第四纪生物圈的特征及其演化

第四纪生物圈的特征及其演化环境与规划学院10级地理科学王坤乾学号：1026012417第四纪是地史发展的最新阶段，同样也是生物界发展的最新阶段。生物圈是指在地球上存在着生物并受其影响的部分，包括大气圈的下层、整个水圈及岩石圈的上层。现在地球上有大约200万种生物集中分布在地表上下约100米的范围内，它们构成一个复杂而巨大的生态系统，并参与了地球表层系统内部物质与能量的交换。第四纪同样也是人类出现的时期，所以说第四纪同人类的关系是非常密切的。第四纪生物界包括了原核生物和真核生物。原核生物有细胞和蓝藻，真核生物包括植物界、真菌界、动物界。一、第四纪生物圈的一般特征第四纪生物圈的发展是漫长的，上承第三纪生物圈，但其与现代生物圈却比较相近。第四纪的生物圈有着它独特的特征。第四纪生物圈以哺乳动物为主要代表门类，哺乳动物的化石有很多比同时期其他任何脊椎动物都多资料也跟详细。在第四纪时期北半球大陆性气候的加强和森林的扩张为新生代哺乳动物分化、演变提供了条件。第四纪植物群以现代生种为主，其中被子植物占优势，在早期有第三纪植物残存。北半球的生物界变化明显于南半球。陆地上的生物界变化明显于海洋中的生物界。陆地上，哺乳动物变化最明显，植物界变化最小，第四纪时期的植物基本上是现生种，而且在形态上与现今差别不大。人类的出现和演化是第四纪生物界发展的重大事件，相继出现了能人、直立人和智人。从全球现代动物分布来看，越是往南，动物构成更具有原始性，向北动物群具有进化性。生物在空间上频繁迁移，在前第四纪的生物界中是不多见的。二、第四季哺乳动物的特征及其演化哺乳动物是脊椎动物中级别最高的一个纲，人类也属于哺乳动物。哺乳动物起源于中生代，在新生代的发展得到了提高，在新生代之初，取代了爬行动物。1、哺乳动物的一般特征、分布和迁徙1除少数低等种属之外，都是胎生，幼崽以母乳为生，这有利于幼崽的成活率；2体温恒定，又可调节体温的汗腺和皮毛，可以适应气候；3大脑和中枢神经系统的发达，能及时对外界环景做出反应和调节自身机能，以球保护自己；4具有互不想通的心房、心室，血液循环采取体循环和脉循环，保证血液中含有丰富的氧气并及时送往全身各处；5腹腔和胸腔被横膈膜分开；6具有异型齿，因分工不同，牙齿分化为门齿、犬齿、前臼齿和白齿，有利于摄取食物和咀嚼。环境的变化，大规模的迁徙、变异等一系列原因，哺乳动物开始在这种新的环境下出现并发展壮大，适者生存在这里已得到验证。从现在的哺乳动物化石来看进化最明显的就是头骨、牙齿和角这为其在第四纪的大环境下得以生存。第四季期间在全球有五个动物区系动物区系(fauna)是指在历史发展过程中形成而在现代生态条件下存在的许多动物类型的总体，是在历史因素和生态因素共同作用下形成的。动物地理区为：古北区、东洋区、热带区、新热带区、澳洲区。古北区是指围绕北极的大片地区，包括欧亚大陆和北美州。东洋区包括印度、巴基斯坦、伊朗南部、及太平洋诸岛。热带区是指非洲撒哈拉以南地区和阿拉伯半岛南部。新热带区指中美洲、南美洲及西印度群岛。澳洲区包括澳大利亚和新西兰。这种动物区系是动物迁徙产生的结果，动物的迁徙不仅决定了今日广大区域内动物面貌的相似性，也决定了一些地区动物群的特殊性。第四级动物的迁徙主要是为了适应环境变化和海陆分布格局改变的结果。在这期间，由于海平面升降，白令海峡多次露出海平面连接了两个大陆，这样就造成了两个大陆见物种的迁徙。在第四纪时期地中海比现在要狭小，这有利于欧、非大陆物种的交流。喜马拉雅山是在第四纪隆起的，造成了南北生物的隔绝。在第四纪时期其他大陆都处在一个封闭的地方物种的交流变得不可能，巴马拿海峡是在第三纪末形成的，澳洲直到人类带去的物种之前也没有与其他大陆的物种交流。2、第四纪哺乳动物群的演化在第四纪时期，发生了许多哺乳动物的新种及亚种，这些新种及亚种组成了各种动物群的群组。这是因为在第四纪时期哺乳动物在空间上的迁徙，在中、高纬度，不同环境下各物种为了生存下去就要进化以求适应新的环境。在新地三纪，欧亚非大陆上生活着“三趾马动物群”。他们栖息在气候温暖、雨量充沛的森林草原、热带草原及低湿平原，是森林草原和草原型动物，主要成员有三趾马、双角犀、鹿类、河马、羚羊等。早更新世的哺乳动物是在新地三纪动物群基础之上发展演变来的，特点是亚热带的喜暖种属，如三趾马、剑齿虎、乳齿象和大骆驼等的分布范围大大缩小，甚至灭绝，而貘、河马、犀牛等已退到南方。与此同时，出现了适应温和气候的新生动物种属，如南方象、啮齿象、真马、板齿犀等，这些物种的出现预告了冰期即将结束。到中更新世时期，北半球的大陆性气候加强，森林减少，草原扩大。这一时期的动物群主要是大型食草动物，像长角野牛、大角鹿、骆驼、马等他们分布于亚欧大陆北纬45度到60度。晚更新世时期玉木冰期来临开始降温动物主要以猛犸象、北方鹿为主。到现代，喜冷动物开始消退出现了极地动物、森林动物、草原动物及草原森林动物。由于第四纪期间气候明显变冷和地带性不断加强，哺乳动物群也随之发生变化，不同地区的分异也变的显著。3、中国第四纪哺乳动物群1．北方类型哺乳动物群的演化早更新世动物群早更新世动物群以河北阳原县泥河湾村附近发现的动物化石为代表。这一动物群的主要成员如下：长鼻三趾马、三门马、骆驼、纳玛象。中更新世动物群，中更新世动物群以北京周口店发现的动物化石为代表，其主要成员如下：中国鬣狗、裴氏转角羚羊、犀、剑齿虎。晚更新世动物群，晚更新世动物群以内蒙古自治区河套地区的萨拉乌苏河一带发现的动物化石为代表，其主要成员如下：河套大角鹿、骆驼、纳马象。东北地区晚更新世动物群，东北地区晚更新世主要是猛犸象─披毛犀动物群，这一动物群几乎遍及东北全区，仅在黑龙江、吉林两省就发现化石地点200余处。其主要成员如下：猛犸象、狼、麋鹿、麝、野牛、野猪这一动物群同华北的萨拉乌苏动物群相比，非常相象，主要区别在于萨拉乌苏动物群中没有猛犸象。两个动物群的绝种比例也很接近，故它们的时代也应大体相当，属晚更新世。由于猛犸象属冰期动物，所以这一动物群代表的气候属寒冷类型。2．南方型哺乳动物群我国华南地区第四纪哺乳动物化石因多发现在石灰岩洞穴中，故常被叫做“洞窑动物群”，又因这一动物群的主要成员中常见大熊猫和剑齿象，所以也叫“大熊猫─剑齿象动物群”。早更新世动物群，以1955─1957年在广西柳城风山区新社冲楞寨山洞穴中发现的动物化石为代表，其主要成员如下：巨猿、猩猩小种大熊猫桑氏鬣狗、貘（小型）中国犀云南马、猪。中更新世动物群以广西柳州笔架山洞穴中发现的动物化石为代表，其主要成员如下：巨猿（体型较大）、猩猩、长臂猿、金丝猴弥猴、猪、水鹿、水牛、山羊。晚更新世动物群，以1958年在广西柳江新兴农埸通天岩洞穴中发现的动物化石为代表，其主要成员如下：猩猩、长臂猿、金丝猴、弥猴中国貘、马、水鹿、斑鹿、赤鹿、猪、水牛山羊。三、第四纪无脊椎动物无脊椎动物包括原生动物、化节动物、软体动物、节肢动物、脊索动物、肠腔动物。其中原生动物、软体动物及节肢动物在第四纪沉积中保存较好。先说软体动物，在第四纪海洋中软体动物演变缓慢，仅在高纬地带，随着气候的变化，开始发生变化。在分布上有波罗的海软体动物群，由于冰盖的消退，变得与外界的相同出现了像滨螺、鸟蛤等适应温暖的物种。地中海软体动物群在第四纪时期地中海经历了凉——暖——凉的变化软体动物也随着环境消失于出现。里海软体动物，里海受气候变化影响，多次与黑海相连，使得里海的海水盐度不同经历了咸化阶段、淡化阶段、中期咸化阶段、晚期咸化阶段，物种随着盐度的变化而变化着。我国渤海软体动物群，在第四纪时期多次发生海侵，渤海水温较高，南方喜暖种属北移。再来看陆相软体动物，它们生活于不同的生态环境，要求一定的水热条件，他们的进化缓慢但生态意义却十分重要。第四纪原生动物，原生动物为单细胞动物，其中最具意义的是有孔虫特点是︰从藏在介壳内的单核或多核的细胞质体伸出细长的伪足。因种类不同，介壳大小可从极微小，到最大直径超过5公分(2英寸)。且形状和室的数目、化学组成以及表面定向亦因种而异。第四纪有孔虫主要有两个亚目：小粟米虫亚目和轮虫亚目。有孔虫大部分为海洋生物。仅极少数种属在淡水中，它对海水深的、温度及盐度反映十分敏感。第四纪节肢动物，节肢动物是动物界中最大的一个门类，身体左右对称，由多数结构与功能各不相同的体节构成，体外覆盖著部分由几丁质组成的表皮，能定期脱落，表皮是保护装置，起外骨骼的作用，为肌肉提供附著面。其中以甲壳纲的介形虫亚纲研究的最为深入，昆虫纲的研究正在引起人们的注意。介形虫在奥陶纪出现，一直延续到现代。介形虫是生长在水域中的无脊椎动物。大的像米粒，小的肉眼看不清，通常只有o．5～1毫米大小。找石油总少不了它。因为在陆地上或海洋中的沉积中，介形虫的模样不一样。凭着这样一些不同形状、花饰的介形虫，石油地质工作者就能判断深到几千米钻孔内的地层时代。通过许多钻孔资料的综合分析，就能掌握油田含油地层的分布规律。四、第四纪植物界植物界是第四纪生物圈的重要组成部分。一、第四纪植物群1、影响第四纪植物群发育和分布的主要因素(1)气候变迁植物群的发育是对气候的一种适应，气候变化，植物群迁移，不适应气候变化的植物消失，适用的种类保存下来，同时区外可迁入新种类，构成一个新气候的植物群落。随着第四纪气候波动，植物群种类也发生频繁的迁移。冰期时，植物群向低纬度和低海拔地区迁移。间冰期，植物群向高纬度和高海拔地区迁徙。(2)构造运动造成：海拔高度变化、经纬度变化、改变大气环流形式。青藏高原的隆起就是很好的例子。2、第四纪植物化石第四纪植物化石包括大化石和微体孢子花粉化石。大型植物化石在第四纪陆相沉积物保存很少，但也偶见，如陕西渭南湭河北庄村曾发现过晚更新世的云杉树杆、球果等化石。第四纪研究中大量用的是植物的孢子花粉化石。孢子花粉外壁由有化合物和近似角质纤维素组成，300℃不分解，高压不变形，强酸强碱中不溶解，保存广，数量多，在第四纪古气候研究中得到广泛应用。孢粉试样每个取约500g，每个试样中应有孢粉400－450粒，作出按百分比为基础的孢粉谱，古植被推断的可信度高。绝大多数第四纪孢粉化石大多数较难鉴定到种，使得用其推断古气候受到一定的限制。另外，花粉传播方式、搬运距离远近和沉积地点等对推断结论也有影响。3、第四纪植物群组合（1）冰期植物群一般把高纬冰盖前缘和高山冰川前缘无高大乔木的苔原植被作为冰期植物群，其主要成员有八瓣仙女木、矮桦、北极柳等小灌木及林下对叶虎耳草、灰藓等。这个植物群在欧洲广泛存在于第四纪冰期地层中，我国尚未发现过仙女木与矮桦种植物。（2）暗针叶林组合以云杉和冷杉为主的暗针叶林，现代生长在北纬40－70度欧亚大陆北部和高山海拔二三千米以上，前者为亚寒带环境，后者为森林生长上限，接近高山苔（冻）原。因此，在中纬或中低山丘陵、平原区，第四纪沉积物中发现含冷杉、云杉孢粉达40%以上，就可以推断当时寒冷气候带曾控制该地区。（3）间冰期植物群由一些比较喜暖和喜湿的植物构成，乔木植物占优势，草本植物较少，形成森林植被景观。在我国，间冰期植物群中常见的种类有山核桃、枫香、枫杨、栎等。二、第四纪藻类植物的特征与演化藻类植物是指含叶绿素和其他辅助色素的低等自养植物。第四纪地层中常见的有硅藻、金藻、绿藻、蓝藻等。（1）硅藻硅藻为单细胞生物，属硅藻门硅藻纲。一般特征：硅藻是一类具有色素体的单细胞植物，常由几个或很多细胞个体连结成各式各样的群体。硅藻的形态多种多样。硅藻的生态：喜欢低温水域，不同种类对环境要求不同。一般体现为水温、盐度、酸碱度的不同，所以不同的海区硅藻有不同的组合。（2）颗石藻一般特征：细胞呈球形、卵形或呈伸长的梨形、纺锤形等。在细胞的顶端具有两根相等或几近相等的鞭毛以及一条鞭状粘着丝或触觉丝。颗石藻细胞体内有一个细胞核和一对黄褐色载色体。在细胞膜外包有粘胶质外层，此层的内侧分布着直径约1μm的非矿物质的鳞片，在胶质层中或其表面分布有一些细小的圆粒，即颗石。多数颗石藻为自养生物，藉助阳光和水中的二氧化碳、硝酸盐和其它非有机盐营光合作