第四紀地質學

第四紀地質學

研究第四紀時期環境發展演變的科學,包括地殼運動、氣候變化、沉積環境、地層劃分與對比、生物演替等方面。與地質學地貌學氣候學古地理學古生物學、古人類學、考古學等學科聯系密切。19世紀早期,歐洲地質學家研究了松散沉積物,先後提出洪積理論冰川理論。

  • 中文名稱
    第四紀地質學
  • 外文名稱
    Quaternary geology
  • 領    域
    地質學
  • 類    型
    地殼運動、氣候變化等

簡單概述

簡介

Quaternary geology

19世紀末、20世紀初,在歐洲建立的第四紀4次冰期學說,對冰川作用、氣候變化等方面的研究產生了廣泛影響。南斯拉夫數學家米蘭科維奇(M. Milanko-vich)1920年提出氣候變化的天文學說,地球軌道周期成為探討第四紀氣候變化及冰期形成的重要理論依據。1899年奧地利地質學家休斯(E.Suess)建立海平面變化理論,經過不斷充實、發展,1934年美國學者戴利(R.Daly)提出冰川-海面控製論

第四紀地質學第四紀地質學

三種類型

1961年費爾布裏奇(R.W. Fairbridge)將海面變化歸為3種類型:①構造-海面升降運動;②沉積-海面升降運動;③冰川-海面升降運動。

不斷發展

20世紀50年代以來,放射性氬法、系法、裂變徑跡法測年及氧同位素測溫等技術的套用,使第四紀地質研究達到新水準。1963年考克斯(A.Cox)建立古地磁年表,為第四紀地層的劃分與對比提供了依據。大陸與大洋沉積序列研究,更新了傳統的4次冰期概念,支持了米蘭科維奇的氣候變化天文學說。1977年庫克拉(G.Kukla)等對捷克布爾諾黃土的研究證明,在奧爾杜韋古地磁事件以來的170萬年裏出現了17次間冰期,平均每10萬年有1次冰期-間冰期氣候旋回。印度洋、赤道大西洋、加勒比海的海洋沉積研究,也得出相近的結論。中國第四紀黃土研究揭示出最近70萬年以來有13次氣候旋回。20世紀60年代以來實施的許多國際研究計畫,如DSDP(深海鑽探計畫)、CLIMAP(長期氣候研究、製圖與預測計畫)、IGCP(國際地質對比計畫)等,已在第四紀古氣候、冰期形成、冰期氣候特點、海洋環境變化等方面取得重要成果,從而推動了第四紀地質學的發展。

研究簡史

人類從一開始,就和第四紀地質結下了不解之緣,但真正對它進行研究,卻起步很晚。最初,人們把地殼的發展歷史分為第一紀(原始紀)、第二紀和第三紀3個大階段。1829年,法國學者J.德努瓦耶在研究巴黎盆地的地層時,把第三系上部的松散沉積物劃分出來命名為第四系,其時代為第四紀。隨著地質科學的發展,第一紀和第二紀因細分成若幹個紀被廢棄了,僅保留下第三紀和第四紀的名稱,這兩個時代合稱為新生代。1839年,英國著名地質學家C.萊爾(1797~1875)把第四紀分成了更新世和全新世。

第四紀地質學在歐洲主要是研究阿爾卑斯及斯堪的納維亞冰川遺跡的基礎上發展起來的。在中國,從19世紀末開始,一些外國學者對廣泛分布在黃河流域的巨厚黃土進行了觀察。到20世紀初期,中國第四紀地質學的研究有了較大發展。目前已有許多專門研究單位和龐大的專業研究隊伍。1957年成立了中國第四紀研究委員會,現已加入國際第四紀聯合會。

地形地形

第四紀沉積物

人們所觀察到的第四紀沉積物主要是陸相地層。陸相地層廣泛分布于地表,大都松散,厚度變化大,相變劇烈,成分復雜。因此,在第四紀地質年代地層劃分中一般採用多種多樣的標志,例如生物標志、古人類及古文化標志、氣候標志、地貌標志、絕對年齡測定等。

第四紀沉積物按成因和岩相可以分為殘積物、坡積物、洪積物、沖積物、湖泊沉積物、冰川堆積物、海洋沉積物、生物沉積物、風積物、火山堆積物、洞穴堆積物、人工堆積物等。1948年,地質學家楊鍾健曾把中國第四紀沉積物分成4大類,即洞穴堆積、礫石及山麓堆積、河湖堆積和土狀堆積。

第四紀氣候

第四紀開始後,以北半球為例,地球上寒冷氣候帶向南遷移,使得高緯度地帶和高山地區廣泛發育冰蓋或冰川,出現冰期。冰期時,北半球副熱帶幹旱地區的北緣落入西風帶內,降水量增加。兩個冰期之間稱為間冰期。間冰期由于氣溫回升,冰川消融,北半球副極地高壓帶向極地方向推移,北半球幹旱地區的降水量則減少。

關于第四紀氣候的變遷,歐洲有不少人做了大量工作,特別是在阿爾卑斯地區和西北歐地區。目前普遍認為在那裏有5個冰期和4個間冰期,還有1個冰後期,最後一次冰期又細分為2個或3個冰段。在中國,地質學家李四光根據江西廬山的冰磧物和冰蝕地貌,劃分出鄱陽、大姑和廬山3個冰期,以後又有人將在雲南研究確定的大理冰期和龍川冰期列入。這樣,中國也有5次冰期可以和歐洲的冰期對應。非洲除了很少的山地發育過冰川,絕大部分地面沒有受到冰川的作用,但氣候的變化仍然是明顯的。在非洲,冰期因多雨濕潤稱之為雨期洪積期;間冰期因少雨幹旱稱之為間雨期間洪積期

地質圖片地質圖片

明德-裏斯間冰期稱為"大間冰期",持續的時間約30萬年之久。當時的氣候比現在暖和一些,但在間冰段時期仍然是較冷的。在冰川活動最大的冰期中,地球陸地表面有32%的面積被冰川覆蓋,由于降水停滯在大陸上而致使海面大幅度下降,有時可下降 130米或更多。冰期時,年平均氣溫普遍比現在低3~7℃左右。

第四紀生物

概述

第四紀是哺乳動物和被子植物高度發展的時代,人類的出現是這個時代最突出的事件。因此,有人也把第四紀稱之為人生紀或靈生紀,甚至還有人把它從新生代中獨立出來並列為人生代或靈生代。第四紀的哺乳動物具有明顯現代化的特征。早更新世時期,第三紀三趾馬動物群中的許多科,如鼬鬣狗(Ictitheriidae)、無角犀(Aceratheriinae)、長頸鹿(Giraffidae)等都絕滅了。有的第三紀的殘留種類如劍齒虎(Machairodontinae)、蹄兔(Hyracoidea)、乳齒象(Mastodontidae)、劍齒象(Stegod ontinae)、三趾馬(Hipparion)、爪獸(Chalicotheriidae)、?鼠(Mimomys)等幾乎都處于絕滅的過程中。標準的第四紀種屬大量出現,如貓熊(Ailuropoda)、真象(Elephantinae)、真馬 (Equus)、腔齒犀(Coelodonta)、板齒犀(Elasmotherium)、牛(Bos)、野牛(Bison)、水牛(Bubalus)、麗牛(Leptobos)、四不象鹿(Elaphurus)等。

早更新世代表

早更新世的代表動物群,中國北方有泥河灣動物群或西侯度動物群,南方有元謀動物群,歐洲有維拉弗朗動物群;美洲有布蘭科動物群。中更新世時期,第三紀的殘留種類,如劍齒虎、劍齒象的一些種屬還繼續生存著,乳齒象、三趾馬則僅在個別區域裏有過很短時期的存在。早更新世出現的種類有相當一部分延續了下來,現代化的成分越來越多,真正的大角鹿(Megaloceros)、馬鹿(Cervus elaphus)、驢(Equus hemionus)開始出現,貓熊在中國華南地區很繁盛。這個時期的動物群,中國有公王嶺動物群。周口店動物群、鹽井溝動物群等;歐洲有瓦爾動物群、克羅默動物群、荷爾斯泰因動物群、伊爾福德動物群等;美洲有歐文頓動物群。晚更新世時期,中更新世動物群中的成分大量減少,現生種增加很多,驢、馬鹿、原始牛(Bos primigenius)等得到了大發展,猛獁象(Mammuthus)在北半球高緯度地區廣泛分布。這一時期代表性的動物群中國有丁村動物群、薩拉烏蘇動物群、山頂洞動物群等(見中國舊石器時代考古);歐洲有埃姆動物群等;美洲有蘭喬拉布雷阿動物群等。

地形地貌地形地貌

全新世動物群

全新世動物群以現生種為主,化石種比以往任何時候都少,隻有披毛犀(Coelodonta antiquitatis)、猛獁象曾經殘存過一段時間,驢、馬鹿等一直生活到現在。此外,第四紀期間,軟體動物和微體動物分布廣泛,類型繁雜,多種多樣的植物遍及世界各個角落,隨著氣候和地理環境的變遷,它們不斷地發生變化。

第四系的劃分

基本簡介

第四紀是地質史上時間極短的一個紀,至今尚未終止。第四紀從什麽時候開始,沒有一致的看法。過去一般認為它的年齡隻有100萬年左右。近年來由于古人類學和舊石器時代考古學的新發現,以及年代測定技術的發展,人們普遍認為它的年齡要大得多,有的認為是 180~200萬年,也有人認為是248萬年,還有人認為已經超過了300萬年。

長期以來,人們一直在努力尋求放之四海而皆準的第四系的標準地層,但是沒有能夠實現。因為第四紀的沉積物具有很強的區域性,同一時期,在不同的自然環境裏和不同的地貌單元上,可以形成各不相同的地層;不同時期,在相似的自然環境裏和同樣的地貌單元上,可以形成彼此相似的地層。因此,不可能單純依據岩石本身的性質來劃分第四紀地層。

氣候的更替劃分

第四紀通常以氣候的更替劃分為冰期和間冰期,或雨期和間雨期。但是世界上有許多地方古氣候的變化證據是很缺乏的,因此很多地方一直套用脊椎動物和海洋軟體動物的古生物方法確定第四紀的分期和地層劃分。在古人類和古文化材料豐富的地區,套用人類學和考古學的方法效果是比較明顯的。

第四紀海洋動物群變化較慢,尤其是在大洋裏,幾乎沒有什麽改變,隻有某些高緯度的內海區域,如地中海、裏海等地,存在群組的遷移,當冰期來臨時,北方寒冷生活條件下的種類向南遷移,而間冰期到來時,它們則又回到了北方。但脊椎動物特別是陸生哺乳動物,進化速度卻較快,而且在某一階段的一定自然地理區域裏動物群具有相對的一致性。在第四紀脊椎動物化石中,蒐集得最多的是第四紀哺乳動物,其研究也比較詳細。因此,第四紀哺乳動物不僅對陸相地層的劃分和對比具有重要的意義,而且對恢復當時的古氣候和古地理環境,對探討古人類的生存時代和生活條件等都起著特別重要的作用。

評價

關于第四紀地層的劃分世界上沒有取得共識。中國第四紀地層的劃分,按照1959年全國地層會議討論的草案,第四系包括下更新統、中更新統、上更新統和全新統,其時代分別與第四紀的早更新世、中更新世、晚更新世和全新世各階段相對應。

與考古學的關系 第四紀地質學是舊石器時代考古研究中必不可少的一項重要內容。因為人類本身就是地質歷史的產物,而早期人類的遺跡通常作為地質現象被埋藏在地層之中。由于早期人類的生存幾乎完全趨附于自然環境,因此,早期人類的遺跡在地層中的分布是有一定規律的。

地形圖地形圖

重要意義

舊石器時代考古的野外調查,需要套用第四紀地質知識,如恢復更新世古地理環境,確定在適合于古人類生存的條件下形成的第四紀地層等。發掘工作隻有在充分認識第四紀地層的基礎上才能順利進行,特別是對于埋藏在河湖相沉積層裏的古人類文化地點,隻有採取第四紀地質的工作方法才是有意義的。對古人類文化遺物時代的確定,第四紀地層的劃分對比和對哺乳動物的分析判斷在目前仍然是主要的方法。當然,古人類文化遺物也是第四紀地層劃分的一項重要依據。

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