冰河时代,也叫冰川时期,又称冰期或大冰期。 是指地球长期处于低温状态,时间跨度为几千万年甚至2、3亿年,最近一次是 第四纪 冰期。
在地质史的几十亿年中,全球至少出现过三次大冰期,公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。 最早的大冰期出现在前 寒武纪 ,称为 雪球地球 ;这段时间地球遭受严重的冰冻,平均温度可能一度跌到了零下50 摄氏度 左右。 之后为晚奥陶世冰期;再后一次出现于石炭一二叠纪,这个时期沼泽森林极为茂盛,是地质历史中重要的成煤时期;最近一次则为第四纪大冰期,在第四纪内,依冰川覆盖面积的变化,可划分为几个冰期和间冰期,冰盖地区约分别占陆地表面积的30%和10%。现今正处于该次大冰期的间冰期,全球又普遍转暖,大量冰川和冰盖消失或收缩。
冰河时代对全球的影响是显著的。 首先,气候变化是最明显的特征。不仅全球性的变冷,同时又有多次的冷暖干湿波动。 其次,冰期一定程度上影响着 地壳 的运动。大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,冰盖消失后部分地壳又缓慢上升,这种 地壳均衡 运动至今仍在继续着。最后,冰期改变了全球气候带的分布,导致大量喜暖性动植物种灭绝。 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 鄱阳县 、大姑、庐山冰期,再加上1937年H.von费师孟提出的 末次冰期 ── 大理白族自治州 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。他们认为,除 大理白族自治州 冰期外,其他冰期均缺乏根据。
概念简述
几亿年来的气候总是以温暖时期与寒冷时期的交替出现为特点。地质资料研究证明,温暖时期的气候比现代暖,那时 地球 上冰雪已完全融化,南北两极也没有冰冻现象,这样的温暖时期占整个地球气候史的9/10。在这漫长的温暖时期中,出现了几次短时期的寒冷气候。在寒冷时期中,不但南极和北极出现了大面积的冰层,在高山上也出现了 冰川 ,中纬度的某些平原也出现了 冰盖 ,这就是冰川时期,也叫冰河时期,又称冰期。
理论起源
1837年, 瑞士 科学家路易斯·阿加西(Louis Agassiz)在瑞士城镇 纳沙泰尔州 举行的一次讨论会上首次提出冰河时期理论。1840年,阿加西出版了名为《冰川研究》的书作,进一步证明确实有一段时期地球上的大片地区曾被冰层覆盖。 1875年, 苏格兰 科学家詹姆斯·克罗尔出版了《气候与时间的地质关系》,自此大众普遍接受了 地球 曾数次经过冰期的理论。
理论依据
地质依据
冰川 时代退却留下的冰砾泥、 冰碛 、岩石冲刷和刮擦痕迹等 冰川 沉积物 、冰川岩石,为冰河时期的研究提供了有力证据。
化学依据
沉积物、 沉积岩 和海洋沉积物中 浮游生物 壳中所含 碳酸钙 成分的氧 同位素 比率的变化,对于冰河时期气候研究提供了重要指标。
古生物学依据
古生物学 家认为,在冰河时期,适应寒冷的生物体扩散到低纬度地区,而喜欢温暖条件的生物体则灭绝或退回到低纬度地区;勉强生存下来的古生物也已经迁徙到了更适合生存的 纬度 。
天文学依据
1920年, 南斯拉夫社会主义联邦共和国 物理学家米卢廷·米兰柯维奇指出: 地球轨道 既不是圆的,也不会在漫长的时间长河中丝毫不变,有时会拉长,有时会更圆一些,4万年一个周期。冬季,轨道会把 地球 拉得偏离 太阳 一点点,于是 冰川 时期出现了。
20世纪20年代,Milankovitch在前人的研究基础上,第一个从数学上详细地计算了60万年以来不同 纬度 与不同季节的 日照 变化,创立了Milankovitch冰期天文理论。由于受当时科学发展水平的限制,不能准确地测定 阿尔卑斯山脉 四次冰期的地质年龄,所以Milankovitch冰期天文理论无法得到证实。20世纪50年代,利用 同位素 比率来反映温度变化的思想就被应用到深海钻孔与 冰川学 等研究领域。通过对深海岩芯中氧同位素和海洋表层温度(SeaSurface 温度 ,SST)等的序列进行谱分析,同时计算了46.8万年以来轨道参数和日照变化,发现偏心率和轴倾周期分别为10.5万年和4.1万年,岁差周期2.3万年和1.9万年,日照变化周期与轴倾和岁差周期相同。这篇不朽的文献成功地用海底沉积监测了全球气候变化,证实了在104~105年尺度上气候变化具有3个独立的可与 地球轨道 参数变化完全相同的周期。从而证实了Milankovitch冰期天文理论的正确性。
特征
气候特征
冰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。
时间特征
地质时期气候变化时间跨度最大,其最大特点是冰期与间冰期交替出现。在地质史的几十亿年中,全球至少出现过三次大冰期,公认的有前寒武纪晚期大冰期、 石炭纪 二叠纪 大冰期和 第四纪 大冰期。 冰期与间冰期旋回,在全球各地并不是同步进退的。经典的欧洲阿尔卑斯第四纪冰期与间冰期序列,由于深海钻探技术的提高、被证明仅为地区性的地理环境演变特征的旋回。
冰层特征
大冰期 来临时,大面积陆地被巨厚冰层覆盖,地球年平均气温约零下50度,海洋表面冰层厚度可达1000m以上, 水循环 基本停滞。
分类
冰河时代的划分与全球气候波动相适应,并且主要反应大的气候波动。
冰期
冰期指大面积陆地被巨厚冰层所覆盖的地质时期,又叫冰川期,是气候地层划分的第一级单位,它有广义和狭义之分,广义的冰期又称大冰期,狭义的冰期是比大冰期低一层次的冰期。大冰期内有多次气候冷暖交替和 冰盖 规模的扩展或退缩时期,这种扩展和退缩时期即为冰期和间冰期。在冰期最盛阶段,冰川达到最大推进,气候极其湿冷,海面下降,冰川边缘地区受寒冻 风化作用 ,产生大量碎屑堆积,此时沙漠扩大,风积黄土发育。大规模冰川作用可以在某地持续数百万年、使整个大陆面貌发生剧烈改变。在 地球 的整个历史时期,曾出现过多次 大冰期 。已知最早的冰期发生于距今5.7亿年以前的前寒武纪,最晚的大冰期为 第四纪 冰期,时间基本与 更新世 相当,距今约250~1万年。规模较小的近代冰川阶段称 小冰期 ,始于13世纪,并间歇性地时进时退,达7个世纪之久,于1750年前后达到高潮,当时地球上的地理景观发生了明显变化。
间冰期
间冰期是也是气候底层划分的第一级单位。主要是指两次冰期之间的地质时期,这时候气候变暖, 冰川 消融,又称非冰川期。此时气候向温热化发展,形成巨厚的风化壳,植物茂密,产生炭泥 沼泽 ,海面上升,气候比较温暖。间冰期的气候变化,使 动物界 , 植物界 发生重大变迁。
成因争议
针对 大冰期 形成的原因,学者们提出过种种解释,但至今没有得到令人感到满意的答案。许多研究者认为可能与太阳系在银河系的运行周期有关。归纳起来,主要有 天文学 和 地球物理学 成因说。
天文学成因说
天文学成因说主要考虑太阳、其他行星与地球之间的相互关系。其一、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。其二、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。
地球物理学成因说
地球物理学成因说影响因素较多,有大气物理方面的,也有地理地质方面的。
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。
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。
大气中的屏蔽作用
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。
反馈机制
反馈机制(气候系统某一方面的变化引发进一步的变化)可能在放大 冰川 时期的降温效应方面发挥了作用。 例如, 冰盖 的增长可以 铅 增加阳光的反射,这反过来又可以进一步冷却 地球 并促进更多冰的生长。
大冰期
在地质史的几十亿年中,全球至少出现过三次大冰期,公认的有前寒武纪晚期大冰期、 石炭纪 二叠纪 大冰期和 第四纪 大冰期。在地球发展史上有冰期的时间只占整个地球历史时期的10%左右,而绝大部分时间是处于温暖期。已被确认的大冰期有以下几次。
新太古代大冰期
新太古代大冰期是已知地球上最早的大冰期。以 加拿大 南部和美国大湖区西部的休伦群高干达组 冰碛 层为代表,该 地层 年代为距今27~23.5亿年前。另外,在 南非 、 澳大利亚 西部、 印度 都有这次冰期的产物。这次 大冰期 持续约4000万年。
前寒武纪大冰期
前寒武纪大冰期是距今约9.5~6.15亿年前的一次影响广泛的大冰期,称为 雪球地球 ;这段时间 地球 遭受严重的冰冻,平均温度可能一度跌到了零下50 摄氏度 左右。其遗迹除 南极大陆 尚未发现外,世界各大陆的许多地方都有保存,并多被非 冰川 沉积岩层所隔开,表明该冰期是多阶段性的。最早发现于 苏格兰 、 挪威 ,此后在中国、澳大利亚、非洲、 格陵兰 和北美相继发现。以挪威北部 芬马克郡 的冰 岩为其代表。在中国则为震旦系底部带擦痕的 南沱 冰碛 层,主要分布在 长江中下游平原 等处。
早古生代大冰期
早 古生代 大冰期是发生在 奥陶纪 晚期至 志留纪 早期的大冰期。约距今4.6~4.4亿年前,有人认为可能延续到 泥盆纪 晚期(3.6 亿年前)。其混碛岩见于 法国 、 西班牙 、 加拿大 、南美、 北非 及苏联 新地岛 。北非的冰碛岩露头极佳,并保存有若干 冰川 地貌的遗迹,如保存极好的冰壅构造、 鼓丘 、蛇形丘和砂楔等地形。
晚古生代大冰期
晚古生代大冰期发生在 石炭纪 中期至 二叠纪 初期的一次冰期,这个时期 沼泽 森林极为茂盛,是地质历史中重要的成煤时期。当时全球气温普遍下降,形成大面积的 冰盖 与冰川,持续时间长达8000万年,是 地球 历史上影响最为深远的一次 大冰期 。见于 印度 、 澳大利亚 、南美、非洲及 南极大陆 的边缘。澳大利亚东南部和 塔斯马尼亚州 是这次大冰期冰川作用最强的地区。
晚新生代大冰期
晚 新生代 大冰期是地球历史上最近的一次大冰期。自新第三纪出现冰期与间冰期交替,一直延续至今。早在 渐新世 南极 就开始出现冰盖, 中新世 中期冰盖已具规模,是最早进入冰期的地区。 第四纪 初期的冰期环境波及全球,中期达到最盛,所以晚 新生代 大冰期主要指第四纪冰期。当时, 北半球 有两个大冰盖,即 斯堪的纳维亚半岛 冰盖和北美劳伦冰盖。前者的南界到达北纬50°,后者达北纬38°附近。此外,在中、低纬的一些高山区还发育了 山麓 冰川 或小 冰帽 。大约在8000~10000年前,全球又普遍转暖,大量冰川和 冰盖 消失或收缩, 地球 进入冰后期。但是,诸大陆的冰川和冰盖并未完全消失。
更新世冰期
概念
更新世冰期又称 第四纪 冰期、 新生代 冰期。 地质学家把人类开始出现以来迄今的地质历史称为第四纪。第四纪也称为第四纪冰川期。我们通常说的"冰河时代",就是指这个时期。一些观点认为,第四纪是地球 气候变动 异常剧烈的一个时期,也是 人类进化 发生的时期,有着非常特殊的意义。在此期间,地球气候曾经发生过很多次冷暖回旋,寒冷的冰期和相对温暖的间冰期(即两次冰期之间的时期)交替出现。 冰川 反复扩张又退却,在极盛期间曾覆盖 地球 30%的表面。因此, 第四纪 才被称为第四纪冰川时期。
第四纪特征
1、第四纪全球气候普遍变冷,出现冰期,是划分第四纪的标志之一。气候变化是划分和对比 第四纪 地层 的重要依据之一。在 气候变迁 史上,第四纪古气候以显著变冷为其特征,这是区分 新近纪 和第四纪的明显标志之一。第四纪不仅以全球性的变冷为特征,同时又有多次的冷暖干湿波动。2、第四纪 哺乳动物 演化的阶段性是划分第四纪的主要依据。第四纪植物群的演化是恢复第四纪气候的重要标志。无脊椎动物和微体动物是恢复 第四纪 环境的重要标志。古人类和古文化的发展阶段是划分和对比第四纪地层的重要手段。3、第四纪 构造运动 是新构造运动的一部分。 第四纪 构造运动控制着第四纪沉积。第四纪虽然短暂,但地壳运动始终在进行着,而且在有些地区还很活跃,特别是火山活动和地震。
世界划分
根据 南极洲 的冰蕊所记录的大气 二氧化碳 浓度,更新世冰期可以划分为以下冰期/间冰期周期:
参考资料:
中国划分
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:
参考资料:
中国的相关研究考察
1937年,李四光以庐山为研究点,完成了著作《冰期之庐山》,并于1947年出版;1956年, 云南大学 组织了对 云南玉龙雪山 的科学考察, 任美锷 等对现代冰川与第四纪冰川进行了考察研究,划分了大理冰期与 丽江市 冰期;同年, 中国科学院 新疆综合考察队进行了地质、地貌、 冰川 的考察;1958年,中国科学院启动了 祁连山冰川 考察,进行了冰川与地貌、气象与水文、冰川测图与冰雪融化等研究;其间, 夏开儒 、 刘泽纯 等对 祁连山脉 等地区的第四冰川展开研究。1964年的希夏邦马蜂科学考察和1966~68年的珠穆朗玛峰地区的科学考察,考察者明确划分出4次冰期,并给予了地方性冰期名称。
相关争议
中国没有第四纪冰川
1921年前,国外地质学家不支持中国有第四纪冰川,直到李四光发现这个观点是错误的。1933年12月,李四光在《中国地质学会志》上发表了《扬子江流域之第四纪冰期》一文,介绍了 庐山 冰川 作用的地貌证据,诸如平低谷、U形谷、悬谷、 冰斗 、冰窖等,探讨了冰期的时代,还介绍了长江流域以及其他地区的冰川现象和存在的问题。但这一观点仍然受到国外专家的质疑,他们认为庐山地貌不存在典型的冰川遗迹。1934年春, 丁文江 、 翁文灏 两人筹集了一笔资金,邀请 英国 、 瑞典 等地的外国学者一起去庐山进行有关第四纪遗迹的现场检验和探讨。李四光以主讲人的身份带着大家观看了庐山的冰川遗迹,并阐述了自己的观点,但仍未在公开场合得到认可。1936年,他又在黄山发现了冰川活动的证据,并发表了文章《安徽黄山之第四冰川现象》,引起了国内外学界的反响和震动。当时由 国际联盟 派到 中央大学 (今 南京大学 )的冰川学家、 澳大利亚 籍的费斯孟教授看了这篇论文后,专程去了 庐山 、 黄山 和天目山考察,然后,他根据考察的结果写下了《中国更新世的冰川现象》,刊登在德国《土壤冰川》杂志上,终于承认了中国第四纪冰川的存在。1936年,李四光第四次去了庐山等地,寻找到了更多有关冰期冰川的证据,然后撰写有关庐山冰期、冰川的初稿,终于在1937年写成了《冰期之庐山》,并于1947年出版。
中国东部第四纪冰期
关于中国东部第四纪冰期的问题,仍在争论中。由于气候变化随地区的差异和研究方法的不同,各地冰期的划分有所不同。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 神农架林区 、 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。
相关影响
大冰期 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 地平线 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,导致大量喜暖性动植物种灭绝。
冰川波动
冰川波动一般包括冰舌进退(其特征时间为101a)和冰川物质平衡,零平衡线高度变化(其特征时间为100a)等几项内容,它们均与短气候变化紧密相联。近40多年以内是各种地学资料最多的年代,可以进行较仔细的讨论。有些气候学家认为,在这段时间里出现过两次气候突变,一次在1960年代中,一次在1980年代初。或者说,可以将此40多年以内的气候分为三个时段。以下将1960年代中至1970年代末这一时段简称为70年代,重点讨论此时段的 冰川 与气候波动及其可能原因。70年代是 北半球 的低温时段( 南半球 为高温时段),中国大部分地区是低温少雨时段。青藏高原积雪面积亦变小。可是由于地形性热力环流的调节,使高海拔区在该时段的 降水 反略有增加,于是前进冰川的比例大为增加。这些特点与“ 小冰期 ”的情形颇为相似。70年代是地球自转的慢段,是 太阳黑子 的相对低值时段,也是中国大陆地震多发的时段。