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第四纪冰期

又称“第四纪大冰期”。第三纪末气候转冷,第四纪初期,寒冷气候带向中低纬度地带迁移,使高纬度地区和山地广泛发育冰盖或冰川。这一时期大约始于距今200-300万年前,结束于12万年前。规模很大。在欧洲冰盖南缘可达北纬50°附近;在北美冰盖前缘延伸到北纬40°以南;南极洲的冰盖也远比现在大得多。包括赤道附近地区的山岳冰川山麓冰川,都曾经向下延伸到较低的位置。 [1]

冰期是指地球表面覆盖有大规模冰川的地质时期,又称为冰川时期。两次冰期之间为一相对温暖时期,称为间冰期。地球历史上曾发生过多次冰期,如近一次是第四纪冰期。

冰期时期最重要的标志是全球性大幅度气温变冷,在中、高纬(包括极地)及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移,大陆冰盖不断扩大增厚,引起海平面大幅度下降。所以,冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化,气候带也相应移动,大气环流和洋流都发生变化,这均直接影响动植物生长、演化和分布。

新生代以前的大冰期因时代古老,可辨认的冰川遗迹零散残缺,研究程度也较差,如今多依据地层中所含带冰川擦痕的混碛岩、页岩中的燧石结核和带冰川擦痕的基岩底盘等。新生代大冰期的冰川遗迹保存普遍较为完整,尤以晚新生代冰期的研究较为深入,如沉积连续性好的深海沉积岩芯、黄土等,能较完整地记录全球气候和环境的变化。20世纪70年代以来,各国学者用氧同位素分析、放射性年代测定及古地磁等方法力图恢复和重建晚新生代的全球气候变化沉积环境,作为划分冰期的重要依据。此外,包含海洋生物、哺乳动物、植物孢粉化石的生物地层学地貌分析沉积岩石学以及古土壤等方法也常作为研究晚新生代环境和冰期划分的依据。

中国西部高山地区的冰期划分已为人们所公认,以研究较好的喜马拉雅山珠穆朗玛峰区北坡为例,第四纪冰期划分为:a.依据希夏邦马峰北坡附近的老冰碛平台确立的早更新世的希夏邦马冰期b.依据珠穆朗玛峰西侧聂聂雄拉高平台的冰水-冰碛沉积确立的中更新世的聂聂雄拉冰期。c.在绒布河谷中基隆寺附近的残破漂砾群及上游绒布寺的终碛垅分别代表晚更新世早期的基隆寺阶段和较晚期的绒布寺阶段,这两个阶段构成了晚更新世的珠穆朗玛冰期,也有的学者将这两个阶段划为两个独立的冰期。

关于中国东部第四纪冰期的问题,仍在争论中。1944年,李四光以庐山为样板,将中国东部第四纪冰期由老到新划分出鄱阳、大姑、庐山冰期,再加上1937年H.von费师孟提出的末次冰期──大理冰期,建立了中国东部第四纪冰期系列。对此,一些中外学者一直持有不同意见。80年代初,施雅风等提出:除太白山长白山主峰区及台湾中央山脉等海拔3500米以上的高山存在第四纪冰川遗迹外,长江中下游山地、广西桂林、湖北神农架北京西山、东北大兴安岭等都缺乏可靠的古冰川证据;中国东部和西部在第四纪冰期时的表现形式是不一样的,东部地区不具备发育成山岳冰川的水、热和地形条件,只是处于一个气候较寒冷的时期,李四光所确认的东部古冰川遗迹实非冰川成因,如把泥石流堆积误认为冰碛物等;东部地区第四纪冰期系列,除大理冰期外,其他冰期均缺乏根据。

中国第四纪冰川

中国第四纪冰川,是李四光于1922年首先在太行山东麓及山西大同盆地发现的,冰川的范围包括东北的长白山、大、小兴安岭,北方和西北的崂山泰山华山、太白山、秦岭五台山、太行山、吕梁山阴山贺兰山,南方的滇、黔、桂、赣、浙、西藏等山地和高原,也波及到东部山区并常以冰舌向山麓平原流溢。这次大冰期,可分四次亚冰期、三次间冰期和一个冰后期。在最大一次冰期中,全球大陆有32-的面积被冰川覆盖,大量的冰停滞于大陆上,致使海面下降约130米。原始人类正是在第四纪冰期和间冰期的气候变化中,发展成为现代人的。

我们说如今正处在第四纪大冰期中,其实,第四纪大冰期中的气候也有很大的变化,曾经出现过几次亚冰期和亚间冰期,变化的时间短则几千年,长则几万年或十几万年。

在20世纪初,地质学家根据阿尔卑斯山区的资料,确定那里存在四次亚冰期的规律。这就是:群智亚冰期、民德亚冰期、里斯亚冰期和武木亚冰期,在这些亚冰期之间是亚间冰期。以后在北欧、北美、亚洲等地也纷纷找到了对应的亚冰期。在我国对应的亚冰期是:鄱阳亚冰期、大姑亚冰期、庐山亚冰期和大理亚冰期。

第四纪大冰期中,仍然有寒冷和温暖的更替。在寒冷时期,雪线高度下降,冰川前进,出现亚冰期,其中以民德(我国为大姑)亚冰期和里斯(庐山)亚冰期的冰川规模最大,群智亚冰期规模最小。在温暖时期,气温升高,雪线高度上升,冰川退缩,出现亚间冰期。民德一里斯(大姑-庐山)亚间冰期长达17-18万年。在第四纪大冰期,高纬度气温的急剧下降,导致两极地区形成永久冰盖;在亚冰期,冰川一直伸展到中纬度,在亚间冰期才退缩到高纬度。

根据科学研究发现,从亚间冰期向亚冰期过渡时,气候常呈渐变形式,其中没有清楚的界线。从亚冰期向亚间冰期过渡时,气候常呈突变形式,两者之间有明确的分界线。科学家们称为终止线。在距今1.1万年前后出现了一条终止线,间冰期,气候由冷增暖。

在第四纪大冰期中,为什么会有亚冰期和亚间冰期的更替呢?

按照南斯拉夫气候学家米兰柯维奇在20世纪30年代提出的理论,是由于地球轨道三要素的自然小波动造成的。地球轨道三要素是指:地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置。

地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。这样,地球处在轨道的不同位置,距离太阳的远近就不相同,获得的太阳辐射能量就有差异,如冬季在远日点,夏季在近日点,冬季就寒冷而漫长,夏季炎热而短促。地球轨道如今的偏心率是0.017,但是偏心率可以在0.001-0.054的范围内变动。它的变动周期约为96000年。偏心率的变化影响日地距离,从而影响太阳辐射强度,导致地球上的气候发生变化。

地球在春分点处在地球公转轨道上的什么位置,将影响季节的起止时间,也会使近日点和远日点的时间发生变化。地球在春分点的位置沿着地球公转轨道向西缓慢地移动,大约每21000年,春分点的位置在地球公转轨道上移动一周。春分节气的时间,每隔70年就要推迟一天。如今北半球夏季远日,夏季比冬季长8天。大约10000年后,就会变成冬季远日,冬季反而会比夏季长8天。就是说,不太冷而且短促的冬季,将会变成寒冷而漫长的冬季。

地轨倾斜又称黄赤交角,是地球上产生四季的原因。地轨倾斜度的变化,会导致回归线极圈的纬度发生变化,从而改变地球上的季节。地轨倾斜使回归线在纬度22.1°-24.4°之间变化,使极圈在67.9°-65.76°之间变化。变动的时间周期41000年。地轨倾斜度增大时,回归线纬度升高,极圈纬度降低,高纬度的年太阳辐射总量增加,冬寒夏热、气温年较差增大,低纬度的年太阳辐射总量减少。地轨倾斜度减少时,高纬度冬暖夏凉,气温年较差减少,夏季温度低更有利于冰川发展。 [2]

冰期对全球的影响是显著的。①大面积冰盖的存在改变了地表水体的分布。晚新生代大冰期时,水圈水分大量聚集于陆地而使全球海平面大约下降了 100米。如果现今地表冰体全部融化,则全球海平面将会上升80~90米,世界上众多大城市和低地将被淹没。②冰期时的大冰盖厚达数千米,使地壳的局部承受着巨大压力而缓慢下降,有的被压降100~200米,南极大陆的基底就被降于海平面以下。北欧随着第四纪冰盖的消失,地壳则缓慢在上升。这种地壳均衡运动至今仍在继续着。③冰期改变了全球气候带的分布,大量喜暖性动植物种灭绝。

学者们提出过种种解释,但至今没有得到满意的答案。归纳起来,主要有天文学和地球物理学成因说。 [3]

主要考虑太阳、其他行星与地球间的相互关系。①太阳光度的周期变化影响地球的气候。太阳光度处于弱变化时,辐射量减少,地球变冷,乃至出现冰期气候。米兰科维奇认为,夏半年太阳辐射量的减少是导致冰期发生的可能因素。②地球黄赤交角的周期变化导致气温的变化。黄赤交角指黄道与天赤道的交角,它的变化主要受行星摄动的影响。当黄赤交角大时,冬夏差别增大,年平均日射率最小,使低纬地区处于寒冷时期,有利于冰川生成。

影响因素较多,有大气物理方面的,也有地理地质方面的。①大气透明度的影响。频繁的火山活动等使大气层饱含着火山灰,透明度低,减少了太阳辐射量,导致地球变冷。②构造运动的影响。构造运动造成陆地升降、陆块位移、视极移动,改变了海陆分布和环流型式,可使地球变冷。云量、蒸发和冰雪反射的反馈作用,进一步使地球变冷,促使冰期来临。③大气中CO2的屏蔽作用CO2能阻止或减低地表热量的损失。如果大气中CO2含量增加到今天的2~3倍,则极地气温将上升8~9℃;如果今日大气中的CO2含量减少55~60-,则中纬地带气温将下降4~5℃。在地质时期火山活动和生物活动使大气圈中CO2含量有很大变化,当CO2屏蔽作用减少到一定程度,则可能出现冰期。

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