11第四纪气候变化.

第十一章第四纪气候变化及其地层意义第一节第四纪气候变化的证据第二节全新世气候变化特征及原因气候变化剧烈是第四纪地质历史的基本特点之一。第四纪气候变化的特点：温度变化幅度大，并有反复的特点；变化范围是全球的，但存在地域差异。变化最显著的区域是中纬度地带，两极及赤道地区变化小；冰期和间冰期交替出现。第一节第四纪气候变化的证据一、生物证据二、地质证据（主要指沉积物证据）三、地貌证据四、土壤证据五、地球化学证据六、降水量变化七、微观气候标志一定气候环境生活着与其相适应的生物群，从第四纪地层中所含的哺乳动物化石的成分、种属的比例就可分析其生态环境。如：寒冷：猛犸象、披毛犀、北极狐动物群温暖：河马、亚洲象、大熊猫、犀牛半干旱（草原环境）：啮齿类、草食动物一、生物证据1、哺乳动物化石用生物变化推定气候变化的理论基础：个别生物的生态与环境的物理条件之间的关系是保持不变的；生物的分布变化就代表气候条件的变化2、植物化石证据1）第四纪植物水平和垂直分带性，能够揭示气候环境在空间（地域上）的特征；2）第四纪冰期和间冰期气候对植物群落迁移影响显著，这种植被随气候变化能反映气候时间上的气候特征；3）年轮树木年轮的宽窄、密度和氧同位素比值能够解释气候变化。利用植物化石推定第四纪气候变化的困难在于：（1）一些植物的生态可以随气候条件变化而改变，而作为化石残留下来的一部分植物的形态却保持不变（2）由于更新世气候的反复变化而使植物被迫多次迁移的某些生物的生态没有变化（3）某些植物化石共生组合与气候标志有矛盾。如植物混合（4）植物迁移较动物迁移慢，因此有时利用动物群化石和植物群化石推定的气候变化相矛盾（5）微气候变化也给植物化石解释第四纪气候变化带来困难（6）一些第四纪植物化石的种，现时业已灭绝1、冰碛砾岩和冰碛物：冰川作用产物，指示寒冷气候；二、地质证据（主要指沉积物证据）2、季候泥：冰湖沉积，指示寒冷气候；3、岩盐和石膏等蒸发岩：干燥气候产物（高温、少雨，蒸发量大）；4、黄土：干凉气候产物；5、冻土：冰缘气候，寒冷；1、冰川地貌：寒冷气候产物；三、地貌证据2、风沙地貌：干旱气候产物，如沙丘、沙垅等；3、黄土地貌：干凉气候产物，如西北地区塬、梁、峁；4、雪线高度的变化：可指示气候冷暖变化。1）冰川侵蚀地貌：冰斗、角峰、刃脊、羊背石等；2）冰积地貌：尾碛垅、中碛垅等；3）冰水地貌：冰水冲积扇、冰砾阜阶地等；四、土壤证据土壤发育过程取决于作为母质的岩石或沉积物的类型、气候、地形、植物和微生物的生长，以及土壤发育的时间1、灰壤（灰化土）：潮湿气候2、棕壤：较灰壤温暖干旱3、黑钙土（黑土）：夏季较干旱、温暖，降雨主要集中在春、秋季节的大陆气候条件4、栗钙土：夏季温度高、降水量小，伴生草原植物5、红土：热夏季、温湿冬季6、沙漠土：干旱气候五、地球化学证据1、原理：堆积物中化学成分及丰度的变化可作为划分气候的证据。不同气候条件下，由于水的化学和物理性质的改变，导致堆积物化学性质的改变。特别是稀有和放射性元素的丰度在垂向的变化更为重要。如氧同位素比值18O/16O是一个重要参数，18O的丰度是沉积物沉积时水温的一个函数。18O/16O的值降低时，反映气候温暖；18O相对于16O富集量每增加0.02%，海水温度下降1℃。六、降水量变化第四纪时期内，中纬带和赤道附近湖泊的水面高于现时的水面，原因：冰期中这些地区的气候寒冷，使蒸发量降低，降水有较多的累积。冰期→湖水面升高、咸度降低间冰期→湖水面降低、咸度升高七、微观气候标志由于微观气候标志存在的广泛性，在古气候研究中越来越引起人们的关注。目前比较成熟和常用的微观气候标志主要有以下几种：（1）粘粒分子率（SiO2/Al2O3、SiO2/Fe2O3）比值低——湿热，比值高——干冷（2）CaCO3含量冰期——CaCO3高，间冰期——CaCO3低（3）粘土矿物一般地：高岭土——湿热，伊利石——干冷1、第四纪气候变化导致大陆冰川的大规模发生和消退，冰期和间冰期的温度差为8-15℃；八、第四纪气候变化的结论2、地质、生物、冰缘现象等不同类型的证据，都只能由其本身证明气候变化，它们之间的确切对比是困难的；3、陆地古气候证据与海洋古气候证据联合起来，可以详细地划分冷期和暖期；4、陆地古气候证据只能确定冰期和间冰期的大轮廓，而连续的海洋证据，则可从详细地研究冷期和暖期。一、全新世气候变化特征1、时间：10000a；2、变化特征：1）温度快速升高；2）冰川大量消融，海平面明显上升；3）许多哺乳动物灭绝，人类出现等。第二节全新世气候变化特征及原因全新世气候变化按其特征可分为A、B、C、D4个阶段：a.全新世早期升温阶段包括北极期、前北方期和北方期，此时冰期过后气候开始波动升温，由冷向干暖转化，但仍较寒冷(图10－14A段)。b.全新世中期高温阶段主要是大西洋期(又称气候适宜期)，此时全球气候湿暖年均温比现在高3℃(有的地区可能更高一些)，降水显著增加，全球冰川冻土萎缩，海平面显著上升，阔叶森林扩大(山地林线下降)，其大气环流结构具有间冰期特征。这是人类已经历过的最近的一次全球高温期(图10－14B段)。c.全新世晚期降温阶段从大西洋期末期大约5kaBP全球气温开始下降(有的地方阔叶树量减少)，直到20世纪，气候发展是波动降温，有一系列102a和103a尺度的l～2℃的全球性寒暖气候波动(图10－14之C段)，而且2ka以来人为活动对气候与环境的冲击加剧。d.20世纪升温阶段20世纪以来，现代小冰期结束，进入现代升温阶段（图10--14)。现代气候虽仍有冷暖波动，但总的呈现升温趋势二、全新世气候变化原因1、研究目的1）理论意义：探讨过去气候变化的规律和起因2）现实意义：探讨未来气候变化的趋势，为人类服务2、气候变化的原因1）宇宙原因2）地球原因3）人为原因太阳绕银河系中心旋转，太阳（辐射、粒子流）变化，行星碰撞等。地壳运动与物质变化；海洋温度、沉积作用，洋流变化；地球自转变化与地磁场移动；山岳冰川变化；大气质量、成分变化等等。燃烧释放CO2，毁林开荒，气溶胶（液）的影响等。第四纪气候变化的地层学意义•第四纪气候变化的直接结果就是出现了冰期和间冰期的交替。这种交替出现，引起了生物、地质、地貌、土壤、地球化学及海面的交替变化。这些变化又可以反过来用于推定第四纪气候。•在第四纪地层学中可以分为研究冰川环境进行地层划分的冰川地层学以及研究非冰川环境进行地层划分的非冰川地层学。从大的方面看，气候变化在全世界是同时的，所以气候变化的证据可以作为一种时间地层对比的依据。又由于第四纪气候变化是多次反复的，所以可据以划分阶段以及相对应于阶段所形成的地层单位。第四纪气候变化的全球性、同时性、阶段性，以及它与沉积物的成因类型和岩石特点、生物群落、地形、土壤之间的关系，使其成为第四纪地层划分的一种主要方法。冰川堆积物也已经习惯的被用来作为气候变化的一种主要标志。本章小结1、第四纪气候波动变化的证据？2、第四纪气候变化的基本结论？3、全新世气候变化的基本特征？4、全新世气候变化的原因。