制的理论海平面变化曲线。也就是说，即便由于陆上冰体融化，世界海洋水层增厚完全一致，由于冰体融化的均衡作用与水层增厚的均衡作用、以及两者外围的补偿性地面升降调整(如冰体融化当地地面均衡回升外围地面补偿性沉降和海洋水层增厚海底均衡沉降外围发生地面掀斜变形等)，最终导致世界各地海平面的上升量也不相一致。第三类是全球海平面变化曲线(1)从地方性相对海平面变化中剔除地面升降变化分量，所得海平面变化曲线单纯地代表海平面本身的变化。(2)据估算的世界陆上冰体总量的变化与海洋水量的增减而编制的海平面变化曲线。海平面变化的表示第四纪海平面变化曲线(据Frenzel,1973)（据Walcott,1972b）1.哈德逊湾玛丽亚角（MariaC.,);2.哈德逊湾丘吉尔地区（Churchill);3.南安普敦岛；4.伊格卢利克岛（IgloolikI.);5.渥太华岛（OttawaI.);6.昂加瓦半岛；7.巴芬岛内峡湾地区(InnerFiord)；8.萨默塞特岛(SomersetI.)2海平面变化过程2海平面变化的过程•全新世开始到6ka.BP.以前，世界海平面表现为以较快的速度上升，大概与部分大陆冰盖的最后消融有关，6ka.BP.以来的海平面变化总趋势是在波动中渐趋稳定。•但据古海面遗迹的分布编绘的世界各地的相对海面变化曲线依然有较大的差别，表现为：•有的地方存在比今海面高2-4m以上的中全新世高海面，•另有一些地方不存在比今海面更高的中全新世高海面，•还有一些地方全新世最高海面出现在3-2ka.BP.前后，•主要原因在于由构造运动、均衡运动、压实沉降等使各地的古海面遗迹不同程度地发生了变位，还有的则把风暴潮沉积视为古海平面遗迹了。全新世海平面变化曲线二、7万年来的海平面变化•近代在全球各个大陆发现的贝壳堤、海滩岩、珊瑚礁、牡蛎堤，以及取自钻孔剖面中的沉积物和生物遗迹标本，都毋庸置疑地证明，即使在最近地质历史时期，也出现过远高于现代的海平面，而大量埋藏在今天的海水下的贝壳堤、海滩、海滨沼泽、村落遗址、河口三角洲和外陆架，又证明过去确曾发生过海平面远低于现代海平面的情况。•局部地区海岸线的变化由于叠加了该地区地壳形变因素的影响，不一定能准确反映海平面升降幅度。但是，全球范围的海平面变化无疑应该是全球气候变化的反映。当冰期来临时，气候变冷，引起大陆冰盖和冰川扩展，使大量水体以固态形式储存于极地和其他大陆的山地，必然导致海平面降低、海洋面积减小。例如末次冰期最盛期（大约18000年前），海平面比现在低155m；间冰期中，冰盖和山岳冰川强烈消融，又必然引致海平面迅速上升，例如末次冰期开始前，海平面就比现在高10m，冰后期的全球大暖期中，海平面上升更高。•我国东部海岸变迁史表明：•70000年前渤海西海岸比现在平均偏西200km,而黄海海岸更远及大运河至太湖一带。•44000年前出现了完全相反的情况，黄海、东海海平面下降，海岸线向东推进到现代海岸以东达4个经度。•距今25000年前，海平面再次上升，渤海海岸距北京不过100km，黄海海岸则西移至镇江、扬州一带。但是仅仅过了2000年，海平面下降又使黄海东海海岸线后退到目前海岸线以东500km以外。•距今15000年前，东海海岸更东移到距现在的日本九州岛不过120km附近，成为真正意义上的“一衣带水”。上述海域均有埋藏水下的贝壳堤、滨海沼泽和河口三角洲作为当时低海平面的证据。•到距今10000年前，海平面上升，海岸西进。但此时朝鲜半岛西海岸与我国黄海海岸之间仍只不过350-400km宽，远比目前浩瀚的黄海狭窄。•冰后期海平面升降幅度明显减小，再没有出现大起大落现象。•距今8000-7500年前，海平面快速上升到接近现代高度；•6500-6000年前，渤海出现最高海面，且一直持续到距今5000年前，淹没的陆地仅在渤海西部就比现在多2700km2，天津东北与西南均有此一时期的贝壳堤，天津没于海底自不用说。苏北海岸比现在偏西60-100km，苏南、上海海岸偏西150km，浙江东北也没于海下，杭州湾尚不存在。当时的长江口位于镇江、扬州附近。珠江三角洲几乎全被淹没，海岸线西移至广州以北的花都市附近。大暖期后，海平面变化更趋平缓。三、近百年海平面变化•刚刚过去的20世纪，由于气候变暖导致海洋热膨胀和冰川消融加剧，加上CO2排放量猛增形成的温室效应，全球海平面普遍呈上升趋势。•紧迫感和危机感促使许多研究者对海平面上升进行观测和估算，但所得结果差异悬殊。较近的研究成果同样很不一致。据分析，这与验潮站分布不均及所在地区构造升降不同，记录时间长短不一，采用的研究方法有别等因素有关，但对海平面上升这一点并无异议。近百年来全球海平面上升估算对近百年海平面上升贡献因素的不同估计近百年来的海平面变化•近百年来的海平面变化主要是根据验潮站仪测数据计算出来的。•世界上最早的验潮站是建于1682年的阿姆斯特丹站。百多个验潮站的数据表明近百年来全球海平面保持着断断续续的上升，平均上升速率为10-15cm/100a.,少数验潮站数据表明该地存在相对的海面下降。•值得注意的是20世纪40年代以来曾出现全球平均气温的下降，但海平面依然保持断续上升，它可能与海洋水温变化滞后于气温变化、20世纪40年代以来海洋水温持续上升有关。估计表层与浅层海洋水温增温1℃，相应的海平面上升量为11cm。近百年来的海平面变化四、21世纪海平面上升预测•1990年以前做出的21世纪海平面上升预测具有很大的不确定性。只有一点为人们所公认，即海平面上升速度将比20世纪更快。•1990年政府间气候变化委员会依据①CO2不受限制照常排放；②能源供应转向低碳燃料③可再生能源与核能取代矿物燃料④2050年CO2排放量降到1985年的一半•未来百年，主要由于海洋水体的增温膨胀，加上部分陆上冰体融化的贡献，预计到2050年与2100年世界海平面将再上升20~55cm或57~368cm。•世界海平面的持续上升将有可能造成沿海低洼地的淹没、海岸侵蚀的加剧、河口的盐水入侵与低平原地带地下的盐水入侵等灾害性事件。•吉布斯(M.J.Gibbs,1984)的研究，到2025年美国的查尔斯顿(Charleston，8138’W,3821’N)地区因海面的上升而将损失2.8~10.65亿美元。21世纪海平面上升预测•1.IPCC的预测•（1）如果21世纪CO2不受限制照常排放，21世纪海平面上升速度为20世纪的3～5倍。•（2）如果A.能源供应转向低碳燃烧；B.可再生能源与核能取代矿物燃料；C.2050年CO2排放量降到1985年的一半；那么，2050年全球海平面上升20～31cm。如下图所示：21世纪海平面上升预测21世纪海平面上升预测•1992年，一批欧洲学者与中国学者合作，依据IPCC1992年的温室气体排放方案（IS92a）提出2050年海平面上升最佳估计值为22cm，2100年为48cm。•1993年中国科学院地学部以全球海平面2050年上升20到30cm为依据，估计我国珠江三角洲海面将上升40～60cm，上海地区50～70cm，天津地区70～100cm，同时考虑了上述各地区地面下沉幅度的。五、海平面变化的影响•海平面上升将使沿岸地区风暴潮灾害加剧，海岸侵蚀强化，潮滩湿地损失，盐水入侵河口以及海岸底下含水层，阻碍陆地洪水与沿海城镇污水排放，理应受到高度重视。•海平面的上升对