第四纪地质地貌学的研究内容
1.科学术语“第四纪”是由法国地质学家德斯诺耶在1829年引入地质学的。他是作为当时地质时代划分的补充——第一、第二、第三期提出来的。Desnoyers研究了巴黎盆地的地层,将一套覆盖第三纪地层的松散沉积物命名为第四系,并将这套沉积物的形成时代命名为第四纪。后来,在1833年,Rebonl扩展了术语“第四纪”的含义,使其包括含有仍然存活的动植物遗骸的沉积物序列。Rebonl认为这一特征可以与第三系区分开来。目前第三纪所包含的许多化石种和属已经灭绝,这使得第四纪(第四纪)一词具有了生物地层学的意义。
大约在同一时期(1830-1833),著名地质学家莱尔根据第三纪地层所含腕足动物化石中现代物种的百分比,提出了1839年更新世时期和更新世系列。莱尔将更新世一套含有70%以上腕足动物化石的地层命名为现代物种;将形成这套地层的时代相应地称为更新世。更新世和更新世也分别称为后上新世和后更新世系列,后第三纪和后第三纪体系。更新世(后上新世和后第三纪)的时间是从地球上出现人类开始的。莱尔还提出了全新世这个词。认为全新世形成的沉积物中含有的生物遗迹均为现代种,全新世为晚更新世。莱尔的定义使第四纪具有了人类考古学的意义。
在1907-1911期间,豪格补充了第四纪和更新世的定义。豪格把欧洲突然出现的牛(Bos)、象(Elephas)和马(Equas)作为划分更新世下限(相当于第四纪下限)的依据。豪格在1921—1922的作品中,也认为人类是第四纪的一个特征。
这是第四纪岩石地层学、生物地层学和人类考古学的定义背景。
1837年,Schimper根据气候变化提出了Eiszeit这个术语。1846年,福布斯将更新世与冰期进行了对比,即更新世是北半球大部分地区经历寒冷气候和冰川作用的时代。更新世是世界冰川区冰川反复出现和消失、膨胀和收缩的时期,一般称为第四纪冰川。在第四纪之前的地质历史中,只有少数冰川达到这个规模。《福布斯》将其划分为后冰期,并称之为现代。这样,更新世的气候定义就出现了。1856年,Marlot将第四纪划分为两个时代——更新世和全新世,并将更新世和全新世分别与冰期和后冰期进行对比。
气候的定义很快被广泛采用,但“现代”一词直到1885才被国际地质学会认可。虽然,在此之前,全新世已被应用于地质文献。
现在人们认识到,更新世和冰川时代并不是福布斯所说的同义词。已经证明,第四纪冰川作用发生在第四纪开始之前。更准确地说,不应该叫第四纪冰川,而应该叫晚新生代冰川。此外,虽然冰川环境是地质学上第四纪气候变化最明显的结果之一,但同时伴随着同样重要的非冰川地区的环境和海洋环境的变化。因此,冰期一词不足以代表第四纪的综合自然环境,包括地质环境。
虽然19世纪中期划分的“第一期”和“第二期”在很久以前的地质文献中已经看不到了,但是第三纪和第四纪仍然被保存下来,并合并到新生代。因此,在时代意义上,“第四纪”是一个老名词。但由于这一术语已被国际地质学会广为流传和接受,虽然在逻辑上自相矛盾,但并没有被抛弃。
目前国际通行的新生代地质划分列于表1-1。
表1-1新生代标准世界地层年代表(主要划分单位)
2.研究内容第四纪是地质史上最晚也是最短的时期(约1.6-200万年)。
第四纪虽然短暂,但在地质等方面都发生了变化,比如气候的冷暖,冰川的形成和消失。构造运动、岩浆活动和海面震动;地形、沉积物和生物的演变非常显著。人类出现和发展于第四纪。第四纪地质学是研究第四纪地质现象以恢复第四纪地质历史的学科。第四纪地质学是地球历史的一部分。自20世纪50年代以来,它逐渐发展成为一门独立的学科。第四纪地质学能够成为一门独立的学科,原因如下。
(1)第四纪与之前的其他地质时期相比,具有明显的特征:最明显的特征是第四纪冰川的出现和消失;其次,第四纪沉积物覆盖地表,大部分松散。第三点是第四纪生物群与现代生物群关系密切,最突出的特征是人类的出现等等。
(2)根据第四纪地质现象的特点,有一些不同于前第四纪地质史的研究方法。比如冰期和间冰期的划分方法、地貌学、考古学和古人类研究方法等。
(3)第四纪地质现象与人类密切相关,因此具有特殊的现实意义。
(4)第四纪地质现象保存完好,其地质作用仍在继续。研究这些现象和过程有助于揭示和理解第四纪以前的地质历史,在地质理论和方法论上具有特殊的意义。因为,研究现代才能了解过去。是地质学最基本的原理和方法之一。
(2)地貌学
地球岩石圈表面不是平坦的,而是有一定的起伏。这些起伏的规模是不同的。但作为一个整体,地球是一颗巨大的恒星,形状近似椭球体。地球表面分为两个最大的地形:大陆和海洋盆地。在大陆和海洋盆地,有许多越来越小的地貌。例如,在大陆上,可以区分高凸的山脉和低缓的平原。在山区和平原,山谷和流域(或山谷)可以细分。在一个河谷中,谷坡、谷底等形态要素也是可以分离的。所有这些大大小小的地形,构成了岩石圈表面的现状。
各种地貌的形态、成因(或起源)、发展过程(历史)各不相同,但并不是杂乱无章的,而是在一定的时空域内有一定的联系。
例如,在图1-1中,河谷和山脉(流域)是两种地貌。山谷是凹的;分水岭是凸的。这是它们在形态上的特征(包括空间分布)。但是相邻的山谷和流域是相互联系、相互依存的。河谷的一个坡也是分水岭的一个坡,河谷的凹状是由分水岭(山)的高凹显露出来的;相反,分水岭的高凸性也取决于谷的低凹性。
分水岭由斜坡和山顶组成。流域的坡度一部分是河流侵蚀造成的,一部分与地质构造有关,可以是岩层和节理面。山谷斜坡和山谷是由河流侵蚀和冲积作用形成的。这是《创世纪》中分水岭和山谷地形的特征。但是流域坡和谷坡是连在一起的。在形成过程中,流域和河谷都与河流的地质作用有关。河流切割不仅形成流域坡度,还产生高凸的流域和凹谷。这就是创世纪中山谷和分水岭的关系。如图1-1所示,分水岭在构造运动抬升过程中逐渐被单斜层抬升,并伴随着河流的加深和河谷的加深。在流域加高过程中,其坡面和顶部的形状会发生变化;在河谷加深的过程中,谷坡和谷底的形状也在发生变化。这就是发展中分水岭和谷的特点。同时,山谷的加深必然伴随着分水岭的相对抬高;拓宽山谷必然伴随着缩小分水岭。这就是河谷和流域在发展中的关系。
图1-1显示了流域和山谷在形态、起源和发展方面的关系。
研究地球表面的地形、成因和发展的科学叫做地貌学。
从词源学的角度来看,地貌学这个词是由三个希腊词根组成的——土、形态学和科学。
由于最初的研究主要是对陆地地形地貌的研究,地貌学长期以来被认为是一门研究陆地地貌的科学。然而,这个定义并不全面。因为地球表面的形状应该是整个地球岩石圈表面(即地壳表面)的形状,既包括陆地的地形,也包括海底的地形。所以地貌学应该是一门研究整个地球表面形态的科学。
19世纪以前的地貌学文献大多是对一些直观明显的地形的描述,如河谷、山脊等地形,尤其是一些主要交通要道附近的特殊地形。因此称之为描述地貌学。目前,描述地貌学只是地貌学的一个分支。中国是描述地貌学发展较早的国家。《水经注》、《徐霞客游记》等古代名著都描述了我国部分地区的地形地貌特征。
19世纪后,构成地质学和岩石学的材料被引入描述地貌学。这些数据被用来解释地形的成因,由此产生了一种新的概念和研究方法——对地形的解释性描述。地形不再简单地以其高度、坡度、面积和表面特征来描述,而是要解释其形成过程,还原其发展历史。于是,地貌学的另一个分支——成因地貌学或解释地貌学应运而生。在成因地貌学中,又分为岩性地貌学,着重研究岩石在地形上的形成和发展;构造地貌学,重点研究地质构造(包括地质构造形态和构造运动)对地形地貌形成和发展的影响;以及气候地貌学,重点研究气候环境对控制各种外部过程(流水、冰川等)的地形形成和发展的影响。).气候地貌学根据控制地形的各种外部地质作用可分为河流地貌学、冰川地貌学)……等等。
由于各种地貌的形成过程在空间分布、成因和发展上都有一定的关系,所以各种地貌的组合一般都具有一定的地域特征。对一个地区的各种地貌进行系统而全面的研究,就构成了地貌学的另一个分支——区域地貌学。比如海岸地貌,沙漠地貌等等。
(3)新构造运动
近几十年的研究证明,在新近纪和第四纪,地球各部分的构造运动在运动类型、空间分布、强度和发展过程上都与古近纪以前有明显的不同。
发生在新近纪-第四纪的构造运动称为新构造运动。新构造运动形成的地质构造(形态)称为新地质构造。新构造运动决定了当代地形学和新近纪-第四纪沉积的基本特征,并与火山、地震、流水、海洋、冰川等地质和地球物理过程密切相关。新构造学是以研究新构造运动的类型及其空间分布、强度和发展规律为目的,研究新构造运动及其他相关自然现象(地质、地貌、地球物理、水文等诸多方面的自然现象)的科学。新构造学是大地构造学的一个组成部分,现在已经成为一门独立的学科。原因如下:
(1)与新近纪以前的构造运动相比,新构造运动在空间分布、类型、强度和活动规律上具有明显的特征。
(2)新构造运动发生时间短,其某些运动过程仍在继续。因此,其表现形式(地貌、新地质构造、新第三纪-第四纪沉积等地质现象及其他伴生的自然现象)保持相对完整。
(3)由于新构造运动的表述清晰完整,目前仍在继续,在新构造运动的研究中,不仅可以采用大地构造学的一般研究方法,还可以使用更精密的仪器进行定量研究。
(4)新构造运动,特别是正在进行的现代构造运动,具有重大的理论和实践意义。
(4)第四纪地质、地貌与新构造的关系。
第四纪地质学、地貌学和新构造学在研究对象、内容和方法、研究成果的实际应用等方面有着密切的联系。地貌学是研究地形的形成和发展;第四纪地质学是通过研究第四纪气候变化、冰川现象、构造运动、地形地貌和生物,特别是第四纪沉积物,来恢复第四纪地质历史。新构造学是研究新构造运动的表现形式、类型、强度和发展规律。
现代地形主要形成于第四纪。虽然它受到前第四纪地貌的影响,但前第四纪地貌在第四纪过程中发生了巨大的转变。所以地貌学研究的地形多为第四纪地形。第四纪地形学也是第四纪地质学的研究对象和内容。第四纪构造运动是新构造运动的研究对象和内容,也是第四纪地质学的研究对象和内容。第四纪气候变化与冰川现象、生物特征尤其是第四纪沉积物、地形地貌都与新构造运动有关,也是必须同时研究的内容。
以上内容充分说明地貌学、第四纪地质学和新构造学在研究方法上是相辅相成、相互借鉴的。也就是说,根据地形地貌、新构造运动、第四纪沉积等第四纪地质现象在空间、时间和成因上的关系,可以利用其中一项或多项研究成果和数据来解决其他研究问题。例如,利用地形成因类型的资料,可以确定构成地形的第四纪沉积物的成因类型;相反,我们也可以利用第四纪沉积物成因类型的数据来确定由沉积物组成的地形的成因类型等等。
最后需要指出的是,在大多数情况下,一个地区的第四纪地质、地貌和新构造的研究工作一般是同时进行的。在教学中,第四纪地质学和地貌学作为同一门课程讲授,并涉及新构造学的部分教学内容。