中国第四纪古气候环境的重建
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net年中国地质科学院院报
第号
中国第四纪古气候环境的重建
何培
元
地质力学研究所
内容提要本文就如何重建第四纪古气候环境问题进行讨论气候的演化和变更是环境系统中最重要的因素第四纪冰川作用是反映这一因素中最为重要的事件之一第四纪沉积物是古气候信息储存的主要场所因此系统地研究第四纪地层的地球物理特征地球化学信息反馈生物的演替等方面间题极为重要在此基础上确定其地层的时间尺度构造运动的程式以及它们之间的相互关系加以分析论证建立起第四纪古气候环境的演化格局
研究和重建第四纪地质时期的自然环境系统涉及的因素甚多在诸多因素之中气
候的演化格局是最为关键的因子当然气候的交替和变化受到很多条件和因素的控制是非常复杂的它与地球的个圈层即气圈水圈生物圈及岩石圈均有密切关系除与地球的外动力有关外也与地球内动力作用有关
〕
本文仅就如何重建第四纪古气候格局阐述自己的一些粗浅的认识和看法同时结合第四纪时期的重要事件—第四纪冰期及第四纪冰川作用等向题的相互关系作初步的探讨
一、古气候信息的获得据研究‘“〕自我国第四纪开始距今已有大约的历史研究这段地质历史时期的气候演化状况时只能全面地系统地准确地从第四纪沉积中获得古气候信息这些信息的获得需要深人系统地运用多种技术手段和方法对第四纪地层的沉积物进行研究把
对第四纪沉积物研究所得到的资料数据及与第四纪沉积物有关的地质事件例如冰川
作用生物演替”…等的遗迹和遗痕通过归纳和总结找寻反映古气候环境的变化规
律才有可能更真实更确切地揭示其自然环境的面貌因此第四纪地层的研究就成为重建和恢复第四纪古气候环境的关键所在要重建第四纪古气候环境必须对第四纪沉积的地球物理沉积过程及其特征地球化学过程的信息反馈时间及空间的尺度生物的演替
以及构造运动所引起的下垫面的整体和局部的变化等方面进行研究才有可能较好地达到
预期的目的© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
中国地质科学院院报第弓号二沉积物的地球物理过程研究沉积物的地球物理过程包括沉积物在外动力作用下例如风化剥蚀搬运停积成岩作用以及成土作用等过程中沉积物的组织与结构特征沉积物的颗粒自身以及这些颗粒之间的若干物理力学的表征及现象这些现象在很大程度上反映在这一过程中沉积物所经受外动力作用的过程同时在某些特定场合中也反映出内动力作用的结果沉积物的剥蚀搬运及堆积受到内动力的影响也受到外动力的支配特别是自然条件有着举足轻重的作用气候因素又是自然条件诸因素中最为活跃的因子所以沉积物的物理现象为重建古气候模式提供重要的定性和定量指标它包括有通个方面沉积
物的宏观特征沉积物的地貌分布沉积物的组构特征沉积物之间的相互关系等沉积物颗粒表面特征如刻槽擦面擦痕破裂等的结合规律及特征沉积地层中的微观构造沉积地层与基岩之间的某些物理现象如基岩擦面基岩形变等上面所列举的一些沉积物的物理特征经过分析研究之后就可能找到它所反映的动力性质推论出沉积物成因机制例如庐山山麓广泛分布的大姑冰期的冰债冰水沉积的砾石层有人认为该砾石层为冰债层〔’“〕另一些研究者〔了“”‘“”’“’则把该砾石层归几“混杂堆积”不明成因堆积或称为“假冰债”甚至称为“伪冰债”不管称“假冰债”还是称“伪冰啧”该砾石层不是冰债是可以确定的但他们都一致认为该砾石层为“泥石流”所为笔者有幸曾对庐山地区做了几年第四纪地质方面的调查研究收集到一些有关该砾石层的资料从所获得的资料分析该砾石层具有以下几项宏观特征①该砾石层在庐山东西
山麓均有分布从山麓后缘至都阳湖边坡度极小坡度角仅一通距离约堆积地多集中在那阳湖滨一带堆积成弧形丘岗垅状地形②该砾石层从山麓至山前平原没有明显的沉积物自大向小分布的现象即沉积物没有机械分异现象相反据调查庐山东侧此套砾石层所表现的特征为离山体越远砾石直径越大在都阳湖边该砾石层中长以上的砾石则屡见不鲜在靠近山体附近砾石直径越小③砾石层的剖面经多处观察
砾石均无分选和排列无规律的杂乱堆积而且在砾石层中未见有任何沉积间断面和不整合面的踪迹④在砾石层的下伏基岩面上发现有多处磨光的擦面在其磨光面上见有密集的平行擦痕在下青山附近砾石层与基岩的接触地带基岩表面深约发现基岩发生褶曲和柔皱构造其下基岩的产状恢复正常⑤据古地磁测定表明该砾石层正处于地磁年表松山负极性世的哈拉米诺事件附近大约距今一依据上述特
征该砾石层到底是什么外动力所为就此问题作一简单的分析泥石流的产生发展运移和堆积有它自身的规律〔‘,研究得知泥石流的产生必须具有三项必要的条件第
一要有足够量的风化破碎的岩块和岩屑停积于山体坡面上第二山体要有较大的坡度据太行东麓现代泥石流的调查研究其坡度一般在一之间最小也要在以上〔’〕第三长期急速的降雨是诱发泥石流产生的重要介质条件和直接原因泥石流所形成的堆积物其沉积物的组构特征与流水作用所形成的组构特征基本相似即沉积物随搬运距离有其规律的变化搬运距离越远颗粒越小分选程度越高砾石和岩块的面倾向上游并具有明显的定向排列特征然而庐山大姑冰期沉积的砾石层并不具备
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中国第四纪古气候环境的重建
述特征例如砾石无定向排列面的倾向无一定规律砾石随搬运距离越远颗粒反而增大经磁性地层研究发现此期砾石层在古地磁年表上大致相当于哈拉米诺事件
即距今一间也就是说该砾石层大致经历了的历史如果此砾石
层为泥石流所堆积的话那么在时间之内应有多次泥石流暴发并都堆积于同一地点既然砾石层为多次泥石流所堆积而成在其沉积剖面上应当发现有若干沉积间断面或不整合面的踪迹可是经多次多剖面调查均未见有这种沉积的不连续面如更进
一步设想它不是多次泥石流作用的结果而是某一次巨大的山洪暴发巨大的泥石流由
庐山直泻那阳湖滨并持续长达显然这一设想是站不住脚的因此这样长期
泥石流的运动必然要有急促而长达的降雨泥石流满山遍野向下流动这样一
幅自然景观图象是很难使人们接受
的
上述几种动力条件的分析都不能充分说明大姑期砾石层的成因那么到底是什么外
动力条件使它搬运堆积的呢从前面所述的砾石层组构特征分布的地貌部位堆积的自然形态以及它与基岩之间的作用所形成的表皮构造古地磁测试所提供的年代数据等方面综合分析考虑它只能是在第四纪冰期时期庐山曾发育过一定规模的冰川由于冰川长期而缓慢的运动通过侵蚀搬动和停债这一过程当冰期气候逐步转变为较为温暖的间冰期时期冰川消融冰川所携带搬运的岩石岩块和岩屑最终堆积下来形成现今
我们所见到的砾石层的特征及堆积的地貌景观由此可见通过对沉积物的物理特征的系
统分析研究可以为古气候的恢复和重建提供重要的线索和依据
三、沉积物的地球化学信
息反馈的研究
研究第四纪沉积物在表生作用下的地球化学特征有助于分析了解沉积物形成过程中
所经历的自然环境及其演变规律对恢复和重建第四纪的古气候格局也是重要的一个方面表生地质作用包括两大部份即沉积地质作用和风化作用影响表生地质作用的因素归结起来有以下几个方面〔,“,沉积物的物质组分地球表面的温渡主要是指气候的变化压力搬运介质的条件包括水溶液的氢离子浓度值氧化还原电位值和胶体作用等空气中的氧和二氧化碳的含量及浓度,有机体的作用包括动物及植物以及人类生产活动等在研究某一地区同一沉积物及同一物
源的沉积物时上述诸因素中最为重要起着关键作用的是温度的变化即气候的变化这是因为对于压力介质条件空气中的氧和二氧化碳胶体作用有机体和人类的活
动等因素均可视为相似的可以不作过多的考虑所以第四纪沉积的地球化学特征研究其实质就是间接地探讨了古气候的变化从上面的初步分析我们可以说第四纪沉积物的地球化学过程是随气候的变化而发
生演进的特别是在一些第四纪沉积物中缺失古生物化石的所谓“哑地层”中更具有其
探讨古气候的特殊意义研究第四纪沉积物的地球化学特征主要有以下几个方面
、第四纪沉积物中各种常量元素和微量元素的富集和分散的定量指标© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
土中国地质科学院院报
第号
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