第四纪地质史的基本特征
第四纪地质史是第四纪一般自然环境变迁史的组成部分，它受一般自然环境变迁史的控制。因此，第四纪地质历史特征也是第四纪一般自然环境特征的一个方面，也是由第四纪一般自然环境特征所决定的。第四纪地质史的基本特征如下:
(一)地质历史记录比较完整。
由于第四纪时期很短，第四纪各种地质作用产生的成果，即第四纪地形地貌、沉积物及其生物遗迹、地质构造、岩浆岩等地质现象及其相关的自然现象保存完好；而且这些现象大多分布在地表或近地表，易于观测和研究，从而有助于第四纪地质历史的恢复。此外，目前正在进行的各种地质作用是第四纪地质历史的一个连续过程，因此我们可以直接研究这些过程和相关现象，并进行更准确的类比，以追溯第四纪地质历史。
重大气候变化
第四纪地质历史的另一个基本特征是显著的气候变化。晚第三纪以来的气候变冷过程在第四纪初期明显加强。第四纪的气候变化在很大程度上控制了第四纪地形、海面变化、沉积物、土壤、生物群落乃至人类的发生和发展。因此，自上世纪中叶以来，地质学家一直把气候的显著变冷和地球表面广大地区冰川的出现作为划分上新世和更新世界线的一个主要标志。而这个界线就是新近系和第四纪的界线。
图1-2只显示了第四纪早期的气候变化。从图中可以看出，第三纪气候虽有变化，但不如第四纪明显。
研究证明第四纪的温度变化比较大，有降温和升温的反复过程。第四纪温度变化是全球性的，但在不同纬度和地区存在差异。温度变化最明显的是中纬度带，两极和赤道附近变化幅度较小。第四纪降温期(冷期)与升温期(暖期)的最大平均温差计算为16-25℃。
在寒冷期，在湿润地区，降雪量超过融雪量，降雪累积多年，部分融化压实，变成冰川。地球上大规模出现冰川的时期被称为冰期。冰川首先出现在极地和中纬度甚至低纬度地区的山顶。随着气候的不断变冷，冰川的厚度在增加，其分布范围也在向周边地区扩展。这个过程叫做冰的推进。在冰河时期，冰川的最大规模达到1/3的覆盖表面积。冰川的出现进一步加剧了气候的变冷。计算表明，冰河时期冰川区的平均温度比现在低8-65438±03℃。
图1-2中纬度地区第三纪和第四纪的平均温度变化(根据Teichmuller)
在温暖期，气候比现在的平均温度高8-13℃。冰河时期积累的冰川在温暖时期大量融化。在冰川的边缘和末端，消融量最大。融化使冰川厚度变小，从其边缘和末端向冰川中心和发源地收缩。冰川厚度持续减少，冰川边缘和末端持续萎缩。这种冰川融化导致冰川厚度变薄，冰川边缘和末端向中心和源头退缩的过程称为冰川消退。陆地表面冰川的总面积和体积因冰退缩而逐渐减少。由于持续的冰川消退过程，陆地表面的冰川大范围消失。
两个冰川之间的温暖时期称为间冰期。
全新世冰川，包括现在，约占陆地表面积的1/10。认为这是冰期与间冰期的过渡时期，称为冰后期。后冰期气候处于冰期和间冰期的过渡位置，相对接近间冰期。
第四纪是冰期和间冰期相互交替的时期。为了表达这一特征，在一些地质文献中，将第四纪称为冰期。
冰期和间冰期是第四纪气候周期性大规模变化的结果。在同一个冰期，还可以划分为一些较小的气候变化周期，即气候变化较小、时间较短的几个降温和升温期。这些时期造成了小范围的短期冰进退，这被称为冰期或stagal和间冰期或stagal。详细的研究可以进一步将周期性变化与较小的气候变冷变暖区分开来，形成较小的冰前进和冰后退。
地球大部分地区的研究认为，有四个明显的冰期，这些冰期之间有三个间冰期，第四纪有一个后冰期。然而，在这个问题上仍然有不同的意见。
(3)第四纪生物学
根据在第四纪地层中采集的第四纪生物遗迹资料，获得了第四纪生物世界分布、分类和发展的清晰轮廓。这些数据包括陆地和海洋生物的遗骸。由于第四纪时期较短，生物发育不如其他地质时期显著，但有自己的特点。
第四纪生物的变化是由第四纪生态环境的变化引起的。生态环境的变化主要取决于两个因素:气候和构造运动。第四纪气候的反复变冷变暖导致的冰期和间冰期的交替，造成了海平面的反复升降。但是，海面的变化造成了一定范围内反复的海陆变化，包括一些陆桥的出现和消失。同时，强烈的第四纪构造运动和相关的岩浆活动也极大地改变了登陆地点和海洋地形。所有这些自然变化影响了第四纪生态环境的剧烈变化。
第四纪生态环境的变化引起了第四纪生物的迁移、重组和形态变异，以及一些物种的灭绝和一些新物种的出现。
由于生态环境的变化因地区而异，第四纪生物各门类的适应性也不同，所以第四纪生物的变化在地区和门类之间是不平衡的。
第四纪气候变化及其伴随的生态环境变化是一种不同纬度的地带性现象。这种变化在中纬度地区比在极地和赤道地区更明显；而且陆地上的变化比海洋中的变化更明显。因此，第四纪生物的变化在中纬度、高纬度和低纬度地区也更加明显。陆生生物群的变化比海洋生物群的变化更为显著。
第四纪海洋生物群的变化主要表现在地理分布和组合上。除了分布和组合的变化，还出现了显著的形态变异，一些物种已经灭绝，一些新的物种出现。在第四纪外海和大洋中，海洋生物群的变化很小；在一些内海或封闭的盆地，如黑海、波罗的海和地中海，这种变化是明显的。
第四纪海洋生物群的研究主要是无脊椎动物和微型动物。第四纪海洋无脊椎动物的历史是一部定居和迁徙的历史，伴随着一些物种的灭绝和再生。这一结论主要是从北海、地中海等内陆海域的研究中推断出来的。地中海第四纪动物群与现在的动物群基本相似，有一些遥远的北方喜冷动物的外来物种，显示了第四纪海洋动物的迁徙。
第四纪陆生生物群明显受到气候变化的影响。虽然第四纪陆生生物群在冰期和间冰期交替时都有迁移、重组、消亡、再生和变异，但它们在脊椎动物、无脊椎动物和植物等不同生物中的反映是不同的。
在一个地区，当气候变得不适合动物生存时，动物从温暖期到寒冷期或从寒冷期到温暖期的变化通常是由于其分布缓慢而持续地迁移到更有利的居住区。不同的动物分布变化是由混居引起的。当冰川萎缩消失时，冰缘动物群的一些成员，一种生活在冰盖附近的冰种，向冰川退缩的方向迁移；然而，其他成员仍然留在原地，成为非冰川动物的一部分。当冰川发生和扩张时，喜冷的动物群出现，并随着冰扩大其分布，因此非冰川地区的动物群包含冰川动物群遗留下来的外来物种。在第四纪冰期和间冰期交替期间，这种动物群的混合过程多次重复，以至于在一般冰期和间冰期的哺乳动物动物群中都有一些混合成分。
第四纪陆地植物群特征的形成，更多的是由于两极向赤道的反复迁移，而不是植物本身的进化。第四纪冰川作用中断了极地植物区系的发展，在间冰期，植物区系又恢复了。
在中纬度地带，冰期的冰川不是连续的，而是分散的、孤立的、多中心的。中纬度冰川地区的气候不利于植物的生长。因此，各地区的植物区系变化很大。冰期总的趋势是中纬度带的植物群向赤道迁移；间冰期的植物群又从赤道回到两极。
赤道附近，第四纪气候变化对植物区系影响不大。
由于植物群的迁移是缓慢而艰难的，在第四纪冰期和间冰期交替时期，有些植物无法回到原来的地带，有些植物为了适应新的气候环境而发生变异。另一部分不能适应新的环境，所以就灭绝了。
一般来说，植物和无脊椎动物适应性差，迁徙慢，容易灭绝和变异，其化石对气候敏感；而哺乳动物，尤其是陆生哺乳动物，适应能力强，迁徙速度快，所以对气候不敏感。因此，在某些情况下，虽然我们可以根据单一植物物种推测第四纪气候环境，但不能简单地对哺乳动物这样做。我们必须研究整个哺乳动物群体的特征，以减少不同物种对气候反应的误差。在第四纪冰期和间冰期，大多数哺乳动物的植物区系都像现在这样超级复杂。比如在同一个地方的单一地层中，可以出现混合的草原和苔原动物群，也可以包含森林动物。
生物群一般是连续的，但由于冰期的干扰，也可以是不连续的。这也是第四纪生物学的一个特点。
(4)第四纪沉积环境的基本特征
1.大陆沉积环境第四纪冰川的出现和消失在大陆形成了三种沉积环境，即冰川环境、冰缘环境和非冰川环境。在每一个环境中，都有一些特定的沉积过程和沉积物的共生组合。
(1)冰川环境冰川环境是指第四纪冰期和后冰期的冰川地区的环境。在冰川环境中，存在一种以冰川作用为主的剥蚀沉积体系，包括风、机械风化、重力、冰川和冰水的剥蚀堆积等。在这种环境下，上述过程形成了风成沉积、机械残留、重力沉积、冰川沉积和冰水沉积的共生组合。
(2)冰缘环境冰缘环境是指第四纪冰川周围或冰川区外的寒冷环境。这种环境的地质作用包括冻融、机械风化、生物的侵蚀和堆积、冰水、湖泊和沼泽、风和泥(石)流等。这些作用形成的堆积物有冻土、机械残留物、泥(石)流堆积物、生物堆积物、湖泊堆积物、风力堆积物等。
(3)非冰川环境非冰川环境是指间冰期和后冰期内陆地区广大地区无冰川的环境。在冰河期，这种环境也可以出现在冰河期较温暖的低纬度地区。非冰川环境可分为寒湿区、干旱区和湿热区。
在寒冷和潮湿的地区，冰川作用发生在第四纪冰川。但在间冰期和后冰期，随着气候的变暖、冰川的消失和冻土的解冻过程，再次恢复了与冰期前相似的侵蚀沉积环境。流水、湖泊和沼泽、生物和化学风化发育，它们在冰期转化沉积物的同时，形成了具有暖湿气候特征的沉积物共生组合。这些包括冲积沉积物、湖相沉积物、生物沉积物(泥炭、腐殖质泥等)。)和化学残留物。此外，这一时期生物对第四纪松散堆积物的剧烈作用也形成了土层。这种非冰川环境下第四纪沉积物的共生组合和土层，在第四纪冰期的低纬度带也能出现。
在有第四纪冰期的地区，冰期和间冰期的交替导致间冰期沉积物和间冰期沉积物(土壤)的交替。
干旱地区在这样的地区，即使气候寒冷，也无法因干燥而形成第四纪冰川。这些地区大部分位于大陆。干旱地区许多湖泊的湖岸和湖底沉积物的关系，以及这些湖泊的地形和沉积物与冰川和冰水的地形和沉积物的关系表明，湖泊扩张和收缩的时期对应于冰期和间冰期；这些地区湖面上升的主要原因是降水量的增加和蒸发量的减少。这是这些地区冰河时期气候的特点。冰期时，由于气温降低和温度梯度增大，邻近地区冰盖形成和扩展，冷空气团和暖空气团的强度和接触频率增加，降水增加。由于气温降低，加上临时散落的积雪，可以减少蒸发量。结果冰雪融化的水量增加，河流的流量增加。因此，在一些封闭的湖泊中，水位上升，一些无水的干旱盆地集水形成湖泊。降水量增加的时期称为雨季。由于降水量的增加，会引起洪水的增加和大量洪积物的产生，所以多雨期也叫多雨期。降水减少的时期为间歇雨(旱)，由于干旱和洪积的减少，又称为间歇洪年龄。这样，在干旱地区，雨期(洪水期和湖泊洪水期)对应的是冰期，间歇雨期(干旱期、洪水间歇期和湖泊收缩期)对应的是间冰期和冰后期。上述现象在干燥非冰川环境的沙漠地区最为明显，尤其是中国北方、中亚、北非、南北美洲的沙漠边缘和赤道附近。
需要注意的是，湖泊的变化也可能是由其他原因引起的，包括地壳的升降、断层运动、火山活动、湖盆所在地区的侵蚀和堆积等等。因此，在研究湖泊的变化时，需要区分这些原因引起的变化和气候引起的变化。
湿热地区是赤道附近的湿热地区，第四纪气候变冷，才造成了局部高山地区的冰川；大部分地区一般为非冰川环境，自然环境变化不明显。湿热地区冰期和间冰期交替的特点是相当于冰期的多雨期和相当于间冰期的少雨期交替。这种湿热地区阴雨期的交替，不仅造成了这里流水和湖泊沉积的变化，还清晰地反映在残留的红壤剖面上，这是这类地区典型的沉积物之一。多雨期，发育残留红壤；在少雨时期，残留红壤的发育往往停止或发展速度变慢。
2.海岸沉积环境海岸地形、沉积物、生物碎屑等方面的研究证明，第四纪的海面经历了多次大规模的升降。
海面变化的原因很多，包括冰川因素和非冰川因素。非冰川控制因素包括海岸和海底构造运动、岩浆活动、海底沉积物堆积、海水温度变化、平衡调整运动等。这些因素不是第四纪独有的，但第四纪海平面变化的特殊控制因素是冰期和间冰期的交替。冰河时期，大量的水以固体的形式被封在陆地上，从陆地流向海洋的水量减少，从而导致海面下降。相反，在间冰期，由于降雪量减少，大量陆地冰被融化，冰融水回流大海，从而导致海面上升。据计算，陆地冰川融化后海平面可上升50m左右。第四纪间冰期，陆地上基本没有冰川。所以间冰期海平面应该比现在海平面高50米。第四纪冰期冰川的体积和面积比现在大得多。在第四纪冰期，计算的海平面下降可达80-150m。
受第四纪冰川控制的海平面升降交替导致了海岸和浅海沉积以及沿海地区陆地沉积的交替。在冰期，一部分海岸和浅海海底浮出水面并沉积陆相沉积物，包括冰川和冰水沉积物、湖泊沉积物、冲积物、风成沉积物和残余沉积物。间冰期海平面上升时，冰期沉积的陆地沉积物被海水淹没，被新的海岸沉积和浅海沉积覆盖。因此，在沿海地区，冰川沉积和间冰期沉积的序列表现为海退沉积和海侵沉积的交替。
3.海洋沉积环境如果说大陆第四纪地质事件的记录往往因沉积间断和侵蚀而不完整或被破坏，那么在深海和洋底的某些区域，这样的记录是连续的，而且相当完整。对这些记录的研究证明，海洋沉积环境的变化不像大陆环境那样剧烈，海水的沉积在很大程度上是连续的。然而，在许多海域，第四纪沉积受到浊流、崩塌、地滑、海底流以及大陆架和大陆坡的运土动物的干扰和侵蚀，也会导致正常海洋产物的沉积序列不连续，沉积物的分布和类型会变得更加复杂。
海洋沉积物包括陆源碎屑沉积物、化学沉积物、有机沉积物和火山沉积物。
第四纪冰期和间冰期的交替虽然不能像大陆那样剧烈改变海洋环境，但影响了海洋沉积环境。第四纪冰川和间冰期的交替在一定程度上影响了海水的深度、温度和密度，从而改变了海洋生物的组成、盐度和生存环境，进而改变了沉积环境。在大陆冰推进过程中，一部分海水从海洋中被抽取出来，以冰的形式封存在大陆表面；冰退了，冰雪融化了，水就可以从大陆回到海里。冰期时，由于海水温度降低，密度和盐度增加，化学沉积物增多，喜冷生物增多，陆地沉积物中出现冰筏沉积和冰架沉积，部分浅海沉积物中含有大量冰水沉积物。在间冰期，由于海水的增加、海平面的上升、深度的增加、水温的升高、海水密度和盐度的降低、化学溶解度的增加，其化学沉积量会减少，一些冰期的化学沉积物甚至会溶解，喜温生物的沉积量会增加。在海洋沉积物中，冰期和间冰期的交替表现为冷沉积物和暖沉积物的交替。
(5)第四纪沉积物的基本特征
第四纪沉积物的形成发展史是第四纪地质史的重要组成部分，并受整个第四纪地质史的控制。第四纪沉积物的基本特征是由上述第四纪地质历史的基本特征决定的。
第四纪沉积物具有以下基本特征:
1.第四纪沉积物一般覆盖在大陆表面，在大多数情况下，它们与下伏的前第四纪地层不整合或假整合。在海洋和一些湖泊的底部，第四纪沉积物的沉积与前第四纪沉积物的沉积是连续的。
2.第四纪沉积物的空间分布与现代地形密切相关。在山地、大陆坡等陡凹地形中，第四纪沉积物的分布在水平延伸方向上呈散在、不连续或斑块状。在陆地平原、湖盆和海盆平原，第四纪沉积物的延伸相对连续。
3.由于第四纪时间较短，在大多数情况下，第四纪沉积物受到轻微的侵蚀破坏和构造变形。大部分第四纪沉积物基本无构造变形，一般保留与地形密切相关的原始产状。第四纪沉积物的成因类型和时代与地形密切相关。
4.第四纪沉积物的厚度与第四纪构造运动和地形起伏有关。在正向运动的高凸地形中，第四纪沉积物的厚度较小，不均匀，甚至缺乏。在负向运动发育的低洼地带，第四纪沉积物厚度较大且均匀，厚度可达数百米甚至数千米(华北平原部分地区第四纪沉积物厚度可达2-3000米)，但多数情况下厚度在几米至几十米之间。
5.由于形成时间短，成岩作用失败，第四纪沉积物大多松散。然而，术语第四纪沉积物还包括硬化火山岩、胶结角砾岩、化学岩石和其他坚硬岩石。
6.第四纪沉积物中所含生物碎屑的石化程度较浅。
7.由于沉积环境剧烈而频繁的变化，第四纪沉积物的沉积过程，特别是陆相沉积物的沉积过程，存在着许多不连续性。这些不连续面以剥蚀面、构造不整合面以及各种成因类型的变化和更替(如第四纪冰川沉积和间冰期沉积的交替等)为特征。).
8.第四纪沉积物的形成过程仍在继续。
9.第四纪沉积物的成因类型复杂。由于第四纪冰川的出现，第四纪沉积物的沉积环境大为复杂。与第三纪沉积环境相比，第四纪增加了冰川-冰缘环境。第四纪冰川-冰缘、干旱、湿热、海滨、海洋环境都有各自的地质作用组合，产生一定的第四纪沉积物共生组合。因此，第四纪沉积物的成因类型是多样的，其空间分布和时间分布也是显著的、频繁的和复杂的。
(6)第四纪构造运动
第四纪地质历史的另一个特征是强烈的构造运动。与历代相比，第四纪地球表面的山都比较高。而且大陆的总体高度要比前第四纪时期大得多。大量研究资料证明，现代地形的基本轮廓主要是由新近纪-第四纪期间的构造运动所决定的。第四纪构造运动在其中起了重要作用。一些大型地形单元(如山地、平原)和一些次级地形单元(如山地盆地)的发育与新构造运动形成的新构造单元基本一致。
第四纪构造运动，伴随火山和地震活动。特别是在环太平洋和阿尔卑斯-喜马拉雅带，以及一些大陆裂谷和大洋中裂谷，火山和地震活动极其频繁。
因为第四纪构造运动控制了第四纪地貌的形成和发展，也间接控制了第四纪沉积物和生物群。