冰河时代

冰河时代，也叫冰川时期，又称冰期或大冰期。^[3][4]是指地球长期处于低温状态，时间跨度为几千万年甚至2、3亿年，最近一次是第四纪冰期。^[3]冰河时代通常被认为是永无止尽的严寒。^[6]

在地质史的几十亿年中，全球至少出现过三次大冰期，公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。^[7]最早的大冰期出现在前寒武纪，称为雪球地球；这段时间地球遭受严重的冰冻，平均温度可能一度跌到了零下50摄氏度左右。^[5]之后为晚奥陶世冰期；再后一次出现于石炭一二叠纪，这个时期沼泽森林极为茂盛，是地质历史中重要的成煤时期；最近一次则为第四纪大冰期，在第四纪内，依冰川覆盖面积的变化，可划分为几个冰期和间冰期，冰盖地区约分别占陆地表面积的30%和10%。现今正处于该次大冰期的间冰期，全球又普遍转暖，大量冰川和冰盖消失或收缩。^[8][9]

冰河时代对全球的影响是显著的。^[10]首先，气候变化是最明显的特征。不仅全球性的变冷，同时又有多次的冷暖干湿波动。^[11]其次，冰期一定程度上影响着地壳的运动。大冰期时的大冰盖厚达数千米，使地壳的局部承受着巨大压力而缓慢下降，冰盖消失后部分地壳又缓慢上升，这种地壳均衡运动至今仍在继续着。最后，冰期改变了全球气候带的分布，导致大量喜暖性动植物种灭绝。^[10]关于中国东部第四纪冰期的问题，仍在争论中。1944年，李四光以庐山为样板，将中国东部第四纪冰期由老到新划分出鄱阳、大姑、庐山冰期，再加上1937年H.von费师孟提出的末次冰期──大理冰期，建立了中国东部第四纪冰期系列。对此，一些中外学者一直持有不同意见。他们认为，除大理冰期外，其他冰期均缺乏根据。^[12]

几亿年来的气候总是以温暖时期与寒冷时期的交替出现为特点。地质资料研究证明，温暖时期的气候比现代暖，那时地球上冰雪已完全融化，南北两极也没有冰冻现象，这样的温暖时期占整个地球气候史的9/10。在这漫长的温暖时期中，出现了几次短时期的寒冷气候。在寒冷时期中，不但南极和北极出现了大面积的冰层，在高山上也出现了冰川，中纬度的某些平原也出现了冰盖，这就是冰川时期，也叫冰河时期，又称冰期。^[4]

1837年，瑞士科学家路易斯·阿加西（Louis Agassiz）在瑞士城镇纳沙泰尔举行的一次讨论会上首次提出冰河时期理论。1840年，阿加西出版了名为《冰川研究》的书作，进一步证明确实有一段时期地球上的大片地区曾被冰层覆盖。^[13][14][15]1875年，苏格兰科学家詹姆斯·克罗尔出版了《气候与时间的地质关系》，自此大众普遍接受了地球曾数次经过冰期的理论。^[16]

冰河时代退却留下的冰砾泥、冰碛、岩石冲刷和刮擦痕迹等冰川沉积物、冰川岩石，为冰河时期的研究提供了有力证据。^[17]

沉积物、沉积岩和海洋沉积物中浮游生物壳中所含碳酸钙成分的氧同位素比率的变化，对于冰河时期气候研究提供了重要指标。^[18][19]

古生物学家认为，在冰河时期，适应寒冷的生物体扩散到低纬度地区，而喜欢温暖条件的生物体则灭绝或退回到低纬度地区；勉强生存下来的古生物也已经迁徙到了更适合生存的纬度。^[20][21]

1920年，南斯拉夫物理学家米卢廷·米兰柯维奇指出：地球轨道既不是圆的，也不会在漫长的时间长河中丝毫不变，有时会拉长，有时会更圆一些，4万年一个周期。冬季，轨道会把地球拉得偏离太阳一点点，于是冰河时期出现了。^[15]

20世纪20年代，Milankovitch在前人的研究基础上，第一个从数学上详细地计算了60万年以来不同纬度与不同季节的日照变化，创立了Milankovitch冰期天文理论。由于受当时科学发展水平的限制，不能准确地测定阿尔卑斯山四次冰期的地质年龄，所以Milankovitch冰期天文理论无法得到证实。20世纪50年代，利用同位素比率来反映温度变化的思想就被应用到深海钻孔与冰川学等研究领域。通过对深海岩芯中氧同位素和海洋表层温度(SeaSurface Temperature，SST)等的序列进行谱分析，同时计算了46.8万年以来轨道参数和日照变化，发现偏心率和轴倾周期分别为10.5万年和4.1万年，岁差周期2.3万年和1.9万年，日照变化周期与轴倾和岁差周期相同。这篇不朽的文献成功地用海底沉积监测了全球气候变化，证实了在104～105年尺度上气候变化具有3个独立的可与地球轨道参数变化完全相同的周期。从而证实了Milankovitch冰期天文理论的正确性。^[22]

冰期最重要的标志是全球性大幅度气温变冷，在中、高纬（包括 极地）及高山区广泛形成大面积的冰盖和山岳冰川。由于水分由海洋向冰盖区转移，大陆冰盖不断扩大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行时的气候表现为干冷。冰盖的存在和海陆形势变化，气候带也相应移动，大气环流和洋流都发生变化，这均直接影响动植物生长、演化和分布。^[23]

地质时期气候变化时间跨度最大，其最大特点是冰期与间冰期交替出现。在地质史的几十亿年中，全球至少出现过三次大冰期，公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。^[8][24][3]冰期与间冰期旋回，在全球各地并不是同步进退的。经典的欧洲阿尔卑斯第四纪冰期与间冰期序列，由于深海钻探技术的提高、被证明仅为地区性的地理环境演变特征的旋回。^[25]

大冰期来临时，大面积陆地被巨厚冰层覆盖，地球年平均气温约零下50度，海洋表面冰层厚度可达1000m以上，水循环基本停滞。^[26]

冰河时代的划分与全球气候波动相适应，并且主要反应大的气候波动。^[27]

冰河时代指大面积陆地被巨厚冰层所覆盖的地质时期，又叫冰川期；是气候地层划分的第一级单位。大冰期内有多次气候冷暖交替和冰盖规模的扩展或退缩时期，这种扩展和退缩时期即为冰期和间冰期。在冰期最盛阶段，冰川达到最大推进，气候极其湿冷，海面下降，冰川边缘地区受寒冻风化作用，产生大量碎屑堆积，此时沙漠扩大，风积黄土发育。大规模冰川作用可以在某地持续数百万年、使整个大陆面貌发生剧烈改变。在地球的整个历史时期，曾出现过多次大冰期。已知最早的冰期发生于距今5.7亿年以前的前寒武纪，最晚的大冰期为第四纪冰期，时间基本与更新世相当，距今约250~1万年。规模较小的近代冰川阶段称小冰期，始于13世纪，并间歇性地时进时退，达7个世纪之久，于1750年前后达到高潮，当时地球上的地理景观发生了明显变化。^[25][28]

间冰期是也是气候底层划分的第一级单位。主要是指两次冰期之间的地质时期，这时候气候变暖，冰川消融，又称非冰川期。此时气候向温热化发展，形成巨厚的风化壳，植物茂密，产生炭泥沼泽，海面上升，气候比较温暖。间冰期的气候变化，使动物界，植物界发生重大变迁。^[28]

针对大冰期形成的原因，学者们提出过种种解释，但至今没有得到令人感到满意的答案。归纳起来，主要有天文学和地球物理学成因说。^[10]

天文学成因说主要考虑太阳、其他行星与地球之间的相互关系。其一、太阳光度的周期变化影响地球的气候。太阳光度处于弱变化时，辐射量减少，地球变冷，乃至出现冰期气候。米兰科维奇认为，夏半年太阳辐射量的减少是导致冰期发生的可能因素。其二、地球黄赤交角的周期变化导致气温的变化。黄赤交角指黄道与天赤道的交角，它的变化主要受行星摄动的影响。当黄赤交角大时，冬夏差别增大，年平均日射率最小，使低纬地区处于寒冷时期，有利于冰川生成。^[29][10]

地球物理学成因说影响因素较多，有大气物理方面的，也有地理地质方面的。^[10][30]

频繁的火山活动等使大气层饱含着火山灰，透明度低，减少了太阳辐射量，导致地球变冷。^[10]

构造运动造成陆地升降、陆块位移、视极移动，改变了海陆分布和环流型式，可使地球变冷。云量、蒸发和冰雪反射的反馈作用，进一步使地球变冷，促使冰期来临。^[30][10]

CO2能阻止或减低地表热量的损失。如果大气中CO2含量增加到今天的2~3倍，则极地气温将上升8~9℃；如果今日大气中的CO2含量减少55~60%，则中纬地带气温将下降4~5℃。在地质时期火山活动和生物活动使大气圈中CO2含量有很大变化，当CO2屏蔽作用减少到一定程度，则可能出现冰期。^[10]

反馈机制（气候系统某一方面的变化引发进一步的变化）可能在放大冰河时期的降温效应方面发挥了作用。 例如，冰盖的增长可以 铅 增加阳光的反射，这反过来又可以进一步冷却地球并促进更多冰的生长。^[31]

在地质史的几十亿年中，全球至少出现过几次大冰期，公认的有前寒武纪晚期大冰期、石炭纪-二叠纪大冰期和第四纪大冰期。在地球发展史上有冰期的时间只占整个地球历史时期的10%左右，而绝大部分时间是处于温暖期。已被确认的大冰期有以下几次。^[32][9]

新太古代大冰期是已知地球上最早的大冰期。以加拿大南部和美国大湖区西部的休伦群高干达组冰碛层为代表，该地层年代为距今27~23.5亿年前。另外，在南非、澳大利亚西部、印度都有这次冰期的产物。这次大冰期持续约4000万年。^[33][9]

前寒武纪大冰期是距今约9.5~6.15亿年前的一次影响广泛的大冰期，称为雪球地球；这段时间地球遭受严重的冰冻，平均温度可能一度跌到了零下50摄氏度左右。其遗迹除南极大陆尚未发现外，世界各大陆的许多地方都有保存，并多被非冰川沉积岩层所隔开，表明该冰期是多阶段性的。最早发现于苏格兰、挪威，此后在中国、澳大利亚、非洲、格陵兰和北美相继发现。以挪威北部芬马克的冰碛qì岩为其代表。在中国则为震旦系底部带擦痕的南沱冰碛层，主要分布在长江中下游等处。^[5][9]

早古生代大冰期是发生在奥陶纪晚期至志留纪早期的大冰期。约距今4.6~4.4亿年前，有人认为可能延续到泥盆纪晚期（3.6 亿年前）。其混碛岩见于法国、西班牙、加拿大、南美、北非及苏联新地岛。北非的冰碛岩露头极佳，并保存有若干冰川地貌的遗迹，如保存极好的冰壅构造、鼓丘、蛇形丘和砂楔等地形。^[9]

晚古生代大冰期发生在石炭纪中期至二叠纪初期的一次冰期，这个时期沼泽森林极为茂盛，是地质历史中重要的成煤时期。当时全球气温普遍下降，形成大面积的冰盖与冰川，持续时间长达8000万年，是地球历史上影响最为深远的一次大冰期。见于印度、澳大利亚、南美、非洲及南极大陆的边缘。澳大利亚东南部和塔斯马尼亚岛是这次大冰期冰川作用最强的地区。^[8][9]

晚新生代大冰期是地球历史上最近的一次大冰期。自新第三纪出现冰期与间冰期交替，一直延续至今。早在渐新世南极就开始出现冰盖，中新世中期冰盖已具规模，是最早进入冰期的地区。第四纪初期的冰期环境波及全球，中期达到最盛，所以晚新生代大冰期主要指第四纪冰期。当时，北半球有两个大冰盖，即斯堪的纳维亚冰盖和北美劳伦冰盖。前者的南界到达北纬50°，后者达北纬38°附近。此外，在中、低纬的一些高山区还发育了山麓冰川或小冰帽。大约在8000~10000年前，全球又普遍转暖，大量冰川和冰盖消失或收缩，地球进入冰后期。但是，诸大陆的冰川和冰盖并未完全消失。^[9]

更新世冰期又称第四纪冰期、新生代冰期。^[34]地质学家把人类开始出现以来迄今的地质历史称为第四纪。第四纪也称为第四纪冰川期。我们通常说的"冰河时代"，就是指这个时期。一些观点认为，第四纪是地球气候变动异常剧烈的一个时期，也是人类进化发生的时期，有着非常特殊的意义。在此期间，地球气候曾经发生过很多次冷暖回旋，寒冷的冰期和相对温暖的间冰期(即两次冰期之间的时期)交替出现。冰川反复扩张又退却，在极盛期间曾覆盖地球30%的表面。因此，第四纪才被称为第四纪冰川时期。^[11]

1、第四纪全球气候普遍变冷，出现冰期，是划分第四纪的标志之一。气候变化是划分和对比第四纪地层的重要依据之一。在气候变迁史上，第四纪古气候以显著变冷为其特征，这是区分新近纪和第四纪的明显标志之一。第四纪不仅以全球性的变冷为特征，同时又有多次的冷暖干湿波动。2、第四纪哺乳动物演化的阶段性是划分第四纪的主要依据。第四纪植物群的演化是恢复第四纪气候的重要标志。无脊椎动物和微体动物是恢复第四纪环境的重要标志。古人类和古文化的发展阶段是划分和对比第四纪地层的重要手段。3、第四纪构造运动是新构造运动的一部分。第四纪构造运动控制着第四纪沉积。第四纪虽然短暂，但地壳运动始终在进行着，而且在有些地区还很活跃，特别是火山活动和地震。^[11]

根据南极洲的冰蕊所记录的大气二氧化碳浓度，更新世冰期可以划分为以下冰期/间冰期周期：

参考资料：^[9]

中国西部高山地区的冰期划分已为人们所公认，以研究较好的喜马拉雅山珠穆朗玛峰区北坡为例，第四纪冰期划分为：

参考资料：^[12]

1937年，李四光以庐山为研究点，完成了著作《冰期之庐山》，并于1947年出版；1956年，云南大学组织了对玉龙雪山的科学考察，任美锷等对现代冰川与第四纪冰川进行了考察研究，划分了大理冰期与丽江冰期；同年，中国科学院新疆综合考察队进行了地质、地貌、冰川的考察；1958年，中国科学院启动了祁连山冰川考察，进行了冰川与地貌、气象与水文、冰川测图与冰雪融化等研究；其间，夏开儒、刘泽纯等对祁连山等地区的第四冰川展开研究。1964年的希夏邦马蜂科学考察和1966~68年的珠穆朗玛峰地区的科学考察，考察者明确划分出4次冰期，并给予了地方性冰期名称。^[22]

1921年前，国外地质学家不支持中国有第四纪冰川，直到李四光发现这个观点是错误的。1933年12月，李四光在《中国地质学会志》上发表了《扬子江流域之第四纪冰期》一文，介绍了庐山冰川作用的地貌证据，诸如平低谷、U形谷、悬谷、冰斗、冰窖等，探讨了冰期的时代，还介绍了长江流域以及其他地区的冰川现象和存在的问题。但这一观点仍然受到国外专家的质疑，他们认为庐山地貌不存在典型的冰川遗迹。1934年春，丁文江、翁文灏两人筹集了一笔资金，邀请英国、瑞典等地的外国学者一起去庐山进行有关第四纪遗迹的现场检验和探讨。李四光以主讲人的身份带着大家观看了庐山的冰川遗迹，并阐述了自己的观点，但仍未在公开场合得到认可。1936年，他又在黄山发现了冰川活动的证据，并发表了文章《安徽黄山之第四冰川现象》，引起了国内外学界的反响和震动。当时由国际联盟派到中央大学(今南京大学)的冰川学家、澳大利亚籍的费斯孟教授看了这篇论文后，专程去了庐山、黄山和天目山考察，然后，他根据考察的结果写下了《中国更新世的冰川现象》，刊登在德国《土壤冰川》杂志上,终于承认了中国第四纪冰川的存在。1936年，李四光第四次去了庐山等地，寻找到了更多有关冰期冰川的证据，然后撰写有关庐山冰期、冰川的初稿，终于在1937年写成了《冰期之庐山》，并于1947年出版。^[35]

关于中国东部第四纪冰期的问题，仍在争论中。由于气候变化随地区的差异和研究方法的不同，各地冰期的划分有所不同。1944年，李四光以庐山为样板，将中国东部第四纪冰期由老到新划分出鄱阳、大姑、庐山冰期，再加上1937年H.von费师孟提出的末次冰期──大理冰期，建立了中国东部第四纪冰期系列。对此，一些中外学者一直持有不同意见。80年代初，施雅风等提出：除太白山、长白山主峰区及台湾中央山脉等海拔3500米以上的高山存在第四纪冰川遗迹外，长江中下游山地、广西桂林、湖北神农架、北京西山、东北大兴安岭等都缺乏可靠的古冰川证据；中国东部和西部在第四纪冰期时的表现形式是不一样的，东部地区不具备发育成山岳冰川的水、热和地形条件，只是处于一个气候较寒冷的时期，李四光所确认的东部古冰川遗迹实非冰川成因，如把泥石流堆积误认为冰碛物等；东部地区第四纪冰期系列，除大理冰期外，其他冰期均缺乏根据。^[12]

大冰期对全球的影响是显著的。

1、大面积冰盖的存在改变了地表水体的分布。晚新生代大冰期时，水圈水分大量聚集于陆地而使全球海平面大约下降了100米。如果现今地表冰体全部融化，则全球海平面将会上升80~90米，世界上众多大城市和低地将被淹没。

2、冰期时的大冰盖厚达数千米，使地壳的局部承受着巨大压力而缓慢下降，有的被压降100~200米，南极大陆的基底就被降于海平面以下。北欧随着第四纪冰盖的消失，地壳则缓慢在上升。这种地壳均衡运动至今仍在继续着。

3、冰期改变了全球气候带的分布，导致大量喜暖性动植物种灭绝。^[36][10]

冰川波动一般包括冰舌进退（其特征时间为101a）和冰川物质平衡，零平衡线高度变化（其特征时间为100a）等几项内容，它们均与短气候变化紧密相联。近40多年以内是各种地学资料最多的年代，可以进行较仔细的讨论。有些气候学家认为，在这段时间里出现过两次气候突变，一次在1960年代中，一次在1980年代初。或者说，可以将此40多年以内的气候分为三个时段。以下将1960年代中至1970年代末这一时段简称为70年代，重点讨论此时段的冰川与气候波动及其可能原因。70年代是北半球的低温时段（南半球为高温时段），中国大部份地区是低温少雨时段，青藏高原积雪面积亦变小。可是由于地形性热力环流的调节，使高海拔区在该时段的降水反略有增加，于是前进冰川的比例大为增加。这一点与“小冰期”的情形颇为相似。70年代是地球自转的慢段，是太阳黑子的相对低值时段，也是中国大陆地震多发的时段。^[37]