第四纪地质.ppt

第四纪地质,,主要内容,7.0前言7.1第四纪的概念及研究意义7.2第四纪地层划分7.3第四纪气候7.4第四纪冰川7.5第四纪与人类7.6第四纪黄土与环境7.7第四纪地层的微量元素7.8第四纪的年代测定,前言,在漫长的地质年代里，地壳经历了一系列复杂的演变过程，地质作用贯穿始终，形成了各种类型的地质构造和地貌以及复杂多样的岩石和土。当我们见到一块矿石或岩石时，就想了解它们的生成距今多少年了，又如一个山系、一条河流的形成距今多少年了，因此时间的概念极其重要，而所要考察的这些年代就属于地质年代。因此一般来讲，地质年代就是地壳发展历史中某种运动方式、构造现象、沉积环境、生物进化、某种物质成分等相应的生成、形成距今的年代段落，并划分成相应的地质历史阶段。根据地质构造和地貌对建筑场地进行稳定性评价，以及按岩石和土的性质对地基承载力和变形进行评价时，都需要具备地质年代的知识。“第四纪”（Ｑｕａｔ）是地壳发展历史中最新的一个阶段。第四纪地质学是以这一阶段中发生的一切地质事件（包括地壳及生物的发展过程）和其发展与分布规律为研究对象，既研究第四纪的地质作用及其结果，也研究地质作用及其结果在时间上的发展规律，从而主要研究地球在最近300万年以来的发展演化规律。,7.1第四纪的概念及研究意义,一、第四纪的概念在地质史上，第四纪是迄今最后一个比较大的地质阶段。以前有第三纪，更早些时候，还有第二纪、第一纪（原始纪）。随着地质科学的发展，一些概念和它的含义也在变化，第二纪、第一纪的名称不用了，地质年代的划分逐渐形成了。“第四纪”这个名称，最早由意大利人阿都因（Arduin）（1759）和法国地质学家与历史学家Ｅ．德努埃（E.Desnoyers,1800～1887）于1829年提出。最早划分地层的是意大利学者Ｇ．奥代洛（G.Arduino，1713～1795），于1750年前后，将意大利北部的地层划分为３个阶段①原始纪（Primitive）指山岭中心的部分片麻岩、花岗岩等，实际上是以现在所指的前寒武纪地层为主，也包括一部分属于中生代的地层；②第二纪（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）所包含的是原始纪之上，有层理、含化石的地层，实际上是以现在所指的中生代地层为主，还包括部分第三纪的地层；,7.1第四纪的概念及研究意义,③第三纪（Tertiary）所包含的是破碎和松散的砂、砾等堆积物，就是现在所指的第四纪地层。1756年，德国人列赫曼（Lehman）将德国哈尔茨（Harz）山的地层，划分为３个层次①原始层（Urgebrige）；②第二层（FlotzegeBrige）；③冲积层（Angesc-Hwemmtgebrige）。德国矿物学家Ａ．魏乐勒（A.G.werner）在奥代洛划分的原始纪与第二纪间，增划出现在所指的古生代地层的过渡纪（Transitinal），但仍没有出现第四纪的名称。法国一些著名学者，如居维叶（GeorgeCuvier,17691732）、Ｅ．德努埃等，在研究巴黎盆地的地层时，发现在白垩纪近世冲积层之间，有一层由粘土、砂岩、灰岩、泥灰岩和石膏等组成的地层，将它定为“第三纪”。而位于它上面的松散未胶结的地层，是时代最新的堆积物，德努埃把它命名为第四纪（Quaternary），即第四纪地层是指近世海洋沉积、洪积层及含大量现代种属的动、植物群化石与孢粉的松散堆积物地层。,7.1第四纪的概念及研究意义,随着科学的发展，地质学研究内容的不断丰富，原始纪、第二纪等旧名称早已废弃。“第三纪”经英国地质学家莱伊尔（ＳirCharlesLyell,17971875），在他的名著地质学原理中已明确定义。18331839年对地层进一步分析统计之后，第四纪才延续使用至今。“第四纪”又经过莱伊尔等人的研究分为更新世（Pleistocene）和全新世（Holocene）（Gerivais,1869）作为第四纪划分，成为地球发展史最后一个纪的通用名称，与第三纪合称新生代。全新世指冰后期阶段，仅１万年左右时间，是人类经过猿人、古人、新人各阶段进入现代人的历史时期。1885年国际地质会议通过决议，接受莱伊尔的第四纪及划分。地质学发展过程中，“第四纪”也曾有各种名称，比较流行过的有“第三纪后期”、“冰川期（纪）”、“最新生代”、“洪积统”、“黄土期（纪）”、“灵生代”、“人类纪”等。有关第四纪下界的确定这个问题多少年来一直是个科研问题，也一直是个有争议的问题。综合中国和国际上的科研成果，关于第四纪下界的确定，有下述几种意见。,7.1第四纪的概念及研究意义,１）1948年第18届国际地质会议上确定将意大利北部陆相的维拉费朗地层和海相的卡拉布里地层作为第四纪下界。法国的沃里斯地层、非洲坦桑尼亚奥尔都维峡谷地层与维拉费朗地层同期。用钾氩法测定距今（一般以1950年为准）约为160～188万年。２）1977年国际第四纪协会建议以意大利克罗托尼以南的费林卡地层剖面作为第四纪下界。用钾氩法测定距今约240～250万年。此时气候明显变冷。３）中国地质学术界认为，中国以晚泥河湾地层（河北省阳原县桑干河畔）、上三门地层（河南省三门峡黄河岸）、晚期元谋地层（云南省元谋县境内）作为第四纪下界，距今约200～250万年。随着古动物化石的不断发现，产生了另一种意见，即若以早泥河湾地层、下三门地层、早期元谋地层、陕西渭南游河地层、甘肃灵台雷家河地层作为第四纪下界，则距今300～350万年。通常我们讲第四纪下界距今约200～300万年。,7.1第四纪的概念及研究意义,上述确定第四纪下界的主要依据是古生物化石、古人类和遗址、古气候特征。如以陆生哺乳动物如真马和牛的出现（新生种）作为第四纪的开始，则距今约２００万年。如以东非坦桑尼亚、肯尼亚、埃塞俄比亚等地发现的古人类，尤其以中国云南境内发现的古人类及遗址作为第四纪的开始，则距今约３００～４００万年，甚至更早些。从古气候方面讲，大家普遍认为第四纪的开始以气候明显变冷为重要标志，开始出现了大陆冰川作用。上述的几种第四纪下界划分都遵照了这一点。由上可知，从不同的学术领域研究，从不同国家不同地点的典型地层研究，很难有一个统一的确切的年代。由于问题的复杂性和地质考古资料不足，这是可以理解的。,7.1第四纪的概念及研究意义,二、第四纪地质学的内容第四纪时期内所发生的地质现象十分复杂，环境因素错综多变，涉及面非常广泛，有人认为第四纪地质学应该归于历史地质学范畴，是历史地质学的一个重要分支学科。其主要研究内容应包括以下几部分。1.第四纪新构造运动第四纪在整个地质历史中，虽然很短暂，但并不宁静，新构造运动很活跃，发生过频繁的地壳运动。活动方式包括断裂、扭曲、水平运动、垂直运动、海平面及海岸线变化、地震、火山等，直至现代仍有频繁活动，对人类生存和社会发展影响极大。有人认为，新构造运动是从第三纪开始的，喜玛拉雅运动也包括在内；也有人认为，新构造运动是从晚第三纪开始的；另外，还有人认为，新构造运动是从第四纪初开始的。意见虽有所不同，但三者均认为，第四纪期间的构造运动属于新构造运动之列。它的特征是具有显著的振荡性及一定的节奏性与继承性。从开始研究斯堪的那维亚冰川作用时起，便提出关于地壳垂直运动、海岸线移动与冰川作用相关联的观点。,7.1第四纪的概念及研究意义,所以，新构造运动对于第四纪地质环境变化的影响是十分重要的，必须在第四纪地质学中探索其主要特点、表现形式和影响因素。2.第四纪地层序列及划分这是第四纪研究的一个基本问题。许多国家都有自己的区域性地层表或标准地层剖面。第四纪地质是一门综合性的多学科研究体系。第四纪地层划分影响很大，如第四纪的沉积物、年代学、气候学、生物进化、人类学、海平面升降、新构造运动、生态环境演化等都和地层序列有关，表现出一定的规律性，表现出显著的阶段性。3.第四纪古气候学由于第四纪的构造运动使部分地区隆起与部分地区下降，加大地球表面的起伏度，引起气候的分异。隆起部分超过雪线以上的地区开始积累冰雪，积压成冰，随坡流动，形成冰川。因此，第四纪大冰期引起的古气候的变化，便成为第四纪地质学的主要研究内容之一。,7.1第四纪的概念及研究意义,第四纪初的气候是以显著变冷为特征的，这是和第三纪的明显区别标志之一。第四纪以来的气候又经历了复杂的演变，对人类的生存和发展至关重要。如１）第四纪亚洲大陆东部的季风气候对我国影响很大。２）第四纪气候直接和第四纪冰川有关，冰川的影响也是多方面的。３）第四纪气候和第四纪海平面升降、海浸、海退有关。科学研究表明在大约１５～１８万年前，在大规模的海浸之后又发生了大规模海退，海退之后的海平面比现在的海平面约低１３０ｍ以下，今天的大陆架当时都在陆地上。沿海一带形成了大面积的深厚的海、陆相交互地层。４）第四纪气候与中国的黄土地层的形成密切相关。５）第四纪气候与沙漠的形成及环境的变化密切相关。这已经成为当今世界极为关注的问题之一。,7.1第四纪的概念及研究意义,通过对古气候指标的研究，可以了解古自然环境变化的历史，而第四纪气候的变化会直接引起古生态环境的变化，如人类出现与进化，海平面升降，湖泊扩张与收缩，以及动、植物群迁移与演化等。尤其是第四纪古气候的冷暖干湿交替变化，冰期与间冰期的重复出现，也是划分第四纪地层的重要标志之一。并且通过第四纪气候变化规律的研究，可进一步推测现代气候的变化和发展趋势，为长期气候变化作预报服务。随着科学资料的积累和测年新技术的发展，对第四纪古气候的研究，不仅广泛深入地进行传统的陆相沉积研究，而且国际上已加强和大力开展对深海沉积物的分析研究，并取得了不少重大进展，这有助于推动对陆相沉积的深入研究。这主要是指围绕第四纪冰期互相交替的演化系列、古气候循环的划分和对比，以及古气候演化的机制等方面进行研究。,7.1第四纪的概念及研究意义,4.第四纪生物进化及人类进化第四纪大冰期所引起的气候变化，是促进生物界发展变化的一个积极因素，是古猿向人转化的外部原因。该纪是脊椎动物、哺乳动物高度发展的时代，是人类出现、进化发展的时代，古生物化石是第四纪地层划分的主要依据之一。有人建议把第四纪改为人类纪或升为人生代。研究人类进化是第四纪研究的重要内容。对哺乳动物群及古人类的研究，是了解第四纪古地理环境的重要方面，也是划分第四纪地层的主要依据。所以，第四纪哺乳动物的分类及其演化、第四纪植物群落的演变及其古地理意义、人类的起源与发展、第四纪石器与考古文化期的划分等，均是第四纪生物界的主要研究内容。,7.1第四纪的概念及研究意义,5.第四纪沉积环境和沉积物的成因类型第四纪以来有各种类型的沉积物，由于时间相对较短，它们基本上尚未固结成岩而呈松散的颗粒状态，这就是土。但地质环境多变，其沉积物的成因类型复杂，成分和厚度变化大，与较老的沉积表面的地貌有密切联系。对于第四纪的海相沉积还知之不多。第四纪沉积物的类型及分布，无论在空间上，还是在时间上都有一定的规律。第四纪沉积物的发育主要受气候、地貌、新构造运动的控制。第四纪沉积物形成的基本特征，乃是气候的显著变化，北纬和高山地区气候变化表现得最明显。与这种变化有关的是冰川作用的发生与消失。即使在第四纪冰川作用区域以外，也同样发生气候变化，不过表现在潮湿与干燥时期的相互交替上。因此，必须研究第四纪沉积物的成因类型、沉积环境和沉积特征，着重探讨第四纪沉积环境与沉积相的概念，进而采用综合分析对比方法，得出比较可靠的第四纪地层划分的结论，定出比较准确的第四纪地质年代表。,7.1第四纪的概念及研究意义,6.第四纪海平面变化第四纪新构造运动频繁，冰期与间冰期气候互相交替出现，所以，地动型（造山）与水动型（冰川）的海平面升降变化也十分显著。我国杰出的地质科学家李四光教授，２０世纪２０年代初即指出，由于地球自转速度加快，赤道离心力加大，引起海水从高纬度向低纬度地区运动高纬度地区海退，海平面下降，低纬度地区海进，海平面上升。当地球自转速度变慢后，赤道离心力减小，海水又从低纬度地区向高纬度地区运动低纬度地区海退，海平面下降，高纬度地区海进，海平面上升。近年来板块学说所说的海底扩张，对全球性的海平面升降变化也有显著影响。冰川海平面升降在整个第四纪时期全球性海平面升降变化中起主导作用，但新构造运动对于区域性的海平面升降变化也有显著的影响，使“水动型”海平面升降变化复杂化。“水动型”和“地动型”两个因素往往在不同时期不同地区呈彼此消长关系。因此，研究某地区的海平面升降变化时，首先应了解该地区新构造运动在时间上和空间上的特征，主要研讨第四纪海平面升降变化的标志、第四纪海平面升降变化的概况、冰后期的海平面升降变化与第四纪海平面升降变化的原因等。,7.1第四纪的概念及研究意义,三、第四纪地质学的研究意义1.认识第四纪的环境第四纪地质学的研究意义，首先在于认识第四纪古环境，掌握第四纪古环境的形成与发展变化规律。第三纪后期，气候普遍比较湿热，植被繁茂，森林中的古猿高度发展，向猿人转化。在整个第四纪时期内，新构造运动、冰川、黄土和古人类的出现与发展是同步进行的，它们四者既是第四纪地质学研究的核心，也是推动第四纪古环境发展的四大因素。古人类的出现是物质高度发展的产物，是最积极的因素，所以，弄清第四纪地质时期的环境结构与发展变化规律，对第四纪地质学的研究意义十分重大。,7.1第四纪的概念及研究意义,2.利用与改造第四纪古环境的自然条件自然规律是不以人们的主观意志为转移的客观反映。在天文、地质及其某些类似的大自然过程中，人们即使认识了它们的发展规律，也确实尚无力影响它们。若把这些大自然过程除外，在其他许多场合，人们决不是完全无能为力的，是可以影响自然过程的，是可以利用与改造第四纪古环境的自然条件的，关键在于善于依据自然科学规律行事，并用于指导工程建设、地震预报、农业规划、寻找地下水源、勘探找矿、开发矿产等，都可以起到积极作用，收到良好效果。3.新构造运动与环境问题第四纪的新构造运动比较明显。断层的活动性、地震活动、地貌变化、地面沉降、地面裂缝、海岸线变化等都是重大问题。这对于环境地质、环境地貌、城市规划、大型工程的可行性研究都有重大影响或起着控制作用。新构造运动的迹象对地震预报也很重要。第四纪地质现象，特别是当前正在形成的一些地质现象，保留得较之任何地质纪中的现象都要完整。这些现象非常有利于据以推定和理解第四纪以前第四纪地质的过程和历史。,7.1第四纪的概念及研究意义,4.水文地质问题人类所需的供水主要是依靠地下水资源，大量的地下水贮存在第四纪沉积物中。现在全世界和全中国许多地方都严重缺水。许多地方由于缺水，已严重影响到人民生活和经济发展，如我国华北平原，宁夏南部等，有些地方由于干旱缺水，大面积土地正在变成沙漠。所以可以说，找水的意义不亚于找矿。第四纪沉积物的成因、年代、类型、厚度及形成之后的演变等对地下水形成、贮存、分布、水量、水质、水的运动、补给、排泄等的影响很大。海平面变迁使沿海地区地下水变质，有的地方发生海水倒灌陆地地下水。地下水位的大面积大幅度变化对岩溶地区影响很大，改变了区域的水系循环，影响着地下水的地质作用，也对经济发展和人民生活产生重要影响。应该注意人类对自然界的反作用，如大气污染，包括降水、地表水系、地下水系在内的水质污染，地下水位大面积、大幅度降低，土地沙漠化、生态环境恶化等都和水有关。另外，第四纪地层中的微量元素研究对人类生活也具有重要意义。,7.1第四纪的概念及研究意义,5.工程地质与工程安全在各类工程中，如水坝、水库、港湾、铁路、公路、隧道、电站（厂）、各类工业与民用建筑、各类地下工程、城市建设等都需要对第四纪沉积物的地质，地层特征，物理、力学性质有充分的了解，为设计、施工提供可靠的依据。又如滑坡、崩塌、泥石流等工程事故或自然灾害的研究及防灾减灾都必须有可靠的第四纪工程地质研究基础。如我国晋东南的铁路建设中，顺层滑坡破坏特别多，经研究查明在第三纪末这里是湖泊沉积的粘土地层，后来受新构造运动的影响发生了很大的倾斜，其产状和铁路选线的相对关系极为不利，这就是大规模顺层滑坡破坏的原因。在这个基础上制定工程对策，就有了科学的基础。缺乏工程地质研究的大中型工程活动，很容易导致劳民伤财的后果，损失很大。,7.2第四纪地层划分,第四纪是新生代中最新近的一个纪，也是包括现代在内的地质发展历史的最新时期。而由原岩风化产物碎屑物质，经各种外力地质作用（剥蚀、搬运、沉积）形成尚未胶结硬化的沉积物（层），通称“第四纪沉积物（层）”或“土”。它沉积在地表，覆盖在基岩之上，各种建筑物往往就建造在它上面，因此对第四纪沉积物（层）的工程性质要仔细进行研究。,7.2第四纪地层划分,一、第四纪地层划分与较老地层划分的差异第四纪地层的划分与较老地层的划分之间，在划分内容、原理和方法方面是相同的，但也有些差异。第四纪地层划分与较老地层划分的主要差异如下１）从地质学的观点看，第四纪的时间短，因此在地质年表上，较老地质纪中所出现的一些长时间的地质事件的发展变化，以及用来对岩石顺序进行分类的那些根据，一般都不适用。第四纪地层的划分所研究的事件的时间单位以年（ａ）和千年（ｋａ）计；而前第四纪所研究的时间单位一般为百万年（Ｍａ）或更长。另一方面，第四纪的年龄尽管短暂，但一些地质事件在岩石中的记录却非常详细。这就要求采用更为精确的方法来划分。,7.2第四纪地层划分,２）第四纪地层划分与较老地层划分的另一个差异是第四纪气候变化的直接和间接的影响，较之在老地层中更加明显。气候变化和冰川的反复出现，形成了冰川、冰缘、非冰川环境沉积物的互相交替和穿插。研究第四纪气候交替变化规律以及冰期与间冰期的交替，以划分第四纪地层，是一种非常重要的方法。气候方法在第四纪地层划分中的重要性远远超出在前第四纪地层。３）第四纪沉积物环境的变化与各种地貌过程是伴生的。各种地貌过程所形成地形的变化，局部地模糊了沉积物的顺序。一般来说，第四纪沉积物与老的沉积物的沉积规律是基本相同的，都服从地层叠置的顺序，即下伏的沉积物较老，上覆的沉积物较新。但在一些层状地形中，较新的第四纪堆积物产出的高度，却可以低于较老的沉积物。所以，地貌形成年代的研究，在第四纪地层的划分中占有重要位置。,7.2第四纪地层划分,４）在有些地区第四纪火山活动频繁而剧烈，第四纪构造运动也可达到一定的强度。在这种地区火山活动和构造运动对地层顺序有一定程度的干扰。所以，为弄清第四纪地层顺序，第四纪构造运动和火山活动的研究，也是不可少的。５）在第四纪堆积物的地层划分中，形成于非冰川环境中的残积物和土壤的研究，也起着重要的作用。与前第四纪地层比较，第四纪陆相堆积物的侧向变化和垂直方向的变化都较大。许多陆相堆积物的厚度小，而且厚度变化大，连续性差。由于海面和湖面频繁的大幅度地上升和下降，剧烈的构造运动以及冰盖的产生和消失所引起的冰川均衡调节运动，使得一些第四纪沉积层的沉积间断多，而且地层间的关系也较复杂。,7.2第四纪地层划分,由于以上原因，在第四纪地层划分中既需要采用一般地层学的方法，也要采用一些只适用于第四纪地层划分的特殊方法。通常进行第四纪地层划分的步骤可归纳为①确定第四纪一些地质事件和其他自然大事件的顺序；②确定第四纪堆积物的沉积顺序；③将第四纪大事件的顺序与第四纪堆积物的沉积顺序联系起来并进行对比；④划分地层单位；⑤确定各地层单位的年龄；⑥将地区划分与统一地层表进行对比。二、第四纪地层的划分方法1.岩石地层学方法岩石地层学方法是根据岩石学的特点把第四纪堆积物划分为一些代表一定时间的岩石地层单位，并把它们按时间顺序排列起来，形成一种岩石地层顺序。第四纪堆积物常常是不连续的，并且是在时间上互相超覆。按岩石地层学方法划分，通常只是在局部地区进行，而不能进行远距离的对比。,7.2第四纪地层划分,例如，在一条冰川消失过程中所形成的冰碛物中，冰川上游底部的冰碛物，较老于冰川下游底部的冰碛物；而冰川上游冰碛物的顶部却又较新于冰川下游冰碛物的顶部；两极和高山地区同一个冰期的冰碛物所代表的时间较长于中纬度地区同一冰期冰碛物所代表的时间等。然而，少数岩石地层单位却在时间上是平行的。最好的例子是由一次火山喷发所形成的火山灰层。因此火山灰层常被用来作为第四纪地层划分的标志层，以进行大区域乃至全球的第四纪地层对比。由此，虽然岩石地层学方法对第四纪地层划分具有局限性，但对一定地区的岩石地层划分，也可以大致按时间进行对比，去推定世界各地区一些事件的同步顺序，并据以建立世界范围的第四纪地层顺序。岩石地层学方法在早期第四纪地层划分中是一种基本的方法，在今后的研究中也仍将是一种主要的方法。,7.2第四纪地层划分,2.生物地层学方法生物地层学方法以一种或一些特殊化石的顺序作为根据，划分含有这些化石的第四纪沉积物顺序的方法。生物地层学方法是根据堆积物所含生物残骸的鉴定，划分为一些生物地层单位，并按时间把它们排列成为生物地层顺序。生物地层学方法又可细分为第四纪植物地层学方法、动物地层学方法和微生物地层学方法。由于第四纪时间短，不可能所有生物种属有明显的演化，所以生物地层学方法主要是根据第四纪生物群特征进行划分。第四纪生物群的一个主要特点就是含有现代生物种属。大部分现代生物群的种属，都是第四纪生物群的直接延续。虽然生物地层学的方法在第四纪地层划分中的作用，不如在前第四纪地层划分中那样重要。但是，一些第四纪动物群和植物群新种的出现、灭绝、明显地演化，以及它们的共生组合在时间和空间中的变化和重复，却可以作为根据，用来推定第四纪堆积物沉积环境的变迁，并借以划分第四纪地层。,7.2第四纪地层划分,在生物地层学方法的已有资料中，古动物群，特别是古脊椎动物群的研究较多，但近来古植物学的运用却正在增多。目前，根据孢粉分析资料，已在我国和世界许多地区，例如在北欧，建立起了一种比较详细的第四纪生物地层划分方案。当然，这种划分也都是区域性的。3.地貌地层学方法由于第四纪堆积物与由其所组成的堆积地形是同年龄的，并且由于第四纪堆积物与构造地形和剥蚀地形之间，具有时间的相关性。所以，可以运用地形形成的阶段或年龄，将第四纪堆积物划分为一些地貌地层单位，并将它们按时间顺序排列起来，成为一种地貌地层顺序。该方法对于层状地形的研究非常有用。,7.2第四纪地层划分,4.古土壤地层学方法土壤和残积物是一种已有物质（基岩或第四纪堆积物）表层的原地崩解和蜕变物，它与冲积物之类的经过搬运并在适当地点沉积下来的第四纪堆积物不同，虽然下伏的已有物质是一些不同时代的层，但土壤和残积物却可以是地带性的同时形成的。所以，可以划分为－些代表一定时间的土壤地层单位，并按时间形成一种顺序。土壤地层单位代表第四纪的温暖环境，即非冰川环境。特别是在温湿环境条件下，土壤层发育最好。5.气候地层学方法气候地层学方法建立在上述诸种方法基础上，是一种根据岩石地层、生物地层、地貌地层、古土壤地层类型推定出古气候阶段的划分。在同一气候阶段内形成的第四纪堆积物，分为一个气候地层单位。例如，冰期、间冰期、雨期、间雨期地层单位等。第四纪是以气候的全球性剧烈反复变化为基本特点，在很大程度上第四纪气候变化控制着地质过程和沉积环境变化的顺序。但气候变化的推定却比较困难，并具有地区性，所以，气候地层的划分和全球性的对比，还有待进一步考证。,7.2第四纪地层划分,6.古人类考古地层学方法这是一种根据第四纪堆积物中所含古人类残骸及其文化发展顺序，进行第四纪地层划分的方法。虽然这种方法已在世界许多地区建立了划分单位和顺序，并进行了全球性的对比，但却有许多疑点。因为人类文化发展阶段的穿越性，甚至较之哺乳动物发展的时间超覆更为明显。此外，古人类考古证据的产出是非常有限的。所以，它们是一些不完整的时间标志。然而，在一些特殊地区内，却是可以分出古人类文化地层单位，建立起这种顺序，并进行大致的时间地层对比。7.年龄地层学方法这是一种根据第四纪堆积物所含生物残骸的同位素年龄测定资料，按年龄关系划分成为一些时间（地质年龄）地层单位，并建立起一种地层顺序的方法。年龄地层单位是在一定地质时间内形成的各种岩石联合成的一种岩层体。它是代表地球历史的一定段落形成的所有岩石，并且只代表这一段落所形成的岩石单位。年龄地层学方法可用于全球性的第四纪堆积物的时间对比，这是一种可靠的确定第四纪地层的时间顺序的方法。但是，这种方法本身精度的提高是需要解决的问题。,7.2第四纪地层划分,8.其他方法除上述方法外，在第四纪地层划分中，还采用其他一些方法以建立第四纪地层顺序（１）洞穴和冰缘顺序地层学法该法基本上是根据某些特殊岩石划分第四纪地层的一种方法。因为这种顺序主要是根据洞穴堆积物中的石钟乳、洞穴角砾和土壤，以及冰缘条件下的泥流、风积物、冻融构造和土壤等研究建立起来的。在这些资料的基础上，推定出气候阶段。由于斜坡的坡向、坡度、水文等当地因素可以影响这种地层顺序，所以在气候阶段的推定中，应当考虑这种局部影响。（２）海面地层顺序法该法根据第四纪海面变化的一个主要原因是冰期和间冰期、雨期和间雨期的交替，所以海面变化的顺序可以与气候阶段联系起来，并形成一种地层划分单位和顺序。海面顺序取决于与海面变化伴生的沉积物、所含动物群和植物群共生组合。（３）古地磁法该法确定第四纪堆积物的古地磁事件，以划分第四纪地磁地层单位，并建立地层顺序。,7.2第四纪地层划分,以上每一种方法都指明了第四纪自然事件顺序的一个方面，并与第四纪堆积物的形成时期联系起来，据以构成一种地层划分。当第四纪地质记录完整时，应当尽可能多地采用所有可能采用的方法，将这些方法所产生的第四纪地层划分结果互相对照和彼此补充。因为第四纪自然事件顺序的各个方面都是彼此联系的，所以这些划分，从理论上说也应该是可以互相对比的。同时，应当在不同地区内建立当地的第四纪地层划分和顺序，并把它们互相对照。,7.3第四纪气候,自然环境的每一重大的变化都会给人类带来深远的影响，而气候变化在自然环境的形成与演变中起着主导作用。第四纪气候冷暖变化频繁，气候寒冷时期冰雪覆盖面积扩大，冰川作用强烈称为冰期。气候温暖时期，冰川面积缩小称为间冰期。第四纪冰期，在晚新生代冰期中规模最大，地球上的高、中纬度地区普遍为巨厚冰流覆盖。当时气候干燥，因而沙漠面积扩大。中国大陆在冰期时，海平面下降，渤海、东海、黄海均为陆地，台湾与大陆相连，气候干燥、风沙盛行、黄土堆积作用强烈。,7.3第四纪气候,一、第四纪气候变迁人类要利用自然环境演变中有利的方面，而尽可能避免有害的自然灾害发生，这就必须了解自然环境变化的经过、原因和趋势。由于第四纪以来的气候变化，使沙漠、草原的范围，时而扩大，时而缩小。地下水位发生变化，对干旱及半干旱地区的农牧业也发生一系列严重的影响。在距今（15～18）103年前，北半球大陆上，就存在巨大的大陆冰流。冰流的发展迫使气候带移动，大量的寒温带森林被摧毁。到五、六千年前，世界气候转暖，格陵兰的一些滨海地区，初时曾是人类居住活动的地方，后来因气候转冷而又荒弃。我国有大量的古代气候资料、考古及各种史籍志书资料，为研究气候变迁提供了多方面的证据。西安半坡村遗址，距今约（5.6～6.08）103年前，处于全新世的新高温或气候最宜时代。出土的动物化石，除新石器时代被人类驯养或可能驯养的动物外，发现有獐、竹鼠及貉等动物化石。獐现今是分布于长江流域沼泽地带的动物，竹鼠栖息于竹林，貉栖息于河湖之中。,7.3第四纪气候,獐、竹鼠的存在，标志当时半坡地区气温比现在温暖湿润；而貉的发现则说明当时西安附近河湖水量较丰富，并且有沼泽分布，与今日气候迥然不同。我国在考古挖掘中发现了许多野象残骸。现代亚洲象只栖息于热带原始森林中。据我国考古发掘，在距今6103年前野象（亚洲象）曾分布到黄河以北地带。距今６103年以后，尤其是距今３103年以后，由于世界气温的降低，野象的分布也逐步南移。气候最宜时期以后，世界气温呈逐步下降的趋势，但仍存波动，如公元前（1.6～1.05）103年的殷商时代，据河南安阳殷墟出土的动物化石，其中有水牛、象等，标志当时安阳一带仍属热带及亚热带气候。当时华北的冬季比现在温和。在距今3103年前，北半球的国家应用各种方法研究气候的结果，发现气温可能较今日高２℃左右。在距今3103年之后，温暖气候告一段落，气温有所下降，但仍有冷暖波动。在公元900～1200年，气候又转暖，称“小气候最宜期”，此期北欧人又向冰岛、格陵兰及北美洲北部移居。13～14世纪以后，冬季严寒，北欧人又从格陵兰及北美北部撤离。到1550～1850年（或1430～1850年）为一气候寒冷的时期，在北半球称第四新冰期，也称小冰期，尤以17世纪最为严寒。,7.3第四纪气候,这次小冰期中，世界一些地区的冰川再度前进，摧毁了冰岛及欧洲西北部一些农庄及北美的部分森林，使北欧人于小气候最适宜时期移入格陵兰的居住场所，被迫废弃。中国西北地区及欧洲阿尔卑斯山地冰川，曾经几度前进，遗留下的冰碛仍历历可数。杨怀仁在1961年曾提出称之为天山小冰期。17世纪中叶我国北方和南方普遍低温，江南柑桔曾遭冻死，江苏的大江南北曾盛夏降霜。小冰期中，气候异常，特大降水与长期严重干旱均曾出现。小冰期寒冷多变的气候延续了300余年，它的影响及变化性质日益引起环境研究者的重视。小冰期中阿尔卑斯山的冰川覆盖全面扩大向前推进，冲进了农村，冰封了矿井，给人民带来了灾难。法国中西部18世纪初叶，禽畜冻死，一些鸟类也遗尸路旁，大部分橡树、胡桃树冻死，欧洲粮食减产。小冰期中，我国东部寒潮频繁侵袭长江中下游，许多果园被摧毁。据美国威斯康星州波尔泰吉的记录，19世纪比20世纪每个月都有更多的北风。19世纪30年代北风的频率几乎为20世纪30～40年代的两倍。小冰期中北半球各地降温的程度不等，如北美威斯康星州的波尔泰吉19世纪20～40年代秋季气温较20世纪30～40年代几乎降低４℃。美国中部１８～１９世纪较20世纪20年代约降低1.7℃。从各种记载表明温度下降６℃或稍少一些，就足以产生一次冰期。,7.3第四纪气候,在1550～1850年的300年中，环绕北极的西风带扩展。西风带向南方的频频扩展，带来更多的极地空气，使北大西洋冷却，也使寒流屡向南压，不仅气温降低，降水类型也发生变化，北半球许多地区出现严冬，农业、果园遭受冻害。19世纪末至20世纪50年代中，称为“20世纪温暖期”。经过小冰期后，1850～1950年气候转暖，平均气温上升0.6～1.1℃。1950年后又转为寒冷。地球虽在1850年后升温，但也不是平均的上升，例如英格兰1925～1954年比前25年高0.9℃。1950年以后，气温降低，到60年代中期，世界范围内冰川前进的数目增多。60年代初意大利境内阿尔卑斯山又有小冰川的生成。在20世纪暖期约50年中，世界农业得到发展。到了60年代以后，世界许多地区出现了大范围的连续干旱、洪涝、严寒和酷暑，气候异常造成一系列自然灾害。70年代初期非洲出现持续干旱气候，使赤道非洲草原地区的牲畜大量死亡。1963年英国遭遇到严酷寒冷的冬季，仅燃料运输及失业问题的费用，增支达８亿英镑。,7.3第四纪气候,1977～1979年美国遭遇到严冬，仅1977年冬季严寒所造成的损失即达366亿美元。特别是处在农业边缘的地区，如加拿大及前苏联，气温降低２℃，则会发生严重影响。因为世界上有些地区的生长期短，仅能维持作物的生长，如气温下降２℃，则足以使生长季节缩短30天左右，由此将使农业生产受到严重影响。反之，如气候平均气温升高1～2℃，则对北半球一些农业地区，可能引起干旱，影响也十分严重。第四纪气候研究的重要目的之一，就是对气候变迁过程的深入了解，研究气候变化的内外动力以及人类的影响。研究更新世的气候，可以帮助深入了解全新世气候的特征。掌握全新世气候变化的过程和机制以后，才有可能预测将来气候变化的趋向。所以不同时间尺度的气候变化，目前已成为不同学科所关心和研究的课题。各国科学家感到气候变化所发生的深刻影响，对气候变化的自然趋向及人类对气候的影响，日益予以重视。人类本身也是促使气候变化的因素，如不加节制地利用化石燃料、森林的砍伐以及不合理的利用土地，都会使自然环境往有害的方向发展。,7.3第四纪气候,第四纪２106年左右的时间内，地球气候曾经多次冷暖变化，据深海沉积及大陆堆积对比，曾发生约20次冰期。在冰期、间冰期或冷暖变化过程中，大气环流改变，气候带发生南北推移，尤其在中纬度地区，所谓气候变化“敏感”地带。有些地貌及沉积物质非近代动力所能形成，一些地区晚新生代的松散堆积物的剖面上，往往有冰川、冰水、河流沉积互相间夹，在晚新生代以来，海侵海退过程中，又往往海相与陆相夹杂。因此在新生代堆积物中，有些为含水层，有些为不透水层，有些为淡水层，有些为咸水层。要摸清地下水分布的规律，必须对第四纪以来气候变化，海面变化以及构造运动有比较全面的了解。由于气候变化、冰期与间冰期、雨期、间雨期交替，世界海面因之发生升降运动，变化幅度可达100ｍ以上，直到现今，海面仍在升降变化，影响海滩的综合利用，也影响沿海港湾的冲刷与淤积。当气候变化过程中，风化作用、侵蚀速率都发生变化，因之使河流的含沙量及侵蚀基面都发生复杂的变化，对河道整治，沿海海港的建设都发生影响。,7.3第四纪气候,二、气候变化预测的意义自从20世纪60年代以来由于新技术的发展，地学研究进入一个新的革命阶段。已可利用卫星和雷达观察、分析和测量南极冰流的体积和变化，测得两极地区浮冰的消长数据；由于海底钻探的进展，利用氧同位素的分析，对第四纪气候的冷暖旋回及气温升降幅度，取得较详细的数据。同时大陆上第四纪的研究也有可能与海洋第四纪对比。关于第四纪气候变化原因的学说到20世纪60年代已有50余种，但各有不同。科学家由于从各个学科出发，很难取得使人确信无疑的结论。70年代后，印度洋的海底钻孔揭示了气候变化的天文原因，对近4.5104年的变化原因和旋回周期已有较为肯定的结论。南极及格陵兰冰流冰岩心的氢和氧的同位素分析，对晚更新世尤其近105年的气候变化，取得较可靠成果。以上的成果，使对气候的长期变化趋向的预测将成为可能。放射性碳测年的研究，目前在各个国家得到了普遍应用，对近6104年来的年代学取得了大量可靠数据。,7.3第四纪气候,高速电子计算机的应用，结合Ｃ１４的分析，可以测定树木年轮所反映的近几千年气候变化的详细过程。另外如精密质谱仪的应用可以测定冰流气泡中所含ＣＯ２，作Ｃ１４测年。高精度孢粉分析可论断冷暖气候变化的幅度与额度。目前年轮学、冰岩芯、海洋碳酸钙含量、孢粉分析以及历史记载，已经建立起对比的关系，为恢复古气候奠定了基础。目前正在深入探索影响气候变化各种因素之间的反馈关系，尤其是海洋、大陆与冰雪圈之间的反馈关系。我国的第四纪气候也基本符合全球气候变化的总规律。近年来通过对黄土和沙漠的研究，对我国第四纪气候的认识取得了较大的进展。已有学者研究出了黄土剖面与气候曲线对比图。黄土形成于干燥期，其时代与冰期相当。黄土中的古土壤形成于较湿润温暖的环境，其时代相当于间冰期。黄河中游黄土所反映的古气候包括13个大的气候旋回和21个亚旋回，这与深海沉积Ｏ１８与Ｏ１６比值及ＣａＣＯ３和粗碎屑组分含量变化所反映的古气候旋回很相似。,7.3第四纪气候,因此，黄土已成为研究大陆气候变化的重要领域。气候的干湿变化还决定着沙漠的扩展与缩小。我国沙漠开始形成于早更新世的晚期或中更新世，从中更新世以来至少可分出四个主要沙漠期，并可进一步划分出若干副期。已有资料证明，中更新世前的塔里木盆地尚为广阔的冲积和湖积平原，湖泊面积远远大于今天，气候仍较湿润。,7.4第四纪冰川,第四纪开始，全球进入了大冰期气候。冰川作用最盛时，全球陆地面积的32％被冰流覆盖，面积达47.14106平方公里（A.Goudie,1977）。第四纪冰川不仅规模大而且频繁。根据深海沉积物研究，第四纪冰川作用有20次之多，而近80万年每10万年有一次冰期和间冰期。冰期中，气温平均比现在低8～12℃，其中高纬度地区降低更大，低纬度地区降低较小。如中欧地区冰期中气温下降10～15℃，南欧则为5～7℃。大洋水体表面温度下降３～８℃，中低纬度地区雪线高度下降1000～1500ｍ，因此热带和温带的范围大大缩小。冰期中在冰川外