Climate change : biological and human aspects

581 Pages·2013·7.764 MB·English

by  Jonathan Cowie

(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:3)(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:5)(cid:6)(cid:8)(cid:7)(cid:13)(cid:5)(cid:11)(cid:5)(cid:10)(cid:14)(cid:15) SECOND EDITION
‘An excellent contribution to the growing recognition that knowledge of biological and
human systems is needed to understand climate change.’ C
O
– Gordon Bonan, National Center for Atmospheric Research
W
‘ … readers gain an appreciation of the wide-ranging consequences of climate change with
I
many examples and analogies … a book a climate scientist, or any concerned citizen of the E
world, should read.’ – Paul A. Dirmeyer, George Mason University
(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:3)(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:7)(cid:8)(cid:16)(cid:5)(cid:3)(cid:6)(cid:11)(cid:8)(cid:17)(cid:13)(cid:5)(cid:11)(cid:5)(cid:10)(cid:14)(cid:15)
(cid:181)(cid:3)(cid:171)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:191)(cid:3)(cid:81)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:85)(cid:72)(cid:68)(cid:87)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:74)(cid:79)(cid:82)(cid:69)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:70)(cid:79)(cid:76)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)(cid:70)(cid:75)(cid:68)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:75)(cid:3)(cid:69)(cid:76)(cid:82)(cid:79)(cid:82)(cid:74)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:86)(cid:92)(cid:86)(cid:87)(cid:72)(cid:80)(cid:86)(cid:3)(cid:171)(cid:3)
everyone is likely to gain a fresh perspective or learn something new.’ – EOS C
‘ … reader-friendly, quantitative, authoritative, but above all, stimulating; the pages dare
l
you not to turn them over and read further.’ – The Biologist
i
m
‘ … an impressive endeavor … the strength of this contribution is precisely the
interdisciplinary approach taken to such a multifaceted challenge.’
– Global Environmental Politics a
t
The second edition of this acclaimed text has been fully updated and substantially expanded to include
(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:89)(cid:72)(cid:79)(cid:82)(cid:83)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:11)(cid:86)(cid:76)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:191)(cid:3)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:3)(cid:72)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:12)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:88)(cid:85)(cid:3)(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3) e
Biological and Human Aspects
science of climate change, its impacts on biological and human systems, and developments in climate
policy. As well as being completely revised throughout, major updates include:
C
(cid:135)(cid:3)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:72)(cid:91)(cid:83)(cid:68)(cid:81)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:86)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:70)(cid:79)(cid:76)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)(cid:76)(cid:80)(cid:83)(cid:68)(cid:70)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:72)(cid:68)(cid:85)(cid:79)(cid:92)(cid:3)(cid:86)(cid:82)(cid:70)(cid:76)(cid:72)(cid:87)(cid:76)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:87)(cid:82)(cid:85)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)
biological impacts;
JONATHAN COWIE
h
(cid:135)(cid:3)(cid:56)(cid:83)(cid:71)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:71)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:74)(cid:85)(cid:68)(cid:83)(cid:75)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:72)(cid:81)(cid:72)(cid:85)(cid:74)(cid:92)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:88)(cid:80)(cid:83)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:30)
(cid:135)(cid:3)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:80)(cid:83)(cid:79)(cid:72)(cid:87)(cid:72)(cid:79)(cid:92)(cid:3)(cid:81)(cid:72)(cid:90)(cid:3)(cid:70)(cid:75)(cid:68)(cid:83)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:86)(cid:72)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:29)(cid:3)(cid:70)(cid:79)(cid:76)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:75)(cid:82)(cid:79)(cid:71)(cid:86)(cid:30)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:46)(cid:92)(cid:82)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:44)(cid:44)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:73)(cid:72)(cid:85)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:30)(cid:3)(cid:38)(cid:68)(cid:81)(cid:68)(cid:71)(cid:76)(cid:68)(cid:81)(cid:15)(cid:3) a
Australian and New Zealand energy and climate policy;
(cid:135)(cid:3)(cid:3)(cid:36)(cid:3)(cid:81)(cid:72)(cid:90)(cid:3)(cid:68)(cid:83)(cid:83)(cid:72)(cid:81)(cid:71)(cid:76)(cid:91)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:181)(cid:41)(cid:88)(cid:85)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:82)(cid:88)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:182)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:72)(cid:81)(cid:70)(cid:82)(cid:88)(cid:85)(cid:68)(cid:74)(cid:72)(cid:3)(cid:71)(cid:76)(cid:86)(cid:70)(cid:88)(cid:86)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3) n
by students and others.
g
Written in an accessible style, this book provides a broad review of past, present and likely future
e
climate change from the viewpoints of biology, ecology, human ecology and Earth system science.
(cid:44)(cid:87)(cid:3)(cid:75)(cid:68)(cid:86)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:90)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:86)(cid:83)(cid:72)(cid:68)(cid:78)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:85)(cid:82)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:71)(cid:76)(cid:86)(cid:70)(cid:76)(cid:83)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:72)(cid:86)(cid:17)(cid:3)(cid:44)(cid:87)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:79)(cid:79)(cid:3)(cid:68)(cid:74)(cid:68)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:89)(cid:68)(cid:79)(cid:88)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:68)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)
readers, from students in the life sciences who need a brief overview of the basics of climate science,
to atmospheric science, geography, geoscience and environmental science students who need to
(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:69)(cid:76)(cid:82)(cid:79)(cid:82)(cid:74)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:75)(cid:88)(cid:80)(cid:68)(cid:81)(cid:3)(cid:72)(cid:70)(cid:82)(cid:79)(cid:82)(cid:74)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:79)(cid:3)(cid:76)(cid:80)(cid:83)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:70)(cid:79)(cid:76)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)(cid:70)(cid:75)(cid:68)(cid:81)(cid:74)(cid:72)(cid:17)(cid:3)(cid:44)(cid:87)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:79)(cid:86)(cid:82)(cid:3)(cid:68)(cid:3)(cid:89)(cid:68)(cid:79)(cid:88)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)
reference text for those involved in environmental monitoring, conservation and policy-making
seeking to appreciate the science underpinning climate change and its implications.
(cid:55)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:56)(cid:81)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:49)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:40)(cid:81)(cid:89)(cid:76)(cid:85)(cid:82)(cid:81)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:51)(cid:85)(cid:82)(cid:74)(cid:85)(cid:68)(cid:80)(cid:80)(cid:72)(cid:3)(cid:11)(cid:56)(cid:49)(cid:40)(cid:51)(cid:12)(cid:3)(cid:70)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:191)(cid:3)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:3)(cid:72)(cid:71)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:83)(cid:3)(cid:70)(cid:79)(cid:76)(cid:80)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)
change science books of the 21st century.
www.cambridge.org/cowie2
(cid:85)(cid:202)(cid:42)(cid:156)(cid:220)(cid:105)(cid:192)(cid:42)(cid:156)(cid:136)(cid:152)(cid:204)(cid:202)(cid:195)(cid:143)(cid:136)(cid:96)(cid:105)(cid:195)(cid:202)(cid:62)(cid:152)(cid:96)(cid:202)(cid:27)(cid:42)(cid:13)(cid:20)(cid:195)(cid:202)(cid:156)(cid:118)(cid:202)(cid:62)(cid:143)(cid:143)(cid:202)(cid:119)(cid:202)(cid:125)(cid:213)(cid:192)(cid:105)(cid:195)(cid:202)(cid:118)(cid:192)(cid:156)(cid:147)(cid:202)(cid:204)(cid:133)(cid:105)(cid:202)(cid:76)(cid:156)(cid:156)(cid:142)
(cid:38)(cid:82)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:75)(cid:82)(cid:87)(cid:82)(cid:29)(cid:3)(cid:139)(cid:3)(cid:55)(cid:82)(cid:80)(cid:58)(cid:68)(cid:85)(cid:74)(cid:3)(cid:18)(cid:3)(cid:54)(cid:75)(cid:88)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:82)(cid:70)(cid:78)(cid:17)(cid:70)(cid:82)(cid:80)
(cid:38)(cid:82)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:86)(cid:76)(cid:74)(cid:81)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:36)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:54)(cid:82)(cid:79)(cid:82)(cid:90)(cid:68)(cid:92)
ClimateChange
BiologicalandHumanAspects
SecondEdition
The second edition of this acclaimed text has been fully updated and substantially
expandedtoincludetheconsiderabledevelopments(sincepublicationofthefirstedi-
tion)inourunderstandingofthescienceofclimatechange,itsimpactsonbiological
andhumansystems,anddevelopmentsinclimatepolicy.Aswellasbeingcompletely
revisedthroughout,majorupdatesinclude:
Considerable expansion of the sections on climate impacts on early societies in
history,andbiologicalimpacts;
Updateddataandgraphsonenergyproductionandconsumption;
Completelynewchaptersectionson:climatethresholds;theKyotoIIconference;
Canadian,AustralianandNewZealandenergyandclimatepolicy;
Anewappendixon‘Furtherthoughtsforconsideration’toencouragediscussion
bystudentsandothers.
Writteninanaccessiblestyle,thisbookprovidesabroadreviewofpast,presentand
likelyfutureclimatechangefromtheviewpointsofbiology,ecology,humanecology
andEarthsystemscience.Ithasbeenwrittentospeakacrossdisciplines.Itwillagain
provetobeinvaluabletoawiderangeofreaders,fromstudentsinthelifesciences
whoneedabriefoverviewofthebasicsofclimatescience,toatmosphericscience,
geography, geoscience and environmental science students whoneed tounderstand
the biological and human ecological implications of climate change. It is also a
valuablereferencetextforthoseinvolvedinenvironmentalmonitoring,conservation
and policy-making seeking to appreciate the science underpinning climate change
anditsimplications.
TheUnitedNationsEnvironmentProgramme(UNEP)citedthefirsteditionasone
ofthetopclimatechangesciencebooksofthe21stcentury.
Jonathan Cowie has spent many years conveying the views of learned societies in
thebiologicalsciencestopolicy-makers,andinsciencecommunication(promotion,
publishing,andpressliaison).Hisearlierpostgraduatestudiesrelatedtoenergyand
the environment. He is a former Head of Science Policy and Books at the Institute
of Biology (UK). He is also author of Climate and Human Change: Disaster or
Opportunity?(1998).
Praiseforthisedition:
“A comprehensive review of the science of climate change, the impacts of climate
change on biological and human systems, and their interrelatedness. An excellent
contribution to the growing recognition that knowledge of biological and human
systemsisneededtounderstandclimatechange.”
GordonBonan,NationalCenterforAtmosphericResearch
“...readersgainanappreciationofthewide-rangingconsequencesofclimatechange
withmanyexamplesandanalogies...itisabookaclimatescientist,oranyconcerned
citizenoftheworld,shouldread.”
PaulA.Dirmeyer,GeorgeMasonUniversity
PraisefortheFirstEdition:
“...a fine treatment of global climate change and interactions with biological sys-
tems...everyoneislikelytogainafreshperspectiveorlearnsomethingnew.”
EOS
“...reader-friendly,quantitative,authoritative,butaboveall,stimulating;thepages
dareyounottoturnthemoverandreadfurther.”
TheBiologist
“...measured, informative, balanced, scientifically sound, and as up-to-date as a
bookcanpossiblybeinthesedaysofrapidinformationaccretion.”
BulletinoftheBritishEcologicalSociety
“There issomuch togain fromCowie’s book...I know of noother source...that
bringstogetherthebreadthanddepthofmaterialthatthisbookdoes....thebottom
lineisthatanyonewhowantstounderstandclimatechangeanditsimpacts...should
buythisbook....Cowiedoesabrilliantjobofweavingtogethertheevolutionoflife
withtheevolutionofEarth’sclimate.”
Bioscience
“...animpressiveendeavor...thestrengthofthiscontributionispreciselytheinter-
disciplinaryapproachtakentosuchamultifacetedchallenge.”
GlobalEnvironmentalPolitics
Climate Change
Biological and Human Aspects
Second Edition
JONATHAN COWIE
cambridge university press
Cambridge,NewYork,Melbourne,Madrid,CapeTown,
Singapore,Sa˜oPaulo,Delhi,MexicoCity
CambridgeUniversityPress
32AvenueoftheAmericas,NewYork,NY10013-2473,USA
www.cambridge.org
Informationonthistitle:www.cambridge.org/9781107603561
(cid:2)C JonathanCowie2007,2013
Thispublicationisincopyright.Subjecttostatutoryexception
andtotheprovisionsofrelevantcollectivelicensingagreements,
noreproductionofanypartmaytakeplacewithoutthewritten
permissionofCambridgeUniversityPress.
Firstpublished2007
Secondedition2013
PrintedintheUnitedStatesofAmerica
AcatalogrecordforthispublicationisavailablefromtheBritishLibrary.
LibraryofCongressCataloginginPublicationData
Cowie,Jonathan.
Climatechange:biologicalandhumanaspects/JonathanCowie.–2nded.
p. cm.
Includesbibliographicalreferencesandindex.
ISBN978-1-107-60356-1(paperback)
1.Climaticchanges–History. 2.Paleoclimatology. 3.Climaticchanges–Environmentalaspects.
4.Humanbeings–Effectofenvironmenton. 5.Physicalanthropology. 6.Massextinctions.
I.Title.
QC903.C69 2013
551.6–dc23 2012013138
ISBN978-1-107-60356-1Paperback
CambridgeUniversityPresshasnoresponsibilityforthepersistenceoraccuracyofURLsforexternalor
third-partyinternetwebsitesreferredtointhispublicationanddoesnotguaranteethatanycontenton
suchwebsitesis,orwillremain,accurateorappropriate.
InmemoryofHarryHarrison
Makingroom
(12thMarch1925–15thAugust2012)

Contents
Figures pagexiii
Acknowledgementsforthefirstedition xix
Acknowledgementsforthesecondedition xxi
Introduction 1
1. Anintroductiontoclimatechange 4
1.1 Weatherorclimate 5
1.2 Thegreenhouseeffect 5
1.3 Thecarboncycle 14
1.4 Naturalchangesinthecarboncycle 23
1.5 Pacemakeroftheglacial–interglacialcycles 24
1.6 Non-greenhouseinfluencesonclimate 31
1.7 Thewatercycle,climatechangeandbiology 33
1.8 Fromtheorytoreality 35
1.9 References 37
2. Principalindicatorsofpastclimates 40
2.1 Terrestrialbioticclimaticproxies 42
2.1.1 Tree-ringanalysis(dendrochronology) 42
2.1.2 Isotopicdendrochronology 45
2.1.3 Leafshape(morphology) 47
2.1.4 Leafphysiology 48
2.1.5 Pollenandsporeanalysis 49
2.1.6 Speciesasclimateproxies 52
2.2 Marinebioticclimaticproxies 54
2.2.1 18OIsotopeanalysisofforamsandcorals 54
2.2.2 Alkenoneanalysis 58
2.3 Non-bioticindicators 59
2.3.1 Isotopicanalysisofwater 59
2.3.2 Boreholes 61
2.3.3 Carbondioxideandmethanerecordsaspalaeoclimaticforcing
agents 61
2.3.4 Dustasanindicatorofdry–wethemisphericclimates 62
2.4 Otherindicators 62
2.5 Interpretingindicators 63
2.6 Conclusions 63
2.7 References 64
vii
viii Contents
3. Pastclimatechange 66
3.1 EarlybiologyandclimateoftheHadeanandArcheaeneons
(4.6–2.5bya) 66
3.1.1 Thepre-bioticEarth(4.6–3.8bya) 66
3.1.2 TheearlybioticEarth(3.8–2.3bya) 67
3.2 Majorbio-climaticeventsoftheProterozoiceon(2.5–0.542bya) 71
3.2.1 Earthintheanaerobic–aerobictransition(2.6–1.7bya) 71
3.2.2 TheaerobicEarth(from1.7bya) 74
3.3 Majorbio-climaticeventsofthepre-QuaternaryPhanerozoic
(542–2mya) 80
3.3.1 Late-Ordovicianextinction(455–435mya) 80
3.3.2 Late-Devonianextinction(365–363.5mya) 81
3.3.3 Vascularplantsandtheatmosphericdepletionofcarbon
dioxide(350–275mya) 81
3.3.4 Permo–Carboniferousglaciation(330–250mya) 84
3.3.5 End-Permianextinction(251mya) 85
3.3.6 End-Triassicextinction(205mya) 87
3.3.7 Toarcianextinction(183mya) 88
3.3.8 Cretaceous–Tertiaryextinction(65.5mya) 89
3.3.9 TheEocene(55–34mya)andtheInitialEoceneThermal
Maximum(∼55mya) 92
3.3.10 Eocene–Oligoceneextinction(approximately35mya;or
33.9mya?) 106
3.3.11 Late-MioceneexpansionofC grasses(14–9mya) 107
4
3.4 Summary 112
3.5 References 113
4. TheOligocenetotheQuaternary:climateandbiology 119
4.1 TheOligocene(33.9–23.03mya) 119
4.2 TheendMiocene(9–5.3mya) 121
4.3 ThePliocene(5.3–2.6mya) 122
4.4 Thecurrenticeage 126
4.5 Thelastglacial 132
4.5.1 Overviewoftemperature,carbondioxideandtiming 132
4.5.2 Iceandsealevel 135
4.5.3 Temperaturechangeswithintheglacial 135
4.5.4 Biologicalandenvironmentalimpactsofthelastglacial 147
4.6 Interglacialsandthepresentclimate 156
4.6.1 Previousinterglacials 156
4.6.2 TheAllerød,BøllingandYoungerDryas(14600–11600
yearsago) 160
4.6.3 TheHolocene(11700yearsago–theIndustrialRevolution) 166
4.6.4 Biologicalresponsetothelastglacial,LGMandHolocene
transition 178
4.7 Summary 189
4.8 References 190
ix Contents
5. Presentclimateandbiologicalchange 198
5.1 Recentclimatechange 198
5.1.1 ThelatterhalfoftheLittleIceAge 198
5.1.2 20th-centuryclimate 202
5.1.3 21st-centuryclimate 203
5.1.4 TheHoloceneinterglacialbeyondthe21stcentury 203
5.1.5 Holocenesummary 207
5.2 HumanchangearisingfromtheHoloceneclimate 208
5.2.1 Climaticimpactsonearlyhumancivilisations 208
5.2.2 TheLittleIceAge’shumanimpact 216
5.2.3 Increasing20th-centuryhumanclimaticinsulation 224
5.3 Climateandbusinessasusualinthe21stcentury 225
5.3.1 TheIPCCBusiness-as-Usualscenario 225
5.3.2 UncertaintiesandtheIPCC’sconclusions 240
5.4 Currenthumaninfluencesonthecarboncycle 249
5.4.1 Carbondioxide 250
5.4.2 Methane 253
5.4.3 Halocarbons 256
5.4.4 Nitrousoxide 256
5.5 References 257
6. Currentwarmingandlikelyfutureimpacts 262
6.1 Currentbiologicalsymptomsofwarming 262
6.1.1 Currentborealdendrochronologicalresponse 262
6.1.2 Currenttropicalrainforestresponse 264
6.1.3 Somebiologicaldimensionsoftheclimaticchangefingerprint 266
6.1.4 Phenology 273
6.1.5 Biologicalcommunitiesandspeciesshift 278
6.2 Casestudy:climateandnaturalsystemsintheUSAandCanada 297
6.3 Casestudy:climateandnaturalsystemsintheUK 312
6.4 Casestudy:climateandnaturalsystemsinAustralasia 324
6.5 Biologicalresponsestogreenhousetrendsbeyondthe21stcentury 328
6.6 Possiblesurpriseresponsestogreenhousetrendsinthe21stcentury
andbeyond 329
6.6.1 Extremeweatherevents 330
6.6.2 Greenhousegases 333
6.6.3 Sea-levelrise 334
6.6.4 Methanehydrates(methaneclathrates) 342
6.6.5 Volcanoes 346
6.6.6 Oceanicandatmosphericcirculation 349
6.6.7 Oceanacidity 353
6.6.8 Climatethresholds 355
6.6.9 Theprobabilityofsurprises 358
6.7 References 359