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第四纪冰冻圈 版权信息
- ISBN：9787030738691
- 条形码：9787030738691 ; 978-7-03-073869-1
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
第四纪冰冻圈 本书特色
该书对第四纪冰冻圈的有关问题进行了较系统的论述，是国际上率先在该领域的系统成书。
第四纪冰冻圈 内容简介
地球上水体以固态形式存在的负温圈层构成了冰冻圈，以冰川、冰盖、海冰、冻土、积雪、河冰、湖冰和固态降水组成。随着学科发展和分化、融合，冰冻圈研究形成了独具体系的研究格局，为此，我们以冰冻圈物理、冰冻圈化学、冰冻圈生物、冰冻圈与其它圈层相互作用以及冰冻圈区可持续发展为核心内容，编写了我国**部系统介绍冰冻圈科学体系的教科书，这也是国际上率先在该领域系统成书。该书对冰冻圈科学的有关问题进行了较系统的论述。
第四纪冰冻圈 目录
目录
丛书总序
丛书自序
前言
第1章 绪论 1
1.1 第四纪冰冻圈研究的科学意义 1
1.2 第四纪冰冻圈的研究内容 2
1.3 第四纪冰冻圈的研究历史 4
思考题 7
第2章 第四纪冰冻圈地貌过程 8
2.1 冰川作用与冰川地貌 8
2.1.1 冰川作用 8
2.1.2 冰川侵蚀地貌 11
2.1.3 冰川沉积地貌 19
2.2 冰缘作用与冰缘地貌 24
2.2.1 冰缘作用 25
2.2.2 冰缘地貌 28
2.2.3 冰缘地貌发育的空间差异性 34
思考题 40
第3章 第四纪冰冻圈研究方法 41
3.1 年代学方法 41
3.1.1 宇宙成因核素测年 43
3.1.2 14C测年 50
3.1.3 释光测年 51
3.1.4 电子自旋共振测年法 54
3.1.5 其他定年方法 56
3.2 冰川物质平衡线重建与冰川发育气候模拟 63
3.2.1 冰川物质平衡线重建 63
3.2.2 古冰川发育的气候模拟 71
3.3 气候变化代用指标 78
3.3.1 物理与化学指标 78
3.3.2 生物指标——孢粉 82
3.3.3 考古与文献记录 84
思考题 87
第4章 第四纪轨道尺度的冰冻圈演化 88
4.1 更新世冰期重建 88
4.1.1 更新世冰川演化 88
4.1.2 更新世多年冻土 90
4.1.3 冰期气候与环境 91
4.1.4 间冰期气候与环境 91
4.1.5 冰期-间冰期旋回 92
4.2 冰期天文理论 93
4.2.1 冰期天文理论的创立与发展 93
4.2.2 冰期天文理论的基本原理 94
4.2.3 冰期天文理论的修正 98
4.2.4 冰期天文理论面临的问题和挑战 98
思考题 99
第5章 晚更新世以来亚轨道尺度冰冻圈变化 100
5.1 末次冰期亚轨道尺度气候变化事件 100
5.1.1 Dansgaard-Oeschger事件 100
5.1.2 Heinrich事件及其形成机制 102
5.1.3 Younger Dryas、Balling-Allerad与ACR事件 103
5.2 全新世亚轨道尺度气候变化事件 105
5.2.1 全新世环境变化基本特征及其气候分期 105
5.2.2 全新世气候突变事件及其驱动机制 108
5.2.3 现代全球变暖及其原因研究 111
思考题 114
第6章 第四纪岩石圈运动与冰冻圈 115
6.1 青藏运动与冰冻圈 115
6.1.1 青藏高原隆升进入冰冻圈的时间和证据 116
6.1.2 青藏高原对冰冻圈的响应与影响 120
6.2 冰盖作用与地壳均衡运动 123
思考题 127
第7章 第四纪生物和人类演化与冰冻圈变化 128
7.1 第四纪植物演化 128
7.1.1 第四纪植被演替的一般情况 128
7.1.2 晚第四纪植被变化研究 131
7.2 第四纪动物演化 134
7.2.1 第四纪动物演化的一般情况 134
7.2.2 晚更新世动物大灭绝 136
7.3 第四纪古人类活动 139
7.3.1 人类进化简史 139
7.3.2 尼安德特人与冰期-间冰期气候 140
7.3.3 冰期人类的生存 145
7.3.4 冰后期气候与农业起源 147
思考题 153
参考文献 154
丛书总序
丛书自序
前言
第1章 绪论 1
1.1 第四纪冰冻圈研究的科学意义 1
1.2 第四纪冰冻圈的研究内容 2
1.3 第四纪冰冻圈的研究历史 4
思考题 7
第2章 第四纪冰冻圈地貌过程 8
2.1 冰川作用与冰川地貌 8
2.1.1 冰川作用 8
2.1.2 冰川侵蚀地貌 11
2.1.3 冰川沉积地貌 19
2.2 冰缘作用与冰缘地貌 24
2.2.1 冰缘作用 25
2.2.2 冰缘地貌 28
2.2.3 冰缘地貌发育的空间差异性 34
思考题 40
第3章 第四纪冰冻圈研究方法 41
3.1 年代学方法 41
3.1.1 宇宙成因核素测年 43
3.1.2 14C测年 50
3.1.3 释光测年 51
3.1.4 电子自旋共振测年法 54
3.1.5 其他定年方法 56
3.2 冰川物质平衡线重建与冰川发育气候模拟 63
3.2.1 冰川物质平衡线重建 63
3.2.2 古冰川发育的气候模拟 71
3.3 气候变化代用指标 78
3.3.1 物理与化学指标 78
3.3.2 生物指标——孢粉 82
3.3.3 考古与文献记录 84
思考题 87
第4章 第四纪轨道尺度的冰冻圈演化 88
4.1 更新世冰期重建 88
4.1.1 更新世冰川演化 88
4.1.2 更新世多年冻土 90
4.1.3 冰期气候与环境 91
4.1.4 间冰期气候与环境 91
4.1.5 冰期-间冰期旋回 92
4.2 冰期天文理论 93
4.2.1 冰期天文理论的创立与发展 93
4.2.2 冰期天文理论的基本原理 94
4.2.3 冰期天文理论的修正 98
4.2.4 冰期天文理论面临的问题和挑战 98
思考题 99
第5章 晚更新世以来亚轨道尺度冰冻圈变化 100
5.1 末次冰期亚轨道尺度气候变化事件 100
5.1.1 Dansgaard-Oeschger事件 100
5.1.2 Heinrich事件及其形成机制 102
5.1.3 Younger Dryas、Balling-Allerad与ACR事件 103
5.2 全新世亚轨道尺度气候变化事件 105
5.2.1 全新世环境变化基本特征及其气候分期 105
5.2.2 全新世气候突变事件及其驱动机制 108
5.2.3 现代全球变暖及其原因研究 111
思考题 114
第6章 第四纪岩石圈运动与冰冻圈 115
6.1 青藏运动与冰冻圈 115
6.1.1 青藏高原隆升进入冰冻圈的时间和证据 116
6.1.2 青藏高原对冰冻圈的响应与影响 120
6.2 冰盖作用与地壳均衡运动 123
思考题 127
第7章 第四纪生物和人类演化与冰冻圈变化 128
7.1 第四纪植物演化 128
7.1.1 第四纪植被演替的一般情况 128
7.1.2 晚第四纪植被变化研究 131
7.2 第四纪动物演化 134
7.2.1 第四纪动物演化的一般情况 134
7.2.2 晚更新世动物大灭绝 136
7.3 第四纪古人类活动 139
7.3.1 人类进化简史 139
7.3.2 尼安德特人与冰期-间冰期气候 140
7.3.3 冰期人类的生存 145
7.3.4 冰后期气候与农业起源 147
思考题 153
参考文献 154
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第四纪冰冻圈 节选
**章绪论 1.1 第四纪冰冻圈研究的科学意义 冰冻圈科学源于地理学，同时又与其他学科高度交叉且融合了现代科学技术的一门新兴学科。地理学发展有诸多重要的阶段，随着研究的深入和社会发展的需求，其研究对象和内容一直处在分化、交叉、重构当中。古希腊的地理学无所不包，直到近代地理学鼻祖 Alexander Humboldt还把自己的地理学巨著称为《宇宙》。文艺复兴开创的科学繁荣很快使地理学发生分化，依岩石圈、大气圈、水圈与生物圈等四大圈层独立自成学科。到了现代，迫于资源、环境、气候变化等全球性问题，人们试图发展出一门能应对危机和挑战的新学科。于是，地球系统科学应运而生。冰冻圈科学是目前地球系统科学中的一大分支，在地球系统科学中占有十分重要的地位。 第四纪冰冻圈研究的科学意义在于：①掌握第四纪的本质特征。第四纪被定义为冰川纪，其*本质的特征是轨道尺度的冰期-间冰期旋回以及亚轨道尺度的冰阶-间冰阶变化，亦即冰冻圈不同幅度的盛衰消长变化。作为相对独立又与其他四大圈层有密切联系的第五大圈层，这些变化对其他圈层乃至整个地球系统有着举足轻重的影响，特别是决定了地表过程的重大调整、生物圈的凋零与繁荣乃至物种的进化与植被的演替。所以第四纪冰冻圈研究属于第四纪科学*关键的基础研究之一。对于推动与完善整个第四纪科学至关重要。②作鉴往知来的凭据。地球历史与人类历史一样，离我们越近的地质历史时段，各种气候环境变化信息保存得越全越真，对我们越有理论意义与应用价值，这是因为历史是相因继承的。我们现在所处的全新世相对暖湿的地质时段和环境现状，是更新世演变发展而来的，也是第四纪气候环境演化的延续。第四纪冰冻圈研究可以使我们了解第四纪气候环境变化的幅度、频率及其原因与后果。掌握这些规律，有利于预测未来的气候环境变化趋势。尤其是在全球持续变暖的大背景下，地球这个宇宙中的诺亚方舟到底驶向何方？第四纪冰冻圈研究至少可以给出不同时间尺度上的极限幅度。进一步参考末次间冰期、末次冰期间冰阶和全新世大暖期，进行古相似（Paleo-analogue）研究与预估，帮助人类未雨绸缪，从容应对。③了解人地关系的深刻内涵。人类诞生于上新世甚或中新世，差不多与北半球冰川作用（glaciation）同时期登上历史舞台。而人类快速进化又几乎与北半球欧美大冰盖反复出现的第四纪相对应。这种冰期-间冰期环境巨变必然对人类进化有着极其重大的影响。诞生于非洲的原始人类以及后来的早期智人到底何时和如何走出非洲，怎样迁徙扩散于世界，人类形体和器官的形成演变、大脑和智能的形成与发育与冰冻圈的扩张和退缩有着怎样的联系，都是我们面对的重大科学问题与亟待破解的重大谜团。所以第四纪又是一幅人类与冰冻圈斗争—适应—进化或被淘汰的波澜壮阔的历史画卷，隐含*为生动的人地关系真谛，对人类学、人文地理学都具有十分深远的学术意义。 因此，研究第四纪冰冻圈有多方面的科学意义，不仅具有挽近地质的历史意义，也有全球变暖背景下的现实意义，还有预测未来气候环境变化的理论指导意义以及应对未来人类生存危机的应用价值。 1.2 第四纪冰冻圈的研究内容 第四纪冰冻圈科学是重建冰冻圈在第四纪期间的演化历史、探索其演化规律和驱动机制、揭示其与其他四大圈层相互关系的一门学科。 第四纪在地球历史上是一个冰冻圈扩张、冰期-间冰期交替变化、动植物快速演化及人类登上历史舞台的“新纪元”。在地球约46亿年地质历史中，寒武纪开始至今仅542Ma，之前的40余亿年被称为前寒武纪时期。前寒武纪时期被分为冥古宙（4600～4000Ma）、太古宙（4000～2500Ma）和元古宙（2500～542Ma）。地球经过冥古宙和太古宙早期演化，结束炽热星球时期，形成了岩石圈、大气圈、水圈和生物圈。于太古宙晚期（2800～2500Ma前），地球表面温度趋于现在的水平，此后就以这一温度为基准大幅度波动，有了冰冻圈及其变化的记录。现已查明，早元古代、晚元古代、奥陶-志留纪、石炭-二叠纪以及晚新生代均不同程度地发生冰川作用。其中尤以晚元古代、石炭-二叠纪和晚新生代第四纪冰期为盛（图1-1）。 晚新生代冰期始于晚始新世，东南极近海钻孔资料反映了当时的冰筏沉积，这次冰期启动与南极大陆的形成及其所处的地理位置密切相关，属于构造尺度的大冰期事件。然而，南极之外的冰川作用开始于中新世。格陵兰、阿拉斯加、冰岛、巴塔哥尼亚均发生冰川作用。这些早期的冰川作用均为大西洋冰筏沉积所记录。到了上新世，南美玻利维亚安第斯山、大洋洲的塔斯马尼亚有冰川作用发生（Ehlers and Gibbard，2007）。第四纪开始，北半球高纬度地区普遍发生冰川作用，进入大幅度的冰期-间冰期旋回的地质历史时期。因之，国际地层学委员会至今尊重Louis Agassiz的第四纪就是冰川纪的意见，将第四纪下限（亦即更新世下限）规定为冰川大规模发生的2.6Ma。这个规定具有很特殊的意义，因为它是不以生物进化原则来划分的少数地质时段之一。 第四纪冰冻圈研究的内容十分丰富。大致可归结为以下几个方面。①冰冻圈地貌和沉积，这是冰冻圈演化*直接的证据，也是重建冰冻圈的基础。包括冰川侵蚀地貌（glacial erosion landforms）和冰川沉积地貌（glacial depositional landforms）、冰缘地貌（periglacial landforms）和冰缘沉积、残存冻土。冰川沉积也包括冰筏作用搬运沉积在远洋的冰碛物。好在第四纪冰川冰缘遗迹分布在高纬度和高山高原地区，没有像前寒武纪或石炭-二叠纪冰川遗迹那样经过漫长地壳运动而变得支离破碎。②环境记录，这是用来重建第四纪冰冻圈各个时期变化幅度和环境特征的重要依据，包括深海岩芯、冰芯、湖芯、黄土-古土壤、石笋等气候环境变化信息的记录载体。这些记录反映在δ18O等多种同位素、沉积物粒度、CO2、孢粉、粉尘、碳酸钙、磁化率、有机碳、硅藻、风化指数等一系列指标中。利用它们来揭示第四纪长时间尺度的气候变化和根据冰冻圈地貌沉积恢复的环境变化彼此印证，获得规律性的认识。③第四纪年代学，这是支撑地貌、沉积和环境变化记录的技术基础。包括生物定年、古地磁定年、电子自旋共振定年、释光定年、宇宙成因核素定年、U系定年等。这些定年技术各有优缺点，分别适合于测试不同沉积物和不同时段，它们的适用性和准确性也在不断探索、发展和完善中。④建模与模拟，模拟研究是重建过去气候环境变化与预测未来气候环境变化的重要手段。模型包括概念模型、物理模型和数学模型。建模研究在诸如古雪线、冻土下限、古森林林线的升降、大陆冰量增减、海平面涨落等这些冰冻圈关键参数变化认识中应用广泛。在获得必要的基础资料之后，率定参数，建立模型进行模拟。在对过去古气候环境变化形成规律性认识的基础上，可模拟预测未来不同升温或降水情形下的气候环境变化。⑤生物演化，生物演化与冰冻圈变化息息相关，借助于动植物化石可以认知当时的气候环境。例如，暗针叶林、猛犸象-披毛犀化石揭示西伯利亚在末次冰期曾经是广阔的冻土苔原地带，并且一直向南延伸到我国华北一带。地球冰冻圈的扩张与退缩反映在各个纬度带和高度带的带谱中，整个地球系统都有响应，故任何一个地带的生物变迁信息都能间接反映冰冻圈的变化。⑥人类生存进化与冰冻圈，由于人类主要是在第四纪进化而来，故对第四纪人地关系的研究具有重要的学术意义。人类进化到底是适应冰期还是适应间冰期的结果？人类又是如何适应和度过冰期的？这类研究目前尚受到古人类遗址数量的限制，有很大的发展空间。⑦冰冻圈变化的原因和驱动机制，这是从地质记录向理论认识的必然发展。内容包括地外空间环境，如银河系和太阳系运动，太阳黑子活动等。尤其是基于地球轨道参数变化的冰期天文理论受到特别的重视。此外，如地球岩石圈运动与冰冻圈发育的耦合（如高原隆升与中更新世转型等）、海洋能量传输与冰冻圈发育的耦合（如温盐环流与 Heinrich事件等）等，这些都表现地球系统内部圈层之间的影响与作用。 地球系统的复杂性使第四纪冰冻圈研究的内容广泛而神秘，由此引起的质疑和争论经常是激烈而持久的，这符合科学发展的一般规律，更反映这门学科蕴含巨大的内在动力。但要求我们对研究具体对象要有十分的耐心，真正做到博学、审问、慎思、明辨，尽可能避免误入歧途。 1.3 第四纪冰冻圈的研究历史 冰冻圈虽然是一个较新的概念，其历史始于对第四纪冰川的认识。可以以几个标志性进展分为若干阶段。 1.起步阶段 1742年，来自日内瓦的地理学者Pierre Martel考察了阿尔卑斯山Chamonix谷地。报道该谷地山民将谷地中散布的漂砾归因于一度扩张的冰川。由此拉开了古冰川研究的序幕。1795年苏格兰火成论地质学家 James Hutton提出阿尔卑斯山漂砾为冰川作用的产物。类似的解释也见于歌德（Johann Wolfgang Von Goethe）的相关科学著作。1815年， Jean-Pierre Peraudin解释瑞士 Valais Bagnes镇的大漂砾也是以前冰川扩展的产物。1829年，瑞士工程师 Ignaz Venetz指出阿尔卑斯山、侏罗山附近和德国北部平原上散布的大漂砾是大冰川的产物。Jean de Charpentier将Venetz的意见转变成一种限于阿尔卑斯山的冰川作用理论。巴伐利亚博物学者Ernst von Bibra在1849～1850年考察智利安第斯山时，当地土著人就已经将这里的化石冰碛确定为以前的冰川作用了。瑞典矿物学家Daniel Tilas1742年率先解释斯堪的纳维亚和波罗的海大漂砾的存在是漂浮的海冰所致。1818年瑞典植物学家Goran Wahlenberg出版了他的斯堪的纳维亚半岛冰川作用的理论。认为冰川作用是一种地区性现象。丹麦-挪威地质学家Jens Esmark则认为冰川扩张是世界范围的现象。他1824年提出，气候变化是冰川作用的原因，同时他试图说明，地球轨道变化引起气候变化。德国Albrecht Reinhard Bernhardi引用Esmark的理论，于1832年发表的文章，认为以前的极地冰帽达到了全球温带。 2.冰期概念的诞生 1835年，德国植物学家Karl Friedrich Schimper对巴伐利亚阿尔卑斯进行了考察，断定高山上的大漂砾一定是冰川搬运的。他在慕尼黑举行了一些讲演，认为过去一定存在全球性的寒冷气候。1837年初，Schimper创造出了专业术语冰期（Eiszeit）。1836年夏天，Schimper和他以前的大学朋友 Louis Agassiz、Jean de Charpentier在阿尔卑斯山的 Devens进行了几个月的观察。1836～1837年 Agassiz和Schimper总结了以前歌德以及 Venetz de Charpertier和他们自己的野外工作。1837年7月向瑞士 Naturforschende 协会年会提交了他们的综合报告。听众对这种新理论很是挑剔甚至对抗，因为大家确信，地球诞生以来，是由一个熔融的星体逐渐变凉的。 3.冰川学的诞生 1840年，Louis Agassiz在下鹰冰川（Unteraar glacier）旁活动的冰碛垄上搭建了一个简易房，观测冰川结构、运动和气象。通过观测，Agassiz发现冰川运动具有中段中央部分*快，向上游、下游及两侧递减的特点。与此同时，他也非常重视冰川沉积的描述，创造了诸如终碛、侧碛、中碛等名词，明确地讲述冰川搬运漂砾的作用。很快， Agassiz校对并出版了他一生中*重要的冰川学专著《冰川研究》（Etudes sur les glaciers）。在这本书中，Agassiz宣布在*近地质时期，瑞士全境几乎都被冰川覆盖：“大冰盖如同现在的格陵兰，一度覆盖全国，留下了无层次的巨砾层（boulder drift）”。1847年出版《冰川体系》（Système glaciaire）一书，Agassiz修改了此前阿尔卑斯古冰川与极地古冰盖相连的观点，认为两者是分开的；修改了阿尔卑斯古冰川发生在山脉隆升
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