1、第十一章 第四纪气候变迁及其动力机制一、第四纪气候的一般概念二、第四纪气候变化的标志三、第四纪气候变化的特征四、中国更新世的气候特征五、近一万年来世界气候变化六、第四纪气候的研究方法七、第四纪气候波动的动力因素一、第四纪气候的一般概念（一）基本概念天气某一地区、某一时刻、某一条件下的大气物理状况。气候指某一地区长期的具有特征的天气状态综合。包括温度、降水等情况。年均温，甚至以十 、万、十万为单位。气候反应经常性的天气，同时也包括特殊性的天气。一、第四纪气候的一般概念（二）地质历史上的三大冰期：前寒武纪冰期：5.7108 a. B.P震旦纪大冰期发生于8.55.7亿年前的震旦纪，冰川最盛时覆盖了

2、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。一、第四纪气候的一般概念（二）地质历史上的三大冰期：C-P冰期：2.5108 a. B.P晚古生代大冰期:发生于3.52.3亿年前的石二叠纪，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。处在北半球的印度，在这次大冰期中，也有13的面积被冰川覆盖。一、第四纪气候的一般概念（二）地质历史上的三大冰期：Q冰期：2106 a. B.P第四纪大冰期，发生在最近的300万

3、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。一、第四纪气候的一般概念（二）地质历史上的三大冰期：冰川活动总的特点持续时间：一千万年间隔2.5亿年 脉动形式第四纪约200万年，但冷暖波动更明显一、第四纪气候的一般概念（三）第四纪气候的基本特征：1、全球的降温。2、冰川扩大。 A.冰川覆盖率增加。 B.冰

4、盖数量和范围增加。 C.山谷冰川下移。 D.雪线下降。3、具有波动式的周期性变化。现代冰川与冰缘带分布图末次冰期全盛期冰盖和永久冻土的最大范围一、第四纪气候的一般概念（四）气候变化的意义：气候变化对人类的居住环境、生物、地貌都具有重要的影响。（五）研究第四纪气候变化的作用：划分对比第四纪地层研究古环境的变化预测未来变化二、第四纪气候变化的标志1、宏观气候标志2、微观气候标志1、宏观气候标志（1）岩石气候标志（2）地貌气候标志（3）生物化石气候标志（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

5、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（2）地貌气候标志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0C，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-2-9C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：B、哺乳动物化石：C、海生软体动物化石、珊瑚化石：D、其他微体动物化石：A、植物化石植物是陆地上最敏感的气候标志。a.生态分析b.叶片形态分析c.孢子花粉d.年轮分析 A、植物化石a.

6、生态分析现生种属类比法：大气降温率推算变化的年均温 现代的年均温变化的年均温当时的年均温A、植物化石b、叶片形态分析叶相学（Foliar physiognomy) 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。 小型 中型 大型热带雨林（巴西1027s) 15.1 68.3 11温带雨林（巴西260 s) 14.4 64.4 11.1常绿阔叶林（浙江） 53.3 37.1 5.4温带山地针叶林（长白山）39.5 31.8 8.8全缘叶

7、 浅裂 (Lobed) 锯齿型serrated叶缘: 全缘叶的统计，推测气候类型；叶缘形态与气候的关系 热带雨林 全缘叶 比例 75 副热带雨林 5775 亚热带雨林 4050 温热带雨林 035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（drip tip):使叶面上 的水迅速排放，而不致于叶子因渍水而腐烂。巴拿马（热带）： 具滴水尖的占 76加里福尼亚 （温带）： 9c、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）孢粉重点曲线图式孢粉水平图式d.年轮分析年轮宽湿热年轮窄干冷B

8、、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20C ，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：Hyalina balthca(饰带透明虫喜暖：Globorotalia menardii(敏纳圆辐虫）2、微观气候标志(1)氧同位素（O1

9、8） 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：太平洋中：冰期CaCO3高 间冰期CaCO3低2、微观气候标志（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 伊利石干冷井儿洼钻孔岩芯磁化率反映的湖泊演化阶段三、第四纪气候变化的特征（一）冰川作用区的气候变化冰 期第四纪时期全球性的降温，发生大规模的冰川活动时期。在大陆冰川作用区，大陆冰川从高纬向中纬扩大，引起生物群从极地向赤道迁移，在高山区，高山上部的山岳冰川向山下或向山外围扩大，生物群垂直分

10、带向下迁移。（一）冰川作用区的气候变化间冰期两次冰期之间全球性的增温期。地表大量的冰雪消融以致消失，大陆冰川消失或向高纬后退，高山区由山下向山上后退，但有大量的新生种产生。 （二）非冰川作用区 指大陆冰盖以外的广大的中低纬地区。第四纪时期主要 是干燥和潮湿的气候波动，因此称为雨期和间雨期。 雨期第四纪气候转潮 的时期，特点是潮湿多雨，降雨充沛，水域扩大，湖面上升。 间雨期气候处于两雨期之间相对干燥的时期，降水少，湖群缩小，湖水位下降。 标志：高岸线、淡水沉积雨期 低岸线、泥裂、风沙间雨期（三）冰川外围中低纬区雨期、间雨期与高山区高纬区冰期、间冰期的关系冰川外围西风带中高纬中国潮湿雨期冰期冬（干

11、燥）干燥间雨期间冰期夏（多雨）四、中国更新世的气候特征1、新生代的气候特征2、早更新世的气候特征3、中更新世的气候特征4、晚更新世的气候特征1、新生代的气候特征全球的降温，并在几个时期出现气候突变事件：古新世晚期始新世早期：最热事件渐新世早期：降温事件中新世中期：降温事件全球冰量剧增干旱化、降温亚洲出现沙化南极冰盖出现降温上新世更新世新生代气候降温事件与深海岩芯氧同位素记录 新生代实际或推测的气候阶段性变化1、新生代的气候特征古近纪（E） 总的来看，这时期气候相对温暖（或称炎热），高低纬度气温相对比较均匀。新近纪（N） 气候总的来看温暖湿润，温度较早古近纪有所降低，温带面积扩大，而热带面积缩小

12、，但气温仍比现在高。 N2末期大约从3百万年开始，地球气候逐渐变冷，并由此过渡到第四纪的冰期气候。阶段性变冷和部分波动变化1、新生代的气候特征2、早更新世的气候特征早更新世早期：气候比较寒冷，出现黄土堆积早更新世中期：气候比较温暖，南方的动物群进入华北地区。早更新世晚期：气候寒冷，在华北地区出现冰缘地貌。早更新世晚期亚寒带温带热带亚热带寒带3、中更新世的气候特征中更新世中期中温带南亚热带、热带寒温带暖温带中北亚热带4、晚更新世的气候特征为一个完整的气候旋回：暖（末次间冰期）冷（末次冰期）早期为间冰期，时间为13075ka BP，也称末次间冰期，在阿尔卑斯山地区称里斯玉木间冰期；在北欧叫魏克塞尔

13、间冰期；在北美桑加蒙间冰期；在中国的东部称为庐山大理间冰期。这个时期的气候特点是温暖湿润，海平面上升。晚期为冰期，时间为7510kaB P，也称末次冰期，在阿尔卑斯山地区称玉木冰期；在北欧叫魏克塞尔冰期；在北美称威斯康星冰期；在中国的东部称为大理冰期，或太白冰期；在青藏高原称绒布寺冰期或珠穆朗玛冰期。 末次间冰期全球平均年气温比现今高23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 末次冰期与末次冰盛期末次冰期在北美被称为魏克塞尔（Wisconsin），欧洲称威斯康星（Weichsel），在阿尔卑斯称

14、玉木（Wrm） 。历时约6.5万年（7510ka 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7410 ka BP；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2118 ka BP（Bard, 1999）。聂高众等（1996）根据黄土粒度曲线认为LGM约在2018 ka BP。末次冰期向全新世过渡期又称晚冰期，包括老仙女木期（Oldest Dryas）、Bolling暖期、中仙女木期（Older Dryas，）、Aller暖期和新仙女木期（Younger Dryas）。

15、 晚更新世晚期亚寒带寒带寒温带温暖带亚热带寒带五、近一万年来世界气候变化 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。1、 研究从以下几方面入手：A、雪线和冰斗的高度变化；B、据冰川末端的终碛堤；C、水面的上升和下降；D、物侯材料（开花时间、结冰化冰时间、农作物标志）。五、近一万年来世界气候变化2、一万年以来的气候期方案前北方期： 10.39.5 ka BP；气候干冷；北方期：9.57.5 ka BP；气候干暖；大西洋期： 7.55.0 ka BP；温暖潮湿、气候适宜期；亚北方期： 5.02.7 ka BP；气候干暖；亚大西洋期：2.70 ka BP ；气候温凉；中国冰后期气候

16、分期五、近一万年来世界气候变化3、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17001750以后的时期（现代小冰期）。现代小冰期广义小冰期我国近五千年来的气候变化表4-8 我国近5000年来气候变迁（据竺可桢，1973） 气候分期 年代 文献记载 气候特征 第四寒冷期 600100 京杭大运河封冻；太湖、汉水、淮河、洞庭湖结冰 气候转冷，冬季-2 第四温暖期 800700 西安一带有大面积竹子 气候转暖 第三寒冷期 1000800 太湖结冰；杭州降雪频繁 气候寒冷 第三温暖期 14001000 黄河流域生长梅、竹、柑橘 第二寒冷期 20001400 淮河结冰 年均温-12 第二温暖期 28502000 黄河流域梅、竹等普遍生长 气候温暖 第一寒冷期 31002850 长江支流汉水出现封冻 气候转冷 第一温暖期 50003100 黄河下游生活水獐、竹鼠、貘、水牛等 年均温+2，1月+35 六、第四纪气候的研究方法1.选定古气候记录载体2.建立时间序列3.提取气候信息（温度、降水量、风等）气候代用指标(地质、生物、物理、化学）4.重建气候历史（周期）5.探讨气候演变机制6.预测未来变化趋势高分辨率的古气候研究方法1. 树轮2. 纹层 （石笋、珊瑚、纹泥）3. 冰心东北龙岗火山群玛珥湖和沉积物岩芯。1998-