中国地质大学（北京） 海洋学院 第四纪地质学
一、 第四纪测年的几种代表性的方法：
古地磁法、TL法、OSL法、裂变径迹法、14C法、K-Ar法、铀系法
第十章 第四纪气候变化和海平面变化
一、第四纪气候变化的宏观和微观标志（了解）
1、宏观气候标志
（1）岩石气候标志: ? A、颜色
紫 —— 红 —— 橙 —— 黄 —— 灰 暖 ————————————— 冷 ? B、成因类型
寒冷沉积物 寒冷气候 温暖沉积物 温暖气候 干旱沉积物 干旱气候 （2）地貌气候标志
? 寒冷气候：冰川、冻土地貌
? 温暖气候：岩溶、河流、湖泊地貌 ? 干旱气候：风蚀、风积地貌 ? 具有重要意义的几种典型地貌：
冰斗—形成于雪线附近，年均温0?C，可推算冰期古雪线下降时的降温值。 古冰楔和冻褶构造—发育于永 久冻土层中，年均温-2~-9?C间。 沙丘和湖岸线—研究干旱、半干旱区干湿气候变化的重要标志。 （3）生物化石气候标志
原理：利用化石组合中的现代相似种的生存条件, 推测化石埋藏时的古气候与
古环境。 A、植物化石：
植物是陆地上最敏感的气候标志。 a、生态分析
– 现生种属类比法：
– 大气降温率推算法：Hx*0.65%=变化的年均温 – 现代的年均温－变化的年均温＝当时的年均温 b、叶片形态分析－叶相学 叶级（叶片面积的大小）：降水量减小时，叶的大小也随之减小，在热带低地大叶
达到最大值（>20.25cm2)。
Dicher(1973)指出叶的大小与温度的关系，纬度的增加大型叶的种的比例减少，而小型叶的比例增加。
叶缘：全缘叶的统计，推测气候类型；
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? 热带雨林 全缘叶 比例 ?75％ ? 副热带雨林 57－75％ ? 亚热带雨林 40－50％ ? 温热带雨林 0－35％ 叶脉密度、形式：单位面积内的叶脉数量
热带雨林 密度小 网眼大 温带雨林 密度大 网眼小
滴水尖：使叶面上的水迅速排放，而不致于叶子因渍水而腐烂。（主要见于热带植物） c、孢子花粉分析
推断古气候的冷热演变：
推算古降温值：利用化石暗针叶林与现代林线的差值（类似于古冰斗的研究方法） d、年轮分析：年轮宽——湿热
年轮窄——干冷
B、哺乳动物化石：
? 只能指出气候类型，且化石必须完整。 ? 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
C、海生软体动物化石、珊瑚化石：
? a、典型种属法：冰岛北极蛤（冷水种）
牡蛎（温水种）
? b、组合比较法：根据生物化石反映的纬度
变化来推测气候的变化
? 珊瑚化石：水温20?C ，水深<20m，盐度35 ‰。是良好环境的指示计。
D、其他微体动物化石：
? 包括海相有孔虫、介形虫等
? 窄温性示冷示暖有孔虫常用于第四纪海洋古气候的分析。 ? 喜冷：饰带透明虫 ? 喜暖：门氏元球虫
2、微观气候标志：
(1)氧同位素（O18）
冰期: 海洋沉积物中 O18/O16__高 极地冰盖中 O18/O16__低
(2)粘粒分子率:SiO2/Al2O3、SiO2/Fe2O3 比值低——湿热、比值高——干冷
(3)CaCO3：海洋中：冰期——CaCO3高 间冰期——CaCO3低
（4）磁化率：磁化率大——温湿 磁化率小——干冷
（5）粘土矿物：高岭土——湿热 伊利石——干冷
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二、名词解释（重点）
1、末次间冰期——全球平均年气温比现今高2～3℃，相当深海沉积物氧同位素的第5阶段（MIS5），由三个温暖阶段（MIS5a、c、e）和两个相对寒冷阶段（MIS5b、d）构成次一级的气候波动
2、末次冰期——在北美被称为魏克塞尔，欧洲称威斯康星，在阿尔卑斯称雨木。历时约6.5万年（75～10ka BP），相当深海沉积物氧同位素的第4、3、2阶段（MIS4、3、2）末次冰期对应于氧同位素2-4段，约74~10 ka BP；
3、末次冰盛期（LGM）——从严格意义上讲是指最近一次冰盖体积最大的时期，并不一定是最近一次温度最低的时期，日历年龄约为21~18 ka BP（Bard, 1999）。聂高众等（1996）根据黄土粒度曲线认为LGM约在20~18 ka BP。
4、冰后期－－指末次冰期冰川作用之后，全球又进入到一个较温暖的时期。 5、小冰期：（针对中国5000年来的气候变化）
广义小冰期－－5000年来大西洋期以后的时期。
狭义小冰期－－公元1700－1750以后的时期（现代小冰期）。
一、全球变化的主要过程及驱动力
1、全球变化的概念和产生 全球变化的含义：
全球环境中的、能改变地球承载生命力的能力的变化。其中，全球环境包括气候、土地生产力、海洋、水资源、大气化学、生态系统等。 2、全球变化的主要过程（了解） 3、全球变化的驱动力（重点）
1、地球外来因素：1、太阳活动：（1）太阳辐射的长期变化（2）太阳活动：黑子、光斑、耀斑2、地球轨道参数的变化：（1）偏心率：0.005~0.06之间，现在0.0167。周期10万年和40万年。（2）岁差：影响地球近日点的时间变化。周期2.1万年。（3）黄赤交角：变化在21°39’～24°36’。周期4万年。现今为23°27’。3、地外物撞击作用：（1）地球历史时期的陨石撞击与大陆分离和海底扩展联系。（2）新生代以来的6次撞击都造成了全球环境的巨变。
2、地球内力因素：1、海陆分布变化：影响海陆之间的热力平衡；冬、夏季的温差更大；降雨的格局也发生变化。2、高海拔的山地或高原的隆起：影响大气环流；影响地表热力变化；形成焚风。3、火山活动：影响大气物质成分；阻挡太阳辐射；形成酸雨；火山灰覆盖，改变下垫面。
3、人文因素：1、改变大气成分2、改变下垫面性质3、影响生物的进化4、污染水体
二、与全球变化相关的几个问题
1、过去全球变化的重建（了解）
1、海洋氧同位素记录：研究表明：CaCO3中的18O/16O的0.0023的变化，反映海水温度的1℃。
2、黄土和古土壤记录：（1）黄土剖面的沉积堆积旋回：黄土剖面可划分为午城黄土(L33
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－S15)、离石黄土(L15－S1)和马兰黄土(L1)，离石黄土又分为下部(L15－S5)和上部(L5－S1)。（2）粒度变化的记录：粒度的变化记录了气候变化：黄土层：粒度粗－气候比较干冷。古土壤层：粒度细－气候比较温暖湿润。（3）磁化率变化的记录：黄土层：低－气候比较寒冷干燥。古土壤层：高－气候比较温暖湿润。（4）碳酸钙含量的记录：黄土层：含量高。古土壤：含量低。（5）有机碳含量和同位素记录：土壤层：有机碳同位素高；无机碳同位素低。 黄土层：有机碳同位素低；无机碳同位素高。（6）全氧化铁含量记录：古土壤层：较高。黄土层。较低。（7）10Be浓度变化记录：宇宙射线作用大气圈物质形成10Be。假设10Be的沉积通量恒定，那么黄土层（堆积速度快）中含量低，古土壤层（堆积速率低）高。（8）孢粉和植物硅酸体记录：黄土层以干旱地植物孢粉为主，形成草原环境。古土壤层中出现较多的乔木孢粉，森林－草原景观。
3、冰心记录：（1）两极地区的冰心记录（2）高山地区的冰心记录
4、树木年轮记录：利用年轮的宽窄变化、碳氧同位素变化进行古环境恢复。 5、其它记录：（1）洞穴沉积：石笋、石钟乳的记录。（2）珊瑚年层记录（3）湖沉积、冰前湖沉积等（4）历史记载
2、全球变化有关的气候事件（重点） ①新仙女木事件：
新仙女木期是冰期向全新世过渡中发生的一次最重要的气候回返事件。在晚冰期后的急剧升温过程中，大约在距今11～10ka，气候突然出现短暂（持续约1.3ka）的逆转，这一现象被称为Younger Dryas事件（简称Y.D.事件）。 ②Heinrich事件：
末次冰期在70000-l0000aB P中6次冷事件，分布呈准周期性。德国水文研究所的Heinrich 发现大西洋东北部水深4 000m 左右的13万年沉积中，有多次粗碎屑的冰筏沉积物和冷水浮游有孔虫相对含量的高峰同时出现，一共发现11层，其中尤以冰期的6层最为显著，这就是后人所说的Heinrich(“哈因里奇 )事件”。 ③D-O旋回：
Dansgaard等和Oeschger等指出了冰芯中 O与降尘含量的变化及其与欧洲湖泊记录的对应性，这类变化被Broecker称为Dansgaard-Oeschger事件( D/O事件)。冰芯中O曲线的这些峰值(变重)，指示温度的突然增暖，相当于6～7?C 的升温，同时降尘可以减少4倍之多。
④全新世大暖期：
气温升高、降水增多、海平面上升、湖面上升、冰川退缩、沙漠退缩等。 ⑤小冰期：
小冰期是全球性的气候异常期，时间跨度约为500a（1400-1900AD）。 ⑥厄尔尼诺：
是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每2—7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨，出现所谓的―厄尔尼诺现象‖。 赤道太平洋海面的季平均温度距平可达1－3℃。范围：5?N～12?S；90?W到日期变更线。 ⑦拉尼娜：
指的是厄尔尼诺现象的反相。即赤道东太平洋海温较常年偏低。指由于暖水不断被送入西太平洋，导致东西海区的温差增加。这样，空气在西太平洋上升，而在东太平洋却下沉。这种纬向东流的加强使赤道信风越来越加强的结构发生作用，有时也可使东太平洋的水温出
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现显著下降。
一、第四纪海平面波动的概念
1、海平面
是指平均的海面，既不是高潮面，也不是低潮面。是通过多年的观测数据计算得到的一个海面位置。 2、海平面波动
是指地质历史时期海平面相对现今海平面位置的变化。 3、海平面波动类型（重点）
（1）水圈体积型海平面变化。地球排气过程（火山喷发）使水圈水量增加，尤其在地球的早期作用明显。
（2）冰川型海平面变化。气候变化导致陆地上冰量的变化，引起海平面变化。
（3）构造运动型海平面变化构造运动既可引起全球性海面变化，也可引起局部的海面变化。局部构造抬升：海面下降。
（4）海温型海平面变化。海水温度变化，海水体积变化，海平面变化。
另外：洋盆体积型、均衡型海面变化。
二、第四纪海平面波动的标志（了解）
1、沉积学标志
（1）泻湖沉积和泥炭
淡化泻湖：高于海平面。咸化泻湖：低于高海面。
泥炭(Peat)：主要发育在平均低潮的高潮和大潮极端高潮之间的海岸部分。 淡水泥炭：其表面与海面处在同一高度或略高。 咸水泥炭：其表面与海面处在同一高度或略低。 它们重叠的接触面为古海平面的位置。 （2）海滩岩
形成热带和亚热带沿海，形成的时间可以短暂，一般厚度几厘米到数米。
海滩岩胶结作用的上限至少是大潮平均高潮位，其下限相当于大潮平均低潮位。海滩岩的下限可作为海平面的位置。 2、地貌标志
（1）海蚀凹槽和海蚀穴
海蚀凹槽：是沿着海平面发育向陆地凹入的线状凹槽。海蚀凹槽最深的部位为平均海平面位置，而上下的转折部分为高潮面和低潮面的位置。
若凹槽很宽--当时的潮差大；横剖面梯形--海平面垂直位移小于潮差；深窄的楔形--指示海平面垂直位移小，海平面经历了较长时间的稳定。
海蚀穴：是形成于海平面附近,深度（向陆地方向）大于宽度（沿海岸线方向）的洞穴。海蚀穴指示海平面位置与海蚀凹槽相似。 （2）海蚀崖和波切台
海蚀崖：在海蚀过程中，海岸线后退，海岸崩塌形成的悬崖峭壁。当海蚀凹槽不断扩大，其上面的岩石因失去支撑而倒塌，就形成海蚀崖。海蚀崖底部--海平面位置
波切台：是沿着平均海平面向陆地延伸并向海洋方向缓倾斜的基岩台地，有时有少
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