第四纪课3+第四纪气候演变与全球变化+2012

2012年春季学期《近代第四纪地质与环境》授课时间表课程编号S070900XJ006学分2课时40上课时间：每周二上午4节课8:00-11:40上课地点：玉泉路研究生院教学楼教一阶教室(人文学院楼）课次时间授课教师授课内容注12月28日刘嘉麒近代第四纪地质与环境导论课程安排23月6日刘嘉麒第四纪地层与地质年表33月13日刘嘉麒第四纪气候演变与全球变化课外作业43月20日杨小平沙漠与荒漠化53月27日刘嘉麒新构造运动、火山活动及其对气候的影响64月3日刘嘉麒人类活动与环境演变附课堂讨论74月10日刘嘉麒高分辨率的时间序列与环境记录附课堂讨论84月17日刘嘉麒应用第四纪研究94月24日郭正堂黄土与古土壤105月8日刘嘉麒考试课堂开卷联系人：尹小平电话：82998397email:[e-mail]刘嘉麒电话：82998203email:[e-mail]近代第四纪地质与环境刘嘉麒中国科学院地质与地球物理研究所北京[e-mail]第三讲第四纪气候环境与全球变化一、主要气候事件1.冰期与间冰期2.末次间冰期3.末次冰期4.Heinrich事件5.Dansgaard-Oeschger旋回6.新仙女木事件7.冰后期及全新世冷事件8.小冰期1.冰期与间冰期冰期是地质历史上出现大规模冰川的时期；间冰期是两次冰期之间气候变暖的时期。冰期时，冰川大规模扩张或前进；间冰期时，冰川消融后退。一个冰期与相邻的间冰期组合一个冰川周期/气候旋回。一个地区的冰期与间冰期是通过对地质遗迹的鉴别对比确定的。为便于研究对比，科学家通常用地名命名冰期与间冰期，最先命名的就成为后来对比的依据。一般说来，冰期的气候要比现在低3～7℃，降水量也比现在大。在地球史上最后一个大冰期——第四纪冰期中，冰川最强盛时，全球32％的陆地面积为冰川覆盖，大量水分以固态停滞于大陆，海平面要比现在低130米。地球历史上发生过多次冰期是客观事实，但冰期的次数却是一个还在争论的问题。即使距我们最近的第四纪大冰期，从什么时期开始，不同地区是否同时开始，同一地区又有多少次冰川作用等，都存在着争议。也正是这种科学上争论，推动了对古冰川作用的一代接一代地探索，也使我们今天对地球史上的气候变化有了比较多的了解。地球历史上的三次大冰期在地球历史上曾经出现过三次大规模的冰川作用时期，即震旦纪大冰期、晚古生代大冰期和第四纪大冰期。震旦纪大冰期发生于8.5～5.7亿年前的震旦纪，冰川最盛时覆盖了亚洲、欧洲、美洲、大洋洲的许多地区，有的地方冰层厚达千米。我国宜昌的南沱冰碛层，是这次大冰期的典型剖面。晚古生代大冰期发生于3.5～2.3亿年前的石炭一二叠纪，南半球的广大地区，包括大洋洲的大部、南美洲巴西与阿根廷的大部、现在赤道非洲的民主刚果与乌干达以及热带的安哥拉与莫桑比克等，都为冰川所覆盖。巴西圣保罗的冰川沉积的厚度超过了千米。当时还处在南半球的印度，在这次大冰期中，也有1／3的面积被冰川覆盖。第四纪大冰期又称第四纪冰期，发生在最近的300万年期间。在这次大冰期冰川最盛时，极地与高纬度地区的冰盖、中低纬度的山岳冰川都大规模扩张，以致地球上32％的陆地面积为冰川覆盖（现代冰川面积只占全球陆地面积的10％），不仅西北欧平原、东欧平原与北美平原被大面积冰川所占据，就是非洲的乞力马扎罗山的冰川，也下降到比现在雪线低1500米的地方，我国的长江流域与黄河流域中下游的一些地方也有冰川分布。第四纪大冰期歐洲為恭兹(Gunz)、民德(Mindel)、里斯(Riss)和武木(Wurm)四個冰期，但是後來的學者又在恭兹冰期的冰河沉積物中分出更老的多瑙(Donau)冰期；北美洲同步發生內布拉斯加(Nebraska)、堪萨斯(Kansas)、伊利諾(Illinios)和威斯康辛(Wisconsin)冰期；中國在这一個時期裏發生鄱陽、大姑、廬山與大理四個冰期，和翻阳--大姑间冰期、大姑--庐山间冰期、庐山--大理间冰期。人们把武木期和大理期称为末次冰期、末次冰以后的时期称为冰后期。第四纪冰期与间冰期记录第四纪气候的主要特征是冰期与间冰期交替发生。该时期包含有多个冰期-间冰期旋回，在深海沉积物、黄土-古土壤序列和冰芯中都有很好的记录。深海沉积物记录，Imbrie（1972）等将几个钻孔的氧同位素曲线结合在一起，大致以V28-238为基础，根据轨道调整的原则，建立了一个综合性的布容期时间标尺和一条综合性的氧同位素曲线，将布容期即0.78MaBP划分为19个阶段，9个气候旋回。这个时期的气候旋回以100ka周期为主，松山期的气候旋回则以41ka周期为主。黄土记录，中国的离石黄土、午城黄土各有18层古土壤，加上全新世形成的土壤S0，共有37层古土壤；与此相对应的是37层黄土。每一层黄土-古土壤代表一个冰期-间冰期旋回，这样，中国黄土-古土壤序列2.6Ma以来共记录了37个冰期-间冰期旋回。其中2.6-1.5MaBP共有10个黄土-古土壤组合（S23-L33）,气候旋回以100ka为主周期，1.5-0.8MaBP共有15个黄土-古土壤组合（S9-L23）,气候旋回以41ka为主周期；0.8MaBP至今共有12个黄土-古土壤组合,气候旋回又以100ka为主周期（丁仲礼等，1989）。4080GMOJBMS0S1S2-1S3S4S5-1S5-2S5-3S6S7S8S9-1S9-2S10S11S12S13S14S15S16S17S18S19S20S21S32S31S30S29S28S27S26S25S24S23S22S2-2OS1101002003004005006007008009001000110012001300140015001600170018001900200021002200230024002500L1S0S1L2S2-IL3S3L4S4L5S2-IIS5-IS5-IIS5-IIIL6S6S6'S7S8L9BMS9-I-S9-IIS10S11S12L13JS13S14S15S16S17S18S19S20S21S22S23S24L24OS25S26L27S27S28S29S30S31L32S32MGOS5OS7OS9OS13OS15OS17OS19OS21OS23OS25OS27OS29OS31OS33OS35OS37OS39OS41OS43OS45OS47OS49OS51OS53OS55OS57OS59OS61OS63OS65OS67OS69OS71OS73OS75OS77OS79OS81OS83OS85OS87OS89OS91OS93OS95OS97OS99OS101OS103103101999795939189878583817977757371696765636159575553514947454341393735333129272523211917151311975141Ka08160.000.030.060.010.020.040.05PowerSpectrum19Ka0.00PowerSpectrum01050.020.040.06100Ka41Ka23Ka19Ka0.060.000.020.0404812400Ka55Ka41Ka23KaPowerSpectrumHomosp.ST4?MAK3?africanusT?CHSHC7aethiopicusHADARMAKA-AWASHnudolfensisBURG1KBSOLDIhabilisOLDII?SK1SHGerectus?SK3OKTboiselrobustusZHsapiensNgomaokouKehecultureLantiancultureHsihouduculturePekingMan’scultureUpperCaveManTheEquusEvent(No.6)LSDofE.sanmenienesisTheCanisEvent(No.7)LSDofMyospalaxtingiThePseudaxisgrayiEvent(No.8’)LSDofHyaenasinensisTheLeptobosEvent(No.8)HSDofLeptobosTheCricetinusvariansEvent(No.9)LSDofCricetinusvariansTheBospromigeniusEvent(No.10)LSDofpalaeoloxodonnaumanniThePleistoceneextinctions年龄(ka)m10mDSDP60718O18O阶段人类进化河-丁村系统周口店Loc.1寺峪系统(北京猿人地址)哺乳动物进化事件Stonetools(据贾兰坡)(Elisabethetal,1995)(据徐钦琦)直立人现代人南方古猿周口店猿人蓝田猿人能人（巫山人）中国黄土地层和石器古人类的对比庐山冰期庐山位于江西省北部，东经115052’——11608’，北纬29026’——29041’，地处东亚亚热带季风区，面积302平方公里，北濒长江，南襟鄱阳湖，大江、大湖、大山浑然一体，险峻与秀丽刚柔相济，素以“雄、奇、险、秀”闻名于世。西方学者曾断言中国无第四纪冰川。李四光先生却加以否定，他在庐山发现了众多的第四纪冰川遗迹，如大坳冰斗、芦林冰窖、王家坡U形谷、犁头尖角峰、含鄱岭刃脊、金竹坪冰坡、莲花台“冰桌”——“飞来石”，实为冰川漂砾。底层巨石长8.9米，宽6.1米，高4.5米。金锭山冰川漂砾，是与当地岩石毫不相同的巨砾。长轴达8米，来自庐山，搬运距离达10公里之遥。羊背石、冰川条痕石等，并认定庐山众多奇特的地貌景观是第四纪冰川雕琢的“杰作”。他的《冰期之庐山》奠定了中国第四纪冰川学说。混杂堆积冰芯记录，1998年，美、法和俄三国在南极的东方站（Vostok）钻探得到了3623米的冰芯。由于火山灰层显示在3310米以下冰芯已经扰动，所以只取该冰芯3310米以上部分的数据。经计算得出3310米处年龄为423ka，覆盖了4个冰期-间冰期旋回（Petitetal.,1999）。总体上，冰期间冰期温度相差约12℃（表面水平），后两个旋回比前两个旋回历时要长。-89.00C格陵兰冰心项目GreenlandIceSheetProject冰心包含比其它自然记录更丰富的气候信息：温度、降水量、大气圈下部的化学和气体成分、火山喷发记录、太阳辐照率变化和海平面变化等，其时间可追缩到过去的几百年到几万年。格陵兰冰心,110000yearrecordsGISP23053.44m(72.6N,38.5W,3200ma.s.l.),July11993.USAGISP3028.8m,30KmwestofGISP21992,Europeancompanion2.末次间冰期关于末次间冰期的定义有两种意见，一种是相当于深海氧同位素曲线5期，跨越时段约为130-74kaBP；另一种是只相当于深海氧同位素曲线5e期，其时段约为127-116kaBP（Larsenetal.,1995）。不过在纬度较高地区，只有5e段表现出明显的气候变暖，所以末次间冰期在欧洲指Eemian，在北美为Sangamon,而将5a-5d划为早Weichsel，即末次冰期早期（Dansgaardetal.,1993）。聂高众等（1996）根据渭南黄土剖面古土壤的发育状况及年龄测定结果，认为S1发育的时期为末次间冰期，开始于128.8kaBP，结束于73-74kaBP。末次间冰期是近150ka来全球最暖的时期，整体的气候状况与全新世间冰期相似。根据Summit的（GRIP和GISP2）冰芯记录，Eemian的时段为133-114kaBP，持续约20ka。有3个明显的暖阶，5e1、5e3、5e5；2个冷阶，5e2、5e4，分别持续2ka和6ka。据氧同位素推算Eemian的暖阶至少比气候最适宜期要高2℃，冷阶比全新世的低5℃（GRIPMembers,1993）。3.末次冰期与末次冰盛期末次冰期在加拿大和