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第四纪地质学第四纪科学导论本课程内容结构第一章绪论∶第四纪基本概念与学科发展问题第二章第四纪沉积与地层第三章第四纪岩石圈演化第四章第四纪大气圈演化第五章第四纪水圈演化第六章第四纪生物圈演化与人类发展第七章地壳运动的原因本课程内容结构第八章气候变化的原因第九章海面变化原因第十章第四纪研究的主要技术手段第十一章新构造运动研究法第十二章气候变化研究方法第十三章海面变化研究方法第十四章第四纪科学的应用领域研究专题⒈季风和气候变化研究进展过程和机制；记录（深海沉积、黄土、冰芯、湖泊沉积、石笋、树木年轮等）⒉海岸和海洋过程研究进展过程和机制（海岸演变、海面变化、古海洋学）⒊大陆古水文学研究进展江河、湖泊、沙漠演变的过程和机制研究专题⒋构造环境研究进展青藏高原隆升及其环境效应⒌生物界和人类演化植被和生态环境演化研究进展人类（现代人）起源研究进展研究专题⒍应用第四纪研究进展第四纪研究与可持续发展⒎第四纪研究技术手段的新发展年代学技术发展；模拟与预测进展；3S技术应用进展第一篇基础篇第一章绪论∶第四纪基本概念与学科发展问题刘东生院士第13届INQUA主席INQUA(国际第四纪研究联合会)InternationalUnionforQuaternaryResearch刘东生院士在章丘洛庄汉墓发掘现场刘东生院士在城子崖博物馆本章的目的和要点目的∶了解第四纪学科要点∶第四纪的定义、基本特征和年代划分第四纪学科的发展和特点、第四纪研究的内容和意义第四纪学科的基本概念第四纪的基本概念第四纪研究与全球变化研究第四纪研究的扩充概念第一节第四纪的基本概念一、第四纪术语的由来二、第四纪的基本特征三、第四纪底界年代的确定四、第四纪内部年代划分一、第四纪术语的由来⒈定义“第四纪”是一个地质时代的名称，指最近两三百万年以来直至当前的这段时间，也即地球发展史上最新的一个“纪”。⒉新生代地质时代划分问题1∶地球历史有多长?划分为哪几个“代”?地质时间单位和年代地层单位问题2你知道有哪些地质时间单位和年代地层单位?单位一级二级三级四级五级六级时间单位宙代纪世期时地层单位宇界系统阶时带新生代地质时代划分问题3谁能说出新生代有几个“纪”?全新世Holocene更新世Pleistocene上新世Pliocene中新世Miocene渐新世Oligocene始新世Eocene古新世PaleoceneMaBP0.011.85.022.5385465第四纪Quaternary新第三纪Neogene老第三纪Eogene⒊概念的演变G.Arduino(1750)∶把意大利北部地层划分为原始纪、第二纪、第三纪。⒊概念的演变Z.Desnoyers(1829)∶把巴黎盆地第三纪地层上部松散未胶结的最新堆积物定为第四纪地层。⒊概念的演变H.Reour(1833)∶进一步明确第四纪地层中包含大量现代种属的动植物化石。⒊概念的演变C.Lyell(1833)∶《地质学原理》一书明确定义第三纪和第四纪并提出更新世、全新世。⒊概念的演变IGC(1881)∶(InternationalGeologicalCongress)第二届国际地质大会审议通过以“第四纪”作为年代名称，以“第四系”作为地层名称。二、第四纪的基本特征⒈与现代有直接联系的最新地质时代“直接联系”∶第四纪的沉积过程至今继续在形成新的沉积物，第四纪的构造运动至今继续在活动并引起种种问题，第四纪的生物大多至今仍生活在地球上但是正面临严重的灭绝威胁。“最新”∶历时短暂；现况研究；精细研究⒉气候变冷和冰川消长“变冷”∶晚新生代大冰期、大规模冰流；“消长”∶冰期-间冰期交替。⒊人类出现和迅速发展人类发展史是使第四纪截然区别于其它地质时代的最为深刻的原因。⒋地壳运动活跃地壳运动进入了一个新阶段，以强烈的断块升降为特征。三、第四纪底界年代的确定⒈定界标准主要有5～6种(人类、冰川、动物、有孔虫等生物演变、温度等)，各种标准之间、各地之间时间都不一致。⑴冰川标准问题各地开始时间不一致；对冰川遗迹的认识不一致。问题4南极大冰原是什么时候形成的?南极东部1400～1100万年前，格陵兰320万年前，北极海冰300万年前，北美北欧250万年前。⑵人类标准问题问题5人类是什么时候出现在地球上的?不断有新的发现，从100万年推前到至少500万年。2002年Nautre,乍得600多万年。⑶温度标准问题气候的首次恶化，国际公认的标准(IGCⅩⅧ，1948)，具有全球一致性和可对比性。⒉三种意见⑴1.60～1.80MaBP∶INQUAⅪ(1982)建议，IGCⅩⅩⅦ(1984)通过。1.80MaBP⑵2.40～2.50MaBP∶中国黄土堆积的底界，中国大多数学者倾向这一标准。2.48MaBP⑶3.00～3.50MaBP∶四、第四纪内部年代划分“四分”全新世晚更新世中更新世早更新世符号Q4Q3Q2Q1INQUA(1987)10KaBP128KaBP730KaBP第二节第四纪学科的基本概念一、第四纪学科发展二、第四纪研究的基本特点三、第四纪研究的主要内容四、第四纪研究的意义一、第四纪学科发展第四纪地质第四纪环境第四纪科学⒈第四纪地质学的学科性质初期的第四纪地质学以地壳表层松散堆积物为主要研究对象，以地层学为基础，是一门描述地壳组成物质最新发展过程的地质学分支学科。经过100多年的发展，第四纪地质学已从最初的“地层、构造、古生物”三大传统地质课题的范畴，从一门单一学科，繁衍成为一个很大的“学科家族”。例如∶冰碛层和冰期研究→冰川学、气候地层学、古气候学、古海洋学、古水文学……生物地层研究→古脊椎动物学、古人类学、微体古生物学、古土壤学、古生态学……新构造运动研究→火山学、地震地质学、现代岩石圈动力学……应用性研究→砂矿地质学、工程地质学、水文地质学、环境地质学、农业地质学、城市地质学……⒉第四纪科学的学科性质以第四纪地质学为核心，是第四纪地质学的外延和扩展；以第四纪时期人类与环境发展过程和机制为基本课题；是一门新兴的交叉学科。二、第四纪科学的基本特点⒈两个统一研究时段∶历史过程与现代过程的统一研究对象∶统一的全球环境系统第四纪学历史过程地壳物质地质学历史与现代的统一统一的全球环境系统现代过程生存环境环境科学第四纪学⒉多学科性和综合性第四纪地质学人类学气象学海洋学考古学生物学地球化学地球物理工程地质土壤学水文学《QuaternaryResearch》杂志编委会顾问的专业组成∶人类学与考古学、植物学与孢粉学、地球化学与地球物理学、地质年代学、地理学与地貌学、冰川学、古气候学、古生态学与动物地理学、古生物学、第四纪地质学、第四纪海洋学、土壤学……等20多个学科学会机构日本第四纪学会下设11个专委会∶地质、地理、古生物、动物、植物、土壤、人类、考古、地球物理、地球化学、工程地质。中国第四纪研究会下设11个专委会∶黄土、全新世、地层、海岸线、珊瑚礁、新构造、第四纪年代学、环境考古、应用第四纪、热带亚热带环境、第四纪教学⒊发展迅速∶新技术不断渗入AMS(加速器质谱计)在14C测年中的应用∶几克→几毫克，1个/17小时→40个/24小时，4-5万年→7-8万年。LA-ICPMS(激光电感等离子质谱计)可测定单粒火山灰所含痕量元素，结合钾氩法年龄测定，可获得1毫米厚的薄层火山灰的年龄值。VLBI(甚长基线干涉测量)∶水平1cm/a⒋发展方向第四纪科学正迅速地向着精确、定量、预测的方向发展。(纹泥、瓣鳃类、冰芯)基本信条正在改变。问题6∶地质学的基本信条是什么?将古今论未来过去和现在是开启未来大门的钥匙Thepresentisthekeytothepast.----A.Geikie(1905)Thepastandpresentarethekeytothefuture.第四纪科学的核心理论是什么?均一性原理PrincipleofUniformityUniformitarianismActualism三、第四纪科学的主要内容⒈基本内容第四纪时期人类、生物界以及各种物理环境因子的演化历史和相互作用机制⒉具体内容⑴沉积物与地层研究⑵地壳运动研究⑶气候变化与大气环境研究⑷古海洋与大陆水环境研究⑸生物演化与古人类研究⑹宇宙因素对地球环境影响研究⑺技术手段研究岩石圈Lithosphere大气圈Atmosphere水圈Hydrosphere生物圈Biosphere宇宙圈Cosmosphere四、第四纪科学研究的意义韩友松中国科学院海洋研究所研究员⒈理论意义揭示人类生存环境演变的历史过程和变化规律，为现代环境整治和未来环境预测提供背景材料和参照系，进而推动地球系统科学(ESS)和系统地球观的发展。⑴提供背景和参照系环境是一种动态过程，认识当前环境的基本标准就是“定位”，就是确定其时空位置，即了解它的“来龙去脉”。如何定位?仅有一个点不行，没有参照系不行。“过去的变化历史”就是“来龙”，就是参照系，就是第四纪研究的第一要务。时间温度●过去未来???⑵推进地球系统科学(ESS)ESS(EarthSystemScience)的创立具有十分深远的科学意义和哲学意义。ESS强调将地球各种相互作用的组成部分作为一个统一的整体，作为一个完整的系统来进行综合研究，势必导致一场以“系统地球观”为标志的新的地学革命。在这一进程中，以综合研究为基本特征的第四纪研究可以发挥很大的作用。正在发展之中的系统地球观包含三个基本成分∶①人类与自然统一的环境地球观念；②地表与地内各圈层统一的整体地球观念；③地球与地外天体统一的行星地球观念。人类对地球的认识经历过两次革命三个阶段。早期—神创地球观(静止的地球观)；第一次地学革命—18世纪末，以均变论和进化论的创立为标志，发展起变化的地球观；第二次地学革命—20世纪60-70年代，以板块学说和全球构造理论的确立为标志，形成海陆统一的地球观。⒉实际意义⑴环境评价与管理领域∶①在建设性环境研究方面，为工程建设和发展规划提供科学依据；②在灾害性环境研究方面，为减灾防灾服务。⑵资源利用与保护领域①指导第四纪矿产资源的勘探开发；②为环境资源合理开发和保护提供科学依据。问题7∶第四纪矿产主要有哪些?砂矿(金属、非金属)、建材(砂石、粘土)、盐矿(氯化钠、氯化钾、芒硝等)、地下水(淡水、卤水)、燃料(泥炭、天然气)……资源合理开发和保护实例∶抽水引起的地下水资源枯竭和地面沉降。我国30多个城市发生区域性地面沉降。天津市1959—1988年29年市区地面平均沉降1.75米(平均每年6.03厘米)，按此速度，只需17年大部分市区将降到平均海面以下。苏锡常地区50年代以来形成的地面沉降漏斗面积4700平方公里(3mm/a等值线圈闭，中心均大于7mm/a)，预测到2050年低于高潮位的面积较今大3.2—1.8倍。主要杂志∶主要英文杂志∶《QuaternaryResearch》《QuaternaryScienceReview》《JournalofQuaternaryScience》《Palaeogeography,Palaeoclimatology,Palaeoecology》主要中文杂志∶《第四纪研究》《海洋地质与第四纪地质》思考题∶第四纪科学与地理科学有何关系?第三节第四纪研究与全球变化研究一、全球变化研究计划二、第四纪研究在全球变化研究中的地位和任务一、全球变化研究计划⒈概况IGBPInternationalGeosphere-BiosphereProgramme⑴科学目标描述和了解控制整个地球系统关键性相互作用的物理、化学和生物学过程，描述和了解支持生命的独特环境，描述和了解出现在地球系统中受人类活动影响的重大全球变化。强调研究时间尺度为几十年至几百年、对生物圈影响最大、对人类活动最为敏感、最易实践和具有可预测性的重大全球变化问题。⑵计划时间IGBP分两个阶段进行∶①1987-1990年为制订计划阶段；②1991-2010年为计划实施阶段。预计将进行长达20年的连续观测，可望捕捉到2个太阳黑子周期，5-10个火山活动年，2-5个厄尔尼诺年，并能初步识别人类活动(如森林砍伐)的严重后果，为全球变化的深入研