第四纪期间全球性环境演变的一个重要特征是气候的剧烈变化。随着气候的冷暖变化，出现冰期与间冰期的交替。至少在近50万年来存在约以10万年为一个冷暖周期的变化。根据西部山地冰川沉积物的研究，冰缘现象的研究，沉积地层中动植物化石，黄土沉积物质的性质及其中埋藏古土壤的研究，都表明我国在第四纪时期存在着冷暖交替的发展过程，与世界性的冷暖周期可以对比。温暖期全国的多年平均温度约略与现代的气候近似或气温略高；寒冷期全国的多年平均气温比现代温度低得多。西北、东北地区年平均气温比现代气温降低10—12℃以上，低纬地区降温小，华南地区降温不足5℃。

根据东北、华北地区更新世沉积层的孢粉分析所复原的植物演替过程推测，寒冷期与干旱期对应，温暧期与湿润期对应。华南地区温度变幅小，孢粉组合所反映的主要是干湿程度的变化。湿润期生长的是热带、亚热带森林植被，干旱时期生长热带、亚热带稀树草原植被。与世界低纬度地区相应，气候的波动以“雨期”与“间雨期”交替为主要特征。

冰川的发育与消失是第四纪时期环境演变过程中出现的特殊事件。它记录了气候冷暖干湿的变化。第四纪气候变迁过程最初就是根据冰川的进退消长划分时期的。彭克（A．Penck）、布吕克纳（E．Bruckner）在本世纪初在阿尔卑斯山的研究工作为第四纪“冰期”、“间冰期”的划分奠定了基础。

我国第四纪冰川的研究，很早就已开始，李四光等经过多年研究，划分为鄱阳期、大姑期、庐山期、大理期四次冰期，大体上相当于欧洲的贡兹期、民德期、里斯期和武木期。近年来，又有人认为我国也有相当于欧洲更老的多瑙冰期，如北方的“红岩冰期”和云南的“龙川”冰期。由于我国地理环境复杂，加以认识有所不同，目前尚难就全国性的第四纪古冰川问题得出一致的结论。就现有研究成果看，西部高山高原地区一般认为出现过三次至四次冰期，但是冰期时发育的冰川规模不大，多属于山谷冰川，即使在中更新世冰川最发育的时期，青藏高原也未形成统一的大冰盖。

西部高山以大陆性冰川占优势，这种冰川的侵蚀作用较弱，冰斗底部挖掘不深，剖面平浅，缺少冰斗湖。冰川沉积物多石块、砂砾，而粘土含量低。冰斗多呈层状，这是由于雪线上升或新构造运动的间歇性或多幕性的抬升，形成多层冰斗。末次冰期以后，由于气候的波动，在全新世冰期中形成多条终碛。

我国东部一些海拔较高的山地，如太白山、玉山等，在更新世冰期曾发育过冰川。至于东部其他地区是否存在冰川遗迹，一直存在不同的意见。一些学者认为冰川曾在我国东部普遍发育，北起大兴安岭，北京西山、五台山、长江流域的九华山、庐山，至北回归线附近的低山都曾多次发生冰川作用。另外一些学者则认为我国东部地区不利于第四纪冰川的发育，一方面是由于地势较低，超过3000米的山地不多，另方面冬季寒冷干燥，夏季湿热，不利于冰雪积累。因而不适于采用“冰期”、“间冰期”，可划分若干次“寒冷期”与“温暖期”。

第四纪古冰缘现象广泛见于青藏高原、西部高山、华北较高山地，冰卷泥、冰楔、多边土等古冻土遗迹分布比现今多年冻土分布范围广，在青藏高原腹地晚更新世曾出现过与现今极地冰缘现象相类似的景观。估计当时的年平均温度低于现今6—8℃，东北地区的多年冻土，在冰期时，多年冻土的分布范围向南扩张，从保存下来的古冰缘现象遗迹以及生活于冰缘环境的披毛犀、猛玛象动物群化石的分布来看，晚更新世多年冻土南界大致在北纬43℃左右。全新世以来，气候转暖，多年冻土南界退缩到北纬47°附近。冰期时冰缘现象的广泛发育，反映了我国具有较强的大陆性，当时气候寒冷干燥，不利于形成大规模冰川。

四、黄土堆积

黄土的堆积可以反映自然地理环境的变化。240万年以来基本上连续沉积的黄土层内，包含着丰富的第四纪环境演变的信息。

黄土主要是冰期干冷气候条件下，由风力从荒漠吹来的以粉沙粒级占优势的物质沉积而成。黄土高原的黄土颗粒，有从西北向东南变细的趋势。早更新世午城黄土、中更新世离石黄土、晚更新世马兰黄土，虽以不整合接触，但它们的堆积面、侵蚀面及古土壤层，均随原始地形呈相应起伏，甚至在海拔3000米左右的山地顶部也断续分布有黄土，表明黄土物质来源与风力作用有密切关系。

黄土虽然总体属于干旱环境堆积，但是在各期黄土堆积的过程中，也出现了比较温暖湿润的时期，黄土剖面中夹有十余层褐土、黑垆土古土壤，指示较为暖湿的环境。黄土剖面中的钙质结核层是土壤发育过程的产物，钙质的淋溶与淀积是在一定水热条件下才可能进行。午城黄土中多层钙结核层的分布可用于古环境复原的标志。从黄土本身岩性的变化，所含哺乳类化石以及孢粉的变化，都表明我国北方第四纪时期存在气候向干寒发展的趋向。根据洛川碾子沟孢粉分析的结果，午城黄土、离石黄土下部，木本花粉占孢粉总量的66.6—73％，草本占45.3％，马兰黄土木本花粉只占20.6％，草本花粉占63.4％，表明草原化作用增强。

根据黄土-古土壤系列各项指标，洛川黄土在240万年来至少记录了11个干冷气候期和11个温湿气候期，干冷期粉尘堆积，温湿期生物过程旺盛，发育土壤。午城黄土底层标志着粉尘堆积的开始，气候转向干冷期。发育较为密集的古土壤组合与厚层黄土层相交替，记录了5个干冷期与4个温湿期。温湿期历时较长，其间存在多次干冷气候波动，以多层钙结核的形成为标志。

离石黄土由发育较好的古土壤和黄土层组成，共含14层古土壤。黄土层的厚度一般都大于古土壤层，反映离石黄土堆积时，气候总体上比午城黄土堆积期冷，共划分出14个气候旋回，每个气候旋回中，大多以干冷气候占优势，这种趋势越向上越明显。

马兰黄土为均一的淡灰黄色黄土，是单层黄土最厚的一层，底部年龄距今约12.5万年。上部发育一层暗褐色的黑垆土，是相对湿冷的气候环境下形成的古土壤。

由于黄土高原范围广阔，各地区的黄土剖面发育程度有明显差异。六盘山以西地区，古土壤已不如洛川地区明显，至兰州一带，古土壤已很难辨认。从洛川向西北，古土壤发育程度越来越弱；向东南方向，古土壤发育程度越来越强。有些地区，马兰黄土中也能发育不明显的古土壤。

黄土层堆积的厚度受许多条件的限制。古地形平坦的地区，黄土层厚度大。目前发现黄土层最厚的地方是甘肃的西津村及兰州九州台黄土剖面，后者黄土层厚326米。古地磁测年结果其底部年龄大约距今130万年。

五、海平面变化

第四纪多次海面上升，使我国东部平原部分地区多次为海水淹没；多次海平面下降，下降幅度最大时曾使整个黄渤海，东海的大部分海域及南海部分地区出露为陆地。

存在于现代陆地上的海相沉积物，海生生物化石及地貌遗迹是判断和恢复第四纪古高海面的依据。保存在现代海面以下的陆相沉积，陆相生物化石和地貌形态，是判断和恢复低海面的依据。近年研究工作表明，我国第四记海面升降变化的主要波动与全球性变化是一致的。全球性冰期-间冰期气候波动是导致全球海面升降的主要原因。第四纪冰期与问冰期的多次更替，引起全球大陆冰川的扩大与缩小。冰川体积的增大与减小，又导致海面的下降与上升，影响各地海岸线的前进与后退。

更新世冰期海面下降，间冰期海面上升，其垂直变化幅度关系到海岸线的水平移动的宽度。

我国沿海及岛屿，除台湾岛外，普遍缺乏可靠的更新世海相地层露头。我国晚更新世时期的海面变化，主要是根据沿海平原与陆架岩芯的海相层的生物化石与沉积特征，海相地层的14C年龄测定与磁性地层学研究以及它们的高度来确定的。

关于我国更新世晚期东海大陆架的最低海面，埃默里（Emery，1971）认为15万年前为-130米。后来，我国一些学者根据东海大陆架上的沉积，经过14测定，认为是-150—-160米。需要说明-150—-160米的最低海面代表我国东海大陆架上相对海面的变化，并不代表世界性的由于海水量增减而发生的全球性的海面变化。-150—-160米最低海面是由海水量变化，构造运动变化，水均衡作用的下沉几方面的综合影响下形成的。因此，必须把这些因素消除，才能求得全球性的真正海面变化。在考虑构造运动均衡作用的影响后，估计我国东海大陆架最低海面为-120米，15万年左右海面已上升到-105米，15-10.5万年期间海面上升速度为每年18.2mm。

我国第四纪海侵，主要是通过第四纪以来长期沉降地区的钻孔岩芯，研究海面变化的频率。根据华北平原许多钻孔不同深度的有孔虫、介形虫及海相软体动物化石以及地层的沉积韵律，利用14C年龄测定（钻孔上部），古地磁（钻孔中下部）推算，第四纪华北平原海侵次数共有8—10次，比更新世初期距今约229万年的海侵规模大，几乎淹没了整个北京平原，称为“北京海侵”。这次海侵曾在顺义、通县一带的早更新世夏垫组的底部（地面下428m）沉积层中发现微体古生物透明虫、抱球虫等，其中有许多深水种，反映海水较深，海面较为宽阔的环境。根据古地磁推算，此次海侵发生在距今229万年左右。

早更新世晚期和中更新世期间，180—12万年间的五次海侵范围较更新世初的范围大为缩小。中更新世比较明显的一次海侵，其年代距今约30万年左右。渤海在中更新世为低盐潟湖，中更新世之后才形成渤海。
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