3. 第四纪气候及海平面变化

冰斗分布，可确定局部雪线，因为 可确定局部雪线，
它们在雪线位置或雪线附近形成。 它们在雪线位置或雪线附近形成。一群 冰斗底高度， 冰斗底高度，指示它们形成时的雪线。 冰斗底与现时雪线间的高差， 冰斗底与现时雪线间的高差，可证明在 冰斗形成时雪线降低幅度， 冰斗形成时雪线降低幅度，并可计算第 四纪冰期时的温度与现时的温差。 四纪冰期时的温度与现时的温差。
（3）栗钙土：产生于夏季温度高和降水量小的气 ）栗钙土： 候条件。 候条件。 ）：形成于夏季较干旱 （4）黑钙土（黑土）：形成于夏季较干旱、温暖、 ）黑钙土（黑土）：形成于夏季较干旱、温暖、 降雨，主要集中在春、 降雨，主要集中在春、秋季节的大陆气候条件 下。 （5）红土：产生于热夏季和温湿季气候条件下。 ）红土：产生于热夏季和温湿季气候条件下。 因土的氧化作用剧烈， 因土的氧化作用剧烈，游离氧化铁的水解程度 小，故土壤呈红色。 故土壤呈红色。 （6）沙漠土：是在气候干旱条件下形成的。 ）沙漠土：是在气候干旱条件下形成的。
寻找第四纪气候变化证据的方法
• 生物证据
（1）动物群证据： 动物群证据：
来自各别种和一些种的共生组合，以及 来自各别种和一些种的共生组合， 它们在时空的分布和变化。 它们在时空的分布和变化。如：利用沉积物 中含特殊有孔虫共生组合， 中含特殊有孔虫共生组合，得到海面温度和 海水咸度，研究气候变化。 海水咸度，研究气候变化。另据脊椎动物及 软体动物的形态及分布规律，可证明更新世 软体动物的形态及分布规律， 气候变化。 气候变化。
北欧至今存在横贯丹麦、荷兰、 北欧至今存在横贯丹麦、荷兰、德国北部 至今存在横贯丹麦 和波兰的巨大终碛， 和波兰的巨大终碛，据堆积物组成及结构和所 发现，这些终碛由6次寒冷期 含动植物化石组合发现，这些终碛由 次寒冷期 的冰川形成，并根据海侵层、 的冰川形成，并根据海侵层、泥炭层和孢粉分 个寒冷期(冰期 析，划分出界于上述6个寒冷期 冰期 的5次温 划分出界于上述 个寒冷期 冰期)的 次温 暖期（间冰期）（表 ）。 暖期（间冰期）（表3-1）。 ）（
北美古气候地质记录
气候特征
潮湿寒冷 凉爽干燥 潮湿寒冷
地质记录
温暖干燥
潮湿寒冷
阿夫唐间冰期堆积物，以砂、粘土及泥炭为主，含森林植物和动物化石。根据伊阿华州此 较冷→温暖→较冷 期堆积物中的孢粉分析，初期松柏科植物繁茂、中期草本植物繁茂、晚期则以松柏为主。 内部拉斯加冰碛，冰碛物厚达 30 余米，直接覆盖在基岩上，产反映潮湿寒冷气候的动植 物化石组合。 潮湿寒冷
为冰后期（见表 ）。 见表1-1）。 冰期：气候变冷，发育冰川的时期。 冰期：气候变冷，发育冰川的时期。 间冰期：两次冰期之间，气候变暖，冰川消退时期。 间冰期：两次冰期之间，气候变暖，冰川消退时期。
(3)第四纪气候变化引起整个自然环境变化， (3)第四纪气候变化引起整个自然环境变化
包括生物、地质、土壤、地球化学等， 包括生物、地质、土壤、地球化学等，这
发生了三次全球性大规模的冰川活动。因 发生了三次全球性大规模的冰川活动。 此， 第四纪是地质历史长河中的一个冷期。
第四纪气候特征： 第四纪气候特征：
(1)随时间发生频繁的冷暖交替；沿纬度的分带性及 随时间发生频繁的冷暖交替；
山岳地区的垂直分带性。 山岳地区的垂直分带性。
(2)更新世出现过至少4次冰期和三次间冰期，全新世 次冰期和三次间冰期，
• 同位素测定 氢、氧和碳的同位素比例变化，可部分取 氧和碳的同位素比例变化， 决于温度改变。 决于温度改变。如对海生生物碳酸盐和冰中氧 同位素（16O，18O）研究可知，冰中18O含量越 同位素（ ， ）研究可知，
少，温度越低；18O/16O比值，随海洋水的温度 比值， 比值
而变化，这种比值变化很小，温度下降 ℃ 而变化，这种比值变化很小，温度下降1℃，
（2）植物化石证据： 植物化石证据：
每种区域植物类型， 每种区域植物类型，都有适于其生长 的特殊气候。例如第四纪孢粉的共生组合 的特殊气候。例如第四纪孢粉的共生组合 可提供区域植物类型， 可提供区域植物类型，从而得到其生长的 气候。 气候。如：Hedera植物的生长旺季为平均 植物的生长旺季为平均 温度高于16-18℃，正常生长温度下限为 ℃ 温度高于 15℃，因而可根据第四纪 ℃ 因而可根据第四纪Hedera的孢粉频 的孢粉频 度，推定第四纪气候变迁。 推定第四纪气候变迁。
18O相对于16O减小 相对于 减小0.02%。 。 减小
• 降水量变化
冰期，中纬和低纬度带内气温降低，引起 冰期，中纬和低纬度带内气温降低， 和咸度降低；间冰期， 蒸发量减小， 蒸发量减小，湖水面升高和咸度降低；间冰期， 湖水咸度升高。 则会引起湖面降低，湖水咸度升高。
• 风
冰期，冰川产生，大气环流被加剧，风力 冰期，冰川产生，大气环流被加剧， 故可据第四纪堆积物中风积物研究， 增大，故可据第四纪堆积物中风积物研究，推
• 土壤 土壤形成取决于作为母质的岩石或沉积物 土壤形成取决于作为母质的岩石或沉积物 类型、气候、地形、植物和微生物生长及土壤 类型、气候、地形、植物和微生物生长及土壤 发育时间。 发育时间。
主要土壤带以及与其相关的气候带如下： 主要土壤带以及与其相关的气候带如下：
）：发育在潮湿气候和自由 （1）灰壤（灰化土）：发育在潮湿气候和自由 ）灰壤（灰化土）： 排水区。 排水区。 （2）棕壤：形成气候条件较灰壤温暖和干旱。 ）棕壤：形成气候条件较灰壤温暖和干旱。 土壤中空气充足且干燥。 土壤中空气充足且干燥。
老
(2) 北美大陆
据冰川堆积物及所含动植物化石组合特征， 据冰川堆积物及所含动植物化石组合特征， 从新到老可划 分出4个冰期 三个间冰期和一个冰后期（ 个冰期、 分出 个冰期、三个间冰期和一个冰后期（表3-2） 。 ）
表 3-2
威斯康星冰碛层，含云杉、冷杉植物化石 桑加蒙间冰期厚层泥炭夹黄土， 从下到上所含植物化石分别为松为主→灌木和阔叶林为主 →针叶林为主 伊利诺安冰碛层，广泛分布于伊利诺安州、印第安纳南部和爱奥华中部等，以泥砾为主 以泥砾为主， 以泥砾为主 外围有大面积黄土堆积 雅尔蒙斯间冰期堆积物， 在堪萨斯一带分布较广， 为砂纸粘土和泥炭， 动物有 Megalonyx, Megatherium, Equus, Elepas(Parephas)等，代表温和气候，根据孢粉分析有松、落叶， 揭示当时年均气温比现在稍低。 堪萨斯冰碛，冰碛物在爱奥华分布最广，密苏里州北部、以及堪萨斯的东北，冰碛物厚 15m 左右，以泥砾为主 以泥砾为主，所含动植物化石指示当时的气候比现在冷得多。 以泥砾为主
些变化记录在地貌和第四纪堆积物中，成
为研究第四纪气候变化的依据。 为研究第四纪气候变化的依据。
(4)气候是第四纪地层乃至第四纪下限划分 (4)气候是第四纪地层乃至第四纪下限划分 的重要依据，系统研究第四纪气候的变化， 系统研究第四纪气候的变化，
是第四纪研究的一个重要方面。 是第四纪研究的一个重要方面。
冰期中气温下降10-15 ℃，南欧则下降57 ℃。大洋水体表面温度下降 大洋水体表面温度下降3-8 ℃，中 低纬地区雪线高度下降1,000-1,500米， 米 低纬地区雪线高度下降 因此热带和温带的范围大大缩小。 因此热带和温带的范围大大缩小。
世界地形图
北美
地中海 密西西比河 印度
欧洲 亚洲
非洲 南美 澳洲
定大气环流，进而推测气候。 定大气环流，进而推测气候。
3.1.2 更新世气候变化的地质记录
早更新世全球进入大冰期。冰川作 全球进入大冰期。
用最盛时，全球陆地面积的 用最盛时，全球陆地面积的32%被冰流 被冰流 覆盖（ 覆盖（A.Goudie,1977)。冰期，气温平 。冰期， 均比现在低8-12℃，其中高纬度地区降 ℃ 其中高纬度地区降 均比现在低 低更大，低纬度地区降低变小。 低更大，低纬度地区降低变小。如中欧
3.1 第四纪气候
3.1.1 概述 太古代以来， 太古代以来，绝大部分时间全球以温 暖气候为主，但也分别在距今6-8亿年前 暖气候为主，但也分别在距今 亿年前晚
元古代(Pt3)(震旦纪Z）、3亿年前的石炭纪 亿年前的 (C)- 二叠纪 (P)及 3百万年以来的 第四纪 (Q) ， 及 百万年以来的
(3) 深海沉积物及其化石记录 陆地堆积物由于剥蚀、侵蚀作用保存不全， 陆地堆积物由于剥蚀、侵蚀作用保存不全， 深海沉积物则能较完整地记录第四纪气候的变化 情况。 是根据加勒比海海面以下4896m的 情况。图3-1 是根据加勒比海海面以下 的 钻孔记录对其中厚1540cm沉积物进行分析得出 沉积物进行分析得出 钻孔记录对其中厚 的第四纪气候变化情况。结果表明， 的第四纪气候变化情况。结果表明，更新世及次 大的冰期均保存有两个以上副冰期， 大的冰期均保存有两个以上副冰期，表明气候变 化存在不同时间尺度的波动。 化存在不同时间尺度的波动。
(1) 欧洲（南欧） 欧洲（南欧） 阿尔卑斯山北麓保存多级由冰碛和冰水堆积 构成的阶地，这些堆积物属不同时期： 构成的阶地，这些堆积物属不同时期：低阶地砾 高阶地砾石— 石—玉木冰期；高阶地砾石 里斯冰期；新盖层 砾石—民德冰期；老盖层砾石 群智冰期，位置 老盖层砾石— 砾石 更高的盖层砾石分别对应多瑙冰期和比伯冰期。 欧洲在第四纪出现6次冰期， 欧洲在第四纪出现 次冰期，且在高阶地表层保存 次冰期 三套褐色土，分别对应群智-民德、民德-里斯、 三套褐色土，分别对应群智-民德、民德-里斯、 里斯1)。 里斯-玉木三个间冰期(表1-1)。
3. 第四纪气候及海平面变化 (6学时 学时)
• 掌握中国第四纪气候及其演化； 中国第四纪气候及其演化； • 掌握第四纪海平面变化的一般特点； 第四纪海平面变化的一般特点； • 了解海平面变动标志; • 了解海平面波动的原因
3.1 第四纪气候 3.1.1 概述（第四纪气候特征、气候变化证据） 概述（第四纪气候特征、气候变化证据） 3.1.2 更新世气候变化的地质记录 (1) 欧洲 (3) 深海沉积物及其化石记录 (2) 北美大陆 (4) 冈瓦纳大陆上的地质记录 3.1.3 全新世 冰后期 气候变化的地质记录 全新世(冰后期 冰后期)气候变化的地质记录 3.1.4 第四纪气候演化 （1）世界第四纪气候演化（2）中国第四纪气候演化 ）世界第四纪气候演化（ ） 3.2 第四纪海平面变化 3.2.1 海平面变化的一般特点 3.2.2 海平面变动的标志 3.2.3 第四纪早、中期的海平面变动 第四纪早、 3.2.4 中国晚更新世以来的海平面变动 3.2.5 海平面波动的原因 3.2.6 海平面变化效应