第四紀(jì)生物圈的特征及其演化

第四紀(jì)生物圈的特征及其演化環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院10級(jí)地理科學(xué)王坤乾學(xué)號(hào)：1026012417第四紀(jì)是地史發(fā)展的最新階段，同樣也是生物界發(fā)展的最新階段。生物圈是指在地球上存在著生物并受其影響的部分，包括大氣圈的下層、整個(gè)水圈及巖石圈的上層?，F(xiàn)在地球上有大約200萬(wàn)種生物集中分布在地表上下約100米的范圍內(nèi)，它們構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜而巨大的生態(tài)系統(tǒng)，并參與了地球表層系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)與能量的交換。第四紀(jì)同樣也是人類出現(xiàn)的時(shí)期，所以說(shuō)第四紀(jì)同人類的關(guān)系是非常密切的。第四紀(jì)生物界包括了原核生物和真核生物。原核生物有細(xì)胞和藍(lán)藻，真核生物包括植物界、真菌界、動(dòng)物界。一、 第四紀(jì)生物圈的一般特征第四紀(jì)生物圈的發(fā)展是漫長(zhǎng)的，上承第三紀(jì)生物圈，但其與現(xiàn)代生物圈卻比較相近。第四紀(jì)的生物圈有著它獨(dú)特的特征。第四紀(jì)生物圈以哺乳動(dòng)物為主要代表門類，哺乳動(dòng)物的化石有很多比同時(shí)期其他任何脊椎動(dòng)物都多資料也跟詳細(xì)。在第四紀(jì)時(shí)期北半球大陸性氣候的加強(qiáng)和森林的擴(kuò)張為新生代哺乳動(dòng)物分化、演變提供了條件。第四紀(jì)植物群以現(xiàn)代生種為主，其中被子植物占優(yōu)勢(shì)，在早期有第三紀(jì)植物殘存。北半球的生物界變化明顯于南半球。陸地上的生物界變化明顯于海洋中的生物界。陸地上，哺乳動(dòng)物變化最明顯，植物界變化最小，第四紀(jì)時(shí)期的植物基本上是現(xiàn)生種，而且在形態(tài)上與現(xiàn)今差別不大。人類的出現(xiàn)和演化是第四紀(jì)生物界發(fā)展的重大事件，相繼出現(xiàn)了能人、直立人和智人。從全球現(xiàn)代動(dòng)物分布來(lái)看，越是往南，動(dòng)物構(gòu)成更具有原始性，向北動(dòng)物群具有進(jìn)化性。生物在空間上頻繁遷移，在前第四紀(jì)的生物界中是不多見的。二、 第四季哺乳動(dòng)物的特征及其演化哺乳動(dòng)物是脊椎動(dòng)物中級(jí)別最高的一個(gè)綱，人類也屬于哺乳動(dòng)物。哺乳動(dòng)物起源于中生代，在新生代的發(fā)展得到了提高，在新生代之初，取代了爬行動(dòng)物。1、哺乳動(dòng)物的一般特征、分布和遷徙＜1＞除少數(shù)低等種屬之外，都是胎生，幼崽以母乳為生，這有利于幼崽的成活率；＜2＞體溫恒定，又可調(diào)節(jié)體溫的汗腺和皮毛，可以適應(yīng)氣候；＜3＞大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)達(dá)，能及時(shí)對(duì)外界環(huán)景做出反應(yīng)和調(diào)節(jié)自身機(jī)能，以球保護(hù)自己；＜4＞具有互不想通的心房、心室，血液循環(huán)采取體循環(huán)和脈循環(huán)，保證血液中含有豐富的氧氣并及時(shí)送往全身各處；＜5＞腹腔和胸腔被橫膈膜分開；＜6＞具有異型齒，因分工不同，牙齒分化為門齒、犬齒、前臼齒和白齒，有利于攝取食物和咀嚼。環(huán)境的變化，大規(guī)模的遷徙、變異等一系列原因，哺乳動(dòng)物開始在這種新的環(huán)境下出現(xiàn)并發(fā)展壯大，適者生存在這里已得到驗(yàn)證。從現(xiàn)在的哺乳動(dòng)物化石來(lái)看進(jìn)化最明顯的就是頭骨、牙齒和角這為其在第四紀(jì)的大環(huán)境下得以生存。第四季期間在全球有五個(gè)動(dòng)物區(qū)系動(dòng)物區(qū)系(fauna)是指在歷史發(fā)展過(guò)程中形成而在現(xiàn)代生態(tài)條件下存在的許多動(dòng)物類型的總體，是在歷史因素和生態(tài)因素共同作用下形成的。動(dòng)物地理區(qū)為：古北區(qū)、東洋區(qū)、熱帶區(qū)、新熱帶區(qū)、澳洲區(qū)。古北區(qū)是指圍繞北極的大片地區(qū)，包括歐亞大陸和北美州。東洋區(qū)包括印度、巴基斯坦、伊朗南部、及太平洋諸島。熱帶區(qū)是指非洲撒哈拉以南地區(qū)和阿拉伯半島南部。新熱帶區(qū)指中美洲、南美洲及西印度群島。澳洲區(qū)包括澳大利亞和新西蘭。這種動(dòng)物區(qū)系是動(dòng)物遷徙產(chǎn)生的結(jié)果，動(dòng)物的遷徙不僅決定了今日廣大區(qū)域內(nèi)動(dòng)物面貌的相似性，也決定了一些地區(qū)動(dòng)物群的特殊性。第四級(jí)動(dòng)物的遷徙主要是為了適應(yīng)環(huán)境變化和海陸分布格局改變的結(jié)果。在這期間，由于海平面升降，白令海峽多次露出海平面連接了兩個(gè)大陸，這樣就造成了兩個(gè)大陸見物種的遷徙。在第四紀(jì)時(shí)期地中海比現(xiàn)在要狹小，這有利于歐、非大陸物種的交流。喜馬拉雅山是在第四紀(jì)隆起的，造成了南北生物的隔絕。在第四紀(jì)時(shí)期其他大陸都處在一個(gè)封閉的地方物種的交流變得不可能，巴馬拿海峽是在第三紀(jì)末形成的，澳洲直到人類帶去的物種之前也沒(méi)有與其他大陸的物種交流。2、 第四紀(jì)哺乳動(dòng)物群的演化在第四紀(jì)時(shí)期，發(fā)生了許多哺乳動(dòng)物的新種及亞種，這些新種及亞種組成了各種動(dòng)物群的群組。這是因?yàn)樵诘谒募o(jì)時(shí)期哺乳動(dòng)物在空間上的遷徙，在中、高緯度，不同環(huán)境下各物種為了生存下去就要進(jìn)化以求適應(yīng)新的環(huán)境。在新地三紀(jì)，歐亞非大陸上生活著“三趾馬動(dòng)物群”。他們棲息在氣候溫暖、雨量充沛的森林草原、熱帶草原及低濕平原，是森林草原和草原型動(dòng)物，主要成員有三趾馬、雙角犀、鹿類、河馬、羚羊等。早更新世的哺乳動(dòng)物是在新地三紀(jì)動(dòng)物群基礎(chǔ)之上發(fā)展演變來(lái)的，特點(diǎn)是亞熱帶的喜暖種屬，如三趾馬、劍齒虎、乳齒象和大駱駝等的分布范圍大大縮小，甚至滅絕，而貘、河馬、犀牛等已退到南方。與此同時(shí)，出現(xiàn)了適應(yīng)溫和氣候的新生動(dòng)物種屬，如南方象、嚙齒象、真馬、板齒犀等，這些物種的出現(xiàn)預(yù)告了冰期即將結(jié)束。到中更新世時(shí)期，北半球的大陸性氣候加強(qiáng)，森林減少，草原擴(kuò)大。這一時(shí)期的動(dòng)物群主要是大型食草動(dòng)物，像長(zhǎng)角野牛、大角鹿、駱駝、馬等他們分布于亞歐大陸北緯45度到60度。晚更新世時(shí)期玉木冰期來(lái)臨開始降溫動(dòng)物主要以猛犸象、北方鹿為主。到現(xiàn)代，喜冷動(dòng)物開始消退出現(xiàn)了極地動(dòng)物、森林動(dòng)物、草原動(dòng)物及草原森林動(dòng)物。由于第四紀(jì)期間氣候明顯變冷和地帶性不斷加強(qiáng)，哺乳動(dòng)物群也隨之發(fā)生變化，不同地區(qū)的分異也變的顯著。3、 中國(guó)第四紀(jì)哺乳動(dòng)物群1.北方類型哺乳動(dòng)物群的演化早更新世動(dòng)物群早更新世動(dòng)物群以河北陽(yáng)原縣泥河灣村附近發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表。這一動(dòng)物群的主要成員如下：長(zhǎng)鼻三趾馬、三門馬、駱駝、納瑪象。中更新世動(dòng)物群，中更新世動(dòng)物群以北京周口店發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表，其主要成員如下：中國(guó)鬣狗、裴氏轉(zhuǎn)角羚羊、犀、劍齒虎。晚更新世動(dòng)物群，晚更新世動(dòng)物群以內(nèi)蒙古自治區(qū)河套地區(qū)的薩拉烏蘇河一帶發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表，其主要成員如下：河套大角鹿、駱駝、納馬象。東北地區(qū)晚更新世動(dòng)物群，東北地區(qū)晚更新世主要是猛犸象一披毛犀動(dòng)物群，這一動(dòng)物群幾乎遍及東北全區(qū)，僅在黑龍江、吉林兩省就發(fā)現(xiàn)化石地點(diǎn)200余處。其主要成員如下：猛犸象、狼、麋鹿、麝、野牛、野豬這一動(dòng)物群同華北的薩拉烏蘇動(dòng)物群相比，非常相象，主要區(qū)別在于薩拉烏蘇動(dòng)物群中沒(méi)有猛犸象。兩個(gè)動(dòng)物群的絕種比例也很接近，故它們的時(shí)代也應(yīng)大體相當(dāng)，屬晚更新世。由于猛犸象屬冰期動(dòng)物，所以這一動(dòng)物群代表的氣候?qū)俸漕愋汀?.南方型哺乳動(dòng)物群我國(guó)華南地區(qū)第四紀(jì)哺乳動(dòng)物化石因多發(fā)現(xiàn)在石灰?guī)r洞穴中，故常被叫做“洞窯動(dòng)物群”，又因這一動(dòng)物群的主要成員中常見大熊貓和劍齒象，所以也叫“大熊貓一劍齒象動(dòng)物群”。早更新世動(dòng)物群，以1955—1957年在廣西柳城風(fēng)山區(qū)新社沖楞寨山洞穴中發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表，其主要成員如下：巨猿、猩猩小種大熊貓桑氏鬣狗、貘（小型）中國(guó)犀云南馬、豬。中更新世動(dòng)物群以廣西柳州筆架山洞穴中發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表，其主要成員如下：巨猿（體型較大）、猩猩、長(zhǎng)臂猿、金絲猴彌猴、豬、水鹿、水牛、山羊。晚更新世動(dòng)物群，以1958年在廣西柳江新興農(nóng)埸通天巖洞穴中發(fā)現(xiàn)的動(dòng)物化石為代表，其主要成員如下：猩猩、長(zhǎng)臂猿、金絲猴、彌猴中國(guó)貘、馬、水鹿、斑鹿、赤鹿、豬、水牛山羊。三、 第四紀(jì)無(wú)脊椎動(dòng)物無(wú)脊椎動(dòng)物包括原生動(dòng)物、化節(jié)動(dòng)物、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、脊索動(dòng)物、腸腔動(dòng)物。其中原生動(dòng)物、軟體動(dòng)物及節(jié)肢動(dòng)物在第四紀(jì)沉積中保存較好。先說(shuō)軟體動(dòng)物，在第四紀(jì)海洋中軟體動(dòng)物演變緩慢，僅在高緯地帶，隨著氣候的變化，開始發(fā)生變化。在分布上有波羅的海軟體動(dòng)物群，由于冰蓋的消退，變得與外界的相同出現(xiàn)了像濱螺、鳥蛤等適應(yīng)溫暖的物種。地中海軟體動(dòng)物群在第四紀(jì)時(shí)期地中海經(jīng)歷了涼一一暖一一涼的變化軟體動(dòng)物也隨著環(huán)境消失于出現(xiàn)。里海軟體動(dòng)物，里海受氣候變化影響，多次與黑海相連，使得里海的海水鹽度不同經(jīng)歷了咸化階段、淡化階段、中期咸化階段、晚期咸化階段，物種隨著鹽度的變化而變化著。我國(guó)渤海軟體動(dòng)物群，在第四紀(jì)時(shí)期多次發(fā)生海侵，渤海水溫較高，南方喜暖種屬北移。再來(lái)看陸相軟體動(dòng)物，它們生活于不同的生態(tài)環(huán)境，要求一定的水熱條件，他們的進(jìn)化緩慢但生態(tài)意義卻十分重要。第四紀(jì)原生動(dòng)物，原生動(dòng)物為單細(xì)胞動(dòng)物，其中最具意義的是有孔蟲特點(diǎn)是：從藏在介殼內(nèi)的單核或多核的細(xì)胞質(zhì)體伸出細(xì)長(zhǎng)的偽足。因種類不同，介殼大小可從極微小，到最大直徑超過(guò)5公分（2英寸）。且形狀和室的數(shù)目、化學(xué)組成以及表面定向亦因種而異。第四紀(jì)有孔蟲主要有兩個(gè)亞目：小粟米蟲亞目和輪蟲亞目。有孔蟲大部分為海洋生物。僅極少數(shù)種屬在淡水中，它對(duì)海水深的、溫度及鹽度反映十分敏感。第四紀(jì)節(jié)肢動(dòng)物，節(jié)肢動(dòng)物是動(dòng)物界中最大的一個(gè)門類，身體左右對(duì)稱，由多數(shù)結(jié)構(gòu)與功能各不相同的體節(jié)構(gòu)成，體外覆蓋著部分由幾丁質(zhì)組成的表皮，能定期脫落，表皮是保護(hù)裝置，起外骨骼的作用，為肌肉提供附著面。其中以甲殼綱的介形蟲亞綱研究的最為深入，昆蟲綱的研究正在引起人們的注意。介形蟲在奧陶紀(jì)出現(xiàn)，一直延續(xù)到現(xiàn)代。介形蟲是生長(zhǎng)在水域中的無(wú)脊椎動(dòng)物。大的像米粒，小的肉眼看不清，通常只有。.5?1毫米大小。找石油總少不了它。因?yàn)樵陉懙厣匣蚝Ｑ笾械某练e中，介形蟲的模樣不一樣。憑著這樣一些不同形狀、花飾的介形蟲，石油地質(zhì)工作者就能判斷深到幾千米鉆孔內(nèi)的地層時(shí)代。通過(guò)許多鉆孔資料的綜合分析，就能掌握油田含油地層的分布規(guī)律。四、 第四紀(jì)植物界植物界是第四紀(jì)生物圈的重要組成部分。一、第四紀(jì)植物群1、影響第四紀(jì)植物群發(fā)育和分布的主要因素（1）氣候變遷植物群的發(fā)育是對(duì)氣候的一種適應(yīng)，氣候變化，植物群遷移，不適應(yīng)氣候變化的植物消失，適用的種類保存下來(lái)，同時(shí)區(qū)外可遷入新種類，構(gòu)成一個(gè)新氣候的植物群落。隨著第四紀(jì)氣候波動(dòng)，植物群種類也發(fā)生頻繁的遷移。冰期時(shí)，植物群向低緯度和低海拔地區(qū)遷移。間冰期，植物群向高緯度和高海拔地區(qū)遷徙。(2)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成：海拔高度變化、經(jīng)緯度變化、改變大氣環(huán)流形式。青藏高原的隆起就是很好的例子。2、 第四紀(jì)植物化石第四紀(jì)植物化石包括大化石和微體孢子花粉化石。大型植物化石在第四紀(jì)陸相沉積物保存很少，但也偶見，如陜西渭南酒河北莊村曾發(fā)現(xiàn)過(guò)晚更新世的云杉樹桿、球果等化石。第四紀(jì)研究中大量用的是植物的孢子花粉化石。孢子花粉外壁由有化合物和近似角質(zhì)纖維素組成，300°C不分解，高壓不變形，強(qiáng)酸強(qiáng)堿中不溶解，保存廣，數(shù)量多，在第四紀(jì)古氣候研究中得到廣泛應(yīng)用。孢粉試樣每個(gè)取約500g，每個(gè)試樣中應(yīng)有孢粉400-450粒，作出按百分比為基礎(chǔ)的孢粉譜，古植被推斷的可信度高。絕大多數(shù)第四紀(jì)孢粉化石大多數(shù)較難鑒定到種，使得用其推斷古氣候受到一定的限制。另外，花粉傳播方式、搬運(yùn)距離遠(yuǎn)近和沉積地點(diǎn)等對(duì)推斷結(jié)論也有影響。3、 第四紀(jì)植物群組合冰期植物群一般把高緯冰蓋前緣和高山冰川前緣無(wú)高大喬木的苔原植被作為冰期植物群，其主要成員有八瓣仙女木、矮樺、北極柳等小灌木及林下對(duì)葉虎耳草、灰蘚等。這個(gè)植物群在歐洲廣泛存在于第四紀(jì)冰期地層中，我國(guó)尚未發(fā)現(xiàn)過(guò)仙女木與矮樺種植物。暗針葉林組合以云杉和冷杉為主的暗針葉林，現(xiàn)代生長(zhǎng)在北緯40-70度歐亞大陸北部和高山海拔二三千米以上，前者為亞寒帶環(huán)境，后者為森林生長(zhǎng)上限，接近高山苔(凍)原。因此，在中緯或中低山丘陵、平原區(qū)，第四紀(jì)沉積物中發(fā)現(xiàn)含冷杉、云杉孢粉達(dá)40%以上，就可以推斷當(dāng)時(shí)寒冷氣候帶曾控制該地區(qū)。間冰期植物群由一些比較喜暖和喜濕的植物構(gòu)成，喬木植物占優(yōu)勢(shì)，草本植物較少，形成森林植被景觀。在我國(guó)，間冰期植物群中常見的種類有山核桃、楓香、楓楊、棟等。二、第四紀(jì)藻類植物的特征與演化藻類植物是指含葉綠素和其他輔助色素的低等自養(yǎng)植物。第四紀(jì)地層中常見的有硅藻、金藻、綠藻、藍(lán)藻等。硅藻硅藻為單細(xì)胞生物，屬硅藻門硅藻綱。一般特征：硅藻是一類具有色素體的單細(xì)胞植物，常由幾個(gè)或很多細(xì)胞個(gè)體連結(jié)成各式各樣的群體。硅藻的形態(tài)多種多樣。硅藻的生態(tài)：喜歡低溫水域，不同種類對(duì)環(huán)境要求不同。一般體現(xiàn)為水溫、鹽度、酸堿度的不同，所以不同的海區(qū)硅藻有不同的組合。顆石藻一般特征：細(xì)胞呈球形、卵形或呈伸長(zhǎng)的梨形、紡錘形等。在細(xì)胞的頂端具有兩根相等或幾近相等的鞭毛以及一條鞭狀粘著絲或觸覺(jué)絲。顆石藻細(xì)胞體內(nèi)有一個(gè)細(xì)胞核和一對(duì)黃褐色載色體。在細(xì)胞膜外包有粘膠質(zhì)外層，此層的內(nèi)側(cè)分布著直徑約1以m的非礦物質(zhì)的鱗片，在膠質(zhì)層中或其表面分布有一些細(xì)小的圓粒，即顆石。多數(shù)顆石藻為自養(yǎng)生物，藉助陽(yáng)光和水中的二氧化碳、硝酸鹽和其它非有機(jī)鹽營(yíng)光合作用。顆石藻生態(tài)：（3） 輪藻輪藻為體型復(fù)雜的多細(xì)胞原植體植物，植物體以假根古著與水底淤泥，地上有假器官，沒(méi)有真正的根莖葉分化，具有獨(dú)特的生殖器卵囊球。其經(jīng)強(qiáng)烈鈣化，作為化石保存在第四紀(jì)地層中。輪藻屬輪藻門輪藻綱，包括三目九科，第四紀(jì)輪藻屬種單調(diào)，僅一目一科九屬。（4） 藍(lán)綠藻均為底棲藻，大多為宏觀植物，大小從幾厘米到幾十厘米。藍(lán)藻：在所有藻類生物中，藍(lán)藻是最簡(jiǎn)單、最原始的一種。藍(lán)藻是單細(xì)胞生物，沒(méi)有細(xì)胞核，但細(xì)胞中央含有核物質(zhì)，通常呈顆粒狀或網(wǎng)狀，染色質(zhì)和色素均勻的分布在細(xì)胞質(zhì)中。該核物質(zhì)沒(méi)有核膜和核仁，但具有核的功能，故稱其為原核。綠藻：典型的綠藻細(xì)胞可活動(dòng)或不能活動(dòng)。具有一中央液泡，色素在質(zhì)體中，質(zhì)體形狀因種類而異。細(xì)胞壁由兩層纖維素和果膠質(zhì)組成。食物以淀粉的形式儲(chǔ)存于質(zhì)體內(nèi)的蛋白核中。疊層石：是一種準(zhǔn)化石，由于藍(lán)藻等低等微生物的生命活動(dòng)