第四纪地质学

第四纪地质学

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Quaternary geology

研究第四纪时期环境发展演变的科学，包括地壳运动、气候变化、沉积环境、地层划分与对比、生物演替等方面。与地质学、地貌学、气候学、古地理学、古生物学、古人类学、考古学等学科联系密切。19世纪早期，欧洲地质学家研究了松散沉积物，先后提出洪积理论和冰川理论。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）1 920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。1961年费尔布里奇（R. W. Fairbridge）将海面变化归为3种类型：①构造—海面升降运动；②沉积—海面升降运动；③冰川—海面升降运动。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。我国第四纪黄土研究揭示出最近70万年以来有1 3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。

Quaternary Geology

研究第四纪地质发展历史的科学。是地质学的一个分支学科。其主要任务是研究第四纪重要地质事件的时间和空间的分布规律。第四纪是地质史上最新的一个时间单位，它隶属于新生代，包括更新世和全新世两个阶段。第四纪时期形成的一套地层称为第四系，包括更新统和全新统两个早晚衔接的地层单位。第四纪地质学与考古学，特别是与旧石器时代考古学，关系十分密切。

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全。

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。目前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。

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。目前普遍认为在那里有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在低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(H yracoidea)、乳齿象(Mastodontidae)、剑齿象(Stegod ontinae)、三趾马(Hipparion)、爪兽（Chalicotheriidae）、 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(Equus)、腔齿犀（Coelod onta）、板齿犀(Elasmotherium)、牛(Bos)、野牛(Bison)、水牛(Bubalus)、丽牛(Leptobo s)、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。

全新世动物群以现生种为主，化石种比以往任何时候都少,只有披毛犀(Coelodonta ant iquitatis)、猛犸象曾经残存过一段时间，驴、马鹿等一直生活到现在。此外，第四纪期间，软体动物和微体动物分布广泛，类型繁杂，多种多样的植物遍及世界各个角落，随着气候和地理环境的变迁，它们不断地发生变化。

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。

与考古学的关系第四纪地质学是旧石器时代考古研究中必不可少的一项重要内容。因为人类本身就是地质历史的产物，而早期人类的遗迹通常作为地质现象被埋藏在地层之中。由于早期人类的生存几乎完全趋附于自然环境，因此，早期人类的遗迹在地层中的分布是有一定规律的。

旧石器时代考古的野外调查，需要应用第四纪地质知识，如恢复更新世古地理环境，确定在适合于古人类生存的条件下形成的第四纪地层等。发掘工作只有在充分认识第四纪地层的基础上才能顺利进行，特别是对于埋藏在河湖相沉积层里的古人类文化地点，只有采取第四纪地质的工作方法才是有意义的。对古人类文化遗物时代的确定，第四纪地层的划分对比和对哺乳动物的分析判断在目前仍然是主要的方法。当然，古人类文化遗物也是第四纪地层划分的一项重要依据。