11第四纪气候变化

1、第十一章第十一章 第四纪气候变化及其地层第四纪气候变化及其地层 意义意义 第一节第一节 第四纪气候变化的证据第四纪气候变化的证据 第二节第二节 全新世气候变化特征及原因全新世气候变化特征及原因 气候变化剧烈是第四纪地质历史的基本特点之一。气候变化剧烈是第四纪地质历史的基本特点之一。 第四纪气候变化的特第四纪气候变化的特 点：点： 温度变化幅度大，温度变化幅度大， 并有反复的特点；并有反复的特点； 变化范围是全球的，变化范围是全球的， 但存在地域差异。变但存在地域差异。变 化最显著的区域是中化最显著的区域是中 纬度地带，两极及赤纬度地带，两极及赤 道地区变化小；道地区变化小； 冰期和间冰期交替冰

2、期和间冰期交替 出现。出现。 第一节第一节 第四纪气候变化的证据第四纪气候变化的证据 一、一、生物证据生物证据 二、二、地质证据（主要指沉积物证据）地质证据（主要指沉积物证据） 三、三、地貌证据地貌证据 四、四、土壤证据土壤证据 五、五、地球化学证据地球化学证据 六、降水量变化六、降水量变化 七、微观气候标志七、微观气候标志 一定气候环境生活着与其相适应的生物群，从第四纪地层一定气候环境生活着与其相适应的生物群，从第四纪地层 中所含的哺乳动物化石的成分、种属的比例就可分析其生中所含的哺乳动物化石的成分、种属的比例就可分析其生 态环境。态环境。 如：如： 寒冷：猛犸象、披毛犀、北极狐动物群寒冷：

3、猛犸象、披毛犀、北极狐动物群 温暖：河马、亚洲象、大熊猫、犀牛温暖：河马、亚洲象、大熊猫、犀牛 半干旱（草原环境）：啮齿类、草食动物半干旱（草原环境）：啮齿类、草食动物 一、一、生物证据生物证据 1、哺乳动物化石、哺乳动物化石 用生物变化推定气候变化的理论基础用生物变化推定气候变化的理论基础：个别生物的生态与：个别生物的生态与 环境的物理条件之间的关系是保持不变的；生物的分布变环境的物理条件之间的关系是保持不变的；生物的分布变 化就代表气候条件的变化化就代表气候条件的变化 2、植物化石证据植物化石证据 1）第四纪植物水平和垂直分带性）第四纪植物水平和垂直分带性 ，能够揭示气候环境在，能够揭示气

4、候环境在空空 间（地域上）间（地域上）的特征；的特征； 2）第四纪冰期和间冰期气候对植物群落迁移影响显著）第四纪冰期和间冰期气候对植物群落迁移影响显著 ，这种，这种 植被随气候变化能反映气候时间上的气候特征；植被随气候变化能反映气候时间上的气候特征； 3）年轮）年轮 树木年轮的宽窄树木年轮的宽窄 、密度和氧同位素比值能够解释气候变化。、密度和氧同位素比值能够解释气候变化。 利用植物化石推定第四纪气候变化的困难在于：利用植物化石推定第四纪气候变化的困难在于： （1）一些植物的生态可以随气候条件变化而改变，而作为化）一些植物的生态可以随气候条件变化而改变，而作为化 石残留下来的一部分植物的形态却保

5、持不变石残留下来的一部分植物的形态却保持不变 （2）由于更新世气候的反复变化而使植物被迫多次迁移的某）由于更新世气候的反复变化而使植物被迫多次迁移的某 些生物的生态没有变化些生物的生态没有变化 （3）某些植物化石共生组合与气候标志有矛盾。如植物混合）某些植物化石共生组合与气候标志有矛盾。如植物混合 （4）植物迁移较动物迁移慢，因此有时利用动物群化石和植）植物迁移较动物迁移慢，因此有时利用动物群化石和植 物群化石推定的气候变化相矛盾物群化石推定的气候变化相矛盾 （5）微气候变化也给植物化石解释第四纪气候变化带来困难）微气候变化也给植物化石解释第四纪气候变化带来困难 （6）一些第四纪植物化石的种，

6、现时业已灭绝）一些第四纪植物化石的种，现时业已灭绝 1、冰碛砾岩和冰碛物、冰碛砾岩和冰碛物 ：冰川作用产物，指示寒冷气候；：冰川作用产物，指示寒冷气候； 二、二、地质证据（主要指沉积物证据）地质证据（主要指沉积物证据） 2、季候泥、季候泥 ：冰湖沉积，指示寒冷气候；：冰湖沉积，指示寒冷气候； 3、岩盐和石膏等蒸发岩、岩盐和石膏等蒸发岩 ：干燥气候产物（高温、少雨，蒸：干燥气候产物（高温、少雨，蒸 发量大）；发量大）； 4、黄土、黄土 ：干凉气候产物；：干凉气候产物； 5、冻土、冻土 ：冰缘气候，寒冷；：冰缘气候，寒冷； 1、冰川地貌、冰川地貌 ：寒冷气候产物；：寒冷气候产物； 三、三、地貌证据

7、地貌证据 2、风沙地貌、风沙地貌 ：干旱气候产物，如沙丘、沙垅等；：干旱气候产物，如沙丘、沙垅等； 3、黄土地貌、黄土地貌 ：干凉气候产物，如西北地区塬、梁、峁；：干凉气候产物，如西北地区塬、梁、峁； 4、雪线高度的变化、雪线高度的变化 ：可指示气候冷暖变化。：可指示气候冷暖变化。 1）冰川侵蚀地貌）冰川侵蚀地貌 ：冰斗、角峰、刃脊、羊背石等；：冰斗、角峰、刃脊、羊背石等； 2）冰积地貌）冰积地貌 ：尾碛垅、中碛垅等；：尾碛垅、中碛垅等； 3）冰水地貌）冰水地貌 ：冰水冲积扇、冰砾阜阶地等；：冰水冲积扇、冰砾阜阶地等； 四、四、土壤证据土壤证据 土壤发育过程取决于作为母质的岩石或沉积物的类型、

8、土壤发育过程取决于作为母质的岩石或沉积物的类型、 气候、地形、植物和微生物的生长，以及土壤发育的时气候、地形、植物和微生物的生长，以及土壤发育的时 间间 1、灰壤（灰化土）：潮湿气候、灰壤（灰化土）：潮湿气候 2、棕壤：较灰壤温暖干旱、棕壤：较灰壤温暖干旱 3、黑钙土（黑土）：夏季较干旱、温暖，降雨主要集中在春、黑钙土（黑土）：夏季较干旱、温暖，降雨主要集中在春、 秋季节的大陆气候条件秋季节的大陆气候条件 4、栗钙土：夏季温度高、降水量小，伴生草原植物、栗钙土：夏季温度高、降水量小，伴生草原植物 5、红土：热夏季、温湿冬季、红土：热夏季、温湿冬季 6、沙漠土：干旱气候、沙漠土：干旱气候 五、五

9、、地球化学证据地球化学证据 1、原理：、原理：堆积物中化学成分及丰度的变化可作为划分气候的堆积物中化学成分及丰度的变化可作为划分气候的 证据。不同气候条件下，由于水的化学和物理性质的改变，导证据。不同气候条件下，由于水的化学和物理性质的改变，导 致堆积物化学性质的改变。特别是稀有和放射性元素的丰度在致堆积物化学性质的改变。特别是稀有和放射性元素的丰度在 垂向的变化更为重要。垂向的变化更为重要。 如氧同位素比值如氧同位素比值18O/ 16O是一个重要参数，是一个重要参数， 18O的丰度是沉积的丰度是沉积 物沉积时水温的一个函数。物沉积时水温的一个函数。 18O/ 16O的值降低时，反映气候温暖；

10、的值降低时，反映气候温暖； 18O相对于 相对于16O富集量每增加富集量每增加0.02%，海水温度下降，海水温度下降1 。 六、降水量变化六、降水量变化 第四纪时期内，中纬带和赤道附近湖泊的水面高于现时的第四纪时期内，中纬带和赤道附近湖泊的水面高于现时的 水面，原因：冰期中这些地区的气候寒冷，使蒸发量降低，水面，原因：冰期中这些地区的气候寒冷，使蒸发量降低， 降水有较多的累积。降水有较多的累积。 冰期冰期湖水面升高、咸度降低湖水面升高、咸度降低 间冰期间冰期湖水面降低、咸度升高湖水面降低、咸度升高 七、微观气候标志七、微观气候标志 由于微观气候标志存在的广泛性，在古气候研究中越来越由于微观气候

11、标志存在的广泛性，在古气候研究中越来越 引起人们的关注。目前比较成熟和常用的微观气候标志主要有以引起人们的关注。目前比较成熟和常用的微观气候标志主要有以 下几种：下几种： （1 1）粘粒分子率（）粘粒分子率（SiOSiO2 2/Al/Al2 2O O3 3、SiOSiO2 2/Fe/Fe2 2O O3 3） 比值低比值低湿热，比值高湿热，比值高干冷干冷 （2 2）CaCOCaCO3 3含量含量 冰期冰期CaCOCaCO3 3高，间冰期高，间冰期CaCOCaCO3 3低低 （3 3）粘土矿物）粘土矿物 一般地：高岭土一般地：高岭土湿热，伊利石湿热，伊利石干冷干冷 1、第四纪气候变化导致大陆冰川的

12、大规模发生和消退，第四纪气候变化导致大陆冰川的大规模发生和消退， 冰期和间冰期的温度差为冰期和间冰期的温度差为8-15； 八、八、第四纪气候变化的结论第四纪气候变化的结论 2、地质、生物、冰缘现象等不同类型的证据，都只能由其地质、生物、冰缘现象等不同类型的证据，都只能由其 本身证明气候变化，它们之间的确切对比是困难的本身证明气候变化，它们之间的确切对比是困难的 ； 3、陆地古气候证据与海洋古气候证据联合起来，可以详陆地古气候证据与海洋古气候证据联合起来，可以详 细地划分冷期和暖期；细地划分冷期和暖期； 4、陆地古气候证据只能确定冰期和间冰期的大轮廓，而陆地古气候证据只能确定冰期和间冰期的大轮廓

13、，而 连续的海洋证据，则可从详细地研究冷期和暖期。连续的海洋证据，则可从详细地研究冷期和暖期。 一、一、全新世气候变化特征全新世气候变化特征 1、时间：、时间：10000a ； 2、变化特征：、变化特征： 1）温度快速升高；）温度快速升高； 2）冰川大量消融，海平面明显上升；）冰川大量消融，海平面明显上升； 3）许多哺乳动物灭绝，人类出现等。）许多哺乳动物灭绝，人类出现等。 第二节第二节 全新世气候变化特征及全新世气候变化特征及 原因原因 全新世气候变化按其特征可分为全新世气候变化按其特征可分为A、B、C、D 4个阶段：个阶段： a.全新世早期升温阶段全新世早期升温阶段 包括北极期、前北方期和

14、包括北极期、前北方期和 北方期，此时冰期过后气北方期，此时冰期过后气 候开始波动候开始波动 升温，由冷向干暖转升温，由冷向干暖转 化，但仍较寒冷化，但仍较寒冷(图图 1014A段段)。 b.全新世中期高温阶段全新世中期高温阶段 主要是大西洋期主要是大西洋期(又称气候又称气候 适宜期适宜期)，此时全球气候湿暖，此时全球气候湿暖 年均温比现在高年均温比现在高 3(有的地有的地 区可能更高一些区可能更高一些)，降水显著，降水显著 增加，全球冰川冻土萎缩，增加，全球冰川冻土萎缩， 海平面显著上升海平面显著上升 ，阔叶森林，阔叶森林 扩大扩大(山地林线下降山地林线下降) ，其大，其大 气环流结构具有间冰

15、期特征。气环流结构具有间冰期特征。 这是人类已经历过的最这是人类已经历过的最 近的一次全球高温期近的一次全球高温期(图图10 14B段段)。 c.全新世晚期降温阶段全新世晚期降温阶段 从大西洋期末期大约从大西洋期末期大约 5ka BP全球全球 气温开始下降气温开始下降(有的地方阔叶树量有的地方阔叶树量 减少减少) ，直到，直到20世纪，气候发展是世纪，气候发展是 波动降温，有一系列波动降温，有一系列102a和和103a尺尺 度的度的l2的全球性寒暖气候波的全球性寒暖气候波 动动 (图图1014之之C段段)，而且，而且2ka以来人以来人 为活动对气候与环境的冲击加剧。为活动对气候与环境的冲击加剧

16、。 d. 20世纪升温阶段世纪升温阶段 20世纪以来，现代小世纪以来，现代小 冰期结束，进入现代升温冰期结束，进入现代升温 阶段（图阶段（图10- 14 ) 。 现代气候虽仍有冷暖现代气候虽仍有冷暖 波动，但总的呈现升温趋波动，但总的呈现升温趋 势势 二、二、全新世气候变化原因全新世气候变化原因 1、研究目的、研究目的 1）理论意义：探讨过去气候变化的规律和起因）理论意义：探讨过去气候变化的规律和起因 2）现实意义：探讨未来气候变化的趋势，为人类服务）现实意义：探讨未来气候变化的趋势，为人类服务 2、气候变化的原因、气候变化的原因 1）宇宙原因）宇宙原因 2）地球原因）地球原因 3）人为原因）

17、人为原因 太阳绕银河系中心旋转，太阳（辐太阳绕银河系中心旋转，太阳（辐 射、粒子流）变化，行星碰撞等。射、粒子流）变化，行星碰撞等。 地壳运动与物质变化；海洋温度、地壳运动与物质变化；海洋温度、 沉积沉积 作用，洋流变化；地球自转变化作用，洋流变化；地球自转变化 与地磁场移动；山岳冰川变化；大气与地磁场移动；山岳冰川变化；大气 质量、成分变化等等。质量、成分变化等等。 燃烧释放燃烧释放CO2 ，毁林开荒，气溶胶，毁林开荒，气溶胶 （液）的影响等。（液）的影响等。 第四纪气候变化的地层学意义第四纪气候变化的地层学意义 第四纪气候变化的直接结果就是出现了冰第四纪气候变化的直接结果就是出现了冰 期和

18、间冰期的交替。这种交替出现，引起期和间冰期的交替。这种交替出现，引起 了生物、地质、地貌、土壤、地球化学及了生物、地质、地貌、土壤、地球化学及 海面的交替变化。这些变化又可以反过来海面的交替变化。这些变化又可以反过来 用于推定第四纪气候。用于推定第四纪气候。 在第四纪地层学中可以分为研究冰川环境在第四纪地层学中可以分为研究冰川环境 进行地层划分的冰川地层学以及研究非冰进行地层划分的冰川地层学以及研究非冰 川环境进行地层划分的非冰川地层学。川环境进行地层划分的非冰川地层学。 从大的方面看，气候变化在全世界是同时的，所以气候变从大的方面看，气候变化在全世界是同时的，所以气候变 化的证据可以作为一种时间地层对比的依据。又由于第四纪化的证据可以作为一种时间地层对比的依据。又由于第四纪 气候变化是多次反复的，所以可据以划分阶段以及相对应于气候变化是多次反复的，所以可据以划分阶段以及相对应于 阶段所形成的地层单位。阶段所形成的地层单位。 第四纪气候变化的全球性、同时性、阶段性，以及它与沉第四纪气候变化的全球性、同时