第四纪冰期

第四纪冰期地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期，称为冰期，又称为冰川时期。两次冰期之间为相对温暖时期，称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期，最近一次是第四纪冰期。第四纪冰期约从距今200万年前开始直到现在。一、第四纪大冰期气候第四纪初期的冰期环境波及全球，中期达到最盛，所以晚新生代大冰期主要指第四纪冰期。当时，北半球有三个主要大陆冰川中心，即斯堪的纳维亚冰川中心：冰川曾向低纬伸展到51°N左右；北美冰川中心：冰川曾向低纬伸展到38°N左右；西伯利亚冰川中心：冰层分布于北极圈附近60°—70°N之间，有时可能伸展到50°N的贝加尔湖附近。此外，在中、低纬的一些高山区还发育了山麓冰川或小冰帽。而在这次大冰期中气候变动很大，冰川有很多次进退。根据对阿尔卑斯山区第四纪山岳冰川的研究，确定第四纪大冰期中有5个亚冰期。在中国也发现不少第四纪冰川的遗迹，定出4次亚冰期。在亚冰期内，平均气温约比现代低8°—12°C。在两个亚冰期之间的亚间冰期比现代气温高。据研究，在距今1.8万年前为第四纪冰川最盛时期，一直到1.65万年前，冰川开始融化，大约在1万年前大理亚冰期消退，北半球个大陆的气候带分布和气候条间基本上形成为现代气候的特点。第四纪冰期的划分如下：二、世界的划分。（1）阿尔卑斯山冰期划分第四纪冰期气候旋回的研究，最早开始于阿尔卑斯山。1909年，A.Penck和Bruckner研究阿尔卑斯山麓地貌和堆积物时，首先创立了4次冰期3次间冰期的论点。其中冰期自老到新为：群智、民德、里斯和玉木。在4个冰期之间和3个间冰期，分别为群智—民德、民德—里斯、里斯——玉木。当时划分冰期、间冰期的主要依据，就是分布在阿尔卑斯山麓的4种不同的地貌类型及4种不同特征的沉积物。其中群智冰期是与覆盖在古老夷平面上的老砾石层相对应；而民德、里斯和玉木等冰期，分别与老砾石层之上或洼地的新砾石层、高阶地上红、黄色砂砾层与低阶地上灰色沙砾层相对应。几十年来，阿尔卑斯冰期系统广为流传，为世界许多地区所采用，并作为典型冰期模式与世界各地对比。（2）北欧冰期划分20世纪20年代，一些学者根据北欧斯堪的纳维亚冰盖边缘活动位置，将丹麦、荷兰、德国北部和波兰的终碛系列划出4次冰期和3次间冰期,自老到新为艾尔斯特(Elster)、萨勒(Saale)、瓦什(Warthe)、维塞尔(Weichsel)冰期,克罗默(Cromer)、霍尔斯坦（Holstein）和埃姆（Eem）间冰期。（3）北美冰期划分北美的冰期系列主要是按照北欧冰期划分方法确定的，根据冰碛物和终碛的位置划分出：维斯康辛、伊利诺安、堪山和内布拉斯加4个冰期及桑加蒙、雅莫斯和阿弗顿3个间冰期。世界其他一些地区也划分了本地区的第四纪冰期系列。后来，M.米兰科维奇建立的距今百万年以来太阳辐射变化曲线表明，至少可分出14～15个冰期轮回，即阿尔卑斯冰期系列中的每个冰期几乎都包含着2～3个冰期轮回。50年代发展起来的深海岩芯氧同位素研究，传统的阿尔卑斯冰期系统受到冲击，因为它不能完整地记录下气候与环境变化信息，相关的地层和地貌极易被曲解。而深海岩芯同位素可以相当完整地记录至今最为精确的更新世气候与环境变化资料，几乎不受岩芯地理位置的影响，其连续性和在全球的广泛性都是惟一可以与其他气候地层学系统的可靠资料作对比和验证的。据太平洋深海岩芯18O记录，大约90万年以来可以划分出23个18O阶段和10个完整的冰川周期（由B期到K期），期间被11个终至界线（由Ⅰ至Ⅺ）所分开。在时间序列上可与阿尔卑斯冰期系统相对比（图2）。三、中国第四纪冰期划分及证据我国第四纪气候变化研究，最早是李四光教授。他从研究庐山冰川地貌和冰川沉积堆积物入手，按不同的沉积物特征及其分布规律，从老到新划分为3个冰期、2个间冰期：即鄱阳、大姑、庐山3个冰期及其中间的鄱阳—大姑、大姑—庐山2个间冰期。其中鄱阳最老，堆积暗红色坚硬的老泥砾；大姑期为红色（赭色）泥砾；庐山最新，为松散棕黄色或黄褐色亚粘土混有巨大砾块堆积物。李四光还根据所创立的庐山之冰期与阿尔卑斯早期3个冰期（群智、民德、里斯）进行对比。后来又在云南西北点苍山区，发现在相当庐山冰碛物之上，还有一种更新鲜的堆积物。因而又建立了最后一个冰期——大理期。这样我国也有4个冰期和3个间冰期，完全可与阿尔卑斯地区4个冰期对比。大理冰期=玉木冰期，约7~1万B.P；庐山冰期=里斯冰期，越37~24万B.P；大姑冰期=民德冰期，约80~68万B.P；鄱阳冰期=群智冰期，约120~90万B.P。（1）发现的一些冰川遗迹中国第四纪冰川遗迹，近年曾陆续予以总结。近期又发现了很多冰川流行的证据，现举数例摘要叙述如下:1.基岩冰溜面北京西山地区，继隆恩寺山坡上发现的基岩冰溜面之后，又在潭拓寺赵家台山坡上发现一处基岩冰溜面，经开掘露出的光滑研磨面上，有定向的两组钉头鼠尾状冰川条痕刻划在黄白色石英岩的基岩面上。2.漂砾和冰川条痕石在云南元谋冰蚀盆地中一块有趣的漂砾，这块1米直径的红色砂岩磨形成的凹面，其中的擦痕若非在恒稳的压力移动下逐渐刻划而成，其他成因是无法产生漂砾，上面有两个相邻的长碟形磨光凹面，凹面内各有8条及4条擦痕，这些钉头鼠尾状的条痕长4—12厘米，其延长方向和凹面长轴斜交。这种由铲刮研磨形成的凹面。浙江天目山南麓分布较多的冰川条痕石之一，该处山麓的冰碛物可与山上的冰蚀地形相互联系。3.冰碛泥砾在中国东部常可分成三期，其中最老者为鄱阳冰期，它的冰碛物常为绛紫色，多被埋藏在山前平原下面，仅见有残存出露，但与其同时异相的冰水沉积物却分布很广。其次为红色粘土泥砾，粘性较大，保存较好，分布也广，为最常见到的冰碛物。较新的冰碛物为较疏松的黄褐色泥砾，砾石风化轻微。上述三种泥砾堆积物均是杂乱无章，没有分选层理，其中常包含有条痕石、立砾及压坑、压裂等冰川作用现象。4.纹泥湘西安江长迹冰期的纹泥，这种纹泥也见于北京周口店、大别山北坡霍山及滇东牛首山等地。5.冰川地形冰川U谷地形在中国东部的某些山区仍有保存。西部山区则更清楚。6.表面构造辽宁赤峰西老府的表面构造，含大量冰川条痕石的冰碛层推动了下伏花岗片麻岩的表层，使之产生褶曲及冲断的表面构造现象。7.动物群代表寒冷气候的猛犸象和披毛犀动物群，其遗体在我国东北和华北等地大量发现，仅黑龙江和吉林两省所发现的化石地点即达二百余处。尤其近年来在北京及其附近发现的德永象(猛犸象属)、披毛犀、赤鹿、原始牛、青羊等寒冷气候动物，从伴生的木材进行放射碳测定结果，认为均属于大理冰期产物。8.冰期和间冰期的植物群落陕西蓝田张家坡的孢粉研究工作，论证了秦岭地区的群智—民德间冰期，据渭南北庄村化石层中的球果、针叶、青杆、种子以及孢粉组合，证明在此海拔490米的准平原上曾发育过云杉—冷杉森林，推算当时年平均气温应比现在低8℃，据C14测定其时代距今为23100±85年，相当于玉木冰期。周口店第一地点北京人化石层及北京人洞穴底部泥砾层的孢粉组合研究结果，证明周口店北京人化石层可以和赫尔斯坦(Holsteinian)间冰期对比，用裂变径迹法测得第十层(北京人化石层底部)的年龄为81±12万年，第四层为40±7万年或66±10万年，故推测洞穴底部的“底砾石层”可能属于民德冰期或更老的一次冰碛物。北京城下面12米深处，在淤泥层中挖出的古榆树经C14测定其时代距今为29300±1350年，其孢粉组合以草本花粉为主，乔木其次。乔木中松等针叶树花粉达82%以上，云杉属达17.9%，冷杉属达30.8%，阔叶树种花粉仅占18%以上。云杉、冷杉这种暗针叶林现在北京西面小五台山海拔1600—2000米处生长，气候显然寒冷，可代表一个冰期，按C14所测年代约相当于玉木冰期。（2）若干地区第四纪冰期的简介我国第四纪冰期问题，据近年来的资料，若干地区均可依据冰川堆积物的岩性特征、古生物组合、地层层序、构造变动以及冰蚀地貌的特征，初步划分为鄱阳冰期、大姑冰期、庐山冰期、大理冰期等相当的四次冰期和三次间冰期(附表)。大理冰期冰流遗迹在我国东南部(除台湾省)尚缺乏资料，此外，我国地理工作者对西部山区的小冰期也进行了研究。现选若干地区第四纪冰期进行简介。1．长江中下游地区鄱阳、大姑、庐山三次冰期的堆积物在长江中下游广泛分布。鄱阳冰期的冰碛、纹泥和砾石层，一般已被掩埋，在九江、南昌、鄱阳湖、赣抚平原一带，经钻探证明它确实存在。大姑冰期冰碛的显著特征是湿热化较深的虫状白条红色泥砾，分布于长江、湘江、汉水、赣江下游一带。不仅如此，该期冰流在我国大部地区都留下了广泛的踪迹。庐山冰期的褐黄松散泥砾，分布在庐山、黄山、铜官山等地。在庐山北面的大别山和桐柏山东段，同样发现了与鄱阳、大姑、庐山三次冰期相当的冰流残迹。鄱阳冰期含砂泥砾风化很深，胶结紧密，有纹泥数处，该期冰斗海拔700米。大姑冰期冰碛为虫状红色泥砾，冰斗海拔500米，U型谷海拔200~250米。庐山冰期是褐黄色泥砾，冰斗海拔900米。综括鄂、豫、皖、湘、赣等省山区所经历的三次冰期与间冰期气候变化，看来在长江下游的上海地区第四纪地层中也有显示。据上海市的钻孔资料，孔深约300米的地层中，在40~70米、116~133米、254~257米三段均发现喜冷植物的孢粉，如冷杉、落叶松、云杉、铁杉等。考察湘西第四纪冰川遗迹中，在相当于大姑冰期的红色泥砾中发现了扇羽阴地蕨、落叶松属等耐寒植物孢粉，与庐山冰期相当的堆积物里也含有喜湿冷的冷杉、铁杉等植物孢粉。总之，无论从冰碛物的岩性特征和孢粉组合或冰斗、U谷分布的高度及其相互关系来看，长江中下游在第四纪曾发生过三次冰期是可以肯定的。2.华北地区李四光教授对于北京周口店猿人层上和猿人层下两套冰碛物的研究，以及综合了北京附近钻探揭露的三种不同泥砾之后，曾指出:“华北的冰期可能还不止两期”。周口店附近的潭拓寺，第四纪冰川遗迹保存较好，尤以相当于大姑冰期和庐山冰期的遗迹最为清晰。周口店附近的潭拓寺，第四纪冰川遗迹保存较好，尤以相当于大姑冰期和庐山冰期的遗迹最为清晰。潭拓寺西南的管佗岭，残留有大姑冰期风化较深的红色巨砾和砾石堆积。此期冰碛还广泛分布于山前岗丘顶部。潭拓寺之西保存有庐山冰期U谷，在较高处所分布有冰斗、冰窖等。庐山冰期冰碛物为棕黄色风化较弱的泥砾。在潭拓寺南的鲁家滩洼地，经钻探查明，是一个填充泥砾至少深达50米以上的埋藏谷地。3.东北地区东北大兴安岭及长白山一带的第四纪冰川一般分为3—4期。最老的冰碛物分布很广，在大兴安岭东麓各山口均出露了这期灰白色泥砾，其中砾石有磨光面及凹面，在凹面中有细钉头鼠尾状擦痕，砾表为淡黄色腊状粘泥所包裹，滑腻透明，化学分析为伊利石，称为白土山组冰碛层，为山麓冰泛，广泛分布在松辽平原，储存了丰富的地下水。眺儿河冰期的冰碛物为埋藏在地面下30—70米深的灰黄泥砾，胶结紧密，其平均渗透系数仅0.27米/日，为不透水层。镇西冰期的冰碛物广泛分布在各河谷中，为棕黄泥砾，也是不透水层。在绰儿河中游发现本期纹泥，其冲断面正倾向冰川谷上游，显示冰川流动时的定向压力作用。白头山冰期以白头山周围的冰斗为代表。当大兴安岭及长白山一带发生冰川时期，松嫩平原则处于冰期气候中，最近在哈尔滨郊区海拔194米的黄山，于盛产猛犸象、披毛犀化石的地层中，发现云杉树干残体以及以云杉占优势的孢粉组合。4.西北地区中国西北，一般都认为有三次冰期，分别与大姑、庐山、大理等冰期相当。近年在河西走廊及青海湖北侧覆盖地区，经钻探揭露出两期冰碛物，即玉门砾石层下部和酒泉砾石层下部，二者间夹河湖相沉积，其中含喜暖动物化石鹿、野牛等。玉门冰碛层为具倾斜产状半胶结的泥砾和纹泥，与华北、秦岭的鄱阳冰期冰碛相似。这一发现为研究我国西北第四纪冰期提供了重要线索。因此，要查明我国西部的第四纪冰期，看来还需要对那些较近凹陷带里的堆积物认真进行研究，并与山区的地质工作密切配合，才不至于顾此失彼。5.四川地区四川西北部，可能有四次以上的冰期。最早一期，在岷江上游杂谷脑残存有该期U谷，而山前的相关堆积为厚约200米已遭构造变动胶结坚硬的冰碛、冰水砾石层。该期冰汛在成都平原南端保存有较完整的溢口、尾碛垄及风化甚