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早在1923年，美国地质学家（Lane E C）提出地表温度变化的信息向地下传播以瞬态变化的形式叠加在稳定的地温场上。1934年Hotchkiss W O和Ingersoll L R第一次利用钻孔温度测井数据计算了地表温度。随着全球变化日益突出，1990年美国地球物理学会（AGU）秋季年会专门组织“从钻孔温度推断气候变化”的专题讨论会；1991年国际大地测量及地球物理联合会（IUGG）20届大会上也专门组织了讨论会。国际热流委员会组建了全球变化工作委员会，推动其发展。
长周期的地表温度变化通过岩石的热传导，传入地下一定深度，成为地表气温变化的信息储存库。所以，钻孔地温测井资料是研究地表温度变化历史的理论基础。
如果不考虑地表温度变化，则在时间t=t0时，原始地温随深度变化为一条直线，并有相应的地表温度t0（见图7.1.1），而地温梯度为一常数g0。由于地表气温变化，假定气温升高，由t0变为t1并一直延续至今即t=t1。则在地表层不太深的范围内，原始地温叠加有地表气温，总的温度变化成曲线，如图7.1.1中虚线所示，并可显示出相应的地温梯度。根据这样的原理，现今根据钻孔地温测量，获得地下不同深度处的地温和地温梯度等相关数据，根据热传导微分方程，即可求出该处在t0到t1时间，地表气温上升幅度（即Δt=t1-t0）。
为计算方便，假定地层为无限大水平层状均匀介质，其导热率为k（z）；岩石单位体积热容量为ρc（z）；岩石放射性生热率为φ（z）。则有地表温度影响的地下任意深度（z）任一时刻（t）的温度为浓度和时间的函数t（z，t），可以认为是地温稳态温度T地（z）和地表气温瞬态变化叠加的函数T表（z，t）两部分组成，即
环境地球物理学概论
式（7.1.1）即为式（2.7.11）热传导微分方程的一个形式。
如果z=0处，T地（0）=t0；由式（2.7.1）地热流密度表达式中，当z→∞时，-k（z）=qb 为背景大地热流密度。则式（7.1.1）和式（2.7.13）相似，变为泊松方程
图7.1.1 地温变化示意图
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表示该温度为稳态场。即为地热背景温度场。
式（7.1.1）中T表（z，t）为热传导的傅里叶微分方程：
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边界条件为
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初始条件为：T表（z，0）=0，式中TS（t）为地表温度的瞬态分量。
总的地表气温随时间变化为
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也就是在钻孔测量资料中去除稳态的大地热流密度，余下的为瞬态地表气温变化温度。
图7.1.2（a）是上海气象台1880～1980年平均气温记录，可以看出有逐年升高趋势。图7.1.2（b）是根据气象模型计算的地表层温度随深度变化曲线，可以清楚看出地表层一定深度范围内有温度变化。理论计算表明，深度500 m左右的地温变化能反映近100 a以来的气温变化。
全球变化研究表明，在过去1个世纪中气温大约增高0.6℃。表明温室气体使全球变暖。许多研究在全球不同地区，得到基本相同数量级的结论。大致在0.3～0.8℃范围，美国Lachenbruch等人，在阿拉斯加北部对大量钻孔温度数据进行研究，结论是该地区过去近100 a来气温增高2～4℃；捷克地球物理研究所所长（Cermak）博士研究古巴30多个钻孔测温资料，指出过去200～300 a间气温增高2～3℃，加拿大魁北克大学教授Mareschal等研究加拿大中东部大量钻孔测温资料报道该区过去100～200 a气温增高1～2℃，此外还报道有加拿大北部极地百年变化（3℃/100 a）；美国西部（0.6℃/100 a）；中北部（0.5～2℃/100 a）；南美［2～3℃/（50～150）a］。
图7.1.2 气温及地表层温度变化
利用四川攀西地区两个钻孔（ZK106，ZK202）测温资料进行反演计算得出该地区古气温变化，与上海气象台记录的气温对比，如图7.1.3所示。因钻孔上部有裂隙水活动，有的数据难以使用（只能剔除）。两个相距200 km的钻孔测温数据表明，该地区在1600～1920年期间地表气温升高1℃，而且这一结果与上海气象台的实际纪录（图中细线）相一致。图7.1.3中内镶图为上海台记录与钻孔资料反演结果对比的放大图。
图7.1.3 四川攀西地区气温变化
理论计算表明，地表气温变化影响地下温度变化，大约每10 a向下深入30～40 m，每百年深入100～150 m。利用地温变化反演古气温变化可达几个世纪。
有些地区的地温资料研究结果的结论是气温降低。经研究在加拿大地区气温增高起始时间大约是1890年，而在500 a前曾经历过气温下降的变冷时期，这与同位素δ18O研究结果相一致。
由地温变化推断气温变化是一项难度很大的工作，干扰因素也比较多，需要仔细的研究资料。
全球变暖相关的环境问题
引起气候系统变化的原因可分为自然因子和人为因子两大类。
前者包括了太阳活动的变化、火山活动，以及气候系统内部变率等；后者包括人类燃烧化石燃料以及毁林引起的大气温室气体浓度的增加、大气中气溶胶浓度的变化、土地利用和陆面覆盖的变化等。
引起气候变化的原因，既有自然原因，也有人为原因。
在人为原因中，工业革命以来的人类活动，特别是发达国家工业化过程中的经济活动，包括大量耗费化石能源、砍伐热带森林、生产和使用化工合成产品等，排放大量温室气体，是造成全球气候变化的主要原因。
1.人口剧增因素 人口的剧增是导致全球变暖的主要因素之一.同时,这也严重地威胁着自然生态环境间的平衡.这样多的人口,每年仅自身排放的二氧化碳量就将是一惊人的数字,其结果就将直接导致大气中二氧化碳的含量不断地增加,这样形成的二氧化碳“温室效应”将直接影响着地球表面气候变化. 2.大气环境污染因素 环境污染的日趋严重已构成一全球性重大问题,同时也是导致全球变暖的主要因素之一.21世纪,关于全球气候变化的研究已经明确指出了自上个世纪末起地球表面的温度就已经开始上升. 3.海洋生态环境恶化因素 海平面的变化是呈不断地上升趋势,根据有关专家的预测到下个世纪中叶,海平面可能升高50cm.如不采取及对措施,将直接导致淡水资源的破坏和污染等不良后果.另外,陆地活动场所产生的大量有毒性化学废料和固体废物等不断地排入海洋；发生在海水中的重大泄（漏）油事件等以及由人类活动而引发的沿海地区生态环境的破坏等都是导致海水生态环境遭破坏的主要因素. 4.土地遭破坏因素 造成土壤侵蚀和沙漠化的主要原因是不适当的农业生产.众所周知良好的植被能保持水土流失.但到目前为 止,人类活动如为获取木材而过度砍伐森林、开垦土地用于农业生产以及过度放牧等原因,仍在对植被进行着严重的破坏.土地沙化,4.7万吨土壤被侵蚀.土壤侵蚀使土壤肥力和保水性下降,从而降低土壤的生物生产力及其保持生产力的能力；并可能造成大范围洪涝灾害和沙尘暴,给社会造成重大经济损失,并恶化生态环境. 5.森林资源锐减因素 在世界范围内,由于受自然或人为的因素而造成森林面积正在大幅度地锐减. 6.酸雨危害因素 酸雨给生态环境所带来的影响已越来越受到全世界的关注.酸雨能毁坏森林,酸化湖泊,危及生物等.20世纪,世界上酸雨多集中在欧洲和北美洲,多数酸雨发生在发达国家,一些发展中国家,酸雨也在迅速发生、发展. 7.物种加速灭绝因素 地球上的生物是人类的一项宝贵资源,而生物的多样性是人类赖以生存和发展的基础.但是地球上的生物物种正在以前所未有的速度消失. 8.水污染因素 据全球环境监测系统水质监测项目表明,全球大约有10%的监测河水受到污染,本世纪以来,人类的用水量正在急剧地增加,同时水污染规模也正在不断地扩大,这就形成了新鲜淡水的供与需的一对矛盾.由此可见,水污染的处理将是非常地迫切和重要. 9.有毒废料污染因素 不断增长的有毒化学品不仅对人类的生存构成严重的威胁,而且对地球表面的生态环境也将带来危害. 自然因素 1.火山活动 2.地球周期性公转轨迹变动 地球周期性公转轨迹由椭圆形变为圆形轨迹,距离太阳更近.根据某科学家的研究地球的温度曾经出现过高温和低温的交替,是有一定的规律性的. 基本介绍 ⒈气候变得更暖和,冰川消融,海平面将升高,引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失,海岸侵蚀 ,海水入侵沿海地下淡水层,沿海土地盐渍化等,从而造成海岸、河口、海湾自然生态环境失衡,给海岸带生态环境带来了极大的灾难. ⒉水域面积增大.水分蒸发也更多了,雨季延长,水灾正变得越来越频繁.遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加大,水库大坝寿命缩短. ⒊气温升高可能会使南极半岛和北冰洋的冰雪融化.北极熊和海象会渐渐灭绝. ⒋许多小岛将会无影无踪. ⒌因为还有热力惯性的作用,现有的温室气体还将继续影响我们的生活. ⒍温度升高,会影响人的生育,精子的活性随温度升高而降低. ⒎原有生态系统的改变. ⒏对生产领域的影响,例如：农业,林业,牧业,渔业等部门. ⒐将感染疾病等传染病.病菌通过极端天气和气候事件（厄尔尼诺现象,干旱,洪涝,热浪等） ,扩大疫情的流行,对人体健康危害.
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