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1、1试论第四纪冰期与环境的关系唐皓 高振宇（西安科技大学地质与环境工程系 陕西西安 710054）摘要：第四纪是地质发展史中最新的一章，自然界在此时发生了一系列重大事件，其中最引人注目的是第四纪冰期的出现。第四纪冰期的出现，明显地改变了地球的自然面貌，无论大陆和海洋，都发生了一系列巨大的变化，即冰川还对陆地表面进行塑造，引起全球海平面的升降以及海陆轮廓的变化。同时， 对生物界影响最大的，表现为喜冷生物群的发展的分布区的扩大。第四纪 冰期与间冰期的交替，直接影响地球的气候变冷与冷暖波动。关键词：第四纪冰期 生物界 海面升降 气候1冰期与间冰期的特征冰期 ice age 具有强烈冰川作用的地史时期。
2、又称冰川期。冰期有广义和狭义之分，广义的冰期又称大冰期，狭义的冰期是指比大冰期低一层次的冰期。大冰期是指地球上气候寒冷，极地冰盖增厚、广布，中、低纬度地区有时也有强烈冰川作用的地质时期。大冰期中气候较寒冷的时期称冰期，较温暖的时期称间冰期。大冰期、冰期和间冰期都是依据气候划分的地质时间单位。大冰期的持续时间相当地质年代单位的世或大于世，两个大冰期之间的时间间隔可以是几个纪，有人根据统计资料认为，大冰期的出现有 1.5 亿年的周期。冰期、间冰期的持续时间相当于地质年代单位的期。 在地质史的几十亿年中 ，全球至少出现过 3 次大冰期，公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。
3、冰川活动过的地区，所遗留下来的冰碛物是冰川研究的主要对象。第四纪冰期冰碛层保存最完整，分布最广，研究也最详尽。在第四纪内，依冰川覆盖面积的变化，可划分为几个冰期和间冰期，冰盖地区约分别占陆地表面积的 30和 10。但各大陆冰期的冰川发育程度有很大差别，如欧洲大陆冰盖曾达北纬 48，而亚洲只达到北纬 60。2第四纪大冰期总体印象2.1第四纪大冰期冰川分布根据地质记录，大约在晚第三纪即距今 14001100 万年前冰期即已开始，但到第四纪才出现冰期和间冰期交替的现象。在冰期最寒冷时期，北半球高纬地区形成大陆冰盖，格陵兰冰盖把格陵兰和冰岛全都覆盖了；劳伦大冰盖覆盖了整个加拿大，并向南延伸到纽约和辛辛
4、那提一带；斯堪的那维亚冰盖达到北纬 48，几乎把欧洲的一半都掩埋住，冰盖最大厚度约达 3000m；西伯利亚冰盖占据了西伯利亚北部，大约达到北纬 60；许多高山地区，如阿尔卑斯山、高加索山、喜马拉雅山等都出现了较大规模的山地冰川。在南半球，南美南端、澳大利亚东南部、新西兰等地也都发现第四纪冰川的遗迹。这些冰川曾经发生过多次进退，并且每次活动都遗留下具有特色的冰川堆积物。第四纪冰川活动历史就是根据冰碛物的研究结果而恢复的。2.2第四纪冰期划分与对比欧洲阿尔卑斯山区是研究第四纪冰川的典型地区。1909 年，德国 A.彭克和 E.布吕克纳根据阿尔卑斯山冰川沉积物研究结果，划分为恭兹、民德、里斯、玉木
5、4个冰期和 3个间冰期（表 1）。其后，世界各地根据当地冰川沉积物研究的结果都划分出相应的冰期，并与阿尔卑斯山冰期对比（表 1）。2第二次世界大战后，经过对欧洲阿尔卑斯山冰川沉积的研究，认为典型的 4次冰期是距今 7080 万年以来发生的冰期，在这 4次冰期之前又划分出多瑙和比伯两次冰期。 在 30年代，李四光根据对庐山冰川遗迹的研究，把中国第四纪冰川划分为鄱阳、大姑、庐山 3个冰期。近年对中国西部新疆、祁连山、西藏、云南等地高山冰川进行了深入研究，在 3000m以上的高山地带发现距今约 1万年的冰川遗迹，如遗留在高山顶上的冰川湖，称这次冰期为大理冰期。第四纪冰川是客观存在，气候曾经出现多次寒
6、暖交替也是事实。但对中国东部是否普遍存在过第四纪山地冰川，当前还存在着争论。 表 1北半球第四纪冰期对比地质时代 中国东部 西马拉雅山地区阿尔卑斯 北欧 美国全新世 Q4 冰后期 冰后期 冰后期 冰后期 冰后期晚更新世 Q3 大理冰期庐山-大理间冰期庐山冰期珠穆朗马冰期 玉木冰期里斯-玉木间冰期里斯冰期威契色尔冰期埃姆间冰期萨勒冰期威斯康辛冰期桑加蒙间冰期伊利瑙冰期中更新世 Q2 大姑-庐山间冰期大姑冰期加布拉间冰期聂聂雄拉冰期民德-里斯间冰期民德冰期霍尔斯廷间冰期埃尔斯廷间冰期雅茅斯间冰期堪萨期冰期早更新世 Q1 翻阳-大姑间冰期翻阳冰期帕里间冰期希夏邦马冰期贡兹-民德间冰期贡兹冰期多瑙-贡
7、兹间冰期多瑙冰期比伯冰期玛诺间冰期埃尔伯冰期阿夫东间冰期内布拉斯加冰期3第四记古气候概述3.1 第四纪古气候第四纪气候以全球变冷为最突出特征，表现为冰川作用的盛衰和气候的移动，即冰期和间冰期的更替。地四纪冰期鼎盛时，全球大陆有 20%30%的面积为冰川覆盖，据 R.F.弗林特估计，总面积达44.3810 平方公里，而现在仅有 10%的面积被冰川覆盖。第四纪古气候变迁的主要因素是温度的降低，但气温的下降值与维度和海拔高度有关。冰期时，高纬地区温度降低最大，中纬度地带的气温比现在平均低 8 12 ，低纬地区降低最小。在相同纬度地区，大陆气候区，气温下降值大，海洋气候区，下降值小。第四纪全球温度并非
8、直线下降，而是波动式的周期性变化，因此，表现为冰期与间冰期的周期性交替。冰期时各大陆的气候条件及冰川规模并不相同。位于海洋性气候区的欧洲和北美，温度低，湿度大，有利于冰川的形成和发展；在大陆气候控制下的亚洲大陆北部，气温虽然非常低，但湿度小，属与干寒气候，不利与冰川的形成和发展。中纬度大陆内部，冰期时因反气旋强盛，湿度小，降水稀少，风力作用占优势，因而形成的是大面积的沙漠和黄土，即现代中纬的沙漠黄土带，冰川不发育。冰期发展的各个阶段，气候条件也有所不同。初期温度开始下降，相对湿度增高，出现湿冷气候，冰川急速发育。当冰川发展到最盛时期，地面被冰雪覆盖，反射加强，蒸发减弱，温度继续下降，湿度相应下
9、降，降水量也随减少，于是出现典型的干冷冰期气候。冰期末期，温度逐渐升高，冰川开始消融，相对湿度仍然很低，出现干凉或干温气候。冰期时气候带向低纬方向移动，在山岳区向山麓依动。3.2 中国东部的第四纪古气候 我国东部的气候虽然长期处在东亚季风控制下,但在第四记期间由于受全球性冰期与间冰期的影响,冬夏季风的极峰位置发生周期性南北移动,多次出现冷暖干湿交替现象.冰期,亚洲内陆冷高压势力增强,3冬季风加剧,极锋南界移至西南太平洋和南海一带.此时我国东部正处于冷高压的前锋地带,温度低,湿度小,缺少足够的水分,难以形成冰川,广大地区植被稀疏,地面裸露,在盛行的西北风作用下,有利于风尘的搬运和堆积,形成大面积
10、的黄土.有些地方冰缘现象发育,如河北阳原虎头梁顶黄土期的融冻褶皱,九属于晚耕新世晚期的冰缘现象.东北地区湿度略高,冰缘冻土十分发育,猛犸象,披毛犀喜冷动物群广泛分布.间冰期,亚洲内陆变为低压中心,西伯利亚的冷高压势力减弱,极峰位置北移,一年之中夏季风占优势,太平洋暖湿气流长屈直入到大陆内部,控制了东亚大陆的气候变化.气候温暖湿润,有利于河湖发育,植物繁茂,繁殖了喜暖的犀牛,象等动物群.这个时期南北之间的气候差异减弱.综上所述,我国东部在特定的季风环境中,第四纪期间的气候是严寒与干燥同时出现,潮湿与温暖同时存在,但在冰期和间冰期的最盛期更增强了他们的大陆性和海洋性,使气候环境或更加严酷或更为适宜
11、,3.3中国西部的第四纪古气候我国西部深居亚洲大陆内部,大陆性干旱气候占统治地位,又因地势起伏剧烈,气候垂直分带明显.第四纪以来高山地区被山岳冰川覆盖,至今高山上仍有山地冰川.青藏高原高寒地区发育了永久冻土层.喜马拉雅山南坡,降水丰富,海洋性冰川发育,冰川到达山麓地带.各大盆地发展成干燥沙漠气候,形成盐湖和沙漠.西部高山冰川作用的特征有以下几点:(1) 古冰川分布只限于山岳地区,并被大型的沙漠盆地所隔开；(2) 由于冰川所在纬度及隆起高度不同,接受的降水量不同,冰川发育规模也有差异；(3) 古冰川类型与现今的高山冰川大体相同,主要是冰斗冰川,山谷冰川和覆盖冰川,但古冰川规模远比现在大；(4)
12、高山冰川在第四纪期间从未全部消融,只有规模大小之。西部冰期与间冰期划分及其气候特征（1）希夏邦马冰期：发生在早更新世，其雪线的现代高程位于 62007000 米。(2)帕里间冰期：在海拔 4000米高度分布有湖相沉积，代表凉爽到温暖湿润气候。(3)聂聂雄拉冰期：发生在中更新世，冰川规模最大。(4)加布拉间冰期：发生在中更新世晚期，主要有湖相沉积，据孢粉分析，植被变化为针叶混交林松栎林松，木兰混交林。推测当时年平均温为 57，降水量 10001500 毫米。湖盆周围有残留的红土风化壳。属于温暖湿润气候。(5)珠穆朗玛冰期：发生在晚更新世，冰川遗迹保存完整，又两次大规模发展阶段。(6)冰后期：早期
13、教温和，晚期教冷，并有小冰期发生。现年的年平均气温为 0。4 第四纪海面变迁4.1第四纪海面变迁及其原因许多地质迹象表明,第四纪期间大洋面的位置并非永恒不变,它时而升高,时而降低,从而引起了多次沧海桑田的变迁。海面升降改变着海陆间的轮廓,世界上许多大陆架时隐实现,有时升出水面成为陆地,有时隐没在海底为广阔的浅海，这种变迁在地质历史上层出不穷，沟通亚洲与北美大陆的白令海峡,在第四纪期间就曾多次出露水面成为两大洲之间的陆桥,成为新旧大陆生物群交往重要通道。引起海面变迁的主要原因,一是构造运动,一是气候波动，这两种因素对海面变迁的影响并不完全相同,但有时互相交叉又互不易区分。冰期,大洋中的部分海水以
14、冰川形式固结在陆地上,不能随正常的大气循环及地表径流回到海洋,因此水体减少,水层减薄,导致洋面下降.间冰期,气候转暖,冰川消融,大量融水回到海洋,海水体积增加,水层加厚,导致海面上升.这种海面升降变化是全球性的,而非局部性的,而且具有同时性的特点,海面升降的幅度也相近似.但因各地区构造运动的干扰,同一时期海面升降的标志高度相差悬殊.就目前的研究,第四纪晚期海面下降的最低点比现今海面约低 130米,海面上升达的最高点比现今海面大约高 10米左右。44.2 中国海域的海面变迁中国东部各海域自更新世以来曾发生过多次海面升降,特别是晚更新世初以来,沿海平原普遍发生过三次明显的较大规模的海浸和海退.这些
15、沧海桑田的变化,无论在大陆上或海底都留下了一系列遗迹。东部平原的海相层主要分布在各大河流下游及三角洲地区,如华北平原,苏北平原及长江下游平原,都有若干海相沉积埋藏在平原深处,其分布范围可从现在海岸向内陆延伸近百公里,甚至沿河谷上塑数百公里。从微体化石分析,东部地区大体平行于海岸线排列的白洋淀微山湖洪泽湖太湖等湖泊,第四纪期间都曾程度不同地经受海浸影响，我国东部诸海域的海底广泛地遗存着陆相或滨岸相沉积层及相关的生物化石,表明这里曾经历了数次海退而出露在海面以上成为陆地。4.2.1 渤海海面的变迁渤海周围既有构造上升区,也有大范围的下沉区，河北平原就是新生代以来的主要沉降区,组成平原的第四系有陆相
16、沉积层和海洋沉积层，晚更新世以来渤海发生至少发生过三次较大规模的海拔浸和两次海退,其中以距今 15,000年前的海退规模最大,海面下降的幅度可达-130 米左右，三次海退的命名是根据海浸所达到的最远而定的。 沧州海浸：发生在晚更新世早期的一次海浸,海岸线可达沧州附近,北段可达白洋淀以东地区.自西向东谁深逐渐加大,在黄骅以东的高湾至南排河一带水深达 1020 米。山东莱洲湾西岸水深达 40米。献县海浸：这次海浸范围较大，海相层分布广泛，向西可达河北献县一带。海相层厚度达 20余米，黄骅县的歧口至盐山县城为主要沉积区，向西逐渐变薄，至献县附近尖灭。在山东莱洲湾一带的博兴，恒台，该海相层也广泛分布。黄骅海浸：此次海浸发生在全新世，海浸范围，在辽东湾北岸达到盘山地区，渤海湾西岸可达宝堤，天津，文安，黄骅地区，莱洲湾西岸到达广饶地区。当时的海面比现今的海面高 24 米左右。4.2.2 黄海海面的变迁第四纪期间黄海海面变化的形式各地不一，在隆起的基岩海岸有高出海面的阶地，
