第4纪古环境研究方法

一、沉积学方法二、古生物学方法三、地貌学方法四、矿物学方法五、地球化学方法六、同位素方法七、磁化率方法八、植物硅酸体方法九、有机高分子方法一、沉积学方法1、沉积构造沉积构造可以反映水动力条件和沉积环境（3）季候泥（纹泥）：由两条深、浅的纹层构成。湖泊、溶洞沉积。（1）厚层的块状层理：（2）薄层的水平层理：冰湖沉积形成的季侯纹泥成分变化：指示季节变化。厚度变化：指示降水的变化。颜色变化：指示气候和降水的变化。细粒层：冬季粗粒层：夏季深色层：冬季浅色层：夏季粗细变化：指示气候的季节变化。（5）粒序层理：注意分选性在剖面上的垂向变化。正粒序反粒序（4）分选性：常年流水：好暂时性流水：差2、成因类型（5）湿冷：黑色土、沼泽土。（1）干旱：黄土、风成砂、洪积物、盐类沉积。（2）湿润：湖泊、河流、石钟乳沉积。（3）湿热：红粘土。（4）干冷：黄土、岩石碎屑、洞穴角砾、冰碛物。黄土角砾石层钙板层钙板层火山岩中的风成砂野外研究注意不同成因类型在垂向的变化3、粒度分析（5）粒度样品取样要求（1）直方图和频率曲线（3）概率曲线（2）累积曲线（4）粒度变化曲线（1）直方图和频率曲线频率曲线（2）累积曲线（3）概率曲线（4）粒度变化曲线二、古生物学方法3、动物学的方法1、植物学的方法2、树木年轮的方法1、植物学的方法（1）植物的生态类型气候与植物类型和组合云杉、冷杉、松、落叶松等构成寒带（暗）针叶林温度变化＝H海拔变化值km×5.5℃（2）植物孢粉的应用这是最常用的方法。注意孢粉的组合、搬运。孢粉在剖面上的组合。几种比值得变化：藜/蒿、麻黄/水龙骨、栎/（冷杉+云杉）（3）植物大化石的应用A、叶缘：锯齿型叶全缘叶浅裂型叶升高全缘叶Lobed浅裂 serrated锯齿型叶缘形态与气候的关系热带雨林 全缘叶比例

75％副热带雨林 57－75％亚热带雨林 40－50％温热带雨林 0－35％D、叶质：气候干冷：厚细腻。热带雨林：叶面光滑。B、叶脉密度：温带雨林：密度大，网眼小热带雨林：密度小，网眼大C、叶面类型：温带雨林：叶面粗糙，有纤毛。气候干冷：粗糙。（4）取样要求A、岩性的选择利于孢粉研究的岩性：细粒（粘土、粉砂质粘土、粘土粉砂、粉砂；而砾石、砂不适合孢粉研究）；颜色深：黑色、灰色等较好，而红色较差B、样品要求（2）重量：250g（3）在剖面上等间距取样，间距可根据剖面性质、地层年代决定。（1）样品袋用塑料自封袋2、树木年轮的方法（1）年轮宽度、密度的变化。（2）碳、氧同位素的变化。年轮宽——湿热年轮窄——干冷树木年轮的宽窄变化树木年轮的宽窄与气候变化过去140年和过去1000年气温变化（与1961年-1990年的平均值比较）。上图数据来自测温仪器，下图数据红线是来自测温仪器，蓝线来自树木年轮、珊瑚、冰芯以及历史文献。过去200年贺兰山树轮

－纤维素的δ13C序列和树轮宽度对比（据马利民等，2003）采样要求：（1）一个采样点至少要采集20棵相同树种的样本；（2）悬崖优于石壁，迎风坡优于背风坡，陡坡优于缓坡，山脊优于山谷；（3）宜选择树龄较长、年轮纹印清晰、敏感度高、伪轮和样品断裂较少的针叶树种；（4）树芯样本的采集使用生长锥在距离地面130cm左右钻取树木横截面上的树芯；（5）圆盘样本的采集使用长柄龙锯或油锯在距离地面30～40cm高度截取树木横截面圆盘样本。3、动物学的方法环境类型：宏观和微观两个方面。地理型：北方型（古北界）、南方型（东洋界）生态型：草原型、灌丛型、森林型、荒漠型气候型：喜干型、喜湿型、喜冷型、喜暖型（1）典型类型分析根据哺乳动物生活的气候特征，可划分为不同的类型田鼠象周口店第1地点利用啮齿动物计算温度和降雨量（2）统计分析“北京人”牙齿特征食虫类牙齿特征翼手类牙齿特征兔形类牙齿特征啮齿类牙齿特征食肉类牙齿特征奇蹄类牙齿特征偶蹄类牙齿和角特征三、地貌学方法寒冷气候：冰川、冻土地貌温暖气候：岩溶、河流、湖泊地貌干旱气候：风蚀、风积地貌（1）成因类型（2）几种特殊地貌冰斗温度变化＝H冰斗高度变化值km×6.0（2）几种特殊地貌古冰楔发育在不同沉积层：粘土层：－5～－7℃砂层：－8～－9℃砾石层：－10～－11℃砾石层中古冰楔粘土层中古冰楔（2）几种特殊地貌湖岸线、海岸线、水下阶地、水下古河床内蒙岱海湖面波动四、矿物学方法（2）粘土矿物气候干冷：伊利石、蒙脱石含量高气候温湿：高岭石含量高（1）碎屑矿物气候干冷：不稳定碎屑矿物含量高气候暖湿：稳定碎屑矿物含量高北京平原区一钻孔的第四纪地层划分五、地球化学方法用于生态环境分析的有：Fe3+、Fe2+、Al2O3、SiO2、MnO2、CaCO3、TiO2等。1、风化强度指数Harnois的化学风化指数CIW=Al2O3x100(Al2O3+CaO+Na2O)总的趋势：风化指数越小，气候越干冷；反之，气候就越温暖。土壤学中常用的指数：（游离的）Fe2O3/(全)Fe2O32、CaCO3原生的CaCO3海相地层中：冰期时大气环流加强，赤道海洋获得大量营养补给，生物产量高，CaCO3沉积丰富。反之，低。陆相地层中：含量高，气候干冷。4、计算古温度硅氧化物率：SiO2/Fe2O3＋Fe2O3黄壤砖红壤红壤2-2.2硅铝率：SiO2/Al2O3硅铁率：SiO2/Fe2O33、粘粒分子率主要利用Fe3+/Fe2+的比值。t－推算的古温度值T－当地现今的年平均温度值M－某样品的Fe3+/Fe2+的值与各样品的Fe3+/Fe2+的平均值的差X－各样品的Fe3+/Fe2+的平均值t=T+(TM)/X或t=－2T+Tm/X六、同位素方法利用一些稳定同位素进行古环境研究，目前主要利用氧、碳、氢等。

18O＝(18O/16O样-18O/16O标)/(18O/16O标)X10001、氧同位素深海沉积物

18O值得升高，水温降低。研究表明：CaCO3中的18O/16O的0.0023的变化，反映海水温度的1℃。冰芯

18O值得升高，气温升高。有人研究动物化石（牙齿）和植物纤维素的氧同位素组成，18O值受动物的饮水和食物的影响。

13C＝(13C/12C样–13C/12C标)/(13C/12C标)X10002、碳同位素有机碳同位素反映C4和C3植物光合作用形成四碳化合物－苹果酸或天门冬氨酸，如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等

光合作用形成三碳化合物－磷酸甘油酸，如小麦、水稻大豆、棉花等

C4植物（草本为主）：

13C值高，C4植物越发育，气候越干旱。C3植物（木本为主）：

13C值低，C3植物越发育，气候越温暖。

13x-0.002x2无机碳同位素反映温度和降水x=年平均气温/年平均降雨量

13C低值对应于温暖湿润气候

13C高值对应于干冷湿润气候黄土中的有机碳和碳同位素记录古土壤层：较高，一般在0.3%～0.64%。黄土层。较低，一般在0.04%～0.45%。土壤层：有机碳同位素高，-15~-21‰。黄土层：有机碳同位素低，-21~-24‰。土壤层：无机碳同位素低，-7~-10‰。黄土层：无机碳同位素高，-4~-7‰。3、氢同位素分析消化纤维中与碳原子（CH）结合的同位素

D＝-(4.3±1.2)P+(0.02±0.01)T

D值越低，降雨量越高D值越高，降雨量越低七、磁化率方法气候干冷：磁化率低气候暖湿：磁化率高洛川黄土剖面地球化学、氧同位素、粉尘通量与气候关系（据安芷生等，1999）磁化率取样要求：（1）等间距取样（2）黄土、湖积物等细粒沉积效果较好（3）粗粒物质使磁化率升高八、植物硅酸体的方法植物硅酸体，简称植硅体，是指高等植物的根系在吸收地下水的同时，吸收了一定量的可溶性二氧化硅，这些二氧化硅经过植物的输导组织输送到了茎、叶、花、果实等处，而后在植物细胞间和细胞内沉淀下来，形成非晶质二氧化硅颗粒。植物硅酸体的形态渭南地区晚冰期以来部分植物硅酸体类型图式及年均温、年均降雨量（据吴乃琴等，1994）九、有机高分子方法分子化石，也称化学分子，泛指保存在地层中的各种地史时期生物体分解后的有机体分子，如古DNA、古蛋白、古氨基酸、类脂化合物、烃类、多糖等。