第四纪研究-第五章 第四纪气候变迁的标志

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其构成受气候 、植被的影响
五、同位素地球化学标志
C3植物（木本为主，喜暖湿）： δ13C值
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低，C3植物越发育，气候越温暖。
C4植物（草本为主，喜干热）： δ13C值
高，C4植物越发育，气候越干旱。
有机质 δ13C低值－气候变湿润和凉爽 δ13C高值－气候变干和温暖
五、同位素地球化学标志
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（3）孢粉分析
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（3）孢粉分析
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（4）年轮分析
年轮宽——湿热 年轮窄——干冷
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过去140年和过去 1000年气温变化（ 与1961年-1990年的 平均值比较）。上 图数据来自测温仪 器，下图数据红线 是来自测温仪器， 蓝线来自树木年轮 、珊瑚、冰核以及 历史文献。
第四纪气候波动的标志
无机碳 δ13C低值－气候变温暖和湿润 δ13C高值－气候变干冷
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新疆博斯腾湖沉积物碳酸盐
第四纪气候波动的标志
六、矿物学标志 （1）碎屑矿物
气候干冷：不稳定碎屑矿物含量高 气候暖湿：稳定碎屑矿物含量高
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（2）粘土矿物
气候干冷：伊利石、Biblioteka Baidu脱石含量高 气候温湿：高岭石含量高
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第四纪气候波动的标志
第四纪气候波动的标志
二、岩石学标志 （1）颜色
• 紫
暖
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颜色、成分、 结构、构造等 橙 黄 灰
冷
红
二、岩石学标志 （2）成因类型
表 11－4 主要的岩石学气候标志 气 候 沉 积 物 类 型 寒 冷 温 暖 干 旱 湿 润 冰碛物、冰筏碎屑沉积、冰川漂砾、冰水沉积、洞穴角砾堆积、寒冻风化角砾 红粘土残积层、古土壤、珊瑚礁堆积、海滩岩、钟乳石 风成沙、黄土、盐湖沉积、苏打湖沉积、洪积物 淡水湖沉积、河流沉积、沼泽沉积、钟乳石
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第五章 第四纪气候的研究的标志
几个基本概念
– 天气－－某一地区、某一时刻、某一条件 下的大气物理状况。 – 气候－－指某一地区长期的具有特征的天 气状态综合。包括温度、降水等情况。年 均温，甚至以十 、万、十万为单位。 – 气候波动（变化）－－温度、降水等气象 要素发生高低变化的现象。
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不同时间尺度 3 的气候波动
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第四纪气候波动的标志
一、生物学标志
1、植物化石标志
植物的干、枝、叶 、皮等部位的化石
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大化石和孢粉 植物的种类和形态变化
不同气候条件 下，植物的种 类和形态不同
（1）植物生态类型分析
表 11－2 常见的植物的气候型 植 喜暖植物 喜冷植物 喜湿植物 喜干植物 喜盐植物 广布植物 物 的 种 类 杨梅(Myrica)、红树(Rhizophora)、铁杉(Tsuga)、樟科(Lauraceae)、栲(Castanopsis) 云杉(Picea)、冷杉(Abies)、落叶松(Larix)、仙女木(Dryas) 莎草(Cyperus flavescens)、水龙骨(Polypodium)、浮萍(Lemna)、水蕨(Ceratopteris) 麻黄(Ephedra)、柽柳(Tamarix)、沙枣(Elaeagnus)、藜科(Chenopodiaceae)、白刺(Nitraria) 碱蓬(Suaeda maritima)、盐角草(Salicornia europaea) 松(Pinus)、栗(Castanea)、藜(Chenopodium album)、早熟禾(Poa annua)、蒿(Artemisia)
大型 11 11.1 5.4 8.8
• 热带雨林（巴西1027’s) • 温带雨林（巴西260 s) • 常绿阔叶林（浙江）
• 温带山地针叶林（长白山）39.5 31.8
（2）植物形态分析
叶缘的变化 温暖湿润 寒冷干旱
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• 全缘叶
浅裂 (Lobed)
锯齿型serrated
（2）植物形态分析
• 热带雨林 • 副热带雨林 • 亚热带雨林 • 温热带雨林 全缘叶 比例 ≥75％ 57－75％ 40－50％ 0－35％
一、生物学标志
2、哺乳动物化石标志
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（1）典型类型分析
象
田鼠
根据哺乳动物生活的 气候特征，可划分为 不同的类型
表 11－3 第四纪常见的哺乳动物化石与气候的关系 类 型 草原型 生 态 型 森林型 哺乳动物的种类 田鼠(Microtus)、 鼢鼠(Myospalax)、 毛足鼠(Lasiopodomys)、 鼠兔(Ochotona) 、 马(Equus)、驴(Equus hemionus)、牛(Bos)等 灌丛型 刺猬(Erinaceus)、鼩鼱(Sorex)、狐(Vulpes)、獾(Meles)、鼬(Mustela)、獐 (Hydropotes)、鹿(Cervus)等 松鼠(Sciurus)、 虎(Panthera tigris)、 熊(Ursus)、 象(Elephas)、 犀牛(Rhinoceros)、 水牛(Bubalus)、野猪(Sus scrofa)、麂(Muntiacus)等。 荒漠型 大耳猬(Hemiechinus auritus)、小沙鼠(Gerbillus)、沙鼠(Meriones)、五趾跳鼠 (Allactaga sibirica)、骆驼(Camelus)等 喜干型 气 候 型 喜冷型 田鼠(Microtus)、 鼢鼠(Myospalax)、 毛足鼠(Lasiopodomys)、 鼠兔(Ochotona) 、 普氏野马(Equus przewalskyi)、驴(Equus hemionus)、牛(Bos)等 喜湿型 水獭(Lutra lutra)、水牛(Bubalus)、象(Elephas)、犀牛(Rhinoceros)、河马 (Hippopotamus)、水鹿(Cervus unicolor)等 东北狍(Capreolus manchuricus)、猛犸象(Mammuthus)、披毛犀(Coelodonta antiquitatis)、鼠兔(Ochotona)等 喜暖型 中国犀(Rhinoceros sinensis)、巨貘(Megatapirus)、剑齿象(Stegodon)、大熊猫 (Ailurus)、竹鼠(Rhizomys)、豪猪(Hystris)、水牛(Bubalus)、象(Elephas)等 北方型（古北界） 田鼠(Microtus)、鼢鼠(Myospalax)、鼠兔(Ochotona) 、猛犸象(Mammuthus)、 地理型 南方型（东洋界） 披毛犀(Coelodonta antiquitatis)、牛(Bos)等。 中国犀(Rhinoceros sinensis)、巨貘(Megatapirus)、剑齿象(Stegodon)、水牛 (Bubalus)、象(Elephas)、大熊猫(Ailurus)、竹鼠(Rhizomys)、豪猪(Hystris)等
九、其他标志
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纹层 （石笋、珊瑚、纹泥）
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O18/O16__高 O18/O16__低
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加勒比海沉积物(Emilliani，1955) 神农架三宝洞石笋氧同位素
南极冰芯
北大西洋沉积物
五、同位素地球化学标志 （2）碳同位素
12C和13C
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有机碳 无机碳
C C − 12 12 C样 C标 13 δ C= × 1000 13 C 12 C标
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二、岩石学标志
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野外研究注 意不同成因 类型在垂向 的变化
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钙板层 角砾石层 钙板层 角砾石层
周口店第4地点
第四纪气候波动的标志
三、地貌学标志 （1）成因类型 • 寒冷气候：冰川、冻土地貌 • 温暖气候：岩溶、河流、湖泊地貌 • 干旱气候：风蚀、风积地貌
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（2）几种特殊地貌
表 11－5 一些特殊地貌的气候指标 地貌类型 冰斗 古冰楔 冻融皱褶 形 成 条 件 形成于雪线附近 形成于多年冻土区，气候寒冷 形成于多年冻土区，气候寒冷
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指示年均气温（上限） 可与现今雪线气温比较 低于-5°C～-9°C 低于 0°C
冰斗
温度变化＝H冰斗高度变化值km×6.0
（2）几种特殊地貌
古冰楔
砾石层中古冰楔 发育在不同沉积层： 粘土层：－5～－7℃ 砂层：－8～－9℃ 砾石层：－10～－11℃
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粘土层中古冰楔
（2）几种特殊地貌
湖岸线、海岸线、 水下阶地、水下古河床 内蒙岱海湖面波动
四、地球化学标志
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四、地球化学标志
• B、粘粒分子率:SiO2/Al2O3、SiO2/Fe2O3
比值低——湿热、比值高——干冷
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砖红壤
红壤
黄壤
硅铝率：SiO2/Al2O3 1.5-1.6 C、古温度和古降雨量计算
2-2.2 2.3-2.7
主要利用Fe3+/Fe2+的比值。
t=T+(TM)/X或t=－2T+Tm/X
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寒带（暗）针叶林
气候与植物 类型和组合
云杉、冷杉、松 、落叶松等构成
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温度变化＝H海拔变化值km×6. 0℃
（2）植物形态分析
不同气候条件下，叶片面积（叶级） 大小不同，叶缘形态不同 叶级的变化 温暖湿润 寒冷干旱
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大
小
（2）植物形态分析
•
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小型 15.1 14.4 53.3
中型 68.3 64.4 37.1
七、土壤学标志
土壤与气候
气候类型 土壤类型
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灰钙土栗钙土 干旱 干旱炎热 草原红土 温暖半干旱 棕壤、褐土 温凉湿润 黑土、灰化土
炎热湿润 砖红壤、红壤
第四纪气候波动的标志
八、磁化率标志 气候干冷：磁化率低 气候暖湿：磁化率高
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井儿洼钻孔岩芯磁化率 反映的湖泊演化阶段
第四纪气候波动的标志
t－推算的古温度值 T－当地现今的年平均温度值 M－某样品的Fe3+/Fe2+的值与各样品的 Fe3+/Fe2+的平均值的差 X－各样品的Fe3+/Fe2+的平均值 m－某个样品的Fe3+/Fe2+的值
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四、地球化学标志 （2）碳酸钙
CaCO3：海洋中：冰期——CaCO3高 间冰期——CaCO3低 湖泊中：冰期－－ CaCO3高 间冰期——CaCO3低
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第四纪气候波动的标志
五、同位素地球化学标志 （1）氧同位素
16O：
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99.763％ 17O： 0.03729％ 18O：0.19959％。 以18O/16O含量比值表示氧同位素的组成
五、同位素地球化学标志
• 氧同位素 冰期: 海洋沉积物中 极地冰盖中
18 O O − 16 16 O样 O标 18 δ O= × 1000 18 O 16 O标 18
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第四纪气候波动的标志
四、地球化学标志 （1）氧化物
A、含量变化：主要有： SiO2、Al2O3 、Fe2O3、FeO等。
气候温暖湿润： Al2O3、Fe2O3含量升高， Fe3 ＋含量增加，而Fe2 ＋降低 气候干冷： Al2O3、Fe2O3含量降低，Fe3 ＋ 含量降低，而Fe2 ＋升高。
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周口店 第1地点
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（2）统计分析
利用啮齿动物计 算温度和降雨量
T＝ −2.73×Sp＋20.09（T 为古温度，单位为°C；Sp 为 ping 科动物的富庶度，种数） T＝ 1.15×Sp＋9.15（T 为古温度，单位为°C；Sp 为鼠科动物的富庶度，种数） P＝84.4×Sp＋3（P 为古降雨量，单位为 mm；Sp 为鼠科动物的富庶度，种数）
为什么要研究第四纪气候
• 气候变化的作用
– 气候变化对人类的居住环境、生物演化 、地貌形成和发展都具有重要的影响。
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• 研究第四纪气候变化的意义
– 划分对比第四纪地层 – 弄清古环境变化的规律、过程和机制 – 预测气候未来变化
第四纪气候波动的标志
第四纪气候波动的标志
• • • • • • • • • 一、生物学标志★ 二、岩石学标志★ 三、地貌学标志★ 四、地球化学标志★ 五、同位素地球化学标志★ 六、矿物学标志 七、土壤学标志 八、磁化率标志★ 九、其他标志