第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境教案

1、PAGE PAGE 114第一章 緒論第一部分：提問(wèn)提問(wèn)對(duì)第四紀(jì)地質(zhì)的了解。對(duì)第四紀(jì)氣候環(huán)境的認(rèn)識(shí)。第二部分：講課內(nèi)容 第四紀(jì)（Quaternary）一詞，是1829年法國(guó)地質(zhì)學(xué)家德努埃（Desnoyers）所創(chuàng)，他把地球演化歷史分為四個(gè)時(shí)期，第四紀(jì)是指地球發(fā)展歷史最近的一個(gè)時(shí)期。1839年賴爾（Ch.lyell）把含現(xiàn)生種屬海相無(wú)脊椎動(dòng)物化石達(dá)90%和含人類活動(dòng)遺跡的地層劃為第四紀(jì)，并將第四紀(jì)分為更新世(Pleistocene)和全新世 (Recent)，奠定了第四紀(jì)地層劃分系統(tǒng)。直到1881年第二屆國(guó)際地質(zhì)學(xué)會(huì)才正式使用“第四紀(jì)”一詞。第四紀(jì)是全球氣候變冷，冰川出現(xiàn)；生物界發(fā)生變化，人類出

2、現(xiàn)（目前，人類祖先出現(xiàn)已被前推到500萬(wàn)年）以及現(xiàn)代文明產(chǎn)生的時(shí)期。第四紀(jì)是地質(zhì)歷史中最生動(dòng)的時(shí)代。第一節(jié) 第四紀(jì)環(huán)境概述 第四紀(jì)時(shí)期全球氣候、環(huán)境發(fā)生了頻繁而巨大的變化。冰蓋與冰川、河流、湖泊與海洋、沙漠與黃土、綠洲與荒漠、火山與地震遺跡等等均記錄了環(huán)境的變化。在以后的一些章節(jié)里我們將分析這些記錄，正確認(rèn)識(shí)第四紀(jì)時(shí)期發(fā)生的事件，并理解人類在全球環(huán)境中的地位和職責(zé)。1. 冰蓋與冰川大約20Ma前，冰開(kāi)始在南極積累。北半球冰蓋形成則要晚得多，直到2.4Ma前，主要冰蓋才開(kāi)始在北美迅速增長(zhǎng)。其原因目前還不清楚（可能與地球環(huán)繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)的軌道和地軸傾斜的周期性變化密切相關(guān)）。北半球大冰蓋的發(fā)育都按照這

3、樣的模式：冰雪積累形成冰蓋的過(guò)程十分緩慢，但后來(lái)冰川融化、冰蓋退縮的過(guò)程卻十分迅速，大陸環(huán)境的變化深受極地冰蓋及大陸冰川影響。海洋記錄較大的第四紀(jì)冰蓋厚達(dá)4000m。當(dāng)冰蓋緩慢積累至最大厚度時(shí)，由于不斷增加的冰的重量會(huì)導(dǎo)致使其下的基巖逐漸下沉。而冰融化時(shí)，基巖又慢慢上升恢復(fù)到冰期前的水平。這種隨第四紀(jì)大冰蓋擴(kuò)張和消減的“均衡調(diào)整”導(dǎo)致了海平面的相對(duì)變化。在冰期最盛期，地球上大約5.5的水以冰的形式儲(chǔ)存（現(xiàn)在的數(shù)值為1.7，大約是盛冰期的三分之一）。當(dāng)冰蓋擴(kuò)張時(shí)，地球海平面將會(huì)下降，根據(jù)冰的總體積計(jì)算，全球出現(xiàn)最大冰蓋時(shí)，海平面的下降可達(dá)150m。當(dāng)冰蓋迅速融化退縮時(shí)，海平面又逐漸回升再次達(dá)到現(xiàn)

4、在的水平。重建過(guò)去海平面變化有助于了解全球冰蓋積累和融化的速率，但較精確定年的第四紀(jì)海平面變化的歷史，僅能追溯到250ka前，所以其它十分之九的記錄必須從其它方面，特別是從深海巖芯中獲得。推斷大洋循環(huán)模式變化主要依賴于沉積學(xué)和微體化石的研究，底棲和浮游有孔蟲(chóng)鈣質(zhì)介殼的氧同位素組分的分析是提供深部海水或表面海水溫度和鹽度變化的一種可靠手段。充分考慮到區(qū)域因素的影響后，也可以用這一技術(shù)來(lái)評(píng)估全球冰量的變化。從表層海水鹽度的區(qū)域變化能指明主要河流徑流量、蒸發(fā)量、季節(jié)性降水量的變化。深海巖芯記錄有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是它覆蓋全球；二是其時(shí)間跨越新生代大部分。相對(duì)而言，除了黃土之外，大陸上少有這樣漫長(zhǎng)的、連續(xù)的

5、記錄，目前只有某些特殊的湖盆才可能提供類似的記錄?！岸驙柲嶂Z”現(xiàn)象困擾著人類，介紹它的發(fā)生、發(fā)展與影響。3. 河流、湖泊盡管海洋記錄能提供良好的第四紀(jì)時(shí)期全球氣候波動(dòng)的模式和速率的信息，但陸上記錄對(duì)于直接了解當(dāng)?shù)氐暮蛥^(qū)域性的水文變化更為有用。這些水文變化在大小河流的第四紀(jì)沉積物中，以及與當(dāng)?shù)卣舭l(fā)量、降水量、地下水位變化密切相關(guān)的湖泊記錄中是十分明顯的?？上У氖谴蠖鄶?shù)河流沖積物只能提供一些歷史片斷。但是河流和湖泊結(jié)合起來(lái)將能獲得某些地區(qū)如何響應(yīng)第四紀(jì)環(huán)境變遷的高精度的信息。4. 沙漠環(huán)境中國(guó)有塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、巴丹吉林沙漠等十多個(gè)沙漠。沙質(zhì)荒漠面積690000km2，沙漠化面積（

6、沙地）146000km2。沙漠環(huán)境是我國(guó)第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境研究的重要組成部分。中國(guó)北方荒漠化十分嚴(yán)重。5. 生物界變化與人類出現(xiàn)大陸上植物及動(dòng)物化石所記錄的各種變化可以用來(lái)重建大陸氣候、環(huán)境變化。中國(guó)華北哺乳動(dòng)物群：游河動(dòng)物群、泥河灣動(dòng)物群、公王嶺動(dòng)物群、周口店動(dòng)物群、陳家窩動(dòng)物群、大荔動(dòng)物群、山頂洞動(dòng)物群的特征反映了華北地區(qū)氣候、環(huán)境的變化。海洋示冷有孔蟲(chóng)大量出現(xiàn)，也提供了第四紀(jì)初氣候變化的證據(jù)，有孔蟲(chóng)碳酸巖殼體的氧同位素高靈敏度的記錄了氣候、環(huán)境變化。某些有機(jī)體本身對(duì)其生存環(huán)境的變化是非常敏感的，它們對(duì)外部環(huán)境干擾的響應(yīng)非常迅速。人類演化階段的探討。6. 火山與地震火山爆發(fā)與地震是地球上最常

7、見(jiàn)、最狀觀的地質(zhì)活動(dòng)，深刻的影響地球環(huán)境，。7. 黃土 中國(guó)黃土是研究第四紀(jì)大陸環(huán)境變化的最好載體，中國(guó)黃土被認(rèn)為是東亞冬季風(fēng)從中國(guó)西北部沙漠地區(qū)攜帶來(lái)的粉塵堆積。在寒冷時(shí)期東亞冬季風(fēng)強(qiáng)盛，粉塵攜帶增加，在黃土高原地區(qū)沉降、堆積黃土。在溫暖時(shí)期東亞夏季風(fēng)強(qiáng)盛，大洋潮濕氣流北上為黃土高原地區(qū)帶來(lái)雨水，地表成壤作用加強(qiáng)。黃土高原地區(qū)黃土古土壤序列記錄了東亞季風(fēng)變化規(guī)律，同時(shí)記錄全球氣候環(huán)境變化信息。8、城市環(huán)境城市是人口集中的活動(dòng)區(qū)，城市地質(zhì)環(huán)境對(duì)人類生存有特殊的意義。講述與城市居住密切相關(guān)的地裂縫、地面塌陷、滑坡等內(nèi)容。第二節(jié) 中國(guó)第四紀(jì)環(huán)境概況由于青藏高原的熱力作用，使高原面相對(duì)于四周自由大氣

8、來(lái)說(shuō)，冬季是冷源，夏季是熱源。夏季形成青藏低壓（南亞低壓的一部分），影響南亞季風(fēng)環(huán)流。冬季隨著氣候帶南移，高原本身形成強(qiáng)大的閉合冷高壓，其影響疊加在蒙古冷高壓之上，從而大大增加了冬季風(fēng)的強(qiáng)度。高聳的青藏高原阻擋了來(lái)自印度洋向北輸送的水汽，越過(guò)高原的氣流在高原北緣發(fā)生下沉作用，焚風(fēng)效應(yīng)使西北廣大地區(qū)冬季干冷，夏季干熱，當(dāng)?shù)丨h(huán)境不斷向干旱化方向發(fā)展。其次，中國(guó)北方與西伯利亞地區(qū)接受印度洋氣流帶來(lái)的熱量減少，西伯利亞冷高壓加強(qiáng)，促使中國(guó)東南季風(fēng)區(qū)不斷擴(kuò)大。西南地區(qū)成為孟加拉灣暖濕氣流向北輸送的重要通道，使西南季風(fēng)也相應(yīng)加強(qiáng)。青藏高原本身由于其巨大的高度使地質(zhì)環(huán)境過(guò)程以寒凍風(fēng)化作用為主，成為獨(dú)特的高寒

9、環(huán)境系統(tǒng)。第四紀(jì)時(shí)期青藏高原持續(xù)隆起，使這些環(huán)境特征和區(qū)域分異具有相對(duì)穩(wěn)定性，并有不斷加強(qiáng)的趨勢(shì)，從而使中國(guó)形成6個(gè)不同的地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)（圖1-1）。1. 青藏高原區(qū)第四紀(jì)環(huán)境青藏高原經(jīng)過(guò)上新世末的強(qiáng)烈隆起使海拔高度大為增加，根據(jù)1964年在希夏邦馬峰北坡5900m處發(fā)現(xiàn)的高山櫟葉片化石推測(cè)第四紀(jì)初當(dāng)?shù)匾堰_(dá)3000m，而第四紀(jì)早期高原平均海拔已達(dá)到20003000m。許多山峰達(dá)到雪線以上，高原四周一些盆地內(nèi)沉積了巨礫沉積。林振耀和吳祥定（1981）認(rèn)為，當(dāng)高原面平均高度達(dá)到3000m以后，其環(huán)境效應(yīng)已與現(xiàn)代相似，可以使東亞季風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)基本定型。上新世末至早更新世初，青藏高原湖泊廣布，是晚新生代一

10、個(gè)重要的成湖期。早更新世湖相沉積與上新世地層之間為連續(xù)沉積。孢粉組合了溫帶森林草原、草原和荒漠草原環(huán)境。湖相沉積中的生物化石反映了湖水為淡水環(huán)境，顯然大多數(shù)湖泊尚未成為封閉湖泊。整個(gè)青藏高原在第四紀(jì)時(shí)逐漸形成一個(gè)以寒凍剝蝕作用為主的系統(tǒng)。早更新世末至中更新世初，青藏高原經(jīng)歷了一次較強(qiáng)烈的隆起，平均高度達(dá)到3000m以上。高山地區(qū)進(jìn)入“冰凍圈”，開(kāi)始了大規(guī)模的冰川作用時(shí)期。其中本區(qū)倒數(shù)第3次冰期（0.720.52Ma）規(guī)模最大，發(fā)育冰帽冰川（王蘇民等，1994）。中更新世中期，大約在深海氧同位素1513階段，氣候濕潤(rùn)多雨，地表徑流豐富。在地形較高地方形成棕壤，較低的高原面形成紅壤型土壤（高以信和

11、張林源，1992）。晚更新世是中國(guó)大陸第四紀(jì)以來(lái)最干冷的時(shí)期，青藏高原隆起，對(duì)來(lái)自西面的水汽和印度洋的暖濕氣閉的屏障作用愈益加強(qiáng)，使西北地區(qū)降水明顯減少。青藏高原深化為極其干寒的環(huán)境，冰川凍土成為第四紀(jì)地質(zhì)過(guò)程的主要產(chǎn)物，高寒荒漠景觀占主導(dǎo)地位。高原面上發(fā)育星羅棋布的內(nèi)陸湖泊，大多保存了連續(xù)分布的古湖岸線。年代學(xué)研究表明，高湖岸線時(shí)代為4025ka，當(dāng)時(shí)湖面面積比現(xiàn)今大許多倍，如甜水海阿克賽欽（Aksayqin）湖面積比現(xiàn)在大7.7倍（李炳元，1994）。上述事實(shí)說(shuō)明，在全球氣候暖濕階段，高原湖泊面積擴(kuò)大。而這些湖泊現(xiàn)已明顯縮小，大多深化為咸水湖。晚更新世青藏高原作為世界屋脊聳立在亞洲的南部，

12、自然地帶的垂直譜系發(fā)育完整，也是我國(guó)生物多樣性的典型地區(qū)之一。青藏高原在全新世已達(dá)到現(xiàn)今的高度，全新世大暖期時(shí)冰川退縮，湖泊擴(kuò)大。以色林錯(cuò)（Siling Co）為例，距今1210ka左右，氣候干冷，湖泊水位最低，甚至可能出露湖底，以后隨全新世氣溫升高，融冰水匯集到湖泊中，湖水面急驟上升（顧兆炎等，1994）。其后隨著蒸發(fā)量加大，湖泊又逐漸收縮。2. 西北戈壁沙漠區(qū)第四紀(jì)環(huán)境西北地區(qū)的塔里木（Tarim）盆地早更新世接受周圍山地的河流沉積，形成厚1000m以上的礫石層。發(fā)源于昆侖山的河流甚至能把礫石搬運(yùn)到麻扎塔格山山麓。盆地西、北、東緣為坳陷區(qū)，早更新世發(fā)育大面積的湖泊，盆地內(nèi)部以河流相為主。柴

13、達(dá)木（Qaidam）盆地早更新世存在較大的湖泊，廣泛沉積泥灰?guī)r和砂質(zhì)粘土，其中有時(shí)夾石膏和芒硝層?？傊鞅钡貐^(qū)早更新世已比較干旱，但總體上較現(xiàn)今濕潤(rùn)和溫暖一些。西北干旱區(qū)的山地在中更新世上升顯著，普遍發(fā)育山地冰川，山麓地帶形成較厚的礫石層。昆侖山東段和天山北坡，冰磧物分布在山麓傾斜平原地帶，它們可能與青藏高原倒數(shù)第3次冰期相當(dāng)。間冰期時(shí)大量的冰融水流入盆地，使湖泊范圍擴(kuò)大。但是中更新世時(shí)期盆地內(nèi)的荒漠氣候更為發(fā)展，沙漠和戈壁不斷擴(kuò)展，湖泊也在間冰期的中后期迅速收縮，發(fā)育一些鹽類沉積。湖相沉積物隨之遭受風(fēng)蝕，形成雅丹地形。塔克拉瑪干（Taklimakan）沙漠、巴丹吉林（Badain Jaran

14、）沙漠、騰格里（Tengger）沙漠已經(jīng)形成，塔里木盆地邊緣的河湖平原明顯縮小。柴達(dá)木盆地統(tǒng)一的大湖收縮成為狹長(zhǎng)的湖泊。晚更新世，塔克拉瑪干沙漠?dāng)U大到整個(gè)塔里木盆地。柴達(dá)木盆地的湖泊基本消失，收縮為面積很小的鹽湖，進(jìn)入新的成鹽時(shí)期，干鹽湖周圍出現(xiàn)干旱荒漠景觀。巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠等都擴(kuò)展為大規(guī)模的沙漠。毛烏素沙漠、科爾沁沙地等的出現(xiàn)說(shuō)明沙漠向東擴(kuò)展。除沙漠以外，西北干旱區(qū)的山麓地帶，盆地周邊地區(qū)洪積平原廣泛發(fā)育，其上的細(xì)粒表層物質(zhì)被風(fēng)吹蝕以后，成為礫石裸露的戈壁。沙漠和戈壁作為西北干旱區(qū)占主導(dǎo)地位的地貌景觀，說(shuō)明晚更新世西北地區(qū)干旱化已達(dá)到最嚴(yán)重的程度，形成蒙新極干旱風(fēng)化殘積系統(tǒng)。西北干旱

15、區(qū)在全新世經(jīng)歷了一次較晚更新世濕潤(rùn)的時(shí)期，可能不同地區(qū)不同地貌單元濕潤(rùn)時(shí)期出現(xiàn)的時(shí)間有所差別，但湖泊擴(kuò)大、地表徑流加強(qiáng)、沙丘固定等環(huán)境特征都是一致的。例如羅布泊、艾比湖等全新世都有一個(gè)高潮面時(shí)期。這時(shí)的河流徑流較多，綠洲比較發(fā)育，沙漠相應(yīng)后退。毛烏素沙漠在這個(gè)時(shí)期成為固定的沙地，而且普遍發(fā)育零星的小湖，歷史上曾經(jīng)是水草豐美的肥沃土地?，F(xiàn)在西北地區(qū)又急驟向干旱方向轉(zhuǎn)化，人類不合理的生產(chǎn)活動(dòng)是重要的起因之一。3. 黃土堆積區(qū)第四紀(jì)環(huán)境黃土高原地區(qū)在早更新世，甚至在此之前的上新世晚期，大氣沉積作用受冬季風(fēng)影響逐步加強(qiáng)，已經(jīng)大量接受粉塵堆積，形成紅粘土和午城黃土。午城黃土中古土壤層密集，黃土層較薄，堆

16、積范圍限于秦嶺以北，汾河以西地區(qū)，反映當(dāng)時(shí)風(fēng)力搬運(yùn)能力較弱，氣溫較高，降水也較現(xiàn)在多。 西北地區(qū)的干旱化導(dǎo)致沙漠、戈壁的擴(kuò)大，黃土高原的粉塵堆積明顯向東南方向擴(kuò)展，離石黃土的南界達(dá)到30，說(shuō)明當(dāng)時(shí)風(fēng)的地質(zhì)營(yíng)力加強(qiáng)。離石黃土中的第5層古土壤形成時(shí)期是中更新世氣候最濕熱的階段，這種氣候狀況在該區(qū)其他類型沉積物中也有反映。 隨著西北地區(qū)沙漠、戈壁的進(jìn)一步擴(kuò)大,黃土堆積的物源區(qū)在晚更新世達(dá)到最廣闊的范圍。黃土高原地區(qū)全新世堆積了厚約1m的黃土，其中發(fā)育黑壚土，代表了比較潮濕的環(huán)境，其時(shí)代大致在97ka B. P.。4. 東部平原區(qū)第四紀(jì)環(huán)境東部平原區(qū)包括了中國(guó)東部自北而南排列的松遼平原、華北的、淮河平

17、原以及長(zhǎng)江中下游平原等。它們形成于第三紀(jì)初，發(fā)育了巨厚的古新世上新世陸相、海陸過(guò)渡相地層。第四紀(jì)時(shí)期，繼承以前的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形式，持續(xù)下沉，堆積了幾百米厚的河流和湖泊沉積物，成為廣闊坦蕩的遼冀淮沉降平原系統(tǒng)。早更新世，松遼平原沿山麓堆積洪積和沖積物，向平原中部過(guò)渡為河湖相沉積。從山麓地區(qū)到平原可見(jiàn)到灰白色砂礫石層逐漸相變?yōu)楹嗾惩?。中更新世沉積了厚層的河湖相粘土層，其中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)淡水螺類、貝類等化石。晚更新世松遼平原上沉積了淡黃色、黃色亞粘土、灰綠色亞粘土等河湖相沉積物。上述第四紀(jì)沉積物記錄了若干次氣候溫濕和干寒的變化過(guò)程。間冰期時(shí)，植被是以闊葉樹(shù)為主的針闊葉混交林，山麓地帶為草原和疏林草原。冰期時(shí)

18、北部為苔原帶，向南出現(xiàn)灌叢草甸和針葉林帶（裘善文等，1991）。華北平原是中國(guó)早期直立猿人（Homo erectus pekinensis）的聚集地，1929年裴文中等在北京周口店發(fā)現(xiàn)了北京猿人的頭骨化石。華北平原第四紀(jì)沉積可達(dá)400600m。 淮河和長(zhǎng)江中下游平原第四紀(jì)沉積較薄。早更新世沉積為河流相黃色粘土和砂礫層；中更新世湖泊和沼澤發(fā)育，沉積灰綠色、灰黃色粘土。晚更新世沉積了河流相中細(xì)砂和砂礫石層（。 5. 南方紅土區(qū)第四紀(jì)環(huán)境 該區(qū)范圍包括秦嶺長(zhǎng)江中下游以南、青藏高原以東地區(qū)，可稱之為南方紅土環(huán)境區(qū)。 早更新世，華中和華南地區(qū)屬亞熱帶范圍。由于季風(fēng)活動(dòng)的加強(qiáng)，雨量較上新世增加，原來(lái)的疏林

19、草原景觀逐漸被亞熱帶常綠林所代替。地面廣泛發(fā)育紅土風(fēng)化殼和喀斯特地形（中國(guó)自然地理編輯委員會(huì)，1984）。這一地區(qū)的主要特點(diǎn)是地殼保持穩(wěn)定，大面積的紅土風(fēng)化殼至少?gòu)母率酪詠?lái)就保持其連續(xù)發(fā)育的過(guò)程，可稱之為南方古老紅土化殼系統(tǒng)。 中更新世，華中、華南地區(qū)氣候濕熱，喀斯特作用較強(qiáng)，流水的地質(zhì)營(yíng)力明顯，大河兩側(cè)普遍形成礫石層，平原地區(qū)廣泛堆積粘土沉積層。化學(xué)風(fēng)化和成土作用強(qiáng)烈，基巖地區(qū)一般形成紅粘土風(fēng)化殼，松散沉積大多發(fā)育成網(wǎng)紋紅土，南部沿海地區(qū)還出現(xiàn)磚紅壤風(fēng)化殼。 晚更新世，華中和華南地區(qū)廣泛發(fā)育土狀堆積，其中一部分為風(fēng)成沉積，如“下蜀土”。其余大多數(shù)為河湖相粘土、亞粘土。晚更新世氣候雖不如中更

20、新世溫暖濕潤(rùn)，但以濕熱的季風(fēng)氣候?yàn)橹?，土狀堆積受到一定程度的風(fēng)化淋濾作用，形成紅土風(fēng)化殼或黃棕色粘土風(fēng)化殼。由于晚更新世時(shí)間較短，尚未發(fā)育網(wǎng)紋紅土或磚紅壤風(fēng)化殼，只有海南島和廣西沿海地區(qū)能見(jiàn)到發(fā)育程度較深的風(fēng)化殼。晚更新世華中、華南地區(qū)的洞穴沉積比較發(fā)育，其中埋藏有較豐富的哺乳動(dòng)物化石和古人類化石。孢粉分析表明植被為常綠闊葉林、落葉闊葉常綠和落葉闊葉混交林。動(dòng)物化石主要是南方動(dòng)物種屬，也有少數(shù)北方種屬混雜其間，可能是干冷氣候階段北方動(dòng)物遷移而來(lái)的個(gè)別種屬。 全新世，華中、華南地區(qū)以河流、湖泊沉積為主，形成一級(jí)階地或高河漫灘，湖濱階地等，沉積物中的孢粉反映了全新世比較暖濕的氣候環(huán)境?？墒瞧渲幸灿?/p>

21、一些北方的植物種屬，說(shuō)明末次冰期時(shí)北方植物種屬曾遷移到南方。6. 淺海與大陸架區(qū)第四紀(jì)環(huán)境中國(guó)有廣闊的淺海和大陸架，最寬可達(dá)700公里以上。它們是第四紀(jì)以來(lái)維持下沉區(qū)，接受了巨厚的新生代沉積，成為獨(dú)立的環(huán)境區(qū)域。第四紀(jì)以來(lái)，由于全球變化的影響，海岸線發(fā)生過(guò)多次劇烈的變化。對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了巨大影響，是第四紀(jì)環(huán)境研究的重要地區(qū)之一。第三節(jié) 第四紀(jì)氣候概述 氣候波動(dòng)是一種地史現(xiàn)象，并非第四紀(jì)所特有。但在第四紀(jì)這一地球發(fā)展的極短時(shí)期內(nèi)，在全球性氣溫普遍下降背景上，出現(xiàn)了多次大規(guī)模冰川活動(dòng)，這是晚古生代以來(lái)所特有的，與此同時(shí)，還存在與冰川性氣候波動(dòng)相關(guān)的干濕性氣候變化。第四紀(jì)不僅存在影響氣候變化的全球性

22、因素，而且還有區(qū)域性（如構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地形、大氣環(huán)流）和局部性因素。第四紀(jì)氣候變化，是由全球性變化迭加上區(qū)域性和局部性變化的一種復(fù)雜氣候波動(dòng)體系。它對(duì)第四紀(jì)沉積、生物、地貌、自然地理環(huán)境的形成發(fā)展帶來(lái)極其深遠(yuǎn)的影響。第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)研究古氣候，是通過(guò)研究記錄在生物化石、陸地沉積、地貌和深海沉積中的種種氣候標(biāo)志進(jìn)行的。第四紀(jì)氣候記錄1. 生物化石氣候記錄生物化石作為氣候證據(jù)，首先是因?yàn)榈谒募o(jì)生物大多數(shù)為現(xiàn)代種屬，而現(xiàn)代生物的分布與一定氣候參數(shù)（溫度、降水）相適應(yīng)。所以可以應(yīng)用現(xiàn)代生物種屬分布與氣候的關(guān)系，來(lái)演繹推斷第四紀(jì)同一種屬化石埋藏時(shí)的近似氣候條件。在國(guó)際第四系界限劃分方案中，卡拉布里剖面海相地層中

23、首次出現(xiàn)“示冷型”有孔蟲(chóng)的層位被視為第四紀(jì)的開(kāi)始。 2沉積物氣候記錄 第四紀(jì)沉積物如冰磧物，它是非常明顯的寒冷氣候產(chǎn)物，并能指出冰川作用影響范圍，提供冰川活動(dòng)的一些細(xì)節(jié)，但不能準(zhǔn)確地確定冰川作用的強(qiáng)度和時(shí)間長(zhǎng)短。其次如有機(jī)物沉積，除一些局部原因外，一般是氣候變暖的證據(jù)。其他如風(fēng)化殼、古土壤類型也反映一定的氣候環(huán)境，黃土和風(fēng)砂沉積代表干旱氣候。一般說(shuō)來(lái)，沉積物證據(jù)可以定性區(qū)別不同氣候，諸如冰川氣候與非冰川氣候，溫暖與寒氣候，干旱與潮濕氣候等等。 3地貌和冰緣結(jié)構(gòu)氣候記錄 現(xiàn)代冰斗位于雪線附近，因而古冰斗就成為推斷古雪線位置和估計(jì)古溫度變化的有力證據(jù)。沙漠地貌是干旱氣候的記錄。中國(guó)黃土記錄了東亞季

24、風(fēng)氣候特征。此外，海面升降、湖面漲縮、河流階地河谷等等都記錄了氣候變化。4深海沉積物中的氣候記錄，深海有孔蟲(chóng)殼氧同位素（O18/O16）分析，碳酸鹽含量分析，浮冰碎屑含量分析和可可石（Coccoliths）分析等，這些分析有的能提供古水溫?cái)?shù)值（如氧同位素分析），因而日益引人重視。在海洋環(huán)境這一章中將詳細(xì)論述。二、冰期與間冰期氣候1冰期和間冰期2雨期和間雨期第四紀(jì)冰期、間冰期劃分1阿爾卑斯山地第四紀(jì)氣候波動(dòng)記錄貢茲（Gunz）冰期（G）：強(qiáng)烈風(fēng)化的“老礫石層”（山前）和相應(yīng)的冰磧（山區(qū)）。貢茲-民德間冰期（G-M）：表現(xiàn)為“老礫石層”和相應(yīng)冰磧的風(fēng)化剝蝕。民德（Mindel）冰期（M）：風(fēng)化的“

25、新礫石層”（山前）和相應(yīng)的冰磧（山區(qū)）。民德-里斯間冰期（M-R）：表現(xiàn)為強(qiáng)烈的侵蝕，并發(fā)育褐炭。氣候比現(xiàn)在溫暖。里斯（Riss）冰期（R）：河谷中“高階地礫石層”與“老冰磧”。里斯-雨木間冰期（R-W）：泥炭、褐炭與湖相沉積。雨木（Wurm）冰期（W）：河谷中“低階地礫石層”與“新冰磧”。雨木冰期之后的暖期，稱為冰后期，冰后期氣候仍有較小的活動(dòng)。2、歐洲地區(qū)第四紀(jì)氣候波動(dòng)記錄第四紀(jì)，歐洲大部為來(lái)源于斯堪的納維亞山地的大陸冰凍蓋幾度侵?jǐn)_，最大冰期時(shí)，覆蓋面積達(dá)6，500，000平方公里。只劃分出了三次冰期兩次間冰期，從老到新冰期順序?yàn)椋喊瑺査固乇冢‥lsterian）：與民德冰期相當(dāng)，蘇聯(lián)為

26、“奧卡冰期”?；魻査固归g冰期（Holsteinian）大冰蓋消失，氣候顯著轉(zhuǎn)暖。薩勒冰期（Salleian）：與里斯冰期相當(dāng)；蘇聯(lián)為“德聶伯冰期”，為歐洲最大冰期。薩勒-魏克塞間冰期（艾姆間冰期）：大冰蓋并未完全消失，北部發(fā)生海侵，。魏克塞冰期（Weichselian）：與雨木冰期相當(dāng)；在歐洲又稱晚冰期。3、北美地區(qū)第四紀(jì)氣候波動(dòng)記錄北美（美國(guó)和加拿大）第四紀(jì)大冰蓋大于歐洲冰蓋，來(lái)自四個(gè)中心（科迪勒拉、基威廷、拉布拉多和格陵蘭），形成一個(gè)向南凸出的弧形，到達(dá)密西西比河中游。R. F.弗林特（Flint，1954年）等劃分的北美冰期自老而新為：內(nèi)布拉斯加冰期（Nebraskan）：延續(xù)時(shí)間100

27、000年（K-Ar法年令150萬(wàn)年）。阿夫唐間冰期（Aftonian），延續(xù)時(shí)間200000年（K-Ar法年令為135160萬(wàn)年）?？八_冰期（Kansan），延續(xù)時(shí)間100000年；亞茅期間冰期（Yarmouthian），延續(xù)時(shí)間310000年；伊利諾冰期（Illinoian），延續(xù)時(shí)間100000年；桑加蒙間冰期（Sangamonian），延續(xù)時(shí)間135000年；威斯康星冰期（Wisconsinian），延續(xù)時(shí)間550000年。第三部分：思考題了解中國(guó)第四紀(jì)時(shí)期的環(huán)境空間格局與中國(guó)六個(gè)主要環(huán)境區(qū)域的第四紀(jì)環(huán)境概況。全球第四紀(jì)氣候特征與不同載體的氣候記錄。冰期與間冰期概念，傳統(tǒng)的歐洲、北美冰期

28、劃分方案。 中國(guó)第四紀(jì)地層第一部分：提問(wèn)中國(guó)六個(gè)主要環(huán)境區(qū)域的第四紀(jì)環(huán)境概況。冰期與間冰期概念，傳統(tǒng)的歐洲、北美冰期劃分方案。第二部分：講課內(nèi)容 中國(guó)第四系的劃分中國(guó)第四系的劃分目前還有爭(zhēng)議，本教材采用的劃分方案以2.48Ma為第四紀(jì)下限，即2.48Ma、0.73Ma、0.13 Ma、0.01 Ma方案一、中國(guó)第四系的劃分依據(jù)1、據(jù)法國(guó)對(duì)維拉弗朗階（Villafranchian）的 研究可分為三層 ： 上維拉弗朗階的鉀年齡為1.3106a。 中維拉弗朗階的鉀年齡為1.82.6106a。 下維拉弗朗階的鉀年齡為3.4106a。維拉弗朗階的中、上部哺乳動(dòng)物群屬于更新統(tǒng)，而下維拉階則屬下上新統(tǒng)。泥河

29、灣組分可為上、下兩部份，上部泥河灣動(dòng)物群與維拉朗動(dòng)物群中上部相當(dāng)，下部泥河灣動(dòng)物群與維拉弗朗下部相當(dāng)。2、在第18次國(guó)際地質(zhì)會(huì)議（IGC）上曾提出以 Hyalinea lalihica 動(dòng)物群的出現(xiàn)作為第四紀(jì)的開(kāi)始。在北京東郊順義鉆孔深436米處海相層中出現(xiàn) Hyalinea balthica 動(dòng)物群，約2.30Ma （Li 1979， Wang & He 1982、 Lin 1983）。3、中國(guó)黃土開(kāi)始沉積于2.50Ma BP （Friedrich Heller & Liu 1982, Liu & Ding 1982, yue 1982）。4、中國(guó)喜馬拉雅山冰川地區(qū)測(cè)得第四紀(jì)下限，貢巴礫巖中

30、部為松山/高斯極性時(shí)的界面，約2.40Ma B.P. （Wang & Li1982）。二、中國(guó)第四系的劃分方案（一）下更新統(tǒng)：1、中國(guó)黃土L8黃土底界（約2. 480.73Ma B.P.）2、上泥河灣組（約2.480.73Ma B.P.）3、鄱陽(yáng)冰磧層（1.501.00Ma B.P）（二）中更新統(tǒng)1、下離石黃土上部與上離石黃土（L8S1；0.730.13Ma）2、周口店組（約0.730.20 Ma BP）：3、大姑冰磧（0.900.73Ma BP）：（三）上更新統(tǒng)晚更新世黃土（0.130.01 Ma BP）丁村組（約0.100.07Ma BP）廬山冰磧（約0.200.10Ma BP）大理冰磧（

31、約0.070.01Ma BP）：（四）全新統(tǒng)（0.01今）三、中國(guó)第四系劃分的其它意見(jiàn)1、據(jù)冰川氣候地層學(xué)的觀點(diǎn)，以3.54.0Ma BP開(kāi)始的全球普遍降溫和冰期沉積為依據(jù)。如元謀龍川冰磧層約3.1Ma BP，河北陽(yáng)原紅崖冰磧層約2.6Ma BP前，河南三門(mén)峽第一冰磧層約3.2Ma BP，山西榆社任家垴冰磧約4.0Ma BP等。2、孢粉組合第一次顯示變冷層位作為第四紀(jì)的下界。如長(zhǎng)期以來(lái)一直歸屬于上新世的榆社組中部的張村段地層納入第四系范疇。3、哺乳動(dòng)物化石組合：原據(jù)哺乳動(dòng)物化石群劃分的上新世和更新世地層序列有欠妥之處。山西午城、太谷，甘肅靈臺(tái)，河北泥河灣及陜西游河等第四紀(jì)地層中，發(fā)現(xiàn)三趾馬化石

32、與真馬、真象共生；榆社張村段出現(xiàn)斑鹿（ Pseudaxis）化石；泥河灣的披毛犀與三趾馬共生等，動(dòng)搖了三趾馬為第三紀(jì)上限的觀點(diǎn)。（4）原始人類化石及其遺址的發(fā)現(xiàn)，不斷的向老地層中推移。3.00Ma BP以來(lái)的人類發(fā)展史已為國(guó)際學(xué)術(shù)界部分研究者所承認(rèn)，故從古人類發(fā)現(xiàn)的趨勢(shì)考慮，以3. 54.0Ma BP為第四紀(jì)下限也是一種意見(jiàn)。中國(guó)第四系地層西北、華北第四系典型剖面（一）下更新統(tǒng)1. 古三門(mén)湖沉積 古三門(mén)湖沉積主要分布在包括三門(mén)峽在內(nèi)的汾渭河盆地，已知厚度200600余米，常見(jiàn)露頭厚度為300500米。沿黃河和支流河谷兩側(cè)的深切溝谷與河流階地的基座，皆可見(jiàn)到三門(mén)組露頭。一般只在鉆孔中才能見(jiàn)到。本

33、區(qū)以張家坡剖面為代表，明顯的分為上下兩部分。上部地層顏色發(fā)黃（通稱黃三門(mén)），顆粒粗，分選差，以河流相為主；下部顏色以灰綠為主（通稱綠三門(mén)），顆粒細(xì)，泥質(zhì)巖增多，以湖相為主。2. 古泥河灣湖沉積泥河灣組 是19241926年由巴爾博、桑志華和德日進(jìn)等人所建立，命名地點(diǎn)在河北省陽(yáng)原縣泥河灣村，為我國(guó)北方早更新統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)地層之一，相當(dāng)于歐洲的維拉弗郎期動(dòng)物群。在小渡口剖面分為上、下兩部。下部：為含鈣質(zhì)較多的灰綠、灰白色砂質(zhì)粘土或泥灰?guī)r與灰黃色含礫亞砂土互層；上部：為灰黃色砂質(zhì)粘土與雜色亞砂土呈韻律出現(xiàn)。（二）中更新統(tǒng)1、周口店組周口店地區(qū)的更新統(tǒng)主要分布于北京猿人洞穴內(nèi)外，以富含哺乳動(dòng)物和古人類化石而聞

34、名于世。根據(jù)楊子賡等最近研究結(jié)果為代表，現(xiàn)列如下：北京猿人洞剖面2、陳家窩組（泄湖組上部）陳家窩子村“藍(lán)田猿人”下頜骨化石產(chǎn)地剖面位于泄湖人民公社陳家窩村附近。厚26.8米，為黃土-古土壤序列S6S3。剖面巖性描述如下：根據(jù)徐欽琦研究（1996），陳家窩動(dòng)物群化石層應(yīng)當(dāng)為S4S9。（三）上更新統(tǒng)1、丁村組 本區(qū)上更新統(tǒng)底部常為沖洪積的砂礫石層和亞砂土、亞粘土堆積，一般也分上、下兩部：下部：灰、灰黃色有時(shí)呈杏黃色含粘土的砂礫石層，層理明顯，交錯(cuò)層發(fā)育，礫石分選較差，礫徑一般13厘米，最大1015厘米。滾圓度較好，成分復(fù)雜多為灰?guī)r、砂巖、鈣質(zhì)結(jié)核及大量厚壁蚌化石碎片，厚1520米。發(fā)現(xiàn)有三枚人牙及

35、大量舊石器。上部：微紅色黃土狀亞粘土，有時(shí)夾12層古土壤，向下漸變成亞砂土或粉砂土、厚35米。2、薩拉烏蘇組該組是我國(guó)北方晚更新世最著名的地層見(jiàn)圖2-3，定名于內(nèi)蒙古伊克昭盟薩拉烏蘇河流域，發(fā)現(xiàn)“河套人”及大批哺乳動(dòng)物化石。巖性自下而上一般分為砂礫石、粉砂、淤泥、黃灰-黃褐色亞砂土和亞粘土，多為河湖相、厚約1230米。C14測(cè)年375001900a BP。（四）全新統(tǒng)本區(qū)全新統(tǒng)厚度小，成因類型復(fù)雜。鄱陽(yáng)湖與贛江中下游平原區(qū)（一）下更新統(tǒng) 1、九江市鎖江塔鉆孔巖芯剖面（二）、中更新統(tǒng)大姑冰磧層 網(wǎng)紋紅土及灰黑色泥炭堆積 （三）、上更新統(tǒng)廬山冰磧層 主要分布于王家坡、大校場(chǎng)等地的冰川谷和冰窖中，覆

36、蓋于大姑期泥礫和不整合于震旦系南沱組砂巖之上，厚25米。第三部分： 思考題1.中國(guó)第四系劃分方案：（2.48；0.73；0.13；0.01 Ma方案）。2.中國(guó)華北第四系地層主要剖面。冰川與冰蓋第一部分：提問(wèn)1.中國(guó)第四系劃分方案：（2.48；0.73；0.13；0.01 Ma方案）。2.中國(guó)華北第四系地層主要剖面。3對(duì)冰川的了解。第一節(jié) 冰川作用一、冰川（冰蓋）的形成、擴(kuò)展與冰川作用幾個(gè)主要的大冰蓋開(kāi)始積累并不斷增加的真正機(jī)制仍不清楚。米蘭科維奇（Milankovitch）理論強(qiáng)稱“天文理論”提出，北半球高緯地區(qū)太陽(yáng)輻射的變化可能是氣候變化的“驅(qū)動(dòng)因素”，米蘭科維奇的理論認(rèn)為由軌道參數(shù)（首要

37、的是黃道傾角及歲差）特征所引起的太陽(yáng)輻射增溫作用減弱的周期性出現(xiàn)，使夏季積雪不能完全消融而殘留下來(lái)，而積雪面積的增大使地面反照率增大又進(jìn)一步促使大氣變冷，這樣便會(huì)有北半球高緯地區(qū)地勢(shì)較高處雪的緩慢積累，最終積雪區(qū)域內(nèi)冰川逐漸形成，冰覆區(qū)的的范圍擴(kuò)大。也可能由于地面反照率的原因，使氣候變冷，在區(qū)域的雪線下降時(shí)，冰量的增加大大加速，這就是所謂的“瞬時(shí)冰川化”假設(shè)，即使在這種情況下，冰的堆積首先也是從高處開(kāi)始的。除了天文因素引起的高緯度冬季太陽(yáng)輻射的減少及高緯度地區(qū)其它條件合適的某些高地以外，冰蓋的出現(xiàn)還可能找出兩個(gè)必要條件。這就是：（1）有足夠的水汽供應(yīng)，即在上風(fēng)方向有足夠溫暖的海洋提供大量的水汽

38、；（2）積雪和冰的損失盡可能少，內(nèi)陸山地特別有利于冰蓋的形成，因?yàn)槟抢镞h(yuǎn)離海洋，冰體不會(huì)因冰崩裂形成浮冰而損失。 （一）冰川的形成 1雪線2冰川的運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致冰川運(yùn)動(dòng)的因素主要是重力和壓力。冰川運(yùn)動(dòng)的速度取決于冰川的厚度，地形坡度或冰面坡度。冰川的厚度越大，其所產(chǎn)生的靜壓力也越大，冰川運(yùn)動(dòng)速度就大。地面坡度越大，或冰面坡度越大，冰川運(yùn)動(dòng)速度也越大。冰川的流動(dòng)速度是非常緩慢的。山岳冰川流速為每年幾米到一百多米。冰川的運(yùn)動(dòng)速度在冰川各部分是不同的。（二）冰川類型根據(jù)冰川的類型、規(guī)模和所處的地形條件可把冰川分為以下幾種類型： 1山岳冰川冰斗冰川與懸冰川：2山麓冰川3大陸冰川在大陸冰川中，表面呈凸形之盾

39、狀的叫冰盾。冰盾的中央為積雪區(qū)，邊緣為消融區(qū)，冰川自中芯向四周運(yùn)動(dòng)。另一種規(guī)模更大，表面有較大起伏的冰川稱為大陸冰蓋。冰蓋的面積可達(dá)幾百萬(wàn)平方公里，厚度可達(dá)千米以上。在第四紀(jì)冰期時(shí)，曾廣泛覆蓋著北美及歐洲大陸?，F(xiàn)代大陸冰川主要分布在兩極地區(qū)。如南極冰蓋，格陵蘭，冰島等地。（三）冰川作用1、挖掘作用、磨蝕作用2、堆積作用無(wú)論是山岳冰川，或是大陸冰川在冰川消融之后都各有其特殊的地貌。（四）、冰進(jìn)時(shí)期的海洋記錄末次冰期約0.070.01Ma BP.，發(fā)生了全球性最大海面下降，中國(guó)沿海及大陸架地區(qū)，最低海面曾降到-150米等深線位置，大致與大陸架坡折線相重合。中、朝、日的大陸架曾暴露出海面趁給聯(lián)合的濱

40、海大平原。白令海峽成為陸橋。通過(guò)分析海相化石和微體化石的氧同位素可獲得這樣的記錄。從海洋中蒸發(fā)的水富集氧的輕同位素，這些含氧的輕同位素的水留在冰川中使海水的重同位素相對(duì)富集；冰消作用又使含輕同位素的水返回海洋，使海洋水的氧同位素組成恢復(fù)正常。二、冰川（冰蓋）的退縮和冰消作用（一）、冰退作用的機(jī)制冰期形成的廣泛的山岳冰川、大陸冰蓋已大大退縮，現(xiàn)在討論一下冰退作用的機(jī)制。北半球高緯度地區(qū)的冬季太陽(yáng)輻射在17 ka B.P.時(shí)比現(xiàn)在略高一點(diǎn)，但直到11 ka B.P.才達(dá)到其最大值，冰退作用的高潮應(yīng)在11 ka B.P.，顯然它開(kāi)始的時(shí)期要更早，可能是在14 ka B.P.。即使在11 ka B.P

41、.達(dá)到最大值時(shí)太陽(yáng)輻射所增加的熱量也很有限（僅百分之幾），因此需要找到冰退作用為什么會(huì)在這么小的一個(gè)推動(dòng)力之前就已開(kāi)始的解釋。最引人注目的解釋是：一旦響應(yīng)太陽(yáng)輻射極小的一點(diǎn)變化使冰退開(kāi)始以后，有一種或幾種正向的反饋機(jī)制促使變暖作用的增強(qiáng)，反饋過(guò)程的介入導(dǎo)致所謂非線性的因果鏈。已經(jīng)提出各種各樣的反饋過(guò)程，下面只考慮其中最重要的幾種。由冰融化所引起的海平面上升，會(huì)托起擱淺在陸架上的海冰冰蓋，使它們破碎，并隨海流向外海移動(dòng)。其中一個(gè)最重要的結(jié)果是，原先由擱淺海冰支撐著的位于陸地高處的冰開(kāi)始移動(dòng)，內(nèi)陸冰穹上大量的冰流快速移動(dòng)可能會(huì)因此而開(kāi)始，這種快速的移動(dòng)或者說(shuō)“洶涌” 的冰流應(yīng)會(huì)把原先在內(nèi)陸的冰運(yùn)送

42、到海邊，隨著內(nèi)陸部分冰蓋冰的流失，如前面提到過(guò)的，會(huì)使冰蓋變薄。這也就是為什么陸地上冰磧記錄與海洋的氧同位素記錄不一致的原因。這種冰蓋消退的過(guò)程通常被稱為“下削”，這種機(jī)制最重要之點(diǎn)在于，冰退作用的增強(qiáng)不是靠太陽(yáng)輻射熱量的輕微增加而使冰融化，而只是靠崩裂的海冰隨海流飄走之后海水的熱量使冰融化。這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致海洋變冷，估計(jì)這一影響可以使北大西洋表層100m的海水以每年1的速率變涼。這一點(diǎn)實(shí)際上已由中緯度北大西洋的同位素記錄所證實(shí)了。在那里，海水溫度在大約139 ka B.P.達(dá)到最低，這恰恰是在陸上冰蓋的范圍達(dá)到最大，高緯度太陽(yáng)輻射最強(qiáng)的時(shí)候。這說(shuō)明海洋的變冷是由冰山和融冰水流流入的結(jié)果。這種機(jī)

43、制已經(jīng)受到重視，陸地邊緣處冰蓋的消冰作用不光是影響海洋，也影響冰前的融水湖泊，冰的加速消失，使冰前的湖泊流入大量的暗色水流，使浮冰能更快地融化，這一過(guò)程也與前面所說(shuō)的海上發(fā)生的情況一樣，使冰的前緣融化加速。另一個(gè)反饋的機(jī)制是水汽的減少。早期的融冰水使大量淡水漢進(jìn)北大西洋，如果這些淡水在咸水之上形成一個(gè)淡水水層，至少會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)結(jié)果：首先，由于淡水在0就冰結(jié)（海水的凍結(jié)溫度是-1.9），使海冰的范圍擴(kuò)大，這樣就減少了支持冰蓋的水汽的來(lái)源；第二，由于表層的淡水不一定很快與下面的咸水混合，它將儲(chǔ)存大部分冬季吸收的熱量，使得下面的水比正常情況下要涼，這也進(jìn)一步限制了秋冬季節(jié)的蒸發(fā)。冰蓋上的冰融化得愈多，

44、剩下的冰蓋能得到的水汽就愈少，促使冰蓋迅速瓦解。也有人考慮了冰蓋以下地殼的均衡反彈作用的影響（Peltier,1987）。在冰融化的初期，主要是冰蓋的變薄，這樣對(duì)冰下地殼的壓力也減少了，因?yàn)榈蒯Ｊ钦硿缘?，?duì)這種重量的減輕響應(yīng)比較緩慢，均衡反彈作用要滯后，使冰蓋的表面沒(méi)有回復(fù)到原先較高也較冷的位置，由于冰層表面所處的高度變低，冰的融化也會(huì)加速。如果繼續(xù)融化只是使冰層減薄，冰面就會(huì)愈來(lái)愈低，冰蓋的頂面也愈來(lái)愈處在更暖的位置上。這一過(guò)程也加速了冰蓋的融化。促進(jìn)冰消過(guò)程的最重要的一種潛在的反饋機(jī)制也包括大氣，特別是大氣中溫室氣體的濃度。前面所提到的冰芯記錄表明，在冰期時(shí)甲烷和CO2含量是降低的，無(wú)論

45、溫室氣體的濃度變化是如何控制冰期、間冰期的變化的，消冰作用的初期顯然與這些氣體濃度的增加有聯(lián)系，這將產(chǎn)生除了米蘭科維奇理論所提供的解釋之外造成變暖的原因，使變暖過(guò)程加劇。特別有意思的是某些反饋機(jī)制與南半球的冰退作用的方式有聯(lián)系。由于南半球高緯度地區(qū)有大面積的海洋，海水有很高的熱容量（熱慣性），因而在南半球，米蘭科維奇機(jī)制的影響一定更小，因此可以想象，北半球冰蓋減小以及由此引起的反照率的變化會(huì)簡(jiǎn)單地使全球大氣變暖，因而引起全球范圍的冰退。不過(guò)，氣候模擬（Manabe & Broccoli，1985）表明，冰面的減少導(dǎo)致熱量的凈增量是很少的。由于熱量的增加太少，不足以造成在大氣圈內(nèi)產(chǎn)生南北球之間的

46、熱量輸送而使南半球發(fā)生冰退作用。其解釋是：冰面的反照率高確實(shí)減少了太陽(yáng)輻射的熱量輸入，但當(dāng)?shù)乇磔^冷時(shí)，陸地上的長(zhǎng)波輻射的放熱也相應(yīng)地減少了，使凈的輻射量變化要比預(yù)期的小得多，因此論證時(shí)必須把傳輸冰消作用到南半球的反饋機(jī)制包括在內(nèi)，這很可能就是大氣中的溫室氣體含量變化、洋流的熱傳遞或者是由于北半球冰蓋的消失所引起的海平面上升降低了南極周圍陸源冰蓋的穩(wěn)定性等原因。這些問(wèn)題仍有待解決。 （二）冰退時(shí)期大陸環(huán)境記錄 1、冰川侵蝕地貌由冰川的侵蝕作用所塑的地形稱為冰蝕地形。最為明顯的冰蝕地形有角峰、刃脊、冰斗、冰窖、冰川槽谷和懸谷。（1）、冰斗（2）、刃脊、角峰（3）、冰川槽谷冰磧物及冰川堆積地貌（1）

47、.冰磧物基本特征由于冰川融化而使冰川攜帶的碎屑物質(zhì)堆積下來(lái)，形成冰磧物，冰磧物基本特征如下： 冰磧物的粒度成分：冰磧物往往是巨礫、角礫、礫石、砂、粉砂和粘土的混合堆積。粒度相差十分懸殊，明顯地缺乏分選性。冰磧物的巖性：冰磧物的巖性成分嚴(yán)格地受冰川起源區(qū)和流動(dòng)區(qū)基巖巖性的控制。因此，研究冰磧物特別是冰磧礫石的成分及其百分含量，對(duì)研究冰川運(yùn)動(dòng)方向，確定冰川中芯甚至劃分冰磧物地層，都具有重要意義。 冰磧層的結(jié)構(gòu)：冰磧物不具層理。但在冰磧物中可夾有由礫石、砂或粘土所組成的透鏡體。這主要是由于冰下湖、冰面湖及冰內(nèi)流水沉積的結(jié)果。 冰磧礫石的磨圓度：冰磧物中的礫石總的來(lái)說(shuō)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)磨圓，大多數(shù)是棱角狀的。

48、但是，冰磧物在搬運(yùn)過(guò)程中由于與基巖摩擦或兩塊相鄰礫石由于其運(yùn)動(dòng)速度的差異而相互摩擦，因而冰磧物礫石的棱角也會(huì)變鈍，尤其是無(wú)磨圓的礫石也可再受冰川搬運(yùn)而混于未磨圓的冰磧礫石中，因此冰磧物中也可以存在磨圓的礫石。冰磧礫石的表面形態(tài)：冰磧物中礫石的表面形態(tài)，是冰磧物最典型的特征之一。冰磧礫石在搬運(yùn)過(guò)程中，由于與基巖摩擦或相互摩擦，經(jīng)常產(chǎn)生非常光滑的磨光面。有時(shí)由幾個(gè)磨光面相交組成熨斗形的多棱冰磧礫石。在礫石的磨光面上，常有幾組交叉平行的釘頭形擦痕。具有擦痕的冰磧礫石稱為條痕石它是冰川作用的重要標(biāo)志之一。漂礫：是指冰磧物中巨大的石塊。如在喜馬拉雅山見(jiàn)到的漂礫直徑可達(dá)28米。漂礫的棱角被磨圓，表面下凹，

49、并有冰川擦痕。它是遠(yuǎn)源的，即是從很遠(yuǎn)的地方帶來(lái)的。因此，研究漂砂的巖石成分，可以了解來(lái)源地區(qū)及冰川運(yùn)動(dòng)方向。（2）冰磧物堆積地貌 按冰磧物的堆積方式，可把冰磧物劃分為如下類型：停積型、融墜型和終積型。冰磧丘陵：鼓丘：終磧及終磧地形： 側(cè)磧及側(cè)磧地形：（三）、冰退時(shí)期海洋環(huán)境記錄為能夠證明冰的體積減少，有必要再次參考海洋的同位素記錄。因?yàn)楸兒推渌懴嘤涗浿荒鼙砻鞅?、冰蓋范圍的縮小，而冰的體積的估算一定要考慮冰蓋虧蝕過(guò)程中冰的厚度的變化。冰消作用發(fā)展十分迅速這一點(diǎn)在所有的記錄中都十分明顯,只是在8ka的時(shí)間內(nèi)冰消作用便全部完成了，這與晚威斯康星魏克塞爾冰期達(dá)到冰期最盛期經(jīng)歷了90ka或更長(zhǎng)一點(diǎn)

50、時(shí)間成了鮮明的對(duì)照。無(wú)論從海洋記錄或陸地上的記錄都表明冰退作用是一幕一幕發(fā)生的，很有意思的是，冰體積減少的時(shí)間也可從保留在巴巴多斯（Barbados）珊瑚礁中的海平面變化記錄來(lái)推定。在巴巴多斯，F(xiàn)airbanks(1989)劃出了兩個(gè)海平面迅速上升的時(shí)期，第一次是12 ka B.P.前后，這次在不到1 ka 的時(shí)間內(nèi)海平面迅速上升了24m；第二次發(fā)生在9 ka B.P.后，這次持續(xù)時(shí)間稍長(zhǎng)一點(diǎn)，海平面上升了28m。而分隔這兩次海平面迅速上升時(shí)期之間的海平面緩慢上升時(shí)期可能反映了新仙女木事件。海平面迅速上升階段的發(fā)生時(shí)間與同位素記錄指示冰量迅速減少的時(shí)間非常接近。冰蓋與冰芯記錄一、冰蓋冰芯的氧同

51、位素氣候記錄原理冰蓋各層的年齡，可以從頂往下一層一層數(shù)得。每一年所形成的層，可借助于粉塵含量的季節(jié)性變化、酸度的不同或者同位素含量來(lái)區(qū)分。這種方法至少對(duì)最近10ka以來(lái)的冰的年齡可以測(cè)得十分精確，往冰芯的下部，對(duì)老的冰的定年就要困難得多了，因?yàn)閴簩?shí)作用使每一層冰變得愈來(lái)愈薄，冰的運(yùn)動(dòng)又使各層冰都發(fā)生了變形。從長(zhǎng)的冰芯獲得的主要記錄是水分子的氧同位素組成。在兩種豐度較大的氧同位素當(dāng)中，16O的豐度大大超過(guò)18O，由含16O形成的水分子要稍稍輕一點(diǎn)，因而，這種水比由18O組成的“重水”（H218O）更易于蒸發(fā)，而水汽在空氣中冷卻時(shí)，含重的氧同位素的水又優(yōu)先凝結(jié)，使剩下的水汽中含更多的16O。大家知

52、道，對(duì)某一特定的大冰蓋來(lái)說(shuō)，積雪的這兩種同位素豐度主要決定于該冰蓋所在地點(diǎn)的年平均溫度。越是靠近內(nèi)陸（同樣道理越是在冰穹更高的位置上，那里也更冷），由于水汽在陸上的行程很大，那里的降雪的同位素組成相對(duì)較輕。以現(xiàn)代大洋水的同位素比值作為標(biāo)準(zhǔn)，雪（或水）的同位素比值偏離現(xiàn)代大洋水的比值的多少以18O來(lái)表示（表示差異），當(dāng)然差異是很小的，通常用千分?jǐn)?shù)（）而不用百分?jǐn)?shù)（）來(lái)表示，水中缺少18O得到負(fù)值，18O16O的比值愈低，負(fù)得愈多。在同位素上，冰蓋冰常常是很輕的，（以18O的負(fù)值表示，可達(dá)-40或更多）。冰期時(shí)海洋留下了含氧同位素的水（以18O的正值表示，可達(dá)+5）。在某一點(diǎn)水汽凝結(jié)的時(shí)候，溫度每

53、變化1，可產(chǎn)生同位素比值0.60.8的偏差，利用采自冰芯的冰樣品同位素比值分析，可以得出下雪地點(diǎn)下雪時(shí)的溫度，但有下列因素可能會(huì)干擾這種分析結(jié)果：如果樣品采自一個(gè)正在生成的冰帽。如果潮濕空氣源地的溫度情況改變。 氫的一種同位素，氘（D）也與上面所說(shuō)的氧一樣可應(yīng)用于同位素研究。含氘的水分子比較重，與含較重的氧同位素的水一樣，能降低蒸汽壓，因而含氘的水會(huì)在水汽向大陸內(nèi)部運(yùn)動(dòng)時(shí)逐漸失去，與現(xiàn)代海洋水的同位素比值的這種差異被記作D。D與含氘的水隨雪降落時(shí)降落地點(diǎn)的空氣平均溫度有很好的關(guān)系，末次冰期時(shí)冰中D的典型為-480，而在間冰期的冰中，D數(shù)值在-420-440之間。二、格陵蘭的冰芯記錄與新仙女木事

54、件 冰芯可以提供反映全球氣候變化的極有價(jià)值的溫度記錄，例如格陵蘭北部77.2N的世紀(jì)營(yíng)（Camp Century）冰芯表明末次冰期向間冰期過(guò)渡開(kāi)始于1150m處，那里的18O由代表冰期的非常輕的-40變到-29左右，通過(guò)冰層的計(jì)數(shù)，在代表冰期向間冰期過(guò)渡期間的新仙女木事件結(jié)束后變暖的時(shí)間是10.750ka150a（圖3-1）作為冰期的上界，最后變暖似乎非常迅速。在冰芯中反映這種的只是2m長(zhǎng)的冰芯，大致相當(dāng)于100年，冰蓋形成時(shí)響應(yīng)氣候的變化不可能如此迅速，時(shí)間上有數(shù)千年的滯后是完全可能的。冰期向間冰期過(guò)渡期間的新仙女木事件三、南極冰芯CO2、18O氣候記錄 南極東方站冰芯采自南極東部78.5S

55、處，冰芯CO2、18O氣候記錄。（圖） 南極冰芯氣候記錄與大陸黃土氣候記錄對(duì)比。（圖）第三節(jié) 中國(guó)冰川與冰芯記錄中國(guó)冰川特征中國(guó)是世界上中低緯度山岳冰川最發(fā)達(dá)的國(guó)家，冰川總面積約為58650km2，所含水資源總量達(dá)51440108m3（統(tǒng)計(jì)截止1987年），除了南極大陸和格陵蘭兩大冰蓋外，中國(guó)冰川數(shù)量?jī)H次于加拿大、蘇聯(lián)和美國(guó)，在亞洲遙居首位。第四紀(jì)冰期時(shí)的冰川范圍比現(xiàn)在要大好幾倍。冰川的存在與中國(guó)西部地區(qū)人民的生活和建設(shè)有密切的關(guān)系。它既是寶貴的資源，又是在若干地區(qū)形成嚴(yán)重災(zāi)害的發(fā)源地；它也是山地環(huán)境的組成要素，給山地和山麓平原的水文、地貌、第四紀(jì)地質(zhì)、植被、土壤以至綠洲的生成和人類活動(dòng)以重要

56、影響；它所含的氣候和環(huán)境信息，在了解過(guò)去預(yù)測(cè)未來(lái)的研究中將發(fā)揮越來(lái)越顯著的作用。中國(guó)現(xiàn)代冰川分布在遼闊的西部高山高原，北起阿爾泰山（4910N），南達(dá)云南的玉龍（約27N），東自四川西北松潘以東的雪寶頂（約10345E），西達(dá)東帕米爾的中蘇邊境。各區(qū)域冰川面積統(tǒng)計(jì)如表3-1，按山系分為12個(gè)冰川區(qū)?，F(xiàn)自北而南分別予以簡(jiǎn)述之。 表3-1 中國(guó)現(xiàn)代冰川分布與數(shù)量編號(hào)山區(qū)雪線高度（m）冰川條數(shù)（條）冰川面積（km2）冰儲(chǔ)量(km3)資料來(lái)源阿爾泰山28003350416293.2016.49劉潮海等，1982，含穆套秦嶺北坡天山3600430089089195.981010.67中國(guó)科學(xué)家蘭州冰川凍

57、土研究所，1986，含穆套嶺南坡祁連山4400540028591972.5095.44王宗太等，1981，含阿爾金山東段昆侖山45006000777412482.201302. 08據(jù)惠安、安瑞珍、張振栓、焦克勤，1985年統(tǒng)計(jì)，含阿爾金山西段帕米爾4200590021122992.85248.73據(jù)王宗太1987年按冰川目錄調(diào)整古里雅冰川九十年代初，姚檀棟等對(duì)古里雅冰帽進(jìn)行了全面的冰川學(xué)研究。在青藏高原西北邊緣的西昆侖山古里雅冰帽鉆取了長(zhǎng)達(dá)309m的冰芯。姚檀棟等基于309m冰芯，研究了近2000年來(lái)的氣候環(huán)境變化。在這一節(jié)里將介紹姚檀棟等研究結(jié)果。 古里雅冰芯是繼敦德冰芯以后，在青藏高原鉆

58、取的又一深孔冰芯，也是目前在極地以外山地冰川所鉆取的最長(zhǎng)的一根冰芯。古里雅冰芯些取自青藏高原西北邊緣的西昆侖山古里雅冰帽。古里雅冰帽位于青藏高原最大的現(xiàn)代冰川作用中芯。從葉爾羌河谷地至東經(jīng)8330發(fā)育冰川4306條，冰川面積8438km2，占整個(gè)西昆侖山冰川總面積的3/4。古里雅冰帽所處的甜水海至古里雅山口之間冰川更為發(fā)育，面積在3300km2以上。這里不僅發(fā)育有特別典型的平頂冰川和冰帽，也發(fā)育有長(zhǎng)度達(dá)2030km的大型山谷冰川。古里雅冰帽頂部面積131.75km2，若計(jì)算西面和東面與之相連的冰舌，則冰帽面積可達(dá)376.05km2。該冰帽的頂部高度為6700m。平均厚度200m以上，最大厚度3

59、50m，是迄今在中低緯度山地冰川所發(fā)現(xiàn)的最大和最厚的冰帽。古里雅冰芯高分辨率地記錄了近2000年來(lái)氣候環(huán)境變化，其分辨率以年計(jì)。圖3-3是近2000年來(lái)18O和冰川積累量變化的恢復(fù)。在這個(gè)地區(qū)，18O和冰川積累量分別代表溫度和降水。因此，圖3-是對(duì)近2000年來(lái)本區(qū)溫度和降水變化的恢復(fù)。其基本特征是冷干和暖濕組合。圖3-3近2000年來(lái)古里雅冰芯18O和冰川積累量記錄表3-2 100年平均值時(shí)間尺度上的冷暖變化冷 期暖 期時(shí) 段 持續(xù)時(shí)間年 年時(shí) 段 持續(xù)時(shí)間年 年 351500 150 601700 100 801900 100 11011200 100 14511500 50 160116

60、90 90 17911880 90300350 50501600 100701800 1009011100 20012011450 25015011600 10016911790 10018811990 110表3-3 100年平均值時(shí)間尺度上的干濕變化冷 期暖 期時(shí) 段 持續(xù)時(shí)間年 年時(shí) 段 持續(xù)時(shí)間年 年 401560 160 721980 260 10811500 420 18011900 100301400 100561720 1609811080 10015011800 3001901今 901100年前后是一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期。在1100年以前，氣候以寒冷和少雨為主要特征；在1100年