1、绪论第四纪基本概念与学科发展问题本本课课程程内内容容结结构构本本课课程程内内容容结结构构研究专题过程和机制；记录（深海沉积、黄土、冰过程和机制；记录（深海沉积、黄土、冰芯、湖泊沉积、石笋、树木年轮等）芯、湖泊沉积、石笋、树木年轮等）过程和机制（海岸演变过程和机制（海岸演变 、海面变化、古、海面变化、古海洋学）海洋学）江河、湖泊、沙漠演变的过程和机制江河、湖泊、沙漠演变的过程和机制研究专题青藏高原隆升及其环境效应青藏高原隆升及其环境效应植被和生态环境演化研究进展植被和生态环境演化研究进展人类（现代人）起源研究进展人类（现代人）起源研究进展研究专题第四纪研究与可持续发展第四纪研究与可持续发展年代学
2、技术发展；年代学技术发展；模拟与预测进展；模拟与预测进展；3S3S技术应用进展技术应用进展第一篇第一篇 基础篇基础篇第一章第一章 绪论绪论 第四纪基本概念第四纪基本概念与学科发展问题与学科发展问题 刘东生院士刘东生院士第第13届届INQUA主席主席INQUA(国际第四纪研究联合会国际第四纪研究联合会)International Union for Quaternary Research刘东生院士在章丘洛庄汉墓发掘现场刘东生院士在城子崖博物馆进一步明确第四纪地层中包含大量现代种属的动植物化石。第八章 气候变化的原因Reour(1833)人类活动影响地球系统的历史和未来趋势历史时期研究和人地交互作
3、用研究。意义-IGBP计划的提出标志着一门新兴的学科-地球系统科学随之诞生(ESS-Earth System Science),标志着地学、生物学研究进入了一个新的深度和广度。宇宙因素对地球环境影响研究第四纪学科的发展和特点、Quaternary Research第十二章 气候变化研究方法强调研究时间尺度为几十年至几百年、对生物圈影响最大、对人类活动最为敏感、最易实践和具有可预测性的重大全球变化问题。第四纪科学的核心理论是什么?一、第四纪术语的由来 定义EOS 地球观测系统计划第四纪科学的核心理论是什么?季风和气候变化研究进展气候变化与大气环境研究03厘米)，按此速度，只需17年大部分市区将降
4、到平均海面以下。刘东生院士在城子崖博物馆本章的目的和要点了解第四纪学科了解第四纪学科第四纪的定义、基本特征和年代划分第四纪的定义、基本特征和年代划分第四纪学科的发展和特点、第四纪学科的发展和特点、第四纪研究的内容和意义第四纪研究的内容和意义第四纪学第四纪学科的基本科的基本概念概念第四纪的第四纪的基本概念基本概念第四纪研究与全球变化研究第四纪研究与全球变化研究第四纪研第四纪研究的扩充究的扩充概念概念一、第四纪术语的由来一、第四纪术语的由来 二、第四纪的基本特征二、第四纪的基本特征 三、第四纪底界年代的确定三、第四纪底界年代的确定四、第四纪内部年代划分四、第四纪内部年代划分“第四纪第四纪”是一个地
5、质时代的是一个地质时代的名称，指最近两三百万年以名称，指最近两三百万年以来直至当前的这段时间，也来直至当前的这段时间，也即地球发展史上最新的一个即地球发展史上最新的一个“纪纪”。问题问题1 地球历史有多长地球历史有多长?划分为哪划分为哪几个几个“代代”?地质时间单位和年代地层单位 问题问题2你知道有哪些地质时间单位和年代地你知道有哪些地质时间单位和年代地层单位层单位?单单位位一一级级二二级级三三级级四四级级五五级级六六级级时时间间单单位位宙宙代代纪纪世世期期时时地地层层单单位位宇宇界界系系统统阶阶时时带带新生代地质时代划分 问题问题3谁能说出新生代有几个谁能说出新生代有几个“纪纪”?全新世全新
6、世 Holocene更新世更新世 Pleistocene上新世上新世 Pliocene中新世中新世 Miocene渐新世渐新世 Oligocene始新世始新世 Eocene古新世古新世 PaleoceneMa BP0.011.85.022.5385465第四纪第四纪Quaternary新第三纪新第三纪Neogene老第三纪老第三纪Eogene例如冰碛层和冰期研究 冰川学、气候地层学、古气候学、古海洋学、古水文学(International Geological Congress)JGOFS-Global Ocean Fluxes“消长”冰期-间冰期交替。与现代有直接联系的最新地质时代以第四纪时
7、期人类与环境发展过程和机制为基本课题；上新世 Pliocene核心-对未来几十年至几百年的自然和人为的全球环境变化进行预测 气候变冷和冰川消长青藏高原隆升及其环境效应人类活动影响地球系统的历史和未来趋势历史时期研究和人地交互作用研究。地表与地内各圈层统一的整体地球观念；三、第四纪研究的主要内容第二次地学革命20世纪60-70年代，以板块学说和全球构造理论的确立为标志，形成海陆统一的地球观。(纹泥、瓣鳃类、冰芯)Reour(1833)地壳运动进入了一个新阶段，以强烈的断块升降为特征。三、第四纪科学的主要内容 基本内容 季风和气候变化研究进展气候变化与大气环境研究 G.Arduino(1750)把
8、意大利北部地层划分为原把意大利北部地层划分为原始纪、第二纪、第三纪始纪、第二纪、第三纪。Z.Desnoyers(1829)把巴黎盆地第三纪地层上部把巴黎盆地第三纪地层上部松散未胶结的最新堆积物定松散未胶结的最新堆积物定为第四纪地层为第四纪地层。H.Reour(1833)进一步明确第四纪地层中包进一步明确第四纪地层中包含大量现代种属的动植物化含大量现代种属的动植物化石石。C.Lyell(1833)地质学原理地质学原理一书明确定一书明确定义第三纪和第四纪并提出义第三纪和第四纪并提出、。IGC(1881)(International Geological Congress)第二届国际地质大会审议通过
9、第二届国际地质大会审议通过以以“”作为年代名称，作为年代名称，以以“”作为地层名称作为地层名称。直接联系直接联系最新最新“直接联系直接联系”第四纪的沉积过程至第四纪的沉积过程至今继续在形成新的沉积物，第四纪的今继续在形成新的沉积物，第四纪的构造运动至今继续在活动并引起种种构造运动至今继续在活动并引起种种问题，第四纪的生物大多至今仍生活问题，第四纪的生物大多至今仍生活在地球上但是正面临严重的灭绝威胁。在地球上但是正面临严重的灭绝威胁。“最新最新”历时短暂；现况研究；精历时短暂；现况研究；精细研究细研究 第四纪的时间从地质第四纪的时间从地质历史角度看十分短暂历史角度看十分短暂第四纪的时间从地质第四
10、纪的时间从地质历史角度看十分短暂历史角度看十分短暂如果把整个地球历史如果把整个地球历史比作一天的比作一天的2424小时小时第四纪第四纪开始时开始时已经已经 23:59 11.1723:59 11.17m ai d i n t he G al axy第四纪的时间从地质第四纪的时间从地质历史角度看十分短暂历史角度看十分短暂第四纪的时间从地质第四纪的时间从地质历史角度看十分短暂历史角度看十分短暂如果把整个地球历史如果把整个地球历史比作一天的比作一天的2424小时小时第四纪第四纪开始时开始时已经已经 23:59 11.1723:59 11.17m ai d i n t he G al axy变冷变冷消
11、长消长“变冷变冷”晚新生代大冰期、大规模冰流；晚新生代大冰期、大规模冰流；“消长消长”冰期冰期-间冰期交替。间冰期交替。1 10 00 01 10 01 11 10 02 21 10 03 31 10 04 41 10 05 51 10 06 61 10 07 71 10 08 81 10 09 91 10 01 10 0(k k a a)(M M a a)8 81 10 01 12 21 14 41 16 61 18 82 20 02 22 2温温度度(C C)年年 代代C C r re et ta ac ce eo ou u s s w w a ar rm m p p e ea ak k白
12、白 垩垩 纪纪 暖暖 锋锋P P l le ei is st to oc ce en n e e i ic ce e a ag ge es s更更 新新 世世 冰冰 期期H H o ol le ec ce en n e e o op p t ti im m a am m全全 新新 世世 适适 宜宜 期期小小 冰冰 期期L L i it tt tl le e i ic ce e a ag ge eT T w w e en n t ti ie et th h c ce en n t tu u r ry y w w a ar rm m i in n g g2 20 0世世 纪纪 增增 温温中中 世世
13、 纪纪 暖暖 期期M M e ed d i ia ae ev va al l w w a am mp p e er ri io od d 现现 在在 全全 球球 平平 均均 温温 度度第第 四四 纪纪前前 寒寒 武武 纪纪 冰冰 期期？石石 炭炭-二二 叠叠 纪纪冰冰 期期？(a a)1 10 00 01 10 01 11 10 02 21 10 03 31 10 04 41 10 05 51 10 06 61 10 07 71 10 08 81 10 09 91 10 01 10 0(k k a a)(M M a a)8 81 10 01 12 21 14 41 16 61 18 82 20
14、 02 22 2温温度度(C C)年年 代代C C r re et ta ac ce eo ou u s s w w a ar rm m p p e ea ak k白白 垩垩 纪纪 暖暖 锋锋P P l le ei is st to oc ce en n e e i ic ce e a ag ge es s更更 新新 世世 冰冰 期期H H o ol le ec ce en n e e o op p t ti im m a am m全全 新新 世世 适适 宜宜 期期小小 冰冰 期期L L i it tt tl le e i ic ce e a ag ge eT T w w e en n t t
15、i ie et th h c ce en n t tu u r ry y w w a ar rm m i in n g g2 20 0世世 纪纪 增增 温温中中 世世 纪纪 暖暖 期期M M e ed d i ia ae ev va al l w w a am mp p e er ri io od d 现现 在在 全全 球球 平平 均均 温温 度度第第 四四 纪纪前前 寒寒 武武 纪纪 冰冰 期期？石石 炭炭-二二 叠叠 纪纪冰冰 期期？(a a)出现出现发展发展 人类发展史是使第四纪人类发展史是使第四纪截然区别于其它地质时代的截然区别于其它地质时代的最为深刻的原因。最为深刻的原因。地壳运动进
16、入了一个新阶段，以强烈的断块升地壳运动进入了一个新阶段，以强烈的断块升降为特征。降为特征。主要有主要有56种种(人类、人类、冰川、动物、有孔虫等生冰川、动物、有孔虫等生物演变、温度等物演变、温度等)，各种，各种标准之间、各地之间时间标准之间、各地之间时间都不一致。都不一致。各地开始时间不一致；各地开始时间不一致；对冰川遗迹的认识不一致。对冰川遗迹的认识不一致。问题问题4南极大冰原是什么时候形成的南极大冰原是什么时候形成的?南极东部南极东部14001100万年前，格万年前，格陵兰陵兰320万年前，北极海冰万年前，北极海冰300万万年前，北美北欧年前，北美北欧250万年前。万年前。Reour(18
17、33)地表与地内各圈层统一的整体地球观念；第13届INQUA主席在建设性环境研究方面，为工程建设和发展规划提供科学依据；地质、地理、古生物、动物、植物、土壤、人类、考古、地球物理、地球化学、工程地质。地球与地外天体统一的行星地球观念。环境是一种动态过程，认识当前环境的基本标准就是“定位”，就是确定其时空位置，即了解它的“来龙去脉”。上新世 Pliocene在建设性环境研究方面，为工程建设和发展规划提供科学依据；资源利用与保护领域初期的第四纪地质学以地壳表层松散堆积物为主要研究对象，以地层学为基础，是一门描述地壳组成物质最新发展过程的地质学分支学科。一、全球变化研究计划 概况新构造运动研究 火山
18、学、地震地质学、现代岩石圈动力学理解过去短期变化的特征、机制、相互作用以及它们在评价未来变化中的重要性短期变化和突变过程中的地球系统相互作用研究。IGCP 国际地质对比计划；(纹泥、瓣鳃类、冰芯)多学科性和综合性The present is the key to the past.(International Geological Congress)进一步明确第四纪地层中包含大量现代种属的动植物化石。03厘米)，按此速度，只需17年大部分市区将降到平均海面以下。问题问题5人类是什么时候出现在地球上的人类是什么时候出现在地球上的?不断有新的发现，从不断有新的发现，从100万万年推前到至少年推前到
19、至少500万年。万年。2002年年Nautre,乍得乍得600多万年。多万年。，国际，国际公认的标准公认的标准(IGC，1948)，具有全球一致性，具有全球一致性和可对比性。和可对比性。温度标准主要是海水温度；有对比性好的优点，但是也有不温度标准主要是海水温度；有对比性好的优点，但是也有不一致、不等时问题。一致、不等时问题。1.601.80 MaBP INQUA(1982)建议，建议，IGC(1984)通过。通过。2.402.50 MaBP 中国黄土堆中国黄土堆积的底界，中国大多数学者倾向这积的底界，中国大多数学者倾向这一标准。一标准。3.003.50 MaBP “四分四分”全新世全新世晚更新
20、世晚更新世中更新世中更新世早更新世早更新世符号符号Q4Q3Q2Q1INQUA(1987)10 KaBP128 KaBP730 KaBP一、第四纪学科发展一、第四纪学科发展 二、第四纪研究的基本特点二、第四纪研究的基本特点 三、第四纪研究的主要内容三、第四纪研究的主要内容四、第四纪研究的意义四、第四纪研究的意义 第四纪地质第四纪地质第四纪环境第四纪环境 第四纪科学第四纪科学 初期的第四纪地质学以地初期的第四纪地质学以地壳表层松散堆积物为主要研究壳表层松散堆积物为主要研究对象，以地层学为基础，是一对象，以地层学为基础，是一门描述地壳组成物质最新发展门描述地壳组成物质最新发展过程的地质学分支学科过程
21、的地质学分支学科。经过经过100多年的发展，第四纪地多年的发展，第四纪地质学已从最初的质学已从最初的“”三大传统地质课题的范畴，三大传统地质课题的范畴，从一门单一学科，繁衍成为一个很从一门单一学科，繁衍成为一个很大的大的“学科家族学科家族”。例如例如 冰川冰川学、气候地层学、古气候学、古海学、气候地层学、古气候学、古海洋学、古水文学洋学、古水文学 古脊椎动物古脊椎动物学、古人类学、微体古生物学、古学、古人类学、微体古生物学、古土壤学、古生态学土壤学、古生态学 火山学、地火山学、地震地质学、现代岩石圈动力学震地质学、现代岩石圈动力学 砂矿地质学、工砂矿地质学、工程地质学、水文地质学、环境地质程地
22、质学、水文地质学、环境地质学、农业地质学、城市地质学学、农业地质学、城市地质学 以第四纪地质学为以第四纪地质学为，是第四纪地质学的是第四纪地质学的；以第四纪时期人类与环境发展以第四纪时期人类与环境发展过程和机制为过程和机制为；是一；是一门新兴的门新兴的。历史过程与现代过程历史过程与现代过程的统一的统一 统一的全球环境系统统一的全球环境系统 EOS 地球观测系统计划人类是什么时候出现在地球上的?宇宙因素对地球环境影响研究生物圈BiosphereESS强调将地球各种相互作用的组成部分作为一个统一的整体，作为一个完整的系统来进行综合研究，势必导致一场以“系统地球观”为标志的新的地学革命。新构造运动研
23、究 火山学、地震地质学、现代岩石圈动力学第一次地学革命18世纪末，以均变论和进化论的创立为标志，发展起变化的地球观；第三章 第四纪岩石圈演化第二章 第四纪沉积与地层上新世 Pliocene四、第四纪内部年代划分四、第四纪内部年代划分JGOFS-Global Ocean Fluxes 人类出现和迅速发展EOS 地球观测系统计划水 圈Hydrosphere气候变化与大气环境研究资源利用与保护领域第四纪学第四纪学历史历史过程过程地壳地壳物质物质历史与历史与现代的现代的统一统一统一的统一的全球环全球环境系统境系统现代现代过程过程生存生存环境环境 人类人类学学气象气象学学 海洋海洋学学考古考古学学生物生
24、物学学地球地球化学化学地球地球物理物理工程工程地质地质 土土壤学壤学 水文水文学学Quaternary Research杂志 编委会顾问的专业组成编委会顾问的专业组成 人类学与考古学、植物学与孢粉学、人类学与考古学、植物学与孢粉学、地球化学与地球物理学、地质年代地球化学与地球物理学、地质年代学、地理学与地貌学、冰川学、古学、地理学与地貌学、冰川学、古气候学、古生态学与动物地理学、气候学、古生态学与动物地理学、古生物学、第四纪地质学、第四纪古生物学、第四纪地质学、第四纪海洋学、土壤学海洋学、土壤学等等20多个学科多个学科学会机构 下设下设11个专委会个专委会 地质、地理、古生物、动物、植物、土地
25、质、地理、古生物、动物、植物、土壤、人类、考古、地球物理、地球化学、壤、人类、考古、地球物理、地球化学、工程地质。工程地质。下设下设11个专委会个专委会 黄土、全新世、地层、海岸线、珊瑚礁、黄土、全新世、地层、海岸线、珊瑚礁、新构造、第四纪年代学、环境考古、应用新构造、第四纪年代学、环境考古、应用第四纪、热带亚热带环境、第四纪教学第四纪、热带亚热带环境、第四纪教学 新技术不断渗入 AMS()在在14C测年中的应测年中的应用用 几克几克几毫克，几毫克，1个个/17小时小时40个个/24小时，小时，4-5万年万年7-8万年。万年。LA-ICPMS()可测定单粒火山灰所含痕量元素，结合钾可测定单粒火
26、山灰所含痕量元素，结合钾氩法年龄测定，可获得氩法年龄测定，可获得1毫米厚的薄层火毫米厚的薄层火山灰的年龄值。山灰的年龄值。VLBI()水平水平1cm/a第四纪科学正迅速地向着第四纪科学正迅速地向着的方向发展。的方向发展。(纹泥、瓣鳃类、冰芯纹泥、瓣鳃类、冰芯)问题问题6 地质学的基本信条是什么地质学的基本信条是什么?-A.Geikie(1905)第四纪时期人类、生物界第四纪时期人类、生物界以及各种物理环境因子的以及各种物理环境因子的演化历史和相互作用机制演化历史和相互作用机制 具体内容 沉积物与地层研究沉积物与地层研究地壳运动研究地壳运动研究气候变化与大气环境研究气候变化与大气环境研究古海洋与
27、大陆水环境研究古海洋与大陆水环境研究生物演化与古人类研究生物演化与古人类研究宇宙因素对地球环境影响研究宇宙因素对地球环境影响研究技术手段研究技术手段研究岩石圈岩石圈Lithosphere大气圈大气圈 Atmosphere水水 圈圈Hydrosphere生物圈生物圈Biosphere宇宙圈宇宙圈Cosmosphere 中国科学院海洋中国科学院海洋研究所研究员研究所研究员 揭示人类生存环境演变的揭示人类生存环境演变的历史过程和变化规律，为现历史过程和变化规律，为现代环境整治和未来环境预测代环境整治和未来环境预测提供背景材料和参照系，进提供背景材料和参照系，进而推动地球系统科学而推动地球系统科学(E
28、SS)和和系统地球观的发展。系统地球观的发展。环境是一种动态过程，认识当环境是一种动态过程，认识当前环境的基本标准就是前环境的基本标准就是“定位定位”，就是确定其时空位置，即了解它的就是确定其时空位置，即了解它的“来龙去脉来龙去脉”。如何定位如何定位?仅有一个点不行，仅有一个点不行，没有参照系不行。没有参照系不行。“过去的变化历过去的变化历史史”就是就是“来龙来龙”，就是参照系，就是参照系，就是第四纪研究的第一要务。就是第四纪研究的第一要务。时时 间间温温 度度过去过去未来未来?ESS()的创的创立具有十分深远的科学意义和哲学意立具有十分深远的科学意义和哲学意义。义。ESS强调将地球各种相互作
29、用的强调将地球各种相互作用的组成部分作为一个统一的整体，作为组成部分作为一个统一的整体，作为一个完整的系统来进行综合研究，势一个完整的系统来进行综合研究，势必导致一场以必导致一场以“系统地球观系统地球观”为标志为标志的的。在这一进程中，以。在这一进程中，以综合研究为基本特征的第四纪研究可综合研究为基本特征的第四纪研究可以发挥很大的作用。以发挥很大的作用。正在发展之中的系统地球观包含三个正在发展之中的系统地球观包含三个基本成分基本成分 人类与自然统一的人类与自然统一的；地表与地内各圈层统一的地表与地内各圈层统一的；地球与地外天体统一的地球与地外天体统一的。人类对地球的认识经历过两次革命三人类对地
30、球的认识经历过两次革命三个阶段。早期个阶段。早期神创地球观神创地球观(静止的地球静止的地球观观)；18世纪末，以均变世纪末，以均变论和进化论的创立为标志，发展起变化的论和进化论的创立为标志，发展起变化的地球观；地球观；20世纪世纪60-70年年代，以板块学说和全球构造理论的确立为代，以板块学说和全球构造理论的确立为标志，形成海陆统一的地球观。标志，形成海陆统一的地球观。在建设性环境研究方面，为工程在建设性环境研究方面，为工程建设和发展规划提供科学依据；建设和发展规划提供科学依据；在灾害性环境研究方面，为减灾在灾害性环境研究方面，为减灾防灾服务。防灾服务。指导第四纪矿产资源的勘探开发；指导第四纪
31、矿产资源的勘探开发；为环境资源合理开发和保护提供科为环境资源合理开发和保护提供科学依据。学依据。问题问题7 第四纪矿产主要有哪些第四纪矿产主要有哪些?砂矿砂矿(金属、非金属金属、非金属)、建材、建材(砂石、粘土砂石、粘土)、盐矿、盐矿(氯化钠、氯化钠、氯化钾、芒硝等氯化钾、芒硝等)、地下水、地下水(淡水、卤水淡水、卤水)、燃料、燃料(泥炭、泥炭、天然气天然气)抽水引起的抽水引起的地下水资源枯竭和地面沉降。地下水资源枯竭和地面沉降。我国我国30多个城市发生区域性地面沉降。多个城市发生区域性地面沉降。19591988年年29年市区地面平均沉降年市区地面平均沉降1.75米米(平均每年平均每年6.03
32、厘米厘米)，按此速度，只需，按此速度，只需17年大部分市区将降到平均海面以下。年大部分市区将降到平均海面以下。地区地区50年代以来形成的地面沉降年代以来形成的地面沉降漏斗面积漏斗面积4700平方公里平方公里(3mm/a等值线圈闭，等值线圈闭，中心均大于中心均大于7mm/a)，预测到，预测到2050年低于高潮年低于高潮位的面积较今大位的面积较今大3.21.8 倍。倍。主要杂志主要杂志 主要英文杂志主要英文杂志 Quaternary ResearchQuaternary Science ReviewJournal of Quaternary SciencePalaeogeography,Palae
33、oclimatology,Palaeoecology主要中文杂志主要中文杂志 第四纪研究第四纪研究海洋地质与第四纪地质海洋地质与第四纪地质一、全球变化研究计划一、全球变化研究计划二、第四纪研究在全球变化研二、第四纪研究在全球变化研究中的地位和任务究中的地位和任务 科学目标计划时间核心和意义 计划背景 计划内容核心计划 -Atmospheric Chemistry -Terrestrial Ecosystem -Vegetation&Hydrology -Land-Ocean Interactions -Global Ocean Fluxes -Ocean Euphotic Zone -Past Global Changes -Land Use&Land Cover Change 框架活动 -Analysis&Modelling -Data&Information -The System for Analysis,Research&Training 相关计划:热带海洋和全球大气计划；世界海洋环流试验 国际日地计划；国际岩石圈计划 国际地质对比计划；人与生物圈计划 地球观测系统计划第第1212届和第届和第1313届届INQUAINQUA主席主席
