第四纪地质与环境研究方法作业

第四纪地质与环境研究方法第四纪是全球气候发生周期性变化、并与人类的生存有着密切关系的地质历史时期。

随着社会的发展和新世纪的即将来临，人口、资源与环境的关系越来越受到政府和平民百姓的关注，走可持续发展道路已经成为人类社会的共识。

国土资源部提出开展“新一轮国土资源大调查”的计划中，对这一方面也提出了新的要求。

我们一是要针对第四纪时期沉积与环境的特点开展这方面的研究工作，二是要针对社会发展需求来攻关。

这一时期的主要地质特点是：1.第四纪冰期与冰川就目前我们掌握的资料看，中新生代岩石圈板块运动和海底扩张成了地球上冰川的分布及相应的气候分区的主导因素。

同时，也有人认为地球及太阳系的周期运动也与地球气圈发生周期性温度变化相关。

据研究认为，第四纪气候冷暖变化具有21ka、41ka和100ka的周期，这一特点反映在沉积物中、生物界里，也反映在地球表面地貌的变迁上。

2.第四纪海平面变化由气候变化为主导因素，在第四纪时期全球海平面发生了周期性的升降变化。

根据对末次冰期的研究，在冰期最盛期，地球上的水有大约5.5%以冰的形式存在，而此时海面最大降幅可达目前海平面以下150余米。

3.新构造运动大陆板块运动和由冰川导致的地壳“水文均衡”在不同地区都有不同的表现，或上升隆起遭受剥蚀、或下降接受沉积。

在中国，青藏高原的隆起，对来自西面的水汽和印度洋的暖湿气团起了强烈的阻障，使我国西北地区降水明显减少，冰川冻土和高寒荒漠以及黄土高原的分布，都由此而来。

4.生物界的演化对气候和环境反映最为明显的陆生动植物，随上述变化也发生了跌宕起伏的演化和迁移，最为壮观的是出现了两条腿走路的高智能的人。

在这方面材料最为丰富的当属植物的孢粉化石，由它我们可以恢复古植被和古环境，重建气候变化旋回。

对环境反映最为迅速的脊椎动物和昆虫化石也是我们研究的重点。

5.人类的作用人类产生以后一直是受制于自然界，伴随人类智慧的增长，现在人已经成了地球的主宰，但是自有人类历史记录以来因人类已经造成或将要造成数以千记甚至上万种物种的绝灭。

而工业化革命以来对气圈、水圈及生态环境的破坏，更是远比自然本身的演化剧烈的多。

对这些变化的预测研究，将是未来的热门领域。

伴随着人与自然关系的矛盾冲突越来越剧烈，生态农业的理念越来越深入人心，从地学演化观来增加对农业的科技投入势在必行，由此也带来对第四纪研究的创新天地。

目前开展第四纪的研究，飞速发展的科学技术为我们提供了充分的保障。

1.综合多重地层划分方法第四纪地球大气圈、水圈、岩石圈和生物圈的重大变化事件都具有一定程度的内在联系，地层划分对比的目的就是要揭示上述各圈层演化之间的关系。

以宏、微观的岩性记录为基础，以多种年代学方法和古气侯学、古环境学与哺乳动物、软体动物、孢粉组合等古生物学为依据来进行综合多重地层划分。

2、海平面变化曲线的建立要定量地描绘海面的具体变化，在测年方法和海底探测技术发展之前，人们主要采用第四纪地质与地貌学方法确定冰期、间冰期的时序和大体时代；根据海岸阶地和古海岸线高度判断历次间冰期的古海面位置；根据古冰川遗迹推断冰期最盛期古冰川的面积、厚度，进而推算其体积与相应的海面降低值；根据现代冰川的面积、厚度和体积估算全球冰川全部融化时相应的海面上升高度。

还要系统收集过去和现在海面变化对环境影响的有关数据资料，包括潮汐、海岸动态、构造运动、泥沙、低地演化、湿地分布与低地土地利用等各种资料与数据。

3、新构造运动研究方法对新构造运动的研究方法具有多样性和综合性，除了构造地质学中使用的地质学方法外，地貌学方法、考古学方法及仪器测量法等都是新构造运动研究的常用方法。

随着科学技术的不断发展，一些新的方法和手段正在不断地被应用到新构造的研究中来，大体上可分为两大类：1、定性法：包括地质法、地貌法、历史考古法等，这是研究新构造运动最基本的方法。

2.定量法：主要是指采用仪器测量的方法，如大地测量、地震学等方法。

应用地质地貌的演变研究，不仅能解决上新世、更新世及全新世的构造运动问题，在活动构造研究中也不可缺少。

4、古人类和历史考古方法古人类演化、古文化进展和历史所记录的变化都可以作为第四纪地层划分的主要方法，可利用新旧石器时代古文化遗存及历史考古资料等，来对人类自身的发展演化进行研究。

5、地质测年方法因测年所用的物质、被测事件的性质和给出年龄的方式有多种形式，取样技术要点在于注意避免样品的污染，主要的方法有：①14C测年法：该法1949年Libby 等公布以来，得到广泛应用，据Polach和Golson（1968）计算的结果为5730±40年，使用的测年物质是任何含碳的物质，如树木、木炭、泥炭、土壤、骨骼、贝壳、地下水等，测年范围为：100a B.P.～50ka B.P.。

②热释光测年法：主要使用石英、长石颗粒来测定，在第四纪黄土的研究中较常使用。

原理是沉积物中的铀、钍、钾等放射性同位素以α、β、γ射线不断轰击矿物，损伤矿物结晶格架并置换电子，使电子被其他结晶格架的空穴捕获，当加热500℃以上或在太阳光下暴晒8小时后使结晶格架震动，并逐出被捕获的电子，产生热释光。

其测年范围为：100a B.P.～1Ma B.P.。

取样时要注意样品的避光保存。

③电子自旋共振法：对方解石（贝壳、珊瑚）、磷灰石（骨骼、牙齿）、硫酸盐和磷酸盐等矿物晶体，沉积物中的铀、钍、钾等放射性同位素以α、β、γ射线不断轰击使其晶格离子化或产生晶格损伤，产生一个个电子剩余中心和一个个电子亏损中心（空格），其原理同热释光相似。

其测年范围为：2ka B.P.～10Ma B.P.。

④裂变径迹法：238U自发裂变爆裂成两个碎片，它们穿越固体时能在矿物晶格中崩裂形成一条受严重损伤的狭窄径迹，径迹的数目与诱发它的铀的含量成比例，所以铀含量和径迹的密度是确定数字年龄的两个必备条件。

其主要用于火山灰年龄的测定，其测年范围为：100ka B.P.～无上限。

⑤古地磁法：其为相对年龄测定法，主要用于地层对比。

它是利用地球磁场周期性倒转和岩石或沉积物中的剩余磁性记录来获得磁性记录曲线，通过对比标准曲线，可以获得数值年龄。

磁性倒转的测年范围为：50ka B.P.～1Ma B.P.。

另外，还有铀系法、钾氩法、氨基酸外消旋法、地衣法、树轮法、水解黑耀岩法、冰水纹泥和韵律层法，都各有其优势特点。

6、第四纪黄土的研究中国所处的特殊地理位置，在主导周期为100 ka的东亚古季风作用下，在晋、陕、甘及河北、北京等地沉积了大量黄土，分布面积大致4×105km2，厚度最大的陇西一带，超过300米。

对其中的古土壤层序列、黄土粒度组成、黄土磁化率、植物硅酸体、孢粉组合、软体动物化石、碳氧同位素、石英颗粒微观研究等方面信息，我们可以借鉴冰期的天文学说——米兰科维奇周期理论，参考地球轨道要素变化，进行划分对比地层和恢复古环境的研究。

7、新技术方法为研究我们赖以生存的地球近一百万年以来的变化，提供地质、地球物理、地球化学、土壤、水文、环境等多种信息。

我们应大力推广使用新技术手段，进行高分辨率的研究。

计算机技术和作为空间信息管理系统的卫星通讯(CS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、遥感(RS)、可视化(VS)等是实现这一目的的有力工具。

向国家和社会发布服务信息采用Internet网络技术是地学信息交换、发布与服务的重要手段。

在新世纪的研究中，应广泛采用这些技术，以遥感技术调查地貌及古河道的分布，以GIS技术结合地球化学资料和行政地域资料、气候资料、农业区划遥感资料来辅助进行土地规划决策。

/wenda/thread?tid=7a4654217ff907fe&clk=wttpcts近四十多年来，研究第四纪年代采用了多种新技术新方法。

第四纪年龄测量主要采用物理年代学法和放射性同位素年代学（核地质年代学）法。

古环境参数研究主要采用氨基酸外消旋测温法、稳定同位素法和历史气候研究法。

了解这些研究工作方法的基本原理和应用条件，有助于提高工作质量和国际研究接轨。

气候因子中的湿度状况或降水量变化一有很强的地区性。

通常在对某地区的历史干湿气候变化研究时，往往要把文字记载中的水旱情况换算成干湿气候指数，以便进行定量分析。

国际（PAGES）项目提出主要古环境档案及其所能提供的环境信息如表9-4所列：表9-4 几种环境变化参数纪录表T.温度；H.湿度和降水量；C.空气（C a）、水（C w）和土壤（C s）的化学成分；B.生物量；V.火山喷发；M.磁场；L.海平面；S.太阳活动；d.天；h.小时据PAGES项目《地圈与生物圈计划》（即全球变化、IGBP）中的核心计划之一的《古气候变化》生物学，无非研究的是三大类：动物学、植物学和微生物学。

而环境科学研究的是人类与环境系统，研究这个系统的发生发展、调节控制及改造利用的科学。

生态学则高于环境科学，研究的是生物有机体与其周围环境之间相互关系的科学，这个周围环境包括非生物环境和生物环境。

生态学研究方法ecological methodology研究方法大多数与相关学科的方法相同或近似。

生态学研究需要先对自然界或实验室中的生态现象进行观察记载、测计度量和实验，再对资料数据进行分析综合，找出生态学规律。

公元前4世纪亚里士多德（公元前384～前322）就曾探讨过蝗灾、鼠害的成因。

人类对生物资源的需求促进了生态学知识的积累。

博物学家的田野调查和远洋考察曾取得丰富的生态学资料。

G.-L.de布丰、A.von洪堡(1769～1859)和C.R.达尔文(1809～1882)等都曾对此作出过贡献。

他们采用的方法主要是对大自然中的动植物进行原地观察。

精确的定量方法引入生态学始于研究J.格朗特1662年根据人口统计资料探讨了出生率、死亡率等指数与人口消长的关系；T.R.马尔萨斯的《人口论》(1798)曾起过广泛影响;P.-F.费尔许尔斯特则在1838年提出了描述的逻辑斯谛方程。

较系统的生物群落的定量研究出现得稍晚些。

1895年，J.E.B.瓦尔明对不同地区植物群落的描述是这一时期的代表性成就。

农业的发展促进了植物生理学的研究。

从1840年J.von李比希研究土壤化学到1905年F.F.布莱克曼总结出定律，人们都是在个体水平上探讨对生物的影响，这也是生理生态学的主要内容。

这些相关性分析利用的是物理学、化学和生理学实验技术。

20世纪初出现的示踪原子和其他标记技术，使人们有可能对动物的活动作持续而全面的观察，并追踪元素在植物体内的运输和分布。

40年代发展起来的群落能量研究使人们更清楚地认识到，生物群落与其环境组成的是一个依靠物质和能量流动维持其自身功能的整体。

这些都是理化方法和生物方法结合的产物。

从50年代起，系统概念和计算数学的方法渗入生态学研究领域。