第四紀(jì)的環(huán)境生態(tài)與進(jìn)化

摘 要：第四紀(jì)是地質(zhì)歷史上最新的一個(gè)地質(zhì)時(shí)期，是地球環(huán)境演化過(guò)程中人類出現(xiàn)和現(xiàn)代環(huán)境格局逐步形成的重要時(shí)期。第四紀(jì)地球環(huán)境的一個(gè)重要特點(diǎn)是地球氣候的大規(guī)模冷暖波動(dòng)，特別是在寒冷時(shí)期在地球極地海洋、高緯度陸地和各緯度的高山上出現(xiàn)大規(guī)模的冰蓋和/或冰川活動(dòng)，海平面大幅度下降；暖期時(shí)，由于冰蓋大量融化，海平面上升。伴隨這種大規(guī)模的氣候變化是生態(tài)環(huán)境的改變和生物界的相應(yīng)變化。人類的出現(xiàn)是第四紀(jì)時(shí)期的重要事件。第四紀(jì)研究就是借助現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，利用地質(zhì)載體中的各種環(huán)境變化記錄，認(rèn)識(shí)過(guò)去幾個(gè)百萬(wàn)年地球環(huán)境演化的歷史。

關(guān)鍵詞：第四紀(jì)；更新世；冰川期；進(jìn)化；生態(tài)

中圖分類號(hào)：X171 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）08-0176-05

Abstract：Climate change and the developments it spurs carry the narrative of the Quaternary， the most recent 2.6 million years of Earths history. Glaciers advance from the Poles and then retreat， carving and molding the land with each pulse. Sea levels fall and rise with each period of freezing and thawing. Some mammals get massive， grow furry coats， and then disappear. Humans evolve to their modern form， traipse around the globe， and make a mark on just about every Earth system， including the climate. At the start of the Quaternary， the continents were just about where they are today， slowing inching here and there as the forces of plate tectonics push and tug them about. But throughout the period， the planet has wobbled on its path around the sun. The slight shifts cause ice ages to come and go. By 1700，000 years ago， a cyclical pattern had emerged： Ice ages last about 100，000 years followed by warmer interglacials of 10，000 to 15，000 years each. The last ice age ended about 10，000 years ago. Sea levels rose rapidly， and the continents achieved their present-day outline. When the temperatures drop， ice sheets spread from the Poles and cover much of North America and Europe， parts of Asia and South America， and all of Antarctica. With so much water locked up as ice， sea levels fall. Land bridges form between the continents like the currently submerged connector across the Bering Strait between Asia and North America. The land bridges allow animals and humans to migrate from one landmass to another. During warm spells， the ice retreats and exposes reshaped mountains striped with new rivers draining to giant basins like todays Great Lakes. Plants and animals that sought warmth and comfort toward the Equator return to the higher latitudes. In fact， each shift alters global winds and ocean currents that in turn alter patterns of precipitation and aridity around the world. Since the outset of the Quaternary， whales and sharks have ruled the seas， topping a food chain with otters， seals， dugongs， fish， squid， crustaceans， urchins， and microscopic plankton filling in the descending rungs. On land， the chilliest stretches of the Quaternary saw mammals like mammoths， rhinos， bison， and oxen grow massive and don shaggy coats of hair. They fed on small shrubs and grasses that grew at the ever moving edges of the ice sheets. About 10，000 years ago， the climate began to warm， and most of these so-called megafauna went extinct. Only a handful of smaller， though still impressively large， representatives remain， such as Africas elephants， rhinoceroses， and hippopotamuses. Scientists are uncertain whether the warming climate is to blame for the extinction at the end of the last ice age. At the time， modern humans were rapidly spreading around the globe and some studies link the disappearance of the big mammals with the arrival of humans and their hunting ways. In fact， the Quaternary is often considered the “Age of Humans.” Homo erectus appeared in Africa at the start of the period， and as time marched on the hominid line evolved bigger brains and higher intelligence. The first modern humans evolved in Africa about 190，000 years ago and dispersed to Europe and Asia and then on to Australia and the Americas. Along the way the species has altered the composition of life in the seas， on land， and in the air.Glaciation cycles occur over yet larger timescales； the Pleistocene which began 1.7 million years ago has experienced about 18 glaciations ， each lasting about 90000 years and separated by a warm interglacial period （like the present one） lasting about 10000 years.

Key words：Quaternary Period； Pleistocene； glaciation；evolution；ecology

1 定義

第四紀(jì)（Quaternary Period）屬顯生宙（Phanerozoic Eon），新生代（Cenozoic Era） 起始時(shí)間 約260萬(wàn)年前 持續(xù)時(shí)間 約260萬(wàn)年前至今。第四紀(jì)是新生代最新的一個(gè)紀(jì)，包括更新世和全新世。第四紀(jì)這個(gè)名稱最早是意大利地質(zhì)學(xué)家喬萬(wàn)尼·阿爾杜伊諾（Giovanni Arduino）于1759年研究波河河谷沉積情況時(shí)提出。1829年，法國(guó)地質(zhì)學(xué)家儒勒·迪斯努瓦耶（Jules Desnoyers）引用這個(gè)定義。他在研究塞納河低地的沉積層時(shí)發(fā)現(xiàn)了一層比新近紀(jì)更新的巖層。這個(gè)巖層一直延伸到地表。1948年第十八屆國(guó)際地質(zhì)大會(huì)確定，以真馬、真牛、真象的出現(xiàn)作為劃分更新世的標(biāo)志。2015年國(guó)際第四紀(jì)分期方案：陸相地層以意大利北部維拉弗朗層，海相以意大利南部的卡拉布里層的底界作為更新世的開(kāi)始。中國(guó)以相當(dāng)于維拉弗朗層的泥河灣層作為早更新世的標(biāo)準(zhǔn)地層。

2 地層劃分

第四紀(jì)地層的劃分主要依據(jù)沉積物的巖石性質(zhì)及地質(zhì)年齡。第四紀(jì)沉積物分布極廣，除巖石裸露的陡峻山坡外，全球幾乎到處被第四紀(jì)沉積物覆蓋。第四紀(jì)沉積物形成較晚，大多未膠結(jié)，保存比較完整。第四紀(jì)沉積主要有冰川沉積、河流沉積、湖相沉積、風(fēng)成沉積、洞穴沉積和海相沉積等。其次為冰水沉積、殘積、坡積、洪積、生物沉積和火山沉積等。

3 礦物沉積

第四紀(jì)沉積富集了各種砂礦、鹽湖化學(xué)沉積、泥炭和少量褐煤。世界上一些重要的稀有金屬多來(lái)自濱海和河流沉積中的第四紀(jì)砂礦，如沙金礦、鈷鎳鉻砂礦、錫鎢砂礦、金剛石砂礦等。中國(guó)鹽湖中鋰和硼的蘊(yùn)藏量居世界首位。

4 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震火山活躍

第四紀(jì)的260萬(wàn)年中，板塊運(yùn)動(dòng)小于100千米，因此可以被忽略。第四紀(jì)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)屬于新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。在大洋底沿中央洋脊向兩側(cè)擴(kuò)張。對(duì)太平洋板塊移動(dòng)速度測(cè)量表明，平均每年向西漂移最大達(dá)到11厘米，向東漂移6.6厘米。陸地上新的造山帶是第四紀(jì)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最劇烈的地區(qū)，如阿爾卑斯山、喜馬拉雅山等。地震和火山是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式。地震集中發(fā)生在板塊邊界和活動(dòng)斷裂帶上，如環(huán)太平洋地震帶、加利福尼亞斷裂帶、中國(guó)郯廬斷裂帶等?；鹕街饕植荚诎鍓K邊界或板塊內(nèi)部的活動(dòng)斷裂帶上。中國(guó)的五大連池、大同盆地、雷州半島、海南、騰沖、臺(tái)灣等地都有第四紀(jì)火山。

5 海洋

究多從相對(duì)變化入手，即以陸地為基準(zhǔn)，按不同時(shí)期海平面與陸地基準(zhǔn)的相對(duì)高度關(guān)系來(lái)判別海平面的變動(dòng)。其變化原因很多。1841年麥克拉倫（C.Maclaren）首先提出更新世海平面的振蕩性，認(rèn)為海平面變化是氣候變化所致，并稱之為冰川型海面變化。1865年杰米森（T.Jamieson）提出冰川均衡運(yùn)動(dòng)理論，認(rèn)為氣候變化引起冰蓋消長(zhǎng)，使地殼發(fā)生變形。他將海平面變化曲線主要?dú)w結(jié)于區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)和幅度，以及沉積物壓縮性等原因。1906年，休斯（E.Suess）提出（全球）海面升降（eustasy）理論，認(rèn)為沉積物增加會(huì)引起全球性海面上升；地殼沉降形成洋盆時(shí)，則引起海面下降。意指，海進(jìn)和海退是洋盆容積變化的結(jié)果，全球性海面變化并不包括海水量的增減。20世紀(jì)50年代末至70年代早期，海平面變化研究工作迅速地由定性階段發(fā)展到定量階段。

大量14C數(shù)據(jù)表明，最后一次冰川作用始于70000年前，距今18000年左右達(dá)到最盛期，約止于10000年前。冰川最盛期的最低海面位置，隨著冰蓋厚度研究的深入而有較大進(jìn)展：1950年以前估算值為-100米左右；1969年弗林特（R.F. Flint）根據(jù)1953年以后南極大冰蓋厚度，修正為-132米。中國(guó)黃、東海大陸架，距今15000 年前的最低海面為-150～-160米。對(duì)全新世早期海平面迅速上升運(yùn)動(dòng)，已獲得比較一致的看法；對(duì)近6000多年來(lái)的海面變化，主要有3種不同的觀點(diǎn)：（1）大西洋期結(jié)束時(shí)海平面比如今高約3米；（2）全新世不存在高海面；（3）3600年來(lái)海平面是穩(wěn)定的。有人從地球流變學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為地球是粘彈性體，冰蓋消長(zhǎng)引起的冰川均衡作用（glacio-isostasy）對(duì)遠(yuǎn)距離地區(qū)也是重要的；冰蓋消長(zhǎng)引起的洋盆水體積變化，——水力均衡運(yùn)動(dòng)（hydro- isostasy），對(duì)海底也有作用；地球內(nèi)部和表面質(zhì)量的重新分布造成大地水準(zhǔn)面變形：大地水準(zhǔn)面—海面變化（Geoided eustasy）?？死耍↗.A.Clark，1980）提出的粘彈性地球體海面變化數(shù)值模型，將世界大洋劃分為6個(gè)具有不同海面變化曲線帶，認(rèn)為全球不存在統(tǒng)一的海平面曲線，這為研究全新世海面變化提出新的思路。

6 冰川

冰川的發(fā)生是極地或高山地區(qū)沿地面運(yùn)動(dòng)的巨大冰體。由降落在雪線以上的大量積雪，在重力和巨大壓力下形成，冰川從源頭處得到大量的冰補(bǔ)給，而這些冰融化得很慢，冰川本身就發(fā)育得又寬又深，往下流到高溫處，冰補(bǔ)給少了，冰川也愈來(lái)愈小，直到冰的融化量和上游的補(bǔ)給量互相抵消。一般冰川為舌狀，冰川面往往高低不平，有的地方有深的裂口，即冰隙。冰川可分為大陸冰川和山岳冰川兩大類。現(xiàn)代大陸冰川主要分布在南極和格陵蘭兩處，占全球冰川面積的97%，厚度達(dá)數(shù)千米。南極冰蓋是地球最大的冰體，總體積超過(guò)3000萬(wàn)立方米。山岳冰川主要分布在歐亞大陸和南、北美洲的高山區(qū)。地球上淡水80%以上以冰川凍結(jié)形式存在。當(dāng)所有冰川消融，海平面將上升60米，大陸面積減少1%。大部分發(fā)達(dá)地區(qū)的城市將沉入大海。如果目前氣候變暖模式繼續(xù)下去，到本世紀(jì)末，地球冰川覆蓋面積將下降40%以上。

第四紀(jì)時(shí)歐洲阿爾卑斯山山岳冰川至少有5次擴(kuò)張。在我國(guó)，據(jù)李四光研究，相應(yīng)地出現(xiàn)了鄱陽(yáng)、大姑、廬山與大理4個(gè)亞冰期?，F(xiàn)代冰川覆蓋總面積約為1630萬(wàn)平方公里，占地球陸地總面積的11%。我國(guó)的現(xiàn)代冰川主要分布于喜馬拉雅山（北坡）、昆侖山、天山、祁連山和橫斷山脈的一些高峰區(qū)，總面積約57069平方公里。冰川是天然的水庫(kù)，為我們提供和儲(chǔ)存了豐富的淡水資源。冰川占地球淡水85%，地下水占14%，湖泊占0.6%，土壤占0.3%，大氣占0.05%，河流占0.04%。冰川往往是一些大河的發(fā)源地，這些大河蘊(yùn)育了古代人類文明。冰川冰為淺藍(lán)透明多晶體，密度約在0.84g/cm3。冰川與深海沉淀、黃土積層一樣記錄了千百萬(wàn)年以來(lái)地球演變的信息，為找礦、找水、科研提供依據(jù)。冰川與海洋一樣在一定程度上調(diào)節(jié)著氣候、水源、滋潤(rùn)著空氣，在生物的多樣性中起著重要作用[1，2]。

地球自誕生后，氣候也一直在變遷中。地質(zhì)年代中地球的氣候是溫暖和寒冷交替出現(xiàn)。在數(shù)十萬(wàn)年以上的極長(zhǎng)周期氣候中，有大冰川氣候周期和冰川時(shí)代氣候周期。曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)氣候寒冷的大規(guī)模冰川活動(dòng)的時(shí)期，叫冰川期（glacial age，ice age，glacial period）以下簡(jiǎn)稱冰期。指地球氣候酷寒，高緯度地方的廣闊區(qū)域?yàn)榇箨懕ǎ╟ontinental glacier）所覆蓋的時(shí)期。在震旦紀(jì)（大約六億年前）以前地球上的氣候，我們并不清楚。從六億年前前古生代震旦紀(jì)起一直到一萬(wàn)年前新生代的第四紀(jì)止，地球上的氣候共經(jīng)歷了三次大冰川氣候。第一次是震旦紀(jì)大冰川期，距今約六億年；第二次是古生代后期的石炭～二疊紀(jì)大冰川期，距今約2～3億年；第三次是新生代第四紀(jì)大冰川期，距今約200萬(wàn)年。這三大冰川期氣候的時(shí)間周期尺度大約是千萬(wàn)年至億年左右。最近的冰川期在更新世，據(jù)在歐洲和北美研究的結(jié)果，認(rèn)為共有六次冰川期，五次間冰川期。在日本根據(jù)分析冰斗地形（圍谷地形，kar）發(fā)現(xiàn)有兩次冰川期。最顯著的冰川期是在石炭紀(jì)～二迭紀(jì)，冰川的遺跡殘留于岡瓦納大陸。除上述兩大冰川期外，在歐洲和美洲還發(fā)現(xiàn)有前寒武紀(jì)、中生代和第三紀(jì)的冰川遺跡，但都不太顯著。

第四紀(jì)時(shí)，地球氣候出現(xiàn)過(guò)多次冷暖變化，240萬(wàn)年以來(lái)至少經(jīng)歷了24個(gè)氣候旋回。晚新生代冰期開(kāi)始于距今1400～1100萬(wàn)年前，是地球史上一次大冰川期。在冰川期冰川可以一直延伸到緯度40度的地方。第四紀(jì)冰期時(shí)海平面下降130米，全球冰川面積達(dá)5200萬(wàn)平方公里，地球的年平均氣溫下降10℃～15℃，全球有1/3以上的大陸為冰雪覆蓋，冰的平均厚度達(dá)1000米左右[3]。但在第四紀(jì)才出現(xiàn)冰期和間冰期的明顯交替。冰期極盛時(shí)，北半球高緯地區(qū)形成大陸冰蓋，格陵蘭冰蓋覆蓋了格陵蘭和冰島，勞倫大冰蓋掩埋了整個(gè)加拿大，并向南延伸至紐約、辛辛那提一帶。歐洲將近一半被斯堪的納維亞冰蓋覆蓋。西伯利亞冰蓋則占據(jù)了西伯利亞北部地區(qū)。第四紀(jì)冰期來(lái)臨的時(shí)候，地球的年平均氣溫比現(xiàn)在降低10℃～15℃，如斯堪的納維亞半島的峽灣。在第四紀(jì)大冰川期氣候中，我們已經(jīng)確知其間氣候仍是寒冷與溫暖交替出現(xiàn)。這段時(shí)間世界各地的冰川進(jìn)退次數(shù)并不一致，不過(guò)大多數(shù)的學(xué)者都同意：第四紀(jì)北半球大部有四次冰期、三個(gè)間冰期和一個(gè)冰后期；在北歐則有五次冰期、四次間冰期和一個(gè)冰后期。中國(guó)地理學(xué)家竺可楨指出，第四紀(jì)歐洲和北美洲北部經(jīng)歷了四個(gè)冰河期和四個(gè)間冰期：第一冰河期距今30萬(wàn)年至27萬(wàn)年；第二冰河期距今20萬(wàn)年至18萬(wàn)年；第三冰河期距今13萬(wàn)年至10萬(wàn)年；第四冰河期距今65000年至15000年。

7 生物進(jìn)化

第四紀(jì)生物與第三紀(jì)相比，在分布和組成上發(fā)生明顯變化。哺乳動(dòng)物與上新世相比有很大進(jìn)化，如歐洲及鄰近的亞洲部分現(xiàn)生的119個(gè)種中只有6個(gè)在上新世生存過(guò)。植物界的進(jìn)化比較緩慢，西北歐的植物約80%在第四紀(jì)開(kāi)始時(shí)即已存在。第四紀(jì)冰期時(shí)，大陸冰蓋向南擴(kuò)展，動(dòng)植物也隨之向南遷移。間冰期期間動(dòng)植物向北遷移。冰期和間冰期植被帶的移動(dòng)范圍最大可達(dá)緯度30°，在地層剖面中可明顯地看到喜冷和喜暖動(dòng)植物群的交替現(xiàn)象。第四紀(jì)后期，大型陸生哺乳動(dòng)物發(fā)生過(guò)大規(guī)模絕滅。在北美，大型哺乳動(dòng)物的屬有70%絕滅，歐洲和非洲比例小得多。這一大規(guī)模絕滅發(fā)生于距今15000～9000年。發(fā)生大規(guī)模絕滅的原因主要是人類的狩獵活動(dòng)，其次是自然環(huán)境的變遷。第四紀(jì)不同時(shí)期出現(xiàn)不同的動(dòng)物群。歐洲早更新世具代表性的是維拉弗朗動(dòng)物群，出現(xiàn)了真馬、真牛、真象；中更新世以克羅默爾動(dòng)物群為代表；晚更新世時(shí)出現(xiàn)了許多極地動(dòng)物。北美早更新世有布朗克動(dòng)物群，中更新世有伊爾文頓動(dòng)物群，晚更新世有蘭錯(cuò)伯累動(dòng)物群。中國(guó)北方則有早更新世泥河灣動(dòng)物群，中更新世周口店動(dòng)物群，晚更新世薩拉烏蘇動(dòng)物群。四紀(jì)開(kāi)始，全球氣候出現(xiàn)了明顯的冰期和間冰期交替的模式。第四紀(jì)生物界的面貌已很接近于現(xiàn)代。哺乳動(dòng)物的進(jìn)化在此階段最為明顯，而靈長(zhǎng)目中完成了從猿到人的進(jìn)化。在這段時(shí)間里只有很少新的動(dòng)物種類產(chǎn)生（可能因?yàn)檫@段時(shí)間還比較短），在更新世末期，在北半球有不少哺乳動(dòng)物（劍齒虎、猛犸、乳齒象、雕齒獸）滅絕。馬科、駱駝科在北美洲滅絕。哺乳動(dòng)物在第四紀(jì)期間的進(jìn)化主要表現(xiàn)在屬種而不是大的類別更新上。第四紀(jì)前一階段——更新世早期哺乳類仍以偶蹄類、長(zhǎng)鼻類與新食肉類等的繁盛、發(fā)展為特征，與第三紀(jì)的區(qū)別在于出現(xiàn)了真象、真馬、真牛。更新世晚期哺乳動(dòng)物的一些類別和不少屬種相繼衰亡或滅絕。到了第四紀(jì)的后一階段：全新世，哺乳動(dòng)物的面貌已和現(xiàn)代基本一致。第四紀(jì)的海生無(wú)脊椎動(dòng)物仍以雙殼類、腹足類、小型有孔蟲(chóng)、六射珊瑚等占主要地位。陸生無(wú)脊椎動(dòng)物仍以雙殼類、腹足類、介形類為主。其它脊椎動(dòng)物中真骨魚(yú)類和鳥(niǎo)類繼續(xù)繁盛，兩棲類和爬行類變化不大。高等陸生植物的面貌在第四紀(jì)中期以后已與現(xiàn)代基本一致。由于冰期和間冰期的交替變化，逐漸形成今天的寒帶、溫帶、亞熱帶和熱帶植物群。微體和超微的浮游鈣藻對(duì)海相地層的劃分與對(duì)比十分重要。

8 人類出世

大量的化石資料證明人類是由古猿進(jìn)化而來(lái)的。古猿與最早的人之間的根本區(qū)別在于人能制造工具，特別是制造石器。從制造工具開(kāi)始的勞動(dòng)使人類根本區(qū)別于其它一切動(dòng)物，勞動(dòng)創(chuàng)造了人類。另一個(gè)主要特點(diǎn)是人能直立行走。從古猿開(kāi)始向人的方向發(fā)展的時(shí)間，一般認(rèn)為至少在1000萬(wàn)年以前。普遍認(rèn)為，第四紀(jì)的猿人由中、上新世的臘瑪古猿發(fā)展而來(lái)。森林古猿出現(xiàn)在第三紀(jì)后期，當(dāng)?shù)谒募o(jì)大冰期來(lái)臨的時(shí)候森林被毀，寒冷迫使古猿向赤道地區(qū)逃亡，為適應(yīng)環(huán)境古猿變爬行為直立行走。冰期加速古猿向人類轉(zhuǎn)變。第四紀(jì)是人類出現(xiàn)并迅速發(fā)展的時(shí)期，因此有人稱之為人類紀(jì)。人類的發(fā)展經(jīng)歷了以下主要階段：

（1）早期猿人階段（200萬(wàn)年-175萬(wàn)年前）：其代表是東非坦桑尼亞奧杜威峽谷的能人（Homo habilis），這可能是早期的直立猿人（Homo erectus），含能人化石的地層年代約為175萬(wàn)年前。通常認(rèn)為元謀人屬早更新世晚期，在距今170萬(wàn)年左右。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所用古地磁方法測(cè)定距今170萬(wàn)±10萬(wàn)年。電子自旋共振法測(cè)定為距今160～110萬(wàn)年。（2）晚期猿人階段（100萬(wàn)年前）：直立猿人（homo erectus）從非洲擴(kuò)散到中國(guó)、爪哇，最著名的代表是北京猿人和爪哇猿人，他們生活于中更新世。（3）早期智人階段（50萬(wàn)年前）：智人（Homo sapiens）生活在中更新世晚期，在非洲出現(xiàn)并遷移到歐洲。如中國(guó)的丁村人、馬壩人、長(zhǎng)陽(yáng)人等，歐洲以尼安德特人為代表。（4）晚期智人（新人）階段（25萬(wàn)年-3萬(wàn)5千年前）：現(xiàn)于晚更新世晚期，有中國(guó)河套人、山頂洞人、資陽(yáng)人、柳江人等，歐洲是克魯馬農(nóng)人?，F(xiàn)代人（Homo sapiens sapiens）在非洲南部出現(xiàn)，約5萬(wàn)年前，現(xiàn)代人類分布到中東地區(qū)，到3萬(wàn)5千年前，現(xiàn)代人類分布到達(dá)歐洲：克羅麥昂人（Cro-Magnon）。（5）在更新世晚期，大約3萬(wàn)-2萬(wàn)年前，現(xiàn)代人類通過(guò)白令陸橋進(jìn)入北美洲并向南遷移。進(jìn)入全新世后，現(xiàn)代人的分布到除南極洲以外的各個(gè)大陸，并且成為唯一生存至今的人科動(dòng)物（hominids）。

9 更新世的自然生態(tài)

（1）更新世的植物：開(kāi)始同現(xiàn)代的植物相似，被子植物特別是落葉的種類在溫和的和較冷的區(qū)域中迅速繁殖。熱帶森林縮小，草原在酷寒的北方高緯度地區(qū)發(fā)展，繁殖出現(xiàn)地衣、苔蘚、侏儒菅茅以及小型柳樹(shù)和樺木等適應(yīng)酷寒的植物群落。（2）更新世動(dòng)物：寒冷的冰川氣候迫使北半球的蜥蜴、蛇類和滑體兩棲動(dòng)物向南遷徙，并發(fā)展出多種有皮毛、更能適應(yīng)寒冷氣候的大型哺乳動(dòng)物，其中包括新的猛犸象、巨型犀等。而新的人種也在今天的非洲、歐洲和亞洲出現(xiàn)，并開(kāi)始影響大型動(dòng)物的多樣性。那時(shí)，猛犸、駱駝、馬、巨型河貍、狼和短面熊等適應(yīng)寒冷氣候的動(dòng)物，在整個(gè)冰期都生活在亞洲、歐洲和美洲大陸。更新世晚期，距今約2萬(wàn)年前，現(xiàn)代人類經(jīng)白令海峽進(jìn)入美洲。最新理論認(rèn)為，人類帶到美洲大陸的疾病導(dǎo)致猛犸等大型哺乳動(dòng)物滅亡，而人類狩獵加速這一過(guò)程。在整個(gè)更新世，化石亞種大熊貓分布相當(dāng)廣泛，幾乎遍布中國(guó)東部和南部，北至北京周口店，南至臺(tái)灣島及緬甸、越南、泰國(guó)北部。當(dāng)時(shí)的大熊貓與劍齒虎、劍齒象以及北京猿人、南方猿人一起生活，構(gòu)成典型的更新世大熊貓～劍齒象動(dòng)物化石群。就在更新世中晚期，秦嶺及其以南山脈出現(xiàn)大面積冰川等自然環(huán)境的劇烈變化，特別是在距今約18000年前的第四紀(jì)冰期之后，大熊貓～劍齒象動(dòng)物群衰落，大部分動(dòng)物滅絕，僅留下無(wú)數(shù)化石表明它們?cè)?jīng)存在。北方的大熊貓絕跡，南方的大熊貓分布區(qū)也驟然縮小，進(jìn)入歷史的衰退期。（3）更新世海洋動(dòng)物：由于海平面下降，珊瑚和其它造礁動(dòng)物都受到影響，并且由于全球的氣溫較低，寒帶水鳥(niǎo)和海洋哺乳動(dòng)物的分布范圍比現(xiàn)在要大得多。如今這類動(dòng)物僅見(jiàn)于極地水域。（4）人類：在第四紀(jì)，人類進(jìn)入迅速發(fā)展的時(shí)期。經(jīng)歷了早期猿人、晚期猿人、早期智人、晚期智人階段，在更新世晚期，大約2萬(wàn)年前現(xiàn)代人類通過(guò)白令海峽進(jìn)入美洲。更新世的幾個(gè)人屬種類中，智人適應(yīng)能力最高，也是進(jìn)化最成功的一種。（5）舊石器/更新世：更新世和考古學(xué)上的舊石器時(shí)代相當(dāng)。根據(jù)動(dòng)物群的性質(zhì)、堆積物的特點(diǎn)和環(huán)境變化的因素，可以把更新世再劃分為早、中、晚3期。一些學(xué)者將早更新世的起訖，定在距今300萬(wàn)至100萬(wàn)年，相當(dāng)于舊石器時(shí)代早期的最早階段；中更新世定在距今100萬(wàn)至10萬(wàn)年，相當(dāng)于舊石器時(shí)代早期的中、后階段；晚更新世定在距今10萬(wàn)至1萬(wàn)年，包括舊石器時(shí)代的中期和晚期，在中國(guó)又以距今4萬(wàn)年作為晚期的起點(diǎn)。另外一些學(xué)者則提出，更新世大約從距今240萬(wàn)年開(kāi)始；早、中更新世的界限為距今約73萬(wàn)年；中、晚更新世的界限為距今約12.8萬(wàn)年或晚一些。（6）更新世滅絕原因：距今2萬(wàn)年到1萬(wàn)年前，歐亞大陸北部、大洋洲、美洲馬達(dá)加斯加的數(shù)十種大型動(dòng)物滅絕，北美最為嚴(yán)重，70%的大型哺乳動(dòng)物在距今大約1.1萬(wàn)年前突然消失。《新科學(xué)家》2008年的報(bào)道，俄羅斯生物學(xué)家正在俄羅斯西伯利亞修建一座“更新世公園”，希望以此來(lái)說(shuō)明氣候突變不應(yīng)該是更新世大型動(dòng)物滅絕的原因。大多數(shù)人認(rèn)為，更新世末期冰河時(shí)代的消退引起氣候和植被的劇烈變化，寒冷、干旱的草地讓位于溫暖濕潤(rùn)的苔原和森林。動(dòng)物的滅絕和早期現(xiàn)代人大舉遷向受影響的地區(qū)并非巧合。在更新世晚期，西伯利亞?wèn)|北部：從歐洲西部跨越白令海峽一直延伸到加拿大；從北極一直延伸到中國(guó)北部，約占地球大陸總面積的一半，棲息著成群的大型哺乳動(dòng)物：例如長(zhǎng)毛象（猛犸）、野牛、麋鹿、多毛犀牛、牦牛、賽加羚羊、馬、馴鹿、麝牛和駝鹿。茲莫夫稱之為：長(zhǎng)毛象草原。長(zhǎng)毛象草原在距今大約1萬(wàn)年前突然消失，絕大多數(shù)大型動(dòng)物滅絕，包括劍齒虎和洞穴獅子。只有馴鹿和駝鹿幸存下來(lái)。俄羅斯科學(xué)院薩哈共和國(guó)的切爾斯基伊東北科學(xué)站主管茲莫夫，認(rèn)為更新世末期西伯利亞?wèn)|北部的動(dòng)物滅絕原因是過(guò)捕，而不是氣候突變。（7）更新世以來(lái)，距今170多萬(wàn)年，地球上出現(xiàn)過(guò)18次的大冰川期，每次約10萬(wàn)年，其中9萬(wàn)年的大冰川期和1萬(wàn)年的間冰期（或叫生態(tài)期）[4]。

10 討論

（1）關(guān)于第四紀(jì)下限一直存在爭(zhēng)議，支持較多的有1.8Ma和2.6Ma。雖然國(guó)際地層委員會(huì)推薦的第四紀(jì)的下界年齡為1.80Ma，但是由于2.6（開(kāi)始認(rèn)為為2.48）Ma是黃土開(kāi)始沉積的年齡，因而我國(guó)地質(zhì)學(xué)家，尤其是第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)家基本都采用后者。目前國(guó)際地層委員會(huì)公布的國(guó)際年代地層表 （International Chronostratigraphic Chart）中使用的第四紀(jì)下界為2.58Ma。這一時(shí)期形成的地層稱第四系。應(yīng)用鉀氫法測(cè)定了法國(guó)和非洲相當(dāng)于維拉弗朗層的地層底界年齡約為180萬(wàn)年。因此，許多學(xué)者認(rèn)為第四紀(jì)下限應(yīng)為距今180萬(wàn)年。1977年國(guó)際第四紀(jì)會(huì)議建議，以意大利的弗利卡剖面作為上新世與更新世的分界，其地質(zhì)年齡約為170萬(wàn)年。對(duì)中國(guó)黃土的研究表明，約248萬(wàn)年前黃土開(kāi)始沉積，反映了氣候和地質(zhì)環(huán)境的明顯變化，認(rèn)為第四紀(jì)約開(kāi)始于248萬(wàn)年前。還有學(xué)者認(rèn)為，第四紀(jì)下限應(yīng)定為330～350萬(wàn)年前。第四紀(jì)的時(shí)期基本上與最近的冰河期（冰川回退期）相符。另一種分法是將300萬(wàn)年前北極結(jié)冰的開(kāi)始作為第四紀(jì)的開(kāi)始，這樣的話上新世的最新的一部分也算作第四紀(jì)了。也有人不承認(rèn)第四紀(jì)的存在，而將它看作第三紀(jì)的一部分。（2）更新世，英國(guó)地質(zhì)學(xué)家萊伊爾（C.Lyell）1839年創(chuàng)用。屬地質(zhì)年代名稱。第四紀(jì)的第一個(gè)世，距今大約200萬(wàn)年至1萬(wàn)年前。地層中所含生物化石，絕大部分屬現(xiàn)有種。更新世是冰川作用活躍的時(shí)期，1846年福布斯又把更新世稱為冰川世。更新世亦稱洪積世，開(kāi)始于1806000年（±5000年）前，結(jié)束于11550年前，是構(gòu)成地球歷史的第四紀(jì)冰川的兩個(gè)世中較長(zhǎng)的第一個(gè)世。在此期間發(fā)生了一系列冰川期和間冰川期氣候回旋。地層中所含生物化石，絕大部分屬于現(xiàn)有種類。更新世中期是全球氣候和環(huán)境變化的一個(gè)重要時(shí)期，當(dāng)時(shí)氣候周期轉(zhuǎn)型，全球冰量增加，海平面下降，哺乳動(dòng)物遷徙或滅絕。（3）歐洲的冰川研究基礎(chǔ)較好，19世紀(jì)已在歐洲形成多冰期的概念。1877年英國(guó)學(xué)者蓋克（G.Geikie）在東英吉利（East Anglia）發(fā)現(xiàn)四次冰川作用。1909年德國(guó)地貌學(xué)家彭克（A.Penck）和布呂克納（E.Brunckner）根據(jù)阿爾卑斯山北坡冰磧地層和相應(yīng)的階地地貌，建立了以多瑙河的支流命名，在阿爾卑斯山建立了由老到新的貢茲（Günz）、民德（Mindel）、里斯（Riss）、武木（Würm）等4個(gè)冰期。1930年埃伯爾（B.Eberl）又發(fā)現(xiàn)了貢茲冰期之前的冰川作用遺跡，劃為多瑙冰期（Donau），并將各個(gè)冰期劃分成若干亞期。第四紀(jì)的四次冰期說(shuō)，被廣泛接受，蘇聯(lián)歐洲部分也劃分了敖德薩、白俄羅斯、中俄羅斯、瓦爾代等4個(gè)冰期。中國(guó)第四紀(jì)冰川研究由著名地質(zhì)學(xué)家李四光開(kāi)創(chuàng)，并以廬山冰川研究為基礎(chǔ)，于1934年劃分了鄱陽(yáng)、大姑、廬山、大理等4個(gè)冰期。（4）黃土廣布于北緯30～55°和南緯30～40°的干旱、半干旱區(qū)，大體相當(dāng)于世界“小麥帶”的范圍。粒級(jí)組分中粉沙占50%以上。黃土是干冷氣候條件下的產(chǎn)物，自第四紀(jì)開(kāi)始堆積。黃土成因有風(fēng)成說(shuō)、水成說(shuō)、風(fēng)化成土說(shuō)、殘積說(shuō)、冰成說(shuō)等，以風(fēng)成說(shuō)占優(yōu)勢(shì)，并將黃土堆積期與冰期相對(duì)應(yīng)，古土壤與間冰期相應(yīng)。黃土主要分布于世界大陸比較干燥的中緯度地帶。全世界黃土分布的總面積大約有1300萬(wàn)平方公里。我國(guó)的黃土的分布西起甘肅祁連山脈的東端，東到太行山，北起陰山，南至秦嶺，橫跨青海、寧夏、甘肅、陜西、山西、河南等六個(gè)省區(qū)的220多個(gè)縣市，面積64萬(wàn)平方公里。黃土覆蓋厚度一般在100米以下，而以隴東、陜北、晉西黃土層最厚，六盤(pán)山以東到呂梁山西側(cè)，黃土厚度在100米～200米之間，最厚在蘭州，達(dá)300米以上。黃土分布的面積和厚度，都居世界之冠[5-8]。（5）中國(guó)南方紅土是我國(guó)秦嶺～淮河以南、青藏高原以東廣泛分布的第四紀(jì)土狀堆積，是我國(guó)熱帶、亞熱帶地區(qū)第四紀(jì)以來(lái)季風(fēng)氣候環(huán)境下的產(chǎn)物[9]。

11 第四紀(jì)資源

（1）中國(guó)第四紀(jì)冰川遺跡陳列館：建于1989年，占地1950平方米，建筑面積750平方米。冰川在自身重力的作用下，沿著坡度向下運(yùn)動(dòng)。每年只能前進(jìn)數(shù)十米到數(shù)百米。當(dāng)冰川運(yùn)動(dòng)時(shí)，巨厚的冰層所產(chǎn)生的壓力和摩擦給冰川底部的巖石留下擦痕。中國(guó)第四紀(jì)冰川遺跡陳列館坐落于北京西郊翠微山下第四紀(jì)冰川擦痕處，是世界上唯一的以第四紀(jì)冰川擦痕實(shí)物為基礎(chǔ)建立的博物館。（2）中國(guó)第四紀(jì)科學(xué)研究會(huì)，成立于1957年初。（3）許家窯遺址：位于河北省張家口市陽(yáng)原縣侯家窯村西側(cè)的長(zhǎng)形溝，地質(zhì)時(shí)代推斷為晚更新世較早時(shí)期，距今10.4萬(wàn)年到12.5萬(wàn)年之間。（4）孫家洞遺址：洛陽(yáng)市文物考古研究院在孫家洞遺址發(fā)現(xiàn)中更新世直立人（猿人）化石。：直立人欒川種，簡(jiǎn)稱欒川人。孫家洞舊石器遺址位于欒川縣伊河南岸的一個(gè)崖頭之上。李占揚(yáng)認(rèn)為：欒川人的年代應(yīng)與北京猿人相當(dāng)，屬于地質(zhì)時(shí)代的中更新世。北京猿人遺址最高測(cè)年距今73萬(wàn)年。直立人從200多萬(wàn)年前到20萬(wàn)年前左右，屬于地質(zhì)年代的更新世，主要分布在中更新世。（5）第四紀(jì)冰期的遺跡最多，如冰臼、斯堪的納維亞半島的峽灣，北歐、中歐、北美眾多的冰磧殘丘，阿爾卑斯山的U型谷和陡峭的山峰，法國(guó)和瑞士交界處侏羅山巨大的冰漂礫等，都是第四紀(jì)冰川作用留下的產(chǎn)物。

參考文獻(xiàn)

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