- 中文名
- 第四纪地质学
- 外文名
- Quaternary geology
- 领 域
- 地质学
简单概述
19世纪末、20世纪初,在
欧洲
建立的
第四纪
4次
冰期
学说,对
冰川作用
、气候变化等方面的研究产生了广泛影响。
南斯拉夫
数学家
米兰科维奇
(M. Milanko-vich)1920年提出气候变化的天文学说,
地球轨道
周期成为探讨第四纪气候变化及冰期形成的重要理论依据。1899年奥地利地质学家休斯(E.Suess)建立
海平面变化
理论,经过不断充实、发展,1934年
美国学者
戴利(R.Daly)提出冰川—海面
控制论
。
20世纪50年代以来,
放射性碳
、钾氩法、
铀
系法、
裂变径迹法
测年及氧
同位素
测温等技术的应用,使第四纪地质研究达到新水平。1963年考克斯(A.Cox)建立
古地磁年表
,为第四纪地层的划分与对比提供了依据。大陆与大洋沉积序列研究,更新了传统的4次冰期概念,支持了米兰科维奇的气候变化天文学说。1977年库克拉(G.Kukla)等对捷克布尔诺黄土的研究证明,在奥尔杜韦古地磁事件以来的170万年里出现了17次
间冰期
,平均每10万年有1次冰期—
间冰期气候
旋回。印度洋、赤道大西洋、
加勒比海
的
海洋沉积
研究,也得出相近的结论。
中国第四纪黄土
研究揭示出最近70万年以来有13次气候旋回。20世纪60年代以来实施的许多国际研究计划,如DSDP(
深海钻探计划
)、CLIMAP(长期气候研究、制图与预测计划)、IGCP(国际地质对比计划)等,已在第四纪古气候、冰期形成、
冰期气候
特点、
海洋环境
变化等方面取得重要成果,从而推动了第四纪地质学的发展。
研究简史
人类从一开始,就和第四纪地质结下了不解之缘,但真正对它进行研究,却起步很晚。最初,人们把地壳的发展历史分为第一纪(原始纪)、第二纪和
第三纪
3个大阶段。1829年,法国学者J.德努瓦耶在研究巴黎盆地的地层时,把
第三系
上部的松散沉积物划分出来命名为
第四系
,其时代为第四纪。随着
地质科学
的发展,第一纪和第二纪因细分成若干个纪被废弃了,仅保留下第三纪和第四纪的名称,这两个时代合称为
新生代
。1839年,英国著名地质学家C.莱尔(1797~1875)把第四纪分成了
更新世
和全新世。
第四纪地质学在欧洲主要是研究
阿尔卑斯
及斯堪的纳维亚冰川遗迹的基础上发展起来的。在中国,从19世纪末开始,一些外国学者对广泛分布在黄河流域的巨厚黄土进行了观察。到20世纪初期,中国第四纪地质学的研究有了较大发展。已有许多专门研究单位和庞大的专业研究队伍。1957年成立了中国第四纪研究委员会,现已加入
国际
第四纪联合会。
[2]
第四纪沉积物
人们所观察到的
第四纪沉积物
主要是陆相地层。陆相地层广泛分布于地表,大都松散,厚度变化大,相变剧烈,成分复杂。因此,在第四纪
地质年代
和
地层划分
中一般采用多种多样的标志,例如
生物标志
、古人类及古文化标志、气候标志、地貌标志、
绝对年龄测定
等。
第四纪沉积物按成因和岩相可以分为残积物、坡积物、洪积物、冲积物、
湖泊沉积物
、冰川堆积物、
海洋沉积物
、生物沉积物、风积物、
火山堆积物
、洞穴堆积物、人工堆积物等。1948年,地质学家
杨钟健
曾把中国第四纪沉积物分成4大类,即洞穴
堆积
、砾石及
山麓
堆积、河湖堆积和土状堆积。
第四纪气候
第四纪开始后,以北半球为例,地球上寒冷气候带向南迁移,使得高纬度地带和高山地区广泛发育冰盖或冰川,出现冰期。冰期时,北半球副热带干旱地区的北缘落入西风带内,降水量增加。两个冰期之间称为间冰期。间冰期由于气温回升,
冰川消融
,北半球副
极地高压带
向极地方向推移,
北半球
干旱地区的降水量则减少。
关于第四纪气候的变迁,欧洲有不少人做了大量工作,特别是在阿尔卑斯地区和西北欧地区。现今普遍认为在那里有5个冰期和4个间冰期,还有1个
冰后期
,最后一次冰期又细分为2个或3个冰段。在中国,地质学家李四光根据江西庐山的
冰碛物
和冰蚀地貌,划分出鄱阳、大姑和庐山3个冰期,以后又有人将在云南研究确定的大理冰期和龙川冰期列入。这样,中国也有5次冰期可以和欧洲的冰期对应。非洲除了很少的山地发育过冰川,绝大部分地面没有受到冰川的作用,但气候的变化仍然是明显的。在非洲,冰期因多雨湿润称之为
雨期
或
洪积期
;间冰期因少雨干旱称之为
间雨期
或
间洪积期
。
明德-里斯间冰期称为“大间冰期”,持续的时间约30万年之久。当时的气候比现在暖和一些,但在间冰段时期仍然是较冷的。在冰川活动最大的冰期中,地球陆地表面有32%的面积被冰川覆盖,由于降水停滞在大陆上而致使海面大幅度下降,有时可下降 130米或更多。冰期时,年平均气温普遍比现今低3~7℃左右。
第四纪生物
第四纪是
哺乳动物
和被子植物高度发展的时代,人类的出现是这个时代最突出的事件。因此,有人也把第四纪称之为人生纪或灵生纪,甚至还有人把它从新生代中独立出来并列为人生代或灵生代。第四纪的哺乳动物具有明显现代化的特征。早更新世时期,第三纪三趾马动物群中的许多科,如鼬鬣狗(Ictitheriidae)、无角犀(Aceratheriinae)、长颈鹿(Giraffidae)等都绝灭了。有的第三纪的残留种类如剑齿虎(Machairodontinae)、蹄兔(Hyracoidea)、乳齿象(Mastodontidae)、剑齿象(Stegod ontinae)、三趾马(Hipparion)、爪兽(Chalicotheriidae)、(模)鼠(Mimomys)等几乎都处于绝灭的过程中。标准的第四纪种属大量出现,如猫熊(Ailuropoda)、真象(Elephantinae)、真马 (oelodonta)、板齿犀(Elasmotherium)、牛(Bos)、野牛(Bison)、水牛(Bubalus)、丽牛(Leptobos)、四不象鹿(Elaphurus)等。
早更新世的代表动物群,中国北方有
泥河湾动物群
或西侯度动物群,南方有
元谋动物群
,欧洲有
维拉弗朗动物群
;美洲有布兰科动物群。
中更新世
时期,第三纪的残留种类,如剑齿虎、剑齿象的一些种属还继续生存着,
乳齿象
、三趾马则仅在个别区域里有过很短时期的存在。早更新世出现的种类有相当一部分延续了下来,现代化的成分越来越多,真正的大角鹿(Megaloceros)、马鹿(Cervus elaphus)、驴(Equus hemionus)开始出现,猫熊在中国华南地区很繁盛。这个时期的动物群,中国有
公王岭动物群
。
周口店动物群
、盐井沟动物群等;欧洲有瓦尔动物群、克罗默动物群、荷尔斯泰因动物群、伊尔福德动物群等;美洲有欧文顿动物群。
晚更新世
时期,
中更新世
动物群中的成分大量减少,现生种增加很多,驴、马鹿、原始牛(Bos primigenius)等得到了大发展,猛犸象(Mammuthus)在北半球高纬度地区广泛分布。这一时期代表性的动物群中国有
丁村动物群
、
萨拉乌苏动物群
、山顶洞动物群等(见中国旧石器时代考古);欧洲有埃姆动物群等;美洲有兰乔拉布雷阿动物群等。
[3]
第四系的划分
第四纪是地质史上时间极短的一个纪,至今尚未终止。第四纪从什么时候开始,没有一致的看法。过去一般认为它的年龄只有100万年左右。近年来由于古人类学和
旧石器时代考古学
的新发现,以及
年代测定技术
的发展,人们普遍认为它的年龄要大得多,有的认为是 180~200万年,也有人认为是248万年,还有人认为已经超过了300万年。
长期以来,人们一直在努力寻求放之四海而皆准的第四系的标准地层,但是没有能够实现。因为第四纪的沉积物具有很强的区域性,同一时期,在不同的自然环境里和不同的地貌单元上,可以形成各不相同的地层;不同时期,在相似的自然环境里和同样的地貌单元上,可以形成彼此相似的地层。因此,不可能
单纯
依据岩石本身的性质来划分第四纪地层。
第四纪通常以气候的更替划分为冰期和间冰期,或雨期和间雨期。但是世界上有许多地方古气候的变化证据是很缺乏的,因此很多地方一直应用脊椎动物和
海洋软体动物
的古生物方法确定第四纪的分期和地层划分。在古人类和古文化材料丰富的地区,
应用人类学
和考古学的方法效果是比较明显的。
第四纪
海洋动物
群变化较慢,尤其是在大洋里,几乎没有什么改变,只有某些高纬度的内海区域,如地中海、里海等地,存在群组的迁移,当冰期来临时,北方寒冷生活条件下的种类向南迁移,而间冰期到来时,它们则又回到了北方。但脊椎动物特别是陆生哺乳动物,进化速度却较快,而且在某一阶段的一定自然地理区域里动物群具有相对的一致性。在第四纪脊椎
动物化石
中,搜集得最多的是第四纪哺乳动物,其研究也比较详细。因此,第四纪哺乳动物不仅对
陆相地层
的划分和对比具有重要的意义,而且对恢复当时的古气候和古地理环境,对探讨古人类的生存时代和生活条件等都起着特别重要的作用。
关于第四纪地层的划分世界上没有取得一致意见。中国第四纪地层的划分,按照1959年全国地层会议讨论的草案,第四系包括下更新统、中更新统、上更新统和
全新统
,其时代分别与第四纪的早更新世、
中更新世
、晚更新世和
全新世
各阶段相对应。