第八章环境演变

自然环境,China,地质年代与生物繁殖,第一节第三纪的发展过程,新生代，冈瓦纳古陆进一步分裂，各大陆向现代位置漂移、碰撞、挤压。早第三纪初，欧亚大陆和冈瓦纳大陆及非洲和印度之间横亘着古地中海。早第三纪末，喜马拉雅运动形成了横贯东西的北非、欧亚中部的山脉。同时古地中海只剩下残余部分。新生代，太平洋板块继中生代后连续向环太平洋外带俯冲，北美、南美的海岸形成山脉；亚洲褶皱隆起或形成岛弧。中国东部边缘海域的形成，奠定了中国现代地势的基本结构。喜马拉雅运动中，许多大陆上断裂，形成拗陷盆地；东非大断裂继续发展，并有玄武岩喷发；印度、格陵兰及西北欧等都有玄武岩喷发。中国东部差异性升降和裂隙式玄武岩喷发活动都很强烈。此外，在晚加里东-早海西阶段形成的古老褶皱带，喜马拉雅运动中也表现了剧烈上升和断裂。,一、第三纪的构造演化与全球地形发育,晚第三纪全球海陆分布轮廓已经和现代相似。海水所占面积比现在稍大，而陆地面积比现在稍小。古地中海残余海水仍淹没北非北部、意大利大部、西班牙和法国的南部；法国西部和北欧地区则为大西洋海水所覆盖；北美西海岸南部和墨西哥湾滨海地区也都为海水所占据。阿尔卑斯山升起后，古地中海逐渐变成封闭的内陆海。其残余部分留下来黑海、里海和咸海。中国大陆则和上述地方相反，当时沿海各海域都是陆地，后来才为海水所侵没。经喜马拉雅运动，阿尔卑斯-喜马拉雅山脉和环太平洋山脉都已形成，并继续隆起。特别是青藏高原隆起，对生物界分布、迁徙和气候的变化影响甚巨，是地史发展中的一件重要事件。,一、第三纪的构造演化与全球地形发育,西部青藏高原的隆起和古地中海的消失；东部边缘海域出现和台湾新生代地槽褶皱升起；继承燕山运动阶段的构造体系发生升降运动。,一、第三纪的构造演化与中国地形发育,中国现代构造和地貌轮廓在燕山运动时奠定了基础。第三纪初期，除台湾、喜马拉雅山区、塔里木盆地西缘及海南岛等遭受海侵外，中国大陆已是山川交错，盆地相间。新生代进一步形成三个拗陷带：第一拗陷带：位于中国东部和南部沿海，大部为海水淹没；第二拗陷带：松辽、华北、江汉平原等；第三拗陷带：呼伦口尔、陕甘宁、四川等盆地。在拗陷中填充了大量碎屑物质，第三系最厚可达5000m。在拗陷盆地下第三系中聚集了大量石油。有的还形成下第三系煤田。喜马拉雅运动使喜马拉雅地槽褶皱上升，台湾也脱水而出。东北、内蒙古、河北北部等地区沿着断裂都有大规模玄武岩喷发活动。,一、第三纪的构造演化与中国地形发育,中国第三系以陆相为主，海相沉积仅限于喜马拉雅山、塔里木盆地西缘、台湾局部地区。由于喜马拉雅运动影响范围甚广，上下第三系之间常形成不整合接触。中国东部地区（贺兰山-龙门山一线以东地区），一系列北北东向大小断陷盆地沉积了很厚的第三系。大致可以分为以下几种类型：北部潮湿盆地含可燃有机岩沉积内蒙古准平原湖相沉积华夏山间盆地干旱红色碎屑沉积南部湿润盆地含可燃有机岩沉积华北沉降盆地干湿相间的泥砂沉积华北地区经过燕山运动，太行山以西隆起，以东发生拗陷；在早第三纪初由于喜马拉雅运动，断裂影响加剧，又形成许多次一级的隆起和拗陷，在拗陷中普遍沉积了第三系，厚度可达四、五千米；而在隆起地带，沉积变薄以至消失。,一、第三纪的构造演化与中国地形发育,中国晚第三纪地理轮廓已基本和现代相似，除去台湾、海南岛及沿海个别地段还有海水覆盖，全国大部地区都是陆地。中国东部相当现代日本海、南海、东海、黄海、渤海等地区也都是陆地，晚第三纪后期，太平洋海水向西侵入大陆，形成日本海、东海、南海、黄海等，大约在第四纪初才形成渤海。所以说晚第三纪基本奠定了现代海陆轮廓。因西南部受印度板块俯冲，东部受太平洋板块俯冲影响，大陆内部断裂发育，许多已经夷平的古生代和中生代褶皱山系急剧上升，而断陷盆地则急剧下降。,一、第三纪的构造演化与中国地形发育,海陆,中国北部和西北部，河湖发育。华北地区也有湖泊分布。华北平原继早第三纪之后仍然下沉。松辽盆地亦大范围下沉。秦岭北侧形成渭河断陷盆地下陷一直延续到第四纪。晚第三纪，特别是在上新世，中国东部沿海地区，普遍有玄武岩喷发活动。在喜马拉雅运动后，青藏高原逐渐隆起。台湾地区，中央山脉中新世升起，但东西两侧强烈拗陷。,被子植物始现于早白垩世晚期，到早第三纪极度繁盛，以乔木为主，种类和数量都大量增加。由于纬度、气候各地不同，植物分区现象明显。新生代动物界也发生了重大变化。中生代占统治地位的爬行动物衰退，在中生代始现的哺乳动物迅速发展。,一、第三纪的构造演化与生物繁殖,晚白垩世时哺乳动物约有10多个科，古新世增加到40多个科，始新世又增加了大约80。从中生代爬行动物时代过渡到早第三纪哺乳动物时代，是生物界的又一次巨大的飞跃。渐新世，一些趋向近代化的种类，如奇蹄目、偶蹄目以及食肉目、啮齿目等逐渐获得繁衍。其他脊椎动物如软骨鱼类、硬骨鱼类、鳄类、龟鳖类、鸟类都有所发展。在无脊椎动物中，双壳类、腹足类、介形类等也十分繁盛。,第二节第四纪的环境演变,第二节第四纪的环境演变,第四纪是地史发展的最新阶段：生物界发展的最新阶段；现代海陆分布及地貌起伏形势已经形成；新构造运动强烈；气候变化和气候波动频繁，周期性地出现过冰川活动；堆积了引人注目的大面积黄土；特别是出现了有智能的人类，成为占有和改造地球的主人，地球的历史进入了一个空前的崭新的时代。,一、新构造运动与现代地形轮廓的形成a、青藏高原：大幅度整体隆升第一级阶梯b、西北地区：山体强烈隆起，盆地凹陷第二级c、青藏高原以东，“大太雪”以西，随周围山地构造运动整体抬升阶梯台湾山地强烈隆起，大陆中轻度抬生和沉降第三级阶梯,第二节第四纪的环境演变,第四纪虽已形成现代全球构造和地理面貌，但新构造运动却在不断改变和塑造着新的面貌。在海洋中大洋中脊不断向外扩张。青藏高原在第四纪迅猛隆起。西藏高原的隆起导致了季风的形成。板块的碰撞和俯冲，导致大陆内部断裂运动的增加。断裂产生差异性升降运动，上升部分形成高山，高山之间则形成断陷河谷或盆地。许多早期的断块山地，如长江下游的庐山和九华山，华北平原上的泰山，在第四纪也都继续上升；而松辽平原、华北平原等也在继续下沉，反映了新构造运动的继承性特点。,二、现代季风的形成和温带荒漠的扩展a、青藏高原隆起奠定了我国三大自然地理区分异的基础，高原本身气候趋于寒冷干燥，形成高原季风b、西北地区温带干荒漠形成，华北干旱程度加强c、东部地区湿润、半湿润气候,第二节第四纪的环境演变,青藏高原在距今0.80.6百万年进入冰冻圈或最大冰期对季风和环境的影响（施雅风，1998）,第二节第四纪的环境演变,b、古冰缘广泛分布,三、第四纪气候的冷暖变化a、冰期、间冰期交替,第二节第四纪的环境演变,冰期第四纪时期全球性的降温期，此期内发生大规模的冰川活动，在大陆冰川作用区，大陆冰川从高纬向中纬扩大，引起生物群从极地向赤道迁移，在高山区，高山上部的山岳冰川向山下或向山外围扩大，生物群垂直分带向下迁移。,地球已经历了46亿年历史，根据已有研究发现，在其发展的历史长河中曾经历三次大冰期,第二节第四纪的环境演变,c、冰川作用区的气候变化冰川作用区是指第四纪时期受到古冰川的侵扰和扫荡的地区，一般是35N以北的中高纬地区和高山地区经过。研究最早也是最经典的地区是阿尔卑斯地区。德国的A.Penker.bulukenier,1909年对该区进行了研究，根据寒冷和温暖气候所造成的地貌和沉积物的交替出现划分了4次冰期。从而建立了第一个第四纪气候演化方案。,阿尔卑斯地区的研究成果推动了全世界第四纪古冰川的研究，欧洲、北美、亚洲等地相继发现了古冰川。我国李四光教授也在庐山发现了古冰川遗迹，并进行了冰期划分。世界各地划分的冰期与阿尔卑斯地区有较好对比（见下表），反映了气候变化的全球性特点。,四、黄土堆积,第二节第四纪的环境演变,第四纪沉积下界：国际上有不同意见：有人以意大利弗利卡剖面作为上新统和更新统的分界剖面。有学者认为第四纪下限应为人类出现时，距今350330万年。中国学者认为第四纪应定在黄土沉积的下界，距今248万年。第四纪沉积物特征第四纪沉积物大陆上分布极广，除岩石裸露的陡峻山坡外，到处都为第四纪沉积物所覆盖。第四纪沉积物的特点：大多数未胶结，呈松散状态；保存比较完整；厚度一般不大，数十米至数百米，一些拗陷盆地可达一、二千米；沉积类型复杂，主要有河流沉积、湖相沉积、风成沉积、冰川沉积、冰水沉积、洞穴沉积、残积、坡积、洪积、重力堆积、火山堆积、生物沉积和海相沉积等。第四纪沉积记录了地球发展最新阶段的历史和自然环境的变化，所以研究它具有重要的理论和现实意义。,第二节第四纪的环境演变,第四纪最具有特色的沉积物黄土。中国、欧洲、北美和南美都有大面积黄土分布。中国北方黄土广布，一般厚100200m，最厚300多m。黄土的特征具粉砂性、多钙性、多孔隙、多垂直节理。矿物成分有石英、长石和未分解的角闪石、辉石、黑云母等碎屑，含哺乳动物和蜗牛等化石。原生黄土一般没有明显层理。,第二节第四纪的环境演变,黄土的成因：一般认为是冰碛物和冰水沉积物被风吹扬、堆积而成，其是冰期的产物，古土壤层是间冰期的产物。基本无层理；矿物颗粒多具棱角；含易分解的角闪石、辉石、黑云母等矿物；颗粒有自西而东、自北而南有逐渐变小；黄土厚度自西而东、自北而南有逐渐变小；在同一地区自山下到山上都有黄土分布；黄土地形常和被覆盖的古地形基本一致；黄土中常发现鸵鸟蛋、蜗牛等干燥区动物化石。,第二节第四纪的环境演变,黄土地层划分晚更新世马兰黄土（Q3）黄灰色中更新世离石黄土（Q2）淡棕色早更新世午城黄土（Q1）黄红色在连续黄土剖面中，共夹有30多层古土壤层。,黄土的多波动气候旋回,第二节第四纪的环境演变,刘东生等通过数十年对黄土高原黄土研究，以陕西洛川剖面的黄土古土壤序列为基础，利用多种宏观和微观气候标志，建立了2.4Ma以来的气候曲线，发现了10个时间尺度较大的温湿和干冷的多波动气候旋回，并可与深海氧同位素曲线对比。,五、海平面变化a、全球性冰期间冰期气候波动是导致全球海面升降的主要原因冰期：大陆冰川扩大冰川体积增大海平面下降-海退间冰期：大陆冰川缩小冰川体积减小海平面上升-海侵b、华北平原810次海侵黄海自7万年以来曾3次成陆，3次淹覆1.71.8万年前东海、黄海大陆架大部分脱离海水距今1.5万年前海面又开始回升,第二节第四纪的环境演变,六、生物群和自然地带的变化第四纪生物界与现代相似，但因气候变迁、冰川进退迁徙与分化a、哺乳动物群的演化b、植被有冷暖交替的特点,第二节第四纪的环境演变,向现代继续演化的生物界,第四纪生物界总的面貌已和今天相似。1948年第18届国际地质大会确定，以真马、真牛、真象的出现作为划分更新世底界的标志。,马的演化图,马的演化,始新马（始祖马）早第三纪生活于低矮密林中，身体小巧（和现代狐狸大小相似），多趾（前四后三），便于在林间和湿软的地上奔走；采食树叶，牙齿较小。三趾马上新世前后足都有三趾（只有中间一趾接触地面），身体和牙齿也都加大。因上新世气候变干,草原渐多,有些演化三趾马。真马更新世更新世出现了广阔的草原，马须看得远和行走迅速才能躲避袭击，找到水喝，发展成肢长体高，具有单趾硬蹄和流线形的身体真马。同时，为了咬断和咀嚼多纤维的草，牙齿也变得粗大了。,象的演化图,象的演化,始祖象出现于始新世大小和猪相仿，水陆两栖。没有长鼻和巨大的门齿。后来，许多地方形成茂密的森林，象的门齿逐渐增大，臼齿的齿脊数加多。鼻子渐加长，以便采食植物。猛犸象更新世第四纪时，北半球出现冰川，有一支演化成有长毛的象；两个巨大门齿开始弯卷；臼齿粗大，齿脊也较复杂。同时，背上出现一个瘤状突起，以储养料。披毛犀：第四纪冰川时一种身披浓密长毛的犀牛。和猛犸象同时灭绝。在第三纪初期，出现了最初的灵长类。第四纪初期，古代猿类的一支，向人类的方向发展。随着人类的出现，地球的历史进入了一个全新的阶段。,第三节全新世(冰后期)环境演变,气候波动全新世引起环境演变具有全局性意义的自然因素首先是气候波动气候变暖,中全新世存在一个高温气候适宜期公元前1100年公元后1400年，寒暖交替时期晚更新世冰期结束后，海面迅速回升，海侵；之后，海岸后退全新世海平面变化的三个阶段：6000年前的急剧上升，60005000年前的最高海面，5000年来相对稳定和微微下降气候旱化趋势明显沙漠化过程继续发展，沙漠面积扩大；湖泊、沼泽的缩小、消亡或盐化,第三节全新世的环境演变,全新世气候变化按其特征的阶段划分,a.全新世早期升温阶段包括北极期、前北方期和北方期，此时冰期过后气候开始波动升温，由于冷向干暖转化，但仍较寒冷。b.全新世中期高温阶段主要是大西洋期(又称气候适宜期)，此时全球气候湿暖年均温比现在高3，降水显著增加，全球冰川冻土萎缩，海平面显著上升，阔叶森林扩大(山地林线下降)，其大气环流结构具有间冰期特征。这是人类已经历过的最近的一次全球高温期。c.全新世晚期降温阶段从大西洋期末期大约5kaBP全球气温开始下降(有的地方阔叶树量减少)直到20世纪，气候发展是波动降温，有一系列102a和l03a尺度的12的全球性寒暖气候波动(图1014之C段)，而且2ka以来人为活动对气候与环境的冲击加剧。d.现代升温阶段20世纪升温阶段20世纪以来，现代小冰期结束，进入此阶段。,人类出现,人类的出现是第四纪的重大事件，也是生物发展史上的一次重大飞跃。人会劳动和制造工具，已脱离了动物范畴，因此第四纪实际上是人类时代。人类的发展可分为：古猿中新世和上新世。直立人（猿人）早更新世。早期智人（古人）属中更新世晚期和晚更新世早期。晚期智人（新人）晚更新世后期。,1.古猿阶段,在中新世和上新世地层中发现过多种古猿化石，国际上普遍认为人类分化从腊玛古猿开始。直立行走，但不能制造工具。,2.直立人（猿人）阶段,直立人是人类的直接祖先，已能制造石器。可分为早期直立人和晚期直立人。早期直立人以在非洲早更新世能人为代表。晚期直立人以爪哇直立