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第四紀冰凍圈 版權信息
- ISBN：9787030738691
- 條形碼：9787030738691 ; 978-7-03-073869-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
第四紀冰凍圈 本書特色
該書對第四紀冰凍圈的有關問題進行了較系統(tǒng)的論述，是國際上率先在該領域的系統(tǒng)成書。
第四紀冰凍圈 內容簡介
地球上水體以固態(tài)形式存在的負溫圈層構成了冰凍圈，以冰川、冰蓋、海冰、凍土、積雪、河冰、湖冰和固態(tài)降水組成。隨著學科發(fā)展和分化、融合，冰凍圈研究形成了獨具體系的研究格局，為此，我們以冰凍圈物理、冰凍圈化學、冰凍圈生物、冰凍圈與其它圈層相互作用以及冰凍圈區(qū)可持續(xù)發(fā)展為核心內容，編寫了我國**部系統(tǒng)介紹冰凍圈科學體系的教科書，這也是國際上率先在該領域系統(tǒng)成書。該書對冰凍圈科學的有關問題進行了較系統(tǒng)的論述。
第四紀冰凍圈 目錄
目錄
叢書總序
叢書自序
前言
第1章 緒論 1
1.1 第四紀冰凍圈研究的科學意義 1
1.2 第四紀冰凍圈的研究內容 2
1.3 第四紀冰凍圈的研究歷史 4
思考題 7
第2章 第四紀冰凍圈地貌過程 8
2.1 冰川作用與冰川地貌 8
2.1.1 冰川作用 8
2.1.2 冰川侵蝕地貌 11
2.1.3 冰川沉積地貌 19
2.2 冰緣作用與冰緣地貌 24
2.2.1 冰緣作用 25
2.2.2 冰緣地貌 28
2.2.3 冰緣地貌發(fā)育的空間差異性 34
思考題 40
第3章 第四紀冰凍圈研究方法 41
3.1 年代學方法 41
3.1.1 宇宙成因核素測年 43
3.1.2 14C測年 50
3.1.3 釋光測年 51
3.1.4 電子自旋共振測年法 54
3.1.5 其他定年方法 56
3.2 冰川物質平衡線重建與冰川發(fā)育氣候模擬 63
3.2.1 冰川物質平衡線重建 63
3.2.2 古冰川發(fā)育的氣候模擬 71
3.3 氣候變化代用指標 78
3.3.1 物理與化學指標 78
3.3.2 生物指標——孢粉 82
3.3.3 考古與文獻記錄 84
思考題 87
第4章 第四紀軌道尺度的冰凍圈演化 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 更新世多年凍土 90
4.1.3 冰期氣候與環(huán)境 91
4.1.4 間冰期氣候與環(huán)境 91
4.1.5 冰期-間冰期旋回 92
4.2 冰期天文理論 93
4.2.1 冰期天文理論的創(chuàng)立與發(fā)展 93
4.2.2 冰期天文理論的基本原理 94
4.2.3 冰期天文理論的修正 98
4.2.4 冰期天文理論面臨的問題和挑戰(zhàn) 98
思考題 99
第5章 晚更新世以來亞軌道尺度冰凍圈變化 100
5.1 末次冰期亞軌道尺度氣候變化事件 100
5.1.1 Dansgaard-Oeschger事件 100
5.1.2 Heinrich事件及其形成機制 102
5.1.3 Younger Dryas、Balling-Allerad與ACR事件 103
5.2 全新世亞軌道尺度氣候變化事件 105
5.2.1 全新世環(huán)境變化基本特征及其氣候分期 105
5.2.2 全新世氣候突變事件及其驅動機制 108
5.2.3 現(xiàn)代全球變暖及其原因研究 111
思考題 114
第6章 第四紀巖石圈運動與冰凍圈 115
6.1 青藏運動與冰凍圈 115
6.1.1 青藏高原隆升進入冰凍圈的時間和證據(jù) 116
6.1.2 青藏高原對冰凍圈的響應與影響 120
6.2 冰蓋作用與地殼均衡運動 123
思考題 127
第7章 第四紀生物和人類演化與冰凍圈變化 128
7.1 第四紀植物演化 128
7.1.1 第四紀植被演替的一般情況 128
7.1.2 晚第四紀植被變化研究 131
7.2 第四紀動物演化 134
7.2.1 第四紀動物演化的一般情況 134
7.2.2 晚更新世動物大滅絕 136
7.3 第四紀古人類活動 139
7.3.1 人類進化簡史 139
7.3.2 尼安德特人與冰期-間冰期氣候 140
7.3.3 冰期人類的生存 145
7.3.4 冰后期氣候與農業(yè)起源 147
思考題 153
參考文獻 154
叢書總序
叢書自序
前言
第1章 緒論 1
1.1 第四紀冰凍圈研究的科學意義 1
1.2 第四紀冰凍圈的研究內容 2
1.3 第四紀冰凍圈的研究歷史 4
思考題 7
第2章 第四紀冰凍圈地貌過程 8
2.1 冰川作用與冰川地貌 8
2.1.1 冰川作用 8
2.1.2 冰川侵蝕地貌 11
2.1.3 冰川沉積地貌 19
2.2 冰緣作用與冰緣地貌 24
2.2.1 冰緣作用 25
2.2.2 冰緣地貌 28
2.2.3 冰緣地貌發(fā)育的空間差異性 34
思考題 40
第3章 第四紀冰凍圈研究方法 41
3.1 年代學方法 41
3.1.1 宇宙成因核素測年 43
3.1.2 14C測年 50
3.1.3 釋光測年 51
3.1.4 電子自旋共振測年法 54
3.1.5 其他定年方法 56
3.2 冰川物質平衡線重建與冰川發(fā)育氣候模擬 63
3.2.1 冰川物質平衡線重建 63
3.2.2 古冰川發(fā)育的氣候模擬 71
3.3 氣候變化代用指標 78
3.3.1 物理與化學指標 78
3.3.2 生物指標——孢粉 82
3.3.3 考古與文獻記錄 84
思考題 87
第4章 第四紀軌道尺度的冰凍圈演化 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 更新世多年凍土 90
4.1.3 冰期氣候與環(huán)境 91
4.1.4 間冰期氣候與環(huán)境 91
4.1.5 冰期-間冰期旋回 92
4.2 冰期天文理論 93
4.2.1 冰期天文理論的創(chuàng)立與發(fā)展 93
4.2.2 冰期天文理論的基本原理 94
4.2.3 冰期天文理論的修正 98
4.2.4 冰期天文理論面臨的問題和挑戰(zhàn) 98
思考題 99
第5章 晚更新世以來亞軌道尺度冰凍圈變化 100
5.1 末次冰期亞軌道尺度氣候變化事件 100
5.1.1 Dansgaard-Oeschger事件 100
5.1.2 Heinrich事件及其形成機制 102
5.1.3 Younger Dryas、Balling-Allerad與ACR事件 103
5.2 全新世亞軌道尺度氣候變化事件 105
5.2.1 全新世環(huán)境變化基本特征及其氣候分期 105
5.2.2 全新世氣候突變事件及其驅動機制 108
5.2.3 現(xiàn)代全球變暖及其原因研究 111
思考題 114
第6章 第四紀巖石圈運動與冰凍圈 115
6.1 青藏運動與冰凍圈 115
6.1.1 青藏高原隆升進入冰凍圈的時間和證據(jù) 116
6.1.2 青藏高原對冰凍圈的響應與影響 120
6.2 冰蓋作用與地殼均衡運動 123
思考題 127
第7章 第四紀生物和人類演化與冰凍圈變化 128
7.1 第四紀植物演化 128
7.1.1 第四紀植被演替的一般情況 128
7.1.2 晚第四紀植被變化研究 131
7.2 第四紀動物演化 134
7.2.1 第四紀動物演化的一般情況 134
7.2.2 晚更新世動物大滅絕 136
7.3 第四紀古人類活動 139
7.3.1 人類進化簡史 139
7.3.2 尼安德特人與冰期-間冰期氣候 140
7.3.3 冰期人類的生存 145
7.3.4 冰后期氣候與農業(yè)起源 147
思考題 153
參考文獻 154
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第四紀冰凍圈 節(jié)選
**章緒論 1.1 第四紀冰凍圈研究的科學意義 冰凍圈科學源于地理學，同時又與其他學科高度交叉且融合了現(xiàn)代科學技術的一門新興學科。地理學發(fā)展有諸多重要的階段，隨著研究的深入和社會發(fā)展的需求，其研究對象和內容一直處在分化、交叉、重構當中。古希臘的地理學無所不包，直到近代地理學鼻祖 Alexander Humboldt還把自己的地理學巨著稱為《宇宙》。文藝復興開創(chuàng)的科學繁榮很快使地理學發(fā)生分化，依巖石圈、大氣圈、水圈與生物圈等四大圈層獨立自成學科。到了現(xiàn)代，迫于資源、環(huán)境、氣候變化等全球性問題，人們試圖發(fā)展出一門能應對危機和挑戰(zhàn)的新學科。于是，地球系統(tǒng)科學應運而生。冰凍圈科學是目前地球系統(tǒng)科學中的一大分支，在地球系統(tǒng)科學中占有十分重要的地位。 第四紀冰凍圈研究的科學意義在于：①掌握第四紀的本質特征。第四紀被定義為冰川紀，其*本質的特征是軌道尺度的冰期-間冰期旋回以及亞軌道尺度的冰階-間冰階變化，亦即冰凍圈不同幅度的盛衰消長變化。作為相對獨立又與其他四大圈層有密切聯(lián)系的第五大圈層，這些變化對其他圈層乃至整個地球系統(tǒng)有著舉足輕重的影響，特別是決定了地表過程的重大調整、生物圈的凋零與繁榮乃至物種的進化與植被的演替。所以第四紀冰凍圈研究屬于第四紀科學*關鍵的基礎研究之一。對于推動與完善整個第四紀科學至關重要。②作鑒往知來的憑據(jù)。地球歷史與人類歷史一樣，離我們越近的地質歷史時段，各種氣候環(huán)境變化信息保存得越全越真，對我們越有理論意義與應用價值，這是因為歷史是相因繼承的。我們現(xiàn)在所處的全新世相對暖濕的地質時段和環(huán)境現(xiàn)狀，是更新世演變發(fā)展而來的，也是第四紀氣候環(huán)境演化的延續(xù)。第四紀冰凍圈研究可以使我們了解第四紀氣候環(huán)境變化的幅度、頻率及其原因與后果。掌握這些規(guī)律，有利于預測未來的氣候環(huán)境變化趨勢。尤其是在全球持續(xù)變暖的大背景下，地球這個宇宙中的諾亞方舟到底駛向何方？第四紀冰凍圈研究至少可以給出不同時間尺度上的極限幅度。進一步參考末次間冰期、末次冰期間冰階和全新世大暖期，進行古相似（Paleo-analogue）研究與預估，幫助人類未雨綢繆，從容應對。③了解人地關系的深刻內涵。人類誕生于上新世甚或中新世，差不多與北半球冰川作用（glaciation）同時期登上歷史舞臺。而人類快速進化又幾乎與北半球歐美大冰蓋反復出現(xiàn)的第四紀相對應。這種冰期-間冰期環(huán)境巨變必然對人類進化有著極其重大的影響。誕生于非洲的原始人類以及后來的早期智人到底何時和如何走出非洲，怎樣遷徙擴散于世界，人類形體和器官的形成演變、大腦和智能的形成與發(fā)育與冰凍圈的擴張和退縮有著怎樣的聯(lián)系，都是我們面對的重大科學問題與亟待破解的重大謎團。所以第四紀又是一幅人類與冰凍圈斗爭—適應—進化或被淘汰的波瀾壯闊的歷史畫卷，隱含*為生動的人地關系真諦，對人類學、人文地理學都具有十分深遠的學術意義。 因此，研究第四紀冰凍圈有多方面的科學意義，不僅具有挽近地質的歷史意義，也有全球變暖背景下的現(xiàn)實意義，還有預測未來氣候環(huán)境變化的理論指導意義以及應對未來人類生存危機的應用價值。 1.2 第四紀冰凍圈的研究內容 第四紀冰凍圈科學是重建冰凍圈在第四紀期間的演化歷史、探索其演化規(guī)律和驅動機制、揭示其與其他四大圈層相互關系的一門學科。 第四紀在地球歷史上是一個冰凍圈擴張、冰期-間冰期交替變化、動植物快速演化及人類登上歷史舞臺的“新紀元”。在地球約46億年地質歷史中，寒武紀開始至今僅542Ma，之前的40余億年被稱為前寒武紀時期。前寒武紀時期被分為冥古宙（4600～4000Ma）、太古宙（4000～2500Ma）和元古宙（2500～542Ma）。地球經(jīng)過冥古宙和太古宙早期演化，結束熾熱星球時期，形成了巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈。于太古宙晚期（2800～2500Ma前），地球表面溫度趨于現(xiàn)在的水平，此后就以這一溫度為基準大幅度波動，有了冰凍圈及其變化的記錄。現(xiàn)已查明，早元古代、晚元古代、奧陶-志留紀、石炭-二疊紀以及晚新生代均不同程度地發(fā)生冰川作用。其中尤以晚元古代、石炭-二疊紀和晚新生代第四紀冰期為盛（圖1-1）。 晚新生代冰期始于晚始新世，東南極近海鉆孔資料反映了當時的冰筏沉積，這次冰期啟動與南極大陸的形成及其所處的地理位置密切相關，屬于構造尺度的大冰期事件。然而，南極之外的冰川作用開始于中新世。格陵蘭、阿拉斯加、冰島、巴塔哥尼亞均發(fā)生冰川作用。這些早期的冰川作用均為大西洋冰筏沉積所記錄。到了上新世，南美玻利維亞安第斯山、大洋洲的塔斯馬尼亞有冰川作用發(fā)生（Ehlers and Gibbard，2007）。第四紀開始，北半球高緯度地區(qū)普遍發(fā)生冰川作用，進入大幅度的冰期-間冰期旋回的地質歷史時期。因之，國際地層學委員會至今尊重Louis Agassiz的第四紀就是冰川紀的意見，將第四紀下限（亦即更新世下限）規(guī)定為冰川大規(guī)模發(fā)生的2.6Ma。這個規(guī)定具有很特殊的意義，因為它是不以生物進化原則來劃分的少數(shù)地質時段之一。 第四紀冰凍圈研究的內容十分豐富。大致可歸結為以下幾個方面。①冰凍圈地貌和沉積，這是冰凍圈演化*直接的證據(jù)，也是重建冰凍圈的基礎。包括冰川侵蝕地貌（glacial erosion landforms）和冰川沉積地貌（glacial depositional landforms）、冰緣地貌（periglacial landforms）和冰緣沉積、殘存凍土。冰川沉積也包括冰筏作用搬運沉積在遠洋的冰磧物。好在第四紀冰川冰緣遺跡分布在高緯度和高山高原地區(qū)，沒有像前寒武紀或石炭-二疊紀冰川遺跡那樣經(jīng)過漫長地殼運動而變得支離破碎。②環(huán)境記錄，這是用來重建第四紀冰凍圈各個時期變化幅度和環(huán)境特征的重要依據(jù)，包括深海巖芯、冰芯、湖芯、黃土-古土壤、石筍等氣候環(huán)境變化信息的記錄載體。這些記錄反映在δ18O等多種同位素、沉積物粒度、CO2、孢粉、粉塵、碳酸鈣、磁化率、有機碳、硅藻、風化指數(shù)等一系列指標中。利用它們來揭示第四紀長時間尺度的氣候變化和根據(jù)冰凍圈地貌沉積恢復的環(huán)境變化彼此印證，獲得規(guī)律性的認識。③第四紀年代學，這是支撐地貌、沉積和環(huán)境變化記錄的技術基礎。包括生物定年、古地磁定年、電子自旋共振定年、釋光定年、宇宙成因核素定年、U系定年等。這些定年技術各有優(yōu)缺點，分別適合于測試不同沉積物和不同時段，它們的適用性和準確性也在不斷探索、發(fā)展和完善中。④建模與模擬，模擬研究是重建過去氣候環(huán)境變化與預測未來氣候環(huán)境變化的重要手段。模型包括概念模型、物理模型和數(shù)學模型。建模研究在諸如古雪線、凍土下限、古森林林線的升降、大陸冰量增減、海平面漲落等這些冰凍圈關鍵參數(shù)變化認識中應用廣泛。在獲得必要的基礎資料之后，率定參數(shù)，建立模型進行模擬。在對過去古氣候環(huán)境變化形成規(guī)律性認識的基礎上，可模擬預測未來不同升溫或降水情形下的氣候環(huán)境變化。⑤生物演化，生物演化與冰凍圈變化息息相關，借助于動植物化石可以認知當時的氣候環(huán)境。例如，暗針葉林、猛犸象-披毛犀化石揭示西伯利亞在末次冰期曾經(jīng)是廣闊的凍土苔原地帶，并且一直向南延伸到我國華北一帶。地球冰凍圈的擴張與退縮反映在各個緯度帶和高度帶的帶譜中，整個地球系統(tǒng)都有響應，故任何一個地帶的生物變遷信息都能間接反映冰凍圈的變化。⑥人類生存進化與冰凍圈，由于人類主要是在第四紀進化而來，故對第四紀人地關系的研究具有重要的學術意義。人類進化到底是適應冰期還是適應間冰期的結果？人類又是如何適應和度過冰期的？這類研究目前尚受到古人類遺址數(shù)量的限制，有很大的發(fā)展空間。⑦冰凍圈變化的原因和驅動機制，這是從地質記錄向理論認識的必然發(fā)展。內容包括地外空間環(huán)境，如銀河系和太陽系運動，太陽黑子活動等。尤其是基于地球軌道參數(shù)變化的冰期天文理論受到特別的重視。此外，如地球巖石圈運動與冰凍圈發(fā)育的耦合（如高原隆升與中更新世轉型等）、海洋能量傳輸與冰凍圈發(fā)育的耦合（如溫鹽環(huán)流與 Heinrich事件等）等，這些都表現(xiàn)地球系統(tǒng)內部圈層之間的影響與作用。 地球系統(tǒng)的復雜性使第四紀冰凍圈研究的內容廣泛而神秘，由此引起的質疑和爭論經(jīng)常是激烈而持久的，這符合科學發(fā)展的一般規(guī)律，更反映這門學科蘊含巨大的內在動力。但要求我們對研究具體對象要有十分的耐心，真正做到博學、審問、慎思、明辨，盡可能避免誤入歧途。 1.3 第四紀冰凍圈的研究歷史 冰凍圈雖然是一個較新的概念，其歷史始于對第四紀冰川的認識。可以以幾個標志性進展分為若干階段。 1.起步階段 1742年，來自日內瓦的地理學者Pierre Martel考察了阿爾卑斯山Chamonix谷地。報道該谷地山民將谷地中散布的漂礫歸因于一度擴張的冰川。由此拉開了古冰川研究的序幕。1795年蘇格蘭火成論地質學家 James Hutton提出阿爾卑斯山漂礫為冰川作用的產(chǎn)物。類似的解釋也見于歌德（Johann Wolfgang Von Goethe）的相關科學著作。1815年， Jean-Pierre Peraudin解釋瑞士 Valais Bagnes鎮(zhèn)的大漂礫也是以前冰川擴展的產(chǎn)物。1829年，瑞士工程師 Ignaz Venetz指出阿爾卑斯山、侏羅山附近和德國北部平原上散布的大漂礫是大冰川的產(chǎn)物。Jean de Charpentier將Venetz的意見轉變成一種限于阿爾卑斯山的冰川作用理論。巴伐利亞博物學者Ernst von Bibra在1849～1850年考察智利安第斯山時，當?shù)赝林司鸵呀?jīng)將這里的化石冰磧確定為以前的冰川作用了。瑞典礦物學家Daniel Tilas1742年率先解釋斯堪的納維亞和波羅的海大漂礫的存在是漂浮的海冰所致。1818年瑞典植物學家Goran Wahlenberg出版了他的斯堪的納維亞半島冰川作用的理論。認為冰川作用是一種地區(qū)性現(xiàn)象。丹麥-挪威地質學家Jens Esmark則認為冰川擴張是世界范圍的現(xiàn)象。他1824年提出，氣候變化是冰川作用的原因，同時他試圖說明，地球軌道變化引起氣候變化。德國Albrecht Reinhard Bernhardi引用Esmark的理論，于1832年發(fā)表的文章，認為以前的極地冰帽達到了全球溫帶。 2.冰期概念的誕生 1835年，德國植物學家Karl Friedrich Schimper對巴伐利亞阿爾卑斯進行了考察，斷定高山上的大漂礫一定是冰川搬運的。他在慕尼黑舉行了一些講演，認為過去一定存在全球性的寒冷氣候。1837年初，Schimper創(chuàng)造出了專業(yè)術語冰期（Eiszeit）。1836年夏天，Schimper和他以前的大學朋友 Louis Agassiz、Jean de Charpentier在阿爾卑斯山的 Devens進行了幾個月的觀察。1836～1837年 Agassiz和Schimper總結了以前歌德以及 Venetz de Charpertier和他們自己的野外工作。1837年7月向瑞士 Naturforschende 協(xié)會年會提交了他們的綜合報告。聽眾對這種新理論很是挑剔甚至對抗，因為大家確信，地球誕生以來，是由一個熔融的星體逐漸變涼的。 3.冰川學的誕生 1840年，Louis Agassiz在下鷹冰川（Unteraar glacier）旁活動的冰磧壟上搭建了一個簡易房，觀測冰川結構、運動和氣象。通過觀測，Agassiz發(fā)現(xiàn)冰川運動具有中段中央部分*快，向上游、下游及兩側遞減的特點。與此同時，他也非常重視冰川沉積的描述，創(chuàng)造了諸如終磧、側磧、中磧等名詞，明確地講述冰川搬運漂礫的作用。很快， Agassiz校對并出版了他一生中*重要的冰川學專著《冰川研究》（Etudes sur les glaciers）。在這本書中，Agassiz宣布在*近地質時期，瑞士全境幾乎都被冰川覆蓋：“大冰蓋如同現(xiàn)在的格陵蘭，一度覆蓋全國，留下了無層次的巨礫層（boulder drift）”。1847年出版《冰川體系》（Système glaciaire）一書，Agassiz修改了此前阿爾卑斯古冰川與極地古冰蓋相連的觀點，認為兩者是分開的；修改了阿爾卑斯古冰川發(fā)生在山脈隆升
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