关于第四纪介绍

[拼音]：Disiji

[外文]：Quaternary Period

地球发展史的最新阶段，时间范围从上新世末（距今 248万年）直到现在。第四纪分为更新世和全新世两个阶段。第四纪一词是J.德努瓦耶于1829年提出的（见新生代）。第四纪形成的地层称第四系，再分为更新统和全新统。更新世是1839年C.莱伊尔提出的，他把巴黎盆地含软体动物化石70％为现生种的地层称为更新世地层。全新世和近代为同义词。近代(Recent)一词是1833年由莱伊尔引进地质学中，含义是从此地球被人类所居住。全新世是1850年P.热尔韦提出的，1885年国际地质大会正式通过。

第四系下界的确定是一个重大的基本理论问题，至今仍有不同意见。1948年第18届国际地质大会确定，以真马、真牛、真象的出现作为划分更新世的标志。陆相地层以意大利北部维拉弗朗层，海相以意大利南部的卡拉布里层的底界作为更新世的开始。中国相当于维拉弗朗层的泥河湾层作为早更新世的标准地层。其后，应用钾－氩法测定了法国和非洲相当于维拉弗朗层的地层底界年龄，约为180万年。因此,许多学者认为第四纪下限应为距今180万年。1977年，国际第四纪会议建议,以意大利的弗利卡 (Vrica)剖面作为上新世与更新世的分界，其地质年龄为170万年左右。对中国黄土的研究表明,大约距今248万年黄土开始沉积,反映了气候和环境的明显变化。还有部分学者认为,第四纪下限应定在距今350～330万年。总之，第四纪下限尚未最后确定,这里暂以距今248万年作为第四纪的开始。

沉积物和地层

第四纪沉积物分布极广，除岩石裸露的陡峻山坡外，全球几乎到处被第四纪沉积物所覆盖。第四纪沉积物形成时间晚，大多未胶结，保存比较完整。厚度一般数十米至数百米，个别地区可超过1000米。第四纪沉积物成因类型复杂，相变剧烈，主要有冰川沉积、河流沉积、湖相沉积、风成沉积、洞穴沉积和海相沉积等。其次有冰水沉积、残积、坡积、洪积、生物沉积和火山堆积等。

第四系的划分，普遍采用1932年第二届国际第四纪会议上提出的四分原则，即分为下更新统、中更新统、上更新统和全新统。相应的地质时代为早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。

划分第四纪地层主要依据沉积物的岩石性质和地质年龄，测定第四纪地层年龄的方法主要有放射性碳法、热释光法、钾- 氩稀释法、裂变径迹法、氨基酸法等。此外，第四纪地层中所含的哺乳动物化石、孢粉化石、微体动物化石以及沉积物的古地磁特性、氧同位素特征、古土壤标志、天文学标志等都可用于划分第四纪地层。根据这些标志，许多国家建立了本地区的第四系典型剖面。

第四纪沉积物记录了第四纪发展历史和自然环境变化，是第四纪研究的直接对象，主要有以下几种。

冰川沉积是第四纪具有特色的沉积物，包括现代和古代冰川作用直接堆积的产物。晚新生代冰期开始于距今1400～1100万年，但在第四纪才出现冰期和间冰期的明显交替。冰期最盛时，北半球高纬地区形成大陆冰盖,格陵兰冰盖覆盖了格陵兰和冰岛,劳伦大冰盖掩埋了整个加拿大，并向南延伸到纽约、辛辛那提一带。欧洲将近一半被斯堪的纳维亚冰盖所覆盖，冰盖最大厚度约3000米。西伯利亚冰盖则占据了西伯利亚北部地区。大陆冰盖覆盖区以外，许多高山地区，如阿尔卑斯山、高加索山、喜马拉雅山等都出现了山地冰川。第四纪以来，这些冰川有多次进退，而在过去冰川活动过的地区，遗留下大面积的冰碛物。这些冰碛物是早期第四纪研究的主要对象。1909年，德国的A.彭克和E.布吕克纳研究阿尔卑斯山区的第四纪冰川沉积后，划分和命名了4个冰期和3个间冰期（见表）,这是经典的第四纪冰期划分。其后,世界各地根据当地第四纪冰川沉积划出相应的冰期和间冰期，并与阿尔卑斯山冰期对比。中国李四光在30年代根据庐山地区冰川沉积建立了相应的冰期系统。

第二次世界大战后，欧洲对典型的阿尔卑斯冰川沉积的研究,发现经典的4次冰期只是距今70～80万年以来发生的冰期。在这4次冰期之前,又划出多瑙和比伯两次冰期。中国则对西部第四纪冰川进行了深入研究，对中国东部是否普遍存在过第四纪山地冰川，却存在着争论。

风成沉积包括沙漠和黄土。沙漠主要出现在大陆内部干旱地区，它们是过去的浅海、湖泊或河流形成的沙质沉积物被风吹扬改造而成的。著名的沙漠有撒哈拉沙漠、中亚沙漠、塔克拉玛干沙漠、阿拉善沙漠、澳大利亚中部沙漠等，这些沙漠主要在新生代后期或第四纪形成。第四纪时期气候发生变化时，沙漠区出现相应的扩展或收缩。例如玉木冰期时，地中海北岸雨量少，以草原为主。地中海南岸的北非地区则被森林覆盖，间冰期时这些森林被沙漠植物替代。

中国、欧洲、北美和南美都有大面积黄土分布。欧洲和北美的黄土分布在冰川作用区外围，黄土剖面中夹有古土壤层。一般认为这些黄土是冰碛物和冰水沉积中的粉沙颗粒被风吹扬，携带到冰川作用区外围堆积而成的。黄土是冰期时的堆积，古土壤是间冰期成土作用的产物。

中国北方黄土广布，总面积约38万平方公里。黄土层一般厚100～200米,最厚可达300多米。中国黄土主要是西北沙漠、戈壁地区的粉沙颗粒被风吹扬达到3500米以上的高空，被西风急流携带到黄土高原地区降落下来堆积而成的。黄土沉积保存较好的黄土塬区，黄土堆积厚而连续，其中夹有30多层古土壤层。刘东生等根据黄土岩石性质和动物化石，把黄土地层划分为早更新世午城黄土、中更新世离石黄土和晚更新世马兰黄土。距今240多万年以前，黄土已开始堆积。气候干冷时,黄土堆积速度快，形成黄土层；气候转为温湿时，黄土堆积速度减慢,成土作用强，形成土壤层。黄土剖面中的黄土-古土壤序列记录了第四纪时期古气候变化历史,240万年以来，中国北方至少经历了24个气候旋回。

第四纪地壳沉降地区往往形成大的湖泊和广阔的平原，堆积较厚的河流或湖泊沉积物。地层剖面上，湖泊沉积与河流沉积经常交替出现。河流和湖泊周围，动植物繁盛，适于人类生活，所以河湖相沉积中经常发现动植物化石或古人类遗迹，并成为第四纪地层典型剖面。欧洲著名的维拉弗朗层、克罗默尔森林层等都属于河湖相沉积。中国河湖相沉积，主要分布在华北平原、苏北平原、江汉平原等地。华北地区的许多断陷盆地，也沉积了很厚的河湖相沉积。早更新世的三门组、泥河湾组、昔格达组、元谋组，中更新世的大荔组，晚更新世的萨拉乌苏组等第四纪典型剖面，都是河湖相沉积。

指石灰岩溶洞中堆积的碎屑沉积、生物沉积和化学沉积等。碎屑沉积主要是由流水带进的砂砾和洞顶坍塌的角砾沉积，生物沉积主要是生活在洞穴中的生物遗体和粪便的沉积，化学沉积主要是地下水沉淀出的碳酸盐沉积。洞穴常常是古人类和动物的栖息场所，古人类将食用后剩下的动物骨骼遗弃在洞内，他们在洞内制造和使用石器等。因而洞穴堆积常可发现动物化石、用火遗迹、石器、壁画以及古人类化石等，并且成为标准的第四纪地层。中国著名的北京猿人化石和周口店动物群发现于北京周口店的洞穴堆积中。广西柳城巨猿动物群、四川万县盐井沟动物群、北京周口店山顶洞人、安徽和县猿人和辽宁营口金牛山人化石等，都是从洞穴堆积中发掘出来的。欧洲的洞穴堆积中，找到过尼安德特人、克罗马农人以及其他许多古文化遗址。

陆地上遭受第四纪海侵的地方分布有海相沉积，主要为滨海、浅海或河口沉积。第四纪海侵大多由间冰期海平面上升引起的。北欧的埃姆间冰期时，海面上升,波罗的海从芬兰湾向东南扩张了大约200公里，沉积了埃姆海相层。南欧的海相沉积以早更新世的卡拉布里层和西西里层为代表。中国第四纪海相沉积大多出露在东南沿海和琼雷地区的海成台地上，以北海组为代表。渤海、黄海、东海沿岸的钻孔中都发现有海相沉积，它们的形成与构造运动有一定关系。

绝大多数第四纪海相沉积分布在浅海和大洋中，主要由陆源碎屑、生物沉积和化学沉积等组成。大洋中第四纪沉积物很薄，深海钻孔岩芯往往可以看到整个第四纪时期的连续沉积，是研究第四纪发展历史和气候变化的极好材料。

上述为第四纪沉积物的主要成因类型，这些沉积中富集了各种砂矿、盐湖化学沉积、泥炭和少量褐煤。世界上一些重要的稀有金属多来自滨海和河流沉积中的第四纪砂矿。如沙金矿、钴镍铬砂矿、锡钨砂矿、金刚石砂矿等。中国盐湖中锂和硼的蕴藏量居世界首位。

地史特征

第四纪新构造运动、气候波动、海面升降、生物演化等，不仅与古人类的进化而且与现在人类活动都有密切的关系。

晚第三纪以来的构造运动，第四纪的构造运动即属于新构造运动。在大洋中，洋底沿中央洋脊向两侧扩张。对太平洋板块移动速度测量表明，每年向西移动最大达到11厘米,向东移动6.6厘米。陆地上新的造山带是第四纪新构造运动最剧烈的地区，如阿尔卑斯山、喜马拉雅山等。喜马拉雅山自第四纪以来，上升大约3000米，珠穆朗玛峰一带每年上升达10毫米。有些地区第四纪时期地壳强烈下沉，沉积了巨厚的第四纪沉积物，如中国的华北平原、柴达木盆地等。

地震是新构造运动的表现形式之一，地震集中发生在板块边界及活动断裂带上，如环太平洋地震带、加利福尼亚断裂带、中国的郯庐断裂带等。火山也是新构造运动的一种形式，主要分布在板块边界或板块内部的活动断裂带上。中国黑龙江的五大莲池、山西大同盆地、广东雷州半岛、海南、云南腾冲、台湾等地都有第四纪火山。五大莲池最后一次喷发在1720年。1951年新疆和乌塔库尔湖附近发生火山喷发，熔岩流堵塞河流形成湖泊。

第四纪时期，地球气候出现过多次冷暖变化。20世纪60年代以来，应用新的测年技术和确定古温度、古环境的各种方法，研究了大洋沉积、冰岩心、黄土沉积等,发现240万年以来至少经历了24个气候旋回，从而建立了第四纪多次波动的气候变化模式。气候变化存在多种时间尺度的周期,其中以8～10万年的周期表现最为明显。而且气候变化的过程不是缓慢进行的，在短时间内即可发生显著的变化。

气候变化可使生物带、气候带产生大规模的迁移。例如距今1.8万年为末次冰期最盛时期,夏季海洋表面温度降低2.3℃，北大西洋海水温度降低18℃,西太平洋降低10℃。北半球中纬地区气温下降10～15℃，欧洲大陆冰流由北纬77°南移到北纬55°，苔原由北纬69°移到北纬45°。北美大陆冰流扩展到北纬40°～38°。中国多年冻土南界南移到北纬40°左右。目前正处于间冰期，但有的间冰期气温比现在高2～3℃。一般地说，冰期时气候寒冷干旱，间冰期时温暖湿润。然而气候状况是大气环流、构造运动、海陆分布、地貌和植被特征等多方面正负反馈、相互作用的综合结果，所以个别地区冰期时反而湿润多雨。

地球气候波动的原因,有数十种假说,主要有太阳辐射假说、米兰科维奇假说、地磁场变动假说、大气透明度变化假说和大陆漂移引起的地理环境变化假说等。目前，米兰科维奇假说的“天文理论”已被普遍接受，认为第四纪气候变化由于地球相对于太阳位置的变化所造成。根据地球绕日运动的变化周期，计算地球上太阳辐射的变化历史与第四纪古气候旋回研究的结果比较一致。该假说虽然解释了许多第四纪气候变化的现象，但仍有一些现象不能解释，有待进一步完善。

人类活动特别是工业生产使大气中CO2增加,加强了大气的温室效应，使气温升高，近100年来,平均气温升高约0.4℃。这一趋势还将继续下去,因此成为第四纪气候变化研究的重要课题。

第四纪时期，海平面发生过明显的升降运动。引起海平面变化的主要原因是构造运动和气候变化。地壳运动使海陆分布和海底地形发生改变；第四纪冰期时，大量的水分以冰的形式积累在大陆冰盖和山地冰川中,间冰期时冰川和冰盖融化,大量水分流回海洋，这些因素都引起海平面的变化。现在世界冰川体积（折合水量）约为24.06×106立方公里,冰期时约为71.36×106立方公里，即比现在约多47.30×106立方公里，相当于海水面下降132米。在南极未形成大冰盖之前,世界海面比现在约高55米，其后随着第四纪气候的波动，海平面也产生相应的升降变化，末次冰期最盛时，海面比现在海面低130米。末次冰期结束后，海面逐渐回升,到距今6000年左右基本达到现在海平面位置。

海平面的变化影响到海陆分布的变化，从而使动植物迁徙的道路畅通或隔绝。现代海平面升降则直接关系到人类的生产活动。

生物界

第四纪生物在分布和组成上都发生过明显的变化。这些变化主要由 3个因素引起：

（1）生物的进化；

（2）动植物的迁徙；

（3）生物大规模的绝灭。随着自然环境的变化和地质历史的发展，第四纪哺乳动物与上新世相比有明显的进化，例如欧洲及其邻近的亚洲部分现生的119个种中，仅有6个在上新世生存过。植物界的进化比较缓慢，西北欧现生的植物，大约80％在第四纪开始时就已经存在了。另一方面,哺乳动物的体质发生变化,以适应新的环境，如猛犸象、披毛犀等，身上生长长毛以适应低温环境。

第四纪动植物有周期性的迁徙。冰期时大陆冰盖向南扩展，动植物也随之向南迁移。间冰期时动植物向北迁徙。冰期和间冰期植被带的移动范围最大可达纬度30°。在这个范围内，地层剖面中可以明显地看到喜冷和喜暖动植物群的交替现象。

第四纪后期，大型陆生哺乳动物发生过明显的大规模绝灭。在北美,大型哺乳动物的属，有70％绝灭了,欧洲和非洲比例小得多。这种大规模绝灭发生在距今15000～9000年间。一般认为出现这种现象的原因主要是石器时代人类的狩猎活动，其次是自然环境的变化。

由于上述原因，第四纪不同时期出现不同的动物群。欧洲早更新世具代表性的是维拉弗朗动物群，它与上新世不同的是出现了真象、真牛、真马，中更新世以克罗默尔动物群为代表，晚更新世的动物群则出现了许多极地动物。北美早更新世有布朗克动物群，中更新世有伊尔文顿动物群，晚更新世有兰错伯累动物群。中国北方则有早更新世泥河湾动物群,中更新世周口店动物群,晚更新世萨拉乌苏动物群。

古人类

第四纪是人类出现和发展的时期。普遍认为第四纪的猿人由中、上新世的腊玛古猿 (Ramapithecus)发展而来的。早更新世开始出现早期猿人，其代表是坦桑尼亚奥杜威峡谷的能人(Homo habilis)，同时还发现能人使用的旧石器。含能人化石的地层年代为 175万年。同一地点发现的东非人化石，现在定为南方古猿鲍氏种(Australopithecus boisomi)，认为它是与早期猿人同时生活的一种古猿。晚期猿人以北京猿人(Homo erectuspekinensis)和爪哇猿人(Homo erectus erectus)为代表，他们生活在中更新世，已能用火，并用不同方法加工石料,制造各种类型的石器。蓝田猿人(Homo erectus lantianensis)的时代可能比北京猿人早,但也属于晚期猿人。与北京猿人同时的还有毛里坦人(Homo erectus mauritanicus)和海德堡人 (Homo erectus heidelber-gensis)，稍晚有和县人 (Homo erectus hexianensis)和大荔人(Homo sapionsdaliansis),他们已接近早期智人。欧洲这个时期的旧石器文化有阿布维利文化 (舍利文化)、阿舍利文化和克拉克当文化等。从亚洲、非洲和欧洲各地晚期猿人文化的分布看，大大超过了早期猿人的分布范围。中更新世晚期，人类发展到智人（古人）阶段。属于这个阶段的人类化石，有中国丁村人、马坝人、长阳人等，欧洲以尼安德特人为代表。早期智人广泛采用修理石核技术来制造石器。中国的丁村文化、欧洲的莫斯特文化和西亚的勒瓦娄哇文化，都是这个时期旧石器文化的代表。

晚期智人出现在晚更新世晚期，有中国河套人、山顶洞人等，欧洲最著名的是克鲁马农人。晚期智人的文化有河套文化、山顶洞文化，欧洲把晚期智人的文化分为奥瑞纳、梭鲁特和马格德林三期。这个时期石器加工十分精细，出现了雕刻、绘画等艺术品。

全新世

第四纪最后一个分期，它与更新世的界限以第四纪最后一次冰期结束，气候转暖为标志，因此也称为冰后期。开始的年代为距今12000～10000年。

全新世时间短,沉积物厚度小,但分布范围很广。由于应用了几种有效的年代测定方法，全新世地层的划分比较精确和详细。

全新世自然环境与目前情况基本相同，但是气候仍有轻微的波动。欧洲地区在公元前约12000年,气温迅速上升，丹麦地区繁殖桦属及桦楸。公元前约10000年,气候转为寒冷,苔原占据欧洲。公元前10000～前9000年气候转暖，英国和丹麦桦属繁衍。公元前9000年以后，有一次寒冷气候时期。公元前8500～前7600年，气候干凉，是冰后期比较寒冷的时期。公元前7600～前5000年，气候向温暖转变，在公元前5000～前3000年，年平均气温比现在高2℃,称为新高温时期。公元前3000～前1000年，气候干凉，许多地方形成泥炭。公元前 1000～前500年，气候变冷，冰川前进。公元前500年以后,气候转暖并维持了约1000年。在1550～1850年，进入一次明显的寒冷期,称为小冰期，比现在气温约低2℃。19世纪以后气候又转为温和，冰川后退。

中国全新世气候变化过程与欧洲大体相同。竺可祯根据中国古代物候记录作出了冰后期后半期近5000年的气候变化曲线，可以明显地分出4个温暖时期和4个寒冷时期。从仰韶文化到安阳殷虚时期，年平均气温比现在高2℃左右，公元前1000年的周代初期以后,气候有一系列的波动。

全新世的海面变化比较显著。冰后期海面迅速上升，到距今11000年上升到-60米位置。距今6000年海面已接近现今位置，以后仅有一些轻微的变化。

人类在全新世进入现代人阶段。早期出现了弓箭和镶嵌工具。以后进一步出现磨制石器和陶器，有了农业和牧畜业。中国北方，这个阶段有裴李岗文化、仰韶文化、龙山文化等。此后，人类进入铜器时代、铁器时代直到现代。（见彩图）

参考书目

1. 刘东生等著：《黄土与环境》，科学出版社，北京，1985。
2. 曹家欣编著：《第四纪地质》，商务印书馆，北京，1983。
3. J. K. Charlesworth, The Quaternary Era,Edward Arnold Pub.Ltd.,London,1957.
4. D.O. Bowen, Qualernary Geology,Peraman Press,Oxfo rd,1978.

参考文章

• 第四纪QuaternaryPeriod地球科学
• 第四纪冰川对欧洲地形的影响如何？地理知识
• 第四纪冰川对北美洲地形有什么影响？地理知识