第四纪
新生代的第三个纪。从距今260万年至现代,延续约260万年。“第四纪”一词由法国学者德努埃(J.Desnoyers)于1829年创用。分更新世(PleistoeneEpoch)和全新世(HoloceneEpoch)。第四纪形成的地层叫第四系,代表符号为“Q”。更新世又称洪积世(Diluvium),从260万年前至1万年前;全新世又称冲积世(Alluvium),从1万年前至现代。
第四纪有两大特点,一是此期气候变化剧烈,高纬度地区发生过多次冰川,中、低纬度地区也受到很大影响,二是人类出现,直立人(Homoereclus)和智人(H.sapiens)都在此期大量出现和迅速发展。
第四纪-梗概
地球历史的最新阶段,新生代最后一个纪。约开始于260万年前持续至今。这一时期形成的地层称第四系。第四系一名是法国学者J.德努埃于1829年提出的。第四纪包括更新世和全新世,相应地层称更新统和全新统。第四纪下限的确定,意见分歧较大。1948年第十八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的标志。陆相地层以意大利北部维拉弗朗层,海相以意大利南部的卡拉布里层的底界作为更新世的开始。中国以相当于维拉弗朗层的泥河湾层作为早更新世的标准地层。其后,应用钾氢法测定了法国和非洲相当于维拉弗朗层的地层底界年龄约为180万年。因此,许多学者认为第四纪下限应为距今180万年。1977年国际第四纪会议建议,以意大利的弗利卡剖面作为上新世与更新世的分界,其地质年龄约为170万年。对中国黄土的研究表明,约248万年前黄土开始沉积,反映了气候和地质环境的明显变化,认为第四纪约开始于248万年前。还有学者认为,第四纪下限应定为330～350万年前。
第四系的划分,普遍采用1932年第二届国际第四纪会议上提出的四分原则,即分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。相应的地质时代为早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。
第四纪地层的划分主要依据沉积物的岩石性质及地质年龄。第四纪沉积物分布极广,除岩石裸露的陡峻山坡外,全球几乎到处被第四纪沉积物覆盖。第四纪沉积物形成较晚,大多未胶结,保存比较完整。第四纪沉积主要有冰川沉积、河流沉积、湖相沉积、风成沉积、洞穴沉积和海相沉积等。其次为冰水沉积、残积、坡积、洪积、生物沉积和火山沉积等。
第四纪的火山
第四纪-地史特征
新构造运动以来的,第四纪的构造运动即属于新构造运动。在大洋中,洋底沿中央洋脊向两侧扩张。对太平洋板块移动速度测量表明,每年向西移动最大达到11厘米,向东移动6.6厘米。陆地上新的造山带是第四纪新构造运动最剧烈的地区,如阿尔卑斯山、喜马拉雅山等。喜马拉雅山自第四纪以来,上升大约3000米,珠穆朗玛峰一带每年上升达10毫米。有些地区第四纪时期地壳强烈下沉,沉积了巨厚的第四纪沉积物,如中国的华北平原、柴达木盆地等,是新构造运动的表现形式之一,地震集中发生在板块边界及活动断裂带上,如环太平洋地震带、加利福尼亚断裂带、中国的郯庐断裂带等。也是新构造运动的一种形式,主要分布在板块边界或板块内部的活动断裂带上。中国黑龙江的五大连池、山西大同盆地、广东雷州半岛、海南、云南腾冲、台湾等地都有第四纪火山。五大连池最后一次喷发在1720年。1951年新疆和乌塔库尔湖附近发生火山喷发,熔岩流堵塞河流形成湖泊。
地球极块第四纪样图
第四纪-气候特征
第四纪时期,地球气候出现过多次冷暖变化。20世纪60年代以来,应用新的测年技术和确定古温度、古环境的各种方法,研究了大洋沉积、冰岩心、黄土沉积等,发现240万年以来至少经历了24个气候旋回,从而建立了第四纪多次波动的气候变化模式。气候变化存在多种时间尺度的周期,其中以8～10万年的周期表现最为明显。而且气候变化的过程不是缓慢进行的,在短时间内即可发生显著的变化。
气候变化可使生物带、气候带产生大规模的迁移。例如距今1.8万年为末次冰期最盛时期,夏季海洋表面温度降低2.3℃,北大西洋海水温度降低18℃,西太平洋降低10℃。北半球中纬地区气温下降10～15℃,欧洲大陆冰流由北纬77°南移到北纬55°,苔原由北纬69°移到北纬45°。北美大陆冰流扩展到北纬40°～38°。中国多年冻土南界南移到北纬40°左右。目前正处于间冰期,但有的间冰期气温比现在高2～3℃。一般地说,冰期时气候寒冷干旱,间冰期时温暖湿润。然而气候状况是大气环流、构造运动、海陆分布、地貌和植被特征等多方面正负反馈、相互作用的综合结果,所以个别地区冰期时反而湿润多雨。
适合生命的第四纪
地球气候波动的原因,有数十种假说,主要有太阳辐射假说、米兰科维奇假说、地磁场变动假说、大气透明度变化假说和大陆漂移引起的地理环境变化假说等。目前,米兰科维奇假说的“天文理论”已被普遍接受,认为第四纪气候变化由于地球相对于太阳位置的变化所造成。根据地球绕日运动的变化周期,计算地球上太阳辐射的变化历史与第四纪古气候旋回研究的结果比较一致。该假说虽然解释了许多第四纪气候变化的现象,但仍有一些现象不能解释,有待进一步完善。
人类活动特别是工业生产使大气中CO2增加,加强了大气的温室效应,使气温升高,近100年来,平均气温升高约0.4℃。这一趋势还将继续下去,因此成为第四纪气候变化研究的重要课题。
第四纪-海平面变化
第四纪期间由于气候变化、地壳运动等原因引起的海平面升降。包括绝对变化和相对变化两方面含义。目前的研究多从相对变化入手,即以陆地为基准,按不同时期海平面与陆地基准的相对高度关系来判别海平面的变动。其变化原因很多。1841年麦克拉伦(C.Maclaren)首先提出更新世海平面的振荡性,认为海平面变化是气候变化所致,并称之为冰川型海面变化。1865年杰米森(TJamieson)提出冰川均衡运动理论,认为气候变化引起冰盖消长,使地壳发生变形。他将海平面变化曲线主要归结于区域构造运动的性质和幅度,以及沉积物压缩性等原因。1906年,休斯(E.Suess)提出(全球)海面升降(eustasy)理论,认为沉积物增加会引起全球性海面上升;地壳沉降形成洋盆时,则引起海面下降。意指,海进和海退是洋盆容积变化的结果,全球性海面变化并不包括海水量的增减。20世纪50年代末至70年代早期,海平面变化研究工作迅速地由定性阶段发展到定量阶段。大量14C数据表明,最后一次冰川作用始于70000年前,距今18000年左右达到最盛期,约止于10000年前。冰川最盛期的最低海面位置,随着冰盖厚度研究的深入而有较大进展:1950年以前估算值为-100米左右;1969年弗林特(R.F.Flint)根据1953年以后南极大冰盖厚度,修正为-132米;
中国黄海、东海大陆架,距今15000年前的最低海面为-150～-160米。对全新世早期海平面迅速上升运动,已获得比较一致的看法;对近6000多年来的海面变化,主要有3种不同的观点:①大西洋期结束时海平面比现在高约3米;②全新世不存在高海面;③3600年来海平面是稳定的。有人从地球流变学观点出发,认为地球是粘弹性体,冰盖消长引起的冰川均衡作用(glacio-isostasy)对远距离地区也是重要的;冰盖消长引起的洋盆水体积变化,——水力均衡运动(hydro-isostasy),对海底也有作用;地球内部和表面质量的重新分布造成大地水准面变形:大地水准面—海面变化(Geoidedeustasy)。克拉克(J.A.Clark,1980)提出的粘弹性地球体海面变化数值模型,将世界大洋划分为6个具有不同海面变化曲线带,认为全球不存在统一的海平面曲线,这为研究全新世海面变化提出新的思路。
第四纪海平面变化
第四纪-冰川
第四纪大冰川期,距今约200万年。地球史上最近一次大冰川期。冰川的发生是极地或高山地区沿地面运动的巨大冰体。由降落在雪线以上的大量积雪,在重力和巨大压力下形成,冰川从源头处得到大量的冰补给,而这些冰融化得很慢,冰川本身就发育得又宽又深,往下流到高温处,冰补给少了,冰川也愈来愈小,直到冰的融化量和上游的补给量互相抵消。一般冰川为舌状,冰川面往往高低不平,有的地方有深的裂口,即冰隙。冰川可分为大陆冰川和山岳冰川两大类。第四纪时欧洲阿尔卑斯山山岳冰川至少有5次扩张。在中国,据李四光研究,相应地出现了鄱阳、大姑、庐山与大理4个亚冰期。现代冰川覆盖总面积约为1630万平方公里,占地球陆地总面积的11%。中国的现代冰川主要分布于喜马拉雅山(北坡)、昆仑山、天山、祁连山和横断山脉的一些高峰区,总面积约57069平方公里。
北半球第四纪冰期对比表
在中国内蒙古赤峰市巴林左旗、克什克腾旗、翁牛特旗、宁城县等地多处发现的第四纪冰川遗迹--冰臼群及其冰石林、角峰、石河等是“国内外目前发现的数量最多,分布最广,形态各异,保存完好,特征十分明显的古冰川遗迹……在国内外实属罕见,堪称‘世界奇观’”。
天都峰为第四纪冰川形成
第四纪-生物进化
第四纪生物复原图
第四纪生物与第三纪相比,在分布和组成上发生了明显的变化。哺乳动物与上新世相比有很大进化,如欧洲及邻近的亚洲部分现生的119个种中只有6个在上新世生存过。植物界的进化比较缓慢,西北欧的植物约80%在第四纪开始时即已存在。第四纪冰期时,大陆冰盖向南扩展,动植物也随之向南迁移。间冰期期间动植物向北迁移。冰期和间冰期植被带的移动范围最大可达纬度30°,在地层剖面中可明显地看到喜冷和喜暖动植物群的交替现象。第四纪后期,大型陆生哺乳动物发生过大规模绝灭。在北美,大型哺乳动物的属有70%绝灭,欧洲和非洲比例小得多。这一大规模绝灭发生于距今15000～9000年。发生大规模绝灭的原因主要是人类的狩猎活动,其次是自然环境的变迁。第四纪不同时期出现不同的动物群。欧洲早更新世具代表性的是维拉弗朗动物群,出现了真马、真牛、真象;中更新世以克罗默尔动物群为代表;晚更新世时出现了许多极地动物。北美早更新世有布朗克动物群,中更新世有伊尔文顿动物群,晚更新世有兰错伯累动物群。中国北方则有早更新世泥河湾动物群,中更新世周口店动物群,晚更新世萨拉乌苏动物群。
第四纪生物化石
第四纪-人类的诞生
第四纪是人类出现和发展的时期,普遍认为第四纪的猿人由中上新世的腊玛古猿(Ramapithecus)发展而来的。早更新世开始出现早期猿人,其代表是坦桑尼亚 奥杜威峡谷的能人(Homohabilis),同时还发现能人使用的旧石器。含能人化石的地层年代为175万年。同一地点发现的东非人化石,现在定为南方古猿鲍氏种(Australopithecusboisomi),认为它是与早期猿人同时生活的一种,古猿晚期猿人以北京猿人(Homoerectuspekinensis)和爪哇猿人(Homoerectuserectus)为代表,他们生活在中更新世,已能用火,并用不同方法加工石料,制造各种类型的石器。蓝田猿人(Homoerectuslantianensis)的时代可能比北京猿人早,但也属于晚期猿人。与北京猿人同时的还有毛里坦人(Homoerectusmauritanicus)和海德堡人(Homoerectusheidelber-gensis),稍晚有和县人(Homoerectushexianensis)和大荔人(Homosapionsdaliansis),他们已接近早期智人。欧洲这个时期的旧石器文化有阿布维利文化(舍利文化)、阿舍利文化和克拉克当文化等。从亚洲非洲和欧洲各地晚期猿人文化的分布看,大大超过了早期猿人的分布范围。中更新世晚期,人类发展到智人(古人)阶段。属于这个阶段的人类化石,有中国丁村人、马坝人、长阳人等,欧洲以尼安德特人为代表。早期智人广泛采用修理石核技术来制造石器。中国的丁村文化、欧洲的莫斯特文化和西亚的勒瓦娄哇文化,都是这个时期旧石器文化的代表。
晚期智人出现在晚更新世晚期,有中国河套人、山顶洞人等,欧洲最著名的是克鲁马农人。晚期智人的文化有河套文化、山顶洞文化,欧洲把晚期智人的文化分为奥瑞纳、梭鲁特和马格德林三期。这个时期石器加工十分精细,出现了雕刻、绘画等艺术品。
第四纪的人类
第四纪-参考资料
http://www.chinabaike.com/article/sort0525/sort0557/2007/20070803157409_5.html
http://info.datang.net/D/D1031.htm
曹家欣编著: 《第四纪地质》 ,商务印书馆,北京,1983。
