第1章緒論第四紀基本概念與學科發(fā)展問題

環(huán)境演變與全球變化

——第四紀地質(zhì)與環(huán)境基本問題本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)五篇十四章基礎(chǔ)篇歷史篇機制篇方法篇應用篇本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)第一章緒論∶第四紀基本概念與學科發(fā)展問題第二章第四紀沉積與地層第三章第四紀巖石圈演化第四章第四紀大氣圈演化第五章第四紀水圈演化第六章第四紀生物圈演化與人類 發(fā)展第七章地殼運動的原因本課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)第八章氣候變化的原因第九章海面變化原因第十章第四紀研究的主要技術(shù)手段第十一章新構(gòu)造運動研究法第十二章氣候變化研究方法第十三章海面變化研究方法第十四章第四紀科學的應用領(lǐng)域研究專題⒈季風和氣候變化研究進展 過程和機制；記錄（深海沉積、黃土、冰 芯、湖泊沉積、石筍、樹木年輪等）⒉海岸和海洋過程研究進展 過程和機制（海岸演變、海面變化、古 海洋學）⒊大陸古水文學研究進展 江河、湖泊、沙漠演變的過程和機制研究專題⒋構(gòu)造環(huán)境研究進展 青藏高原隆升及其環(huán)境效應⒌生物界和人類演化 植被和生態(tài)環(huán)境演化研究進展 人類（現(xiàn)代人）起源研究進展研究專題⒍應用第四紀研究進展 第四紀研究與可持續(xù)發(fā)展⒎第四紀研究技術(shù)手段的新發(fā)展 年代學技術(shù)發(fā)展； 模擬與預測進展；

3S技術(shù)應用進展第一篇基礎(chǔ)篇

第一章緒論∶第四紀基本概念與學科發(fā)展問題

劉東生院士第13屆INQUA主席INQUA(國際第四紀研究聯(lián)合會)InternationalUnionforQuaternaryResearch劉東生院士在章丘洛莊漢墓發(fā)掘現(xiàn)場劉東生院士在城子崖博物館本章的目的和要點目的∶了解第四紀學科要點∶第四紀的定義、基本特征和年代劃分第四紀學科的發(fā)展和特點、第四紀研究的內(nèi)容和意義第四紀學科的基本概念第四紀的基本概念第四紀研究與全球變化研究第四紀研究的擴充概念第一節(jié)第四紀的基本概念一、第四紀術(shù)語的由來二、第四紀的基本特征三、第四紀底界年代的確定四、第四紀內(nèi)部年代劃分一、第四紀術(shù)語的由來

⒈定義“第四紀”是一個地質(zhì)時代的名稱，指最近兩三百萬年以來直至當前的這段時間，也即地球發(fā)展史上最新的一個“紀”。⒉新生代地質(zhì)時代劃分

問題1∶地球歷史有多長?劃分為哪幾個“代”?地質(zhì)時間單位和年代地層單位問題2你知道有哪些地質(zhì)時間單位和年代地層單位?單位一級二級三級四級五級六級時間單位宙代紀世期時地層單位宇界系統(tǒng)階時帶新生代地質(zhì)時代劃分問題3誰能說出新生代有幾個“紀”?全新世Holocene更新世Pleistocene上新世Pliocene中新世Miocene漸新世Oligocene始新世Eocene古新世PaleoceneMaBP0.011.85.022.5385465第四紀Quaternary新第三紀Neogene老第三紀Eogene⒊概念的演變

G.Arduino(1750)∶把意大利北部地層劃分為原始紀、第二紀、第三紀。

⒊概念的演變Z.Desnoyers(1829)∶把巴黎盆地第三紀地層上部松散未膠結(jié)的最新堆積物定為第四紀地層。⒊概念的演變H.Reour(1833)∶進一步明確第四紀地層中包含大量現(xiàn)代種屬的動植物化石。⒊概念的演變C.Lyell(1833)∶《地質(zhì)學原理》一書明確定義第三紀和第四紀并提出更新世、全新世。

⒊概念的演變IGC(1881)∶(InternationalGeologicalCongress)第二屆國際地質(zhì)大會審議通過以“第四紀”作為年代名稱，以“第四系”作為地層名稱。二、第四紀的基本特征⒈與現(xiàn)代有直接聯(lián)系的

最新地質(zhì)時代“直接聯(lián)系”∶第四紀的沉積過程至今繼續(xù)在形成新的沉積物，第四紀的構(gòu)造運動至今繼續(xù)在活動并引起種種問題，第四紀的生物大多至今仍生活在地球上但是正面臨嚴重的滅絕威脅。“最新”∶歷時短暫；現(xiàn)況研究；精細研究

⒉氣候變冷和冰川消長

“變冷”∶晚新生代大冰期、大規(guī)模冰流；“消長”∶冰期-間冰期交替。⒊人類出現(xiàn)和迅速發(fā)展

人類發(fā)展史是使第四紀截然區(qū)別于其它地質(zhì)時代的最為深刻的原因。

⒋地殼運動活躍

地殼運動進入了一個新階段，以強烈的斷塊升降為特征。三、第四紀底界年代的確定

⒈定界標準

主要有5～6種(人類、冰川、動物、有孔蟲等生物演變、溫度等)，各種標準之間、各地之間時間都不一致。

⑴冰川標準問題各地開始時間不一致；對冰川遺跡的認識不一致。問題4南極大冰原是什么時候形成的?南極東部1400～1100萬年前，格陵蘭320萬年前，北極海冰300萬年前，北美北歐250萬年前。⑵人類標準問題問題5人類是什么時候出現(xiàn)在地球上的?不斷有新的發(fā)現(xiàn)，從100萬年推前到至少500萬年。2002年Nautre,乍得600多萬年。⑶溫度標準問題氣候的首次惡化，國際公認的標準(IGCⅩⅧ，1948)，具有全球一致性和可對比性。溫度標準主要是海水溫度；有對比性好的優(yōu)點，但是也有不一致、不等時問題。⒉三種意見

⑴1.60～1.80MaBP∶INQUAⅪ(1982)建議，IGCⅩⅩⅦ(1984)通過。1.80MaBP⑵2.40～2.50MaBP∶中國黃土堆積的底界，中國大多數(shù)學者傾向這一標準。2.48MaBP⑶3.00～3.50MaBP∶四、第四紀內(nèi)部年代劃分

“四分”全新世晚更新世中更新世早更新世符號Q4Q3Q2Q1INQUA(1987)10KaBP128KaBP730KaBP第二節(jié)第四紀學科的基本概念

一、第四紀學科發(fā)展二、第四紀研究的基本特點三、第四紀研究的主要內(nèi)容四、第四紀研究的意義一、第四紀學科發(fā)展第四紀地質(zhì)第四紀環(huán)境

第四紀科學

⒈第四紀地質(zhì)學的學科性質(zhì)

初期的第四紀地質(zhì)學以地殼表層松散堆積物為主要研究對象，以地層學為基礎(chǔ)，是一門描述地殼組成物質(zhì)最新發(fā)展過程的地質(zhì)學分支學科。

經(jīng)過100多年的發(fā)展，第四紀地質(zhì)學已從最初的“地層、構(gòu)造、古生物”三大傳統(tǒng)地質(zhì)課題的范疇，從一門單一學科，繁衍成為一個很大的“學科家族”。例如∶ 冰磧層和冰期研究→冰川學、氣候地層學、古氣候?qū)W、古海洋學、古水文學……

生物地層研究→古脊椎動物學、古人類學、微體古生物學、古土壤學、古生態(tài)學……

新構(gòu)造運動研究→火山學、地震地質(zhì)學、現(xiàn)代巖石圈動力學……

應用性研究→砂礦地質(zhì)學、工程地質(zhì)學、水文地質(zhì)學、環(huán)境地質(zhì)學、農(nóng)業(yè)地質(zhì)學、城市地質(zhì)學……⒉第四紀科學的學科性質(zhì)

以第四紀地質(zhì)學為核心，是第四紀地質(zhì)學的外延和擴展；以第四紀時期人類與環(huán)境發(fā)展過程和機制為基本課題；是一門新興的交叉學科。二、第四紀科學的基本特點

⒈兩個統(tǒng)一研究時段∶歷史過程與現(xiàn)代過程 的統(tǒng)一研究對象∶統(tǒng)一的全球環(huán)境系統(tǒng)第四紀學歷史過程地殼物質(zhì)地質(zhì)學歷史與現(xiàn)代的統(tǒng)一統(tǒng)一的全球環(huán)境系統(tǒng)現(xiàn)代過程生存環(huán)境環(huán)境科學第四紀學⒉多學科性和綜合性

第四紀地質(zhì)學紀四環(huán)境學第人類學氣象學海洋學考古學生物學地球化學地球物理工程地質(zhì)土壤學水文學《QuaternaryResearch》雜志

編委會顧問的專業(yè)組成∶人類學與考古學、植物學與孢粉學、地球化學與地球物理學、地質(zhì)年代學、地理學與地貌學、冰川學、古氣候?qū)W、古生態(tài)學與動物地理學、古生物學、第四紀地質(zhì)學、第四紀海洋學、土壤學……等20多個學科學會機構(gòu)

日本第四紀學會下設11個專委會∶地質(zhì)、地理、古生物、動物、植物、土壤、人類、考古、地球物理、地球化學、工程地質(zhì)。

中國第四紀研究會下設11個專委會∶黃土、全新世、地層、海岸線、珊瑚礁、新構(gòu)造、第四紀年代學、環(huán)境考古、應用第四紀、熱帶亞熱帶環(huán)境、第四紀教學⒊發(fā)展迅速∶新技術(shù)不斷滲入AMS(加速器質(zhì)譜計)在14C測年中的應用∶幾克→幾毫克，1個/17小時→40個/24小時，4-5萬年→7-8萬年。LA-ICPMS(激光電感等離子質(zhì)譜計)可測定單粒火山灰所含痕量元素，結(jié)合鉀氬法年齡測定，可獲得1毫米厚的薄層火山灰的年齡值。VLBI(甚長基線干涉測量)∶水平1cm/a⒋發(fā)展方向 第四紀科學正迅速地向著精確、定量、預測的方向發(fā)展。(紋泥、瓣鰓類、冰芯)

基本信條正在改變。問題6∶地質(zhì)學的基本信條是什么?將今論古現(xiàn)在是開啟過去大門的鑰匙將古今論未來過去和現(xiàn)在是開啟未來大門的鑰匙Thepresentisthekeytothepast.A.Geikie(1905)Thepastandpresentarethekeytothefuture.第四紀科學的核心理論是什么?均一性原理PrincipleofUniformityUniformitarianismActualism三、第四紀科學的主要內(nèi)容

⒈基本內(nèi)容

第四紀時期人類、生物界以及各種物理環(huán)境因子的演化歷史和相互作用機制

⒉具體內(nèi)容⑴沉積物與地層研究⑵地殼運動研究⑶氣候變化與大氣環(huán)境研究⑷古海洋與大陸水環(huán)境研究⑸生物演化與古人類研究⑹宇宙因素對地球環(huán)境影響研究⑺技術(shù)手段研究巖石圈Lithosphere大氣圈Atmosphere水圈Hydrosphere生物圈Biosphere宇宙圈Cosmosphere四、第四紀科學研究的意義

韓友松中國科學院海洋研究所研究員⒈理論意義

揭示人類生存環(huán)境演變的歷史過程和變化規(guī)律，為現(xiàn)代環(huán)境整治和未來環(huán)境預測提供背景材料和參照系，進而推動地球系統(tǒng)科學(ESS)和系統(tǒng)地球觀的發(fā)展。

⑴提供背景和參照系

環(huán)境是一種動態(tài)過程，認識當前環(huán)境的基本標準就是“定位”，就是確定其時空位置，即了解它的“來龍去脈”。 如何定位?僅有一個點不行，沒有參照系不行?！斑^去的變化歷史”就是“來龍”，就是參照系，就是第四紀研究的第一要務。時間溫度●過去未來???⑵推進地球系統(tǒng)科學(ESS)

ESS(EarthSystemScience)的創(chuàng)立具有十分深遠的科學意義和哲學意義。ESS強調(diào)將地球各種相互作用的組成部分作為一個統(tǒng)一的整體，作為一個完整的系統(tǒng)來進行綜合研究，勢必導致一場以“系統(tǒng)地球觀”為標志的新的地學革命。在這一進程中，以綜合研究為基本特征的第四紀研究可以發(fā)揮很大的作用。 正在發(fā)展之中的系統(tǒng)地球觀包含三個基本成分∶①人類與自然統(tǒng)一的環(huán)境地球觀念；②地表與地內(nèi)各圈層統(tǒng)一的整體地球觀念；③地球與地外天體統(tǒng)一的行星地球觀念。 人類對地球的認識經(jīng)歷過兩次革命三個階段。早期—神創(chuàng)地球觀(靜止的地球觀)；第一次地學革命—18世紀末，以均變論和進化論的創(chuàng)立為標志，發(fā)展起變化的地球觀；第二次地學革命—20世紀60-70年代，以板塊學說和全球構(gòu)造理論的確立為標志，形成海陸統(tǒng)一的地球觀。⒉實際意義

⑴環(huán)境評價與管理領(lǐng)域∶①在建設性環(huán)境研究方面，為工程建設和發(fā)展規(guī)劃提供科學依據(jù)；②在災害性環(huán)境研究方面，為減災防災服務。

⑵資源利用與保護領(lǐng)域①指導第四紀礦產(chǎn)資源的勘探開發(fā)；②為環(huán)境資源合理開發(fā)和保護提供科學依據(jù)。

問題7∶第四紀礦產(chǎn)主要有哪些?砂礦(金屬、非金屬)、建材(砂石、粘土)、鹽礦(氯化鈉、氯化鉀、芒硝等)、地下水(淡水、鹵水)、燃料(泥炭、天然氣)……

資源合理開發(fā)和保護實例∶抽水引起的地下水資源枯竭和地面沉降。我國30多個城市發(fā)生區(qū)域性地面沉降。天津市1959—1988年29年市區(qū)地面平均沉降1.75米(平均每年6.03厘米)，按此速度，只需17年大部分市區(qū)將降到平均海面以下。

蘇錫常地區(qū)50年代以來形成的地面沉降漏斗面積4700平方公里(3mm/a等值線圈閉，中心均大于7mm/a)，預測到2050年低于高潮位的面積較今大3.2—1.8倍。主要雜志∶主要英文雜志∶《QuaternaryResearch》《QuaternaryScienceReview》《JournalofQuaternaryScience》《Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology》主要中文雜志∶《第四紀研究》《海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)》思考題∶

第四紀科學與地理科學

有何關(guān)系?第三節(jié)第四紀研究與全球變化研究一、全球變化研究計劃二、第四紀研究在全球變化研究中的地位和任務一、全球變化研究計劃

⒈概況IGBPInternationalGeosphere-BiosphereProgramme⑴科學目標

描述和了解控制整個地球系統(tǒng)關(guān)鍵性相互作用的物理、化學和生物學過程，描述和了解支持生命的獨特環(huán)境，描述和了解出現(xiàn)在地球系統(tǒng)中受人類活動影響的重大全球變化。強調(diào)研究時間尺度為幾十年至幾百年、對生物圈影響最大、對人類活動最為敏感、最易實踐和具有可預測性的重大全球變化問題。⑵計劃時間

IGBP分兩個階段進行∶①1987-1990年為制訂計劃階段；②1991-2010年為計劃實施階段。

預計將進行長達20年的連續(xù)觀測，可望捕捉到2個太陽黑子周期，5-10個火山活動年，2-5個厄爾尼諾年，并能初步識別人類活動(如森林砍伐)的嚴重后果，為全球變化的深入研究積累必要的基礎(chǔ)資料。⑶核心和意義 意義--IGBP計劃的提出標志著一門新興的學科--地球系統(tǒng)科學隨之誕生(ESS--EarthSystemScience),標志著地學、生物學研究進入了一個新的深度和廣度。IGBP是當前和今后幾十年內(nèi)自然科學領(lǐng)域中一個最活躍的前沿科學領(lǐng)域。

核心--對未來幾十年至幾百年的自然和人為的全球環(huán)境變化進行預測⑷計劃背景①1983年，美國國家航空航天局(NASA)②1983年，美國國家研究理事會(NRC)③1984年，國際科聯(lián)理事會(ICSU)第 20屆大會④1986年，ICSU第21屆大會⑤1988年，ICSU第22屆大會⑥1990年，ICSU第23屆大會⒉計劃內(nèi)容

⑴核心計劃CoreProjects

IGAC

-AtmosphericChemistry

ECTE-TerrestrialEcosystem

BAHC-Vegetation&Hydrology

LOICZ-Land-OceanInteractions

JGOFS-GlobalOceanFluxes

GOEZS-OceanEuphoticZone

PAGES-PastGlobalChanges

LUCC-LandUse&LandCoverChange⑵框架活動FrameworkActivities

GAIM-Analysis&Modelling

IGBP-DIS-Data&Information

START-TheSystemforAnalysis, Research&Training⒊相關(guān)計劃WCRP:WorldClimateResearchProgramme

HDP:HumanDimensionsofGlobal EnvironmentalChangeProgramme

TOGA

熱帶海洋和全球大氣計劃；

WOCE

世界海洋環(huán)流試驗

ISTP

國際日—地計劃；

ILP

國際巖石圈計劃

IGCP

國際地質(zhì)對比計劃；

MAB

人與生物圈計劃

EOS

地球觀測系統(tǒng)計劃二、第四紀科學在IGBP中的地位和任務

⑴地位

第四紀地球科學在全球變化研究中似乎已處于中心地位。H.Faure，劉東生∶當前第四紀研究的進展和任務?！兜谒募o研究》1992，(2)∶136。第12屆和第13屆INQUA