一、第四紀(jì)大冰期概述

一般認(rèn)為第四紀(jì)大冰期始于距今200-300萬(wàn)年以前，以大陸冰蓋和中、高緯度山岳冰川為主要特征。在第四紀(jì)內(nèi)，依據(jù)冰川覆蓋面積的變化，可劃分出幾次冰期和間冰期。

面積巨大的冰蓋使地球反照率(太陽(yáng)的輻射能從地球上反射的程度)提高，進(jìn)一步冷卻了氣候。包括赤道附近地區(qū)的山岳冰川和山麓冰川，都曾經(jīng)向下延伸到較低的位置。

約1萬(wàn)多年前開(kāi)始,全球氣溫逐漸上升，冰川覆蓋的面積相應(yīng)縮小，海平面隨之上升，地球氣候又進(jìn)入較為溫暖的時(shí)期。

到目前為止，第四紀(jì)大冰期僅存的主要冰蓋為南極和格陵蘭冰蓋，其他大部分冰蓋，形成于冰期，在間冰期已完全消失。現(xiàn)今地球的冰凍圈由全球冰川（大陸冰蓋、山岳冰川）組成。全球冰川覆蓋約10%陸地面積,其中，南極冰蓋占約85%的總面積，占全球冰川總體積的90%，其次為格陵蘭島冰蓋，約占全球冰川7%以上的總體積。剩余的2-3%體積的冰川見(jiàn)于其他高緯度地區(qū)，如加拿大北部、美國(guó)阿拉斯加州以及高山區(qū)（喜馬拉雅、安第斯、阿爾卑斯山脈等）。與南極冷冰蓋不同，多數(shù)北極冰川屬于溫冰川，北極冰川對(duì)全球增暖的響應(yīng)比南極冰蓋要快速。北極冰帽和冰川數(shù)量可占全球小型冰川三分之二，如果它們?nèi)咳诨墒谷蚝Ｆ矫嫔仙?.5m。

上新世-第四紀(jì)北半球冰川分布范圍略圖(來(lái)自互聯(lián)網(wǎng))

冰川對(duì)全球淡水存儲(chǔ)方式的調(diào)節(jié)和全球海平面變化具有的重要影響。如果南極冰川全部融化，全球海平面將升高60m以上。本世紀(jì)以來(lái)全球顯著增暖，加速了全球范圍冰川退縮與融化的主導(dǎo)趨勢(shì)，在2000年初北極冰蓋，包括北極大陸或北極諸島，北極圈內(nèi)的加拿大、大西洋和俄羅斯，其前進(jìn)冰川的數(shù)目大幅度下降，多數(shù)冰川退縮或保持穩(wěn)定，只有60年代曾出現(xiàn)短暫的冰進(jìn)階段，成為百年來(lái)單一冰退趨勢(shì)中唯一的“插曲”，反映這一時(shí)期全球降溫。目前北極地區(qū)冰川整體處于退縮狀態(tài)，其中阿拉斯加的冰川末端一直處于退縮狀態(tài)。

上新世-第四紀(jì)南半球冰川分布范圍略圖（來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

40Ma前北極地區(qū)氣候顯著變冷，與南極洲第一次出現(xiàn)冰川同時(shí)發(fā)生，此前南極洲從南美及澳大利亞分離，且沿著橫貫?zāi)蠘O的裂谷抬升(Eyles，2008)。

二、冰蓋的發(fā)育和消融

第四紀(jì)大冰期的冰蓋規(guī)模很大。北半球有三個(gè)主要大陸冰川中心，即斯堪的那維亞冰川中心：在歐洲冰蓋南緣可達(dá)北緯50°附近；北美冰川中心：在北美冰蓋前緣延伸到北緯40°以南；西伯利亞冰川中心：冰層分布于北極圈附近60°—70°N之間，有時(shí)可能伸展到50°N的貝加爾湖附近。南極洲的冰蓋也遠(yuǎn)比現(xiàn)在大得多。

第四紀(jì)末次冰期（里斯冰期），是距離人類最近的一次冰期，地球表面在冰期很大部分的水，在陸地上形成巨量冰蓋，海平面大幅度降低。整個(gè)地球有24%—32%的面積，為冰所覆蓋（現(xiàn)今約為十分之一），冰川面積達(dá)4700萬(wàn)—5200萬(wàn)平方公里。還有20%的面積為永久凍土層，許多地區(qū)冰層厚達(dá)千米。在末次冰期僅數(shù)萬(wàn)年的時(shí)間里，由于陸地降水在兩極成冰，全球海面下降了130多米(Lambeck et al., 2014)。

北半球第四紀(jì)冰期的冰川作用示意圖（來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

北半球極地地區(qū)形成3-4公里厚冰層，全球海平面下降約120-130米

根據(jù)地震反射剖面數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，末次冰盛期海平面下降，墨西哥灣大陸架上發(fā)育許多規(guī)模較大的深切河谷。海平面變化對(duì)密西西比河下切與堆積具有很大的影響，侵蝕基準(zhǔn)面變化控制河流下切只局限在該河流域下游250km范圍內(nèi)（丁瑩瑩等，2017）。

末次冰盛期墨西哥灣西北發(fā)育的河谷和三角洲分布圖（丁瑩瑩等，2017）

末次冰期氣候異常寒冷且存在高頻高幅波動(dòng)，末次冰期河流下切較為普遍。末次冰期河流下切行為響應(yīng)氣候變化的三種模式：(1)氣候的高度不穩(wěn)定性引發(fā)大規(guī)模的洪水事件驅(qū)動(dòng)河流快速下切；(2)快速隆升區(qū)氣候高頻波動(dòng)疊加構(gòu)造抬升驅(qū)動(dòng)河流下切；(3)沿海平原地區(qū)海平面大幅度下降驅(qū)動(dòng)河流下切（丁瑩瑩等，2017）。

三、中國(guó)的第四紀(jì)冰期問(wèn)題

1.中國(guó)第四紀(jì)冰期

中國(guó)第四紀(jì)冰期最早可能起源于早更新世希夏邦馬冰期，最早冰期為0.7～0.5Ma的望昆冰期，到最近的小冰期，共經(jīng)歷６個(gè)主要的冰進(jìn)階段，分別為希夏邦馬冰期、望昆冰期、中梁贛冰期、古鄉(xiāng)冰期（倒數(shù)第二次冰期）、大理冰期（末次冰期）和全新世冰進(jìn)（崔之久等，2011）。

中國(guó)第四紀(jì)冰期啟動(dòng)時(shí)間遠(yuǎn)晚于極地和高緯地區(qū)；冰期系列也與極地和高緯地區(qū)不同步，尤其是存在大量MIS3（深海氧同位素階段3）階段冰川前進(jìn)的證據(jù)。中國(guó)第四紀(jì)冰川的發(fā)育，強(qiáng)烈地依賴于山地海拔高度，是構(gòu)造抬升－冰期氣候耦合作用的結(jié)果（崔之久等，2011）。 

中國(guó)第四紀(jì)冰期劃分簡(jiǎn)表（崔之久等，2011）

東經(jīng)105度以東的中國(guó)東部，只有賀蘭山、太白山、長(zhǎng)白山和臺(tái)灣髙山存在確切的末次冰期冰川遺跡，臺(tái)灣高山第四紀(jì)冰川遺跡保存最好的是在雪山以及南湖大山（施雅風(fēng)，2011）。

末次冰期晚期亞洲東部雪線高度圖(Ono and Naruse , 1997)

年代結(jié)果顯示，中國(guó)東部及東亞沿海島嶼山地(包括中國(guó)臺(tái) 灣島，日本本州島、北海道，朝鮮蓋馬高原，俄羅斯遠(yuǎn)東山地等)的冰期啟動(dòng)與消亡時(shí)間，存在顯著差異，但均嚴(yán)格控制在末次冰期范圍之內(nèi)，相當(dāng)于深海氧同位素階段(MIS)4至2，冰川發(fā)育規(guī)模，在末次冰期早中期(MIS3/4)，大于末次冰盛期(MIS2)。影響東亞季風(fēng)區(qū)冰川作用的主要控制性因素有：氣候因素、構(gòu)造因素、緯度因素和海陸位置等，它們控制著末次冰期冰川的發(fā)生、分布與期次（張威等，2015）。

東亞地區(qū)各山地第四紀(jì)冰期對(duì)比（張威等，2015）

2.海平面變化

末期冰期造成了渤海-黃海的海平面劇烈下降，加劇了侵蝕基準(zhǔn)面下降，有利于黃河下游和中游的貫通。

在南黃海西部濱淺海區(qū)老黃河三角洲之下發(fā)現(xiàn)末次盛冰期形成的兩大樹(shù)枝狀河道網(wǎng)，北部河道網(wǎng)的彎曲主干河道呈東北走向，與等深線斜交，南部河道網(wǎng)的主干河道大致呈東西走向。河道斷面向海逐漸變寬，整體上河道較淺，橫向遷移和擺動(dòng)幅度較大（孔祥淮等，2016），考慮到當(dāng)時(shí)海平面較低，黃河可能流向了韓國(guó)濟(jì)州島。

末次盛冰期黃海的古河道分布圖（孔祥淮等，2016）

北黃海陸架區(qū)也發(fā)現(xiàn)了黃河古河道（孔祥淮等，2016）。末次冰期以來(lái)黃河期曾在蘇北注入黃海盆地，蘇北岸外黃河埋藏古河道以曲流河為主，河道發(fā)育規(guī)模較小，河床下切較淺，很少見(jiàn)到多期連續(xù)發(fā)育的繼承型河道，反映出古黃河水系（晚更新世末期？？）在橫向上易變動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)（宋召軍等，2015）。

距今18ka的末次盛冰期，海平面低于現(xiàn)今約120m。距今18～15ka期間，進(jìn)入冰后期，海平面從最低處緩慢上升，平均上升速率為3mm/a。距今15～10.5Ka期間，海平面急劇抬升，平均上升速率為18.2mm/a。12ka以來(lái)，海平面從-30m緩慢抬升至現(xiàn)今海平面(楊懷仁等，1984)。

中國(guó)東部二萬(wàn)年以來(lái)海平面絕對(duì)變化曲線(楊懷仁等，1984；張人權(quán)等,2013)

黃海、東海大陸架調(diào)查中發(fā)現(xiàn)若干古海岸線，記錄了五萬(wàn)年以來(lái)海平面的歷史變化過(guò)程。50000-25000年前，海面位于負(fù)5m左右，比較穩(wěn)定。25000年前以后,海面迅速下降，20000年前左右，海平面停頓, 形成古海岸線。然后繼續(xù)下降，15000年前，海面下降到負(fù)156m。當(dāng)時(shí)海岸線的位置比今天東移約500km。中國(guó)北部氣候帶也大規(guī)模東移，中國(guó)內(nèi)陸地區(qū)比現(xiàn)今干旱得多。海面下降到最低位置后不久，便開(kāi)始回升，距今12400年前，達(dá)到負(fù)110m，9000年前，海平面上升到負(fù)30m的位置。6000年前左右, 海面比現(xiàn)在高5m。此后,下降至現(xiàn)在的海岸線。一般認(rèn)為，海平面如此巨大的變化，是由于全球氣候波動(dòng)引起的，即冰期間、冰期氣候變化造成(袁寶印，1988)。

東海、黃海大陸架古海岸沙堤(袁寶印，1988)

華北平原腹地屬洪積-沖積平原,末次冰盛期以來(lái)華北平原和邊緣海沉積環(huán)境發(fā)生了巨大轉(zhuǎn)變。吳忱等(2017)重建了華北平原北部末次冰盛期以來(lái)古地貌景觀特征，末次冰盛期，區(qū)內(nèi)發(fā)育河流泛濫沙帶為主的洪積扇-洪泛平原。末次冰盛期邊緣海海平面下降達(dá)130m，渤海灣和黃海大陸架出露（李曼玥等，2018)。中全新世隨著暖期回歸,又形成湖泊-沼澤-泛濫平原，間有扇間洼地群和扇緣洼地帶。全新世暖期，邊緣海海平面與現(xiàn)今相當(dāng)，環(huán)渤海和滬寧杭地區(qū)被海水淹沒(méi)。

華北平原北部末次冰盛期和全新世暖期古地理復(fù)原圖

（吳忱等，2017；李曼玥等，2018)

四、第四紀(jì)冰期的成因：地球軌道變化周期

米蘭科維奇理論認(rèn)為,北半球高緯夏季太陽(yáng)輻射變化，是驅(qū)動(dòng)第四紀(jì)冰期旋回的主因。該理論主要考慮太陽(yáng)、其他行星與地球間的相互關(guān)系。二十世紀(jì)初，塞爾維亞數(shù)學(xué)家米蘭科維奇提出地球圍繞太陽(yáng)環(huán)行時(shí)，三個(gè)因素的周期性變化會(huì)影響地球冰期的始末興衰，即米蘭科維奇旋回（Milankovitch cycles）理論，主張激發(fā)氣候波動(dòng)的地球軌道周期。地球自轉(zhuǎn)和繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道周期性變化，包括與太陽(yáng)之間距離、傾角、傾向的周期性變化（40萬(wàn)年、4.1萬(wàn)年、2.6萬(wàn)年等周期），造成地表太陽(yáng)輻射分布的變化，并改變大氣的受熱方式，觸發(fā)氣候變化，如冰期和間冰期的出現(xiàn)。

1）地球環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道的離心率的變化（Eccentricity）。地球公轉(zhuǎn)軌道在圓形與橢圓形之間變化，這個(gè)變化周期約為9.6萬(wàn)年。公轉(zhuǎn)軌道形狀的變化，會(huì)影響不同季節(jié)太陽(yáng)輻射所抵達(dá)地球的能量。軌道離心率越?。ㄔ浇咏鼒A形）時(shí)，四季變化相對(duì)較不明顯，也不易有冰期發(fā)生。反之，離心率越接近1（但不等于）的軌道，四季明顯，也較易產(chǎn)生冰期。太陽(yáng)軌道周期變化影響地球氣候。

地球環(huán)繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)軌道的離心率的變化（Eccentricity）（來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)）

2）地球自轉(zhuǎn)軸傾角的變化（Obliquity）。它會(huì)在22.1度至24.5度之間變化，周期約為4.1萬(wàn)年。黃赤交角，指黃道面與天赤道的交角，它的變化主要受行星攝動(dòng)影響。當(dāng)黃赤交角大時(shí)，冬夏差別增大，年平均日射率最小，使低緯地區(qū)處于寒冷時(shí)期，有利于冰川生成。地球黃赤交角的周期變化，導(dǎo)致氣溫變化。這個(gè)角度的變化，不會(huì)改變由太陽(yáng)抵達(dá)地球的總能量，但會(huì)影響日照在不同緯度的分布?，F(xiàn)今地球自轉(zhuǎn)軸傾斜角度為23.44度，且有減少的跡象。

地球自轉(zhuǎn)軸傾角的變化（Obliquity）（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）

3）地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)（歲差）（Precession）。地球自轉(zhuǎn)軸方向，相對(duì)于恒星位置的變化稱為進(jìn)動(dòng)，周期大約是2.6萬(wàn)年。地球軸向進(jìn)動(dòng)，同樣會(huì)影響日照在地球不同緯度的分布。在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)，若北半球傾向太陽(yáng)，冬天溫度將會(huì)相對(duì)較高；若因進(jìn)動(dòng)而導(dǎo)致南半球在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)傾向太陽(yáng)，北半球的冬天將較為酷寒。又因北半球陸地多，比熱小，溫度容易下降，而較容易形成冰期。

地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)（歲差）（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）

上述三種因素會(huì)集合影響地球的氣溫變化，例如，當(dāng)?shù)厍蛟谶h(yuǎn)日點(diǎn)且繞日運(yùn)行的軌道離心率趨近于1，地球自轉(zhuǎn)軸傾斜角度為最大的24.5度，且南半球傾向太陽(yáng)，將可能發(fā)生極低溫的情形。此三個(gè)因素交錯(cuò)影響著地球氣溫，每個(gè)因素不同的表現(xiàn)也讓地球的氣溫更加不可預(yù)測(cè)。

地球運(yùn)動(dòng)周期性變化的三個(gè)主要影響因素（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）

但是需要指出的是，米蘭科維奇旋回并未完全解釋氣候的變化，特別是冰期的產(chǎn)生，因?yàn)楸诘陌l(fā)生顯然小于十萬(wàn)年這個(gè)周期。無(wú)論是冰河時(shí)代或全球變暖，最主要的影響因素依舊是地球大氣的組成。

地球構(gòu)造活動(dòng)誘發(fā)的地表風(fēng)化強(qiáng)度和大洋環(huán)流變化,改變了大氣CO2含量和地表熱量傳輸過(guò)程,其與地球運(yùn)動(dòng)軌道變化調(diào)制的太陽(yáng)輻射量變化周期,包括地球軌道偏心率,黃赤夾角和歲差等,共同驅(qū)動(dòng)了第四紀(jì)大冰期降臨及旋回變化（鹿化煜等，2016）。

其中,太陽(yáng)輻射量變化起主導(dǎo)作用，在包括海陸配置,大氣CO2,洋流變化,巖石風(fēng)化等達(dá)到臨界點(diǎn)的背景下,太陽(yáng)輻射量變化驅(qū)動(dòng)著第四紀(jì)冰期氣候旋回變化。晚上新世，由于地表化學(xué)風(fēng)化加強(qiáng)，深海沉積埋藏碳增多，大氣中CO2含量減少,溫室氣體效應(yīng)減弱；加上高緯地區(qū)接受太陽(yáng)輻射量降到臨界值,高緯地區(qū)冰川發(fā)育并形成強(qiáng)大的反饋機(jī)制,北半球冰期來(lái)臨，并在之后發(fā)生中更新世冰期氣候轉(zhuǎn)型。上新世-更新世古氣候變化,存在~400,100,41和23ka等周期,這是太陽(yáng)輻射量變化驅(qū)動(dòng)的結(jié)果；其中,大氣CO2和冰凍圈反饋起重要的放大作用。近200年以來(lái),人類急劇向大氣中排放CO2氣體,增強(qiáng)了溫室氣體效應(yīng)，可能改變冰期氣候的趨向（鹿化煜等，2016）。

五、人類的起源

第四紀(jì)開(kāi)始，全球氣候出現(xiàn)明顯的冰期和間冰期交替的模式。第四紀(jì)生物界的面貌已很接近于現(xiàn)代。哺乳動(dòng)物的進(jìn)化在此階段最為明顯，而人類的出現(xiàn)與進(jìn)化則更是第四紀(jì)最重要的事件之一。

大量的化石資料證明人類是由古猿進(jìn)化而來(lái)的。從古猿開(kāi)始向人的方向發(fā)展的時(shí)間，一般認(rèn)為至少在1000萬(wàn)年以前。古猿與最早的人之間的根本區(qū)別在于人能制造工具，特別是制造石器，勞動(dòng)創(chuàng)造了人類。另外，人類能直立行走。

第四紀(jì)冰期期間，北極被冰蓋覆蓋，裸露在海平面以上，現(xiàn)代智人能夠順利通過(guò)冰凍的白令海峽。古人類遷徙具有漫長(zhǎng)的歷史。普遍認(rèn)為，我們智人種20萬(wàn)年前，起源于東非大裂谷地區(qū)。東非之外的現(xiàn)代人類的最古老的化石約10萬(wàn)年前。這些最早古人類先驅(qū)者后裔，持續(xù)向全球擴(kuò)張，5-6萬(wàn)年前到達(dá)澳大利亞，4萬(wàn)年前到達(dá)歐洲和亞洲，2萬(wàn)-1萬(wàn)五千年前到達(dá)美洲。大約在1280CE（波利尼西亞遷移結(jié)束），才在最后的一塊陸地上新西蘭定居。

人類遷徙路線圖（資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)）

人類遷徙路線圖（資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)）

遷徙路線顯示：直立人和智人離開(kāi)非洲(智人出現(xiàn)在公元前10萬(wàn)年前)；澳大利亞-美拉尼西亞人遷移到東南亞和澳大利亞(公元前60,000-40,000年)；美洲土著穿越到美洲(公元前25000-15000年)；印歐人擴(kuò)展到歐洲和南亞(公元前3000-1000年)；波利尼西亞航海(公元前3000年-公元1200年)；班圖人在非洲的擴(kuò)張(公元前1000年-公元500年)；馬達(dá)加斯加人殖民馬達(dá)加斯加(公元前300年-公元500年)；大西洋奴隸貿(mào)易(1400-1800年)；歐洲對(duì)美洲、南非及美洲以下地區(qū)的殖民(公元1500-1900年)；東亞移民到東南亞和美洲(公元1800-1950年)；拉丁美洲移民到北美(公元1900年至今)；非洲、中東和南亞移民到歐洲(公元1950年至今)。

本文據(jù)（李江海，2020，《世界地質(zhì)學(xué)》<講義>）修改補(bǔ)充