气候地层学的研究对象与特色

气候地层学(climatostratigraphy)是根据地层中的古气候旋回，结合地质年龄来进行地层的划分和对比的地层学分支学科。“气候地层学”亦称“气候地层法”(climatic stratification)，最早系从“冰川地层法”(glacial stage stratification)演绎而来，是根据第四纪中多次冰期和间冰期气候变化的规律，对第四系进行划分和对比的一种方法，它与岩石地层、生物地层和年代地层共同成为第四纪地层划分对比的4种方法。全球性的显著的冷暖气候变化与旋回性发展是第四纪的主要特点之一，对生物迁徙、不同成因沉积层的分布与地貌发育影响深刻，并形成了具有重要环境意义的地质记录。

因第四纪地层中孢粉组合所反映的植物群在垂直剖面上的变化、冰川与沙漠的进退、黄土堆积与“间断”，以及海相沉积中微体生物演化方面所显示的世界性海面变化等都与冰期、间冰期密切相关，故气候地层学可以在全球范围应用。目前，许多国家都采用冰期－间冰期、冰阶－间冰阶乃至更短时间尺度的冷暖变化划分对比第四纪的时期与地层。

气候地层学的研究对象涉及到第四纪期间地球表层系统各个圈层——地磁圈、地貌圈、沉积圈、水圈、大气圈、生物圈、人类圈甚至历史文化圈的发展历史以及诸圈层之间的相互关系。从气候地层学出发，阐明第四纪人类生存环境及其变化规律，进而探索并制定其保护机制，这在理论上有助于地球系统所涉及到的一系列基本理论问题的解决，诸如全球变化及预测、天体演化规律、人类起源与演化、生物进化等;在实践上，可以应用于土地资源开发、环境管理与评价和工程地质建设等各个领域，具有重要的意义。

气候地层学是一门综合性很强的学科，与许多学科具有密切的联系。如图15－1所示。

图15－1　气候地层学涉及的相关学科

20世纪初叶，Penk＆Bruckner(1909)根据阿尔卑斯山及其山地外围4套冰积砾石层，首次提出欧洲第四纪具有4次冰期，这就是经典的阿尔卑斯冰期系列:恭兹(Günz)、民德(Mindel)、里斯(Riss)和玉木(Würm)冰期，相邻的两个冰期之间的间冰期:恭兹—民德、民德—里斯和里斯—玉木间冰期。自此之后的数十年乃至更长的时间，全世界特别是我国基本上以此为所谓“参照系”进行气候地层学划分。我国第四纪冰川和冰期划分系由李四光建立。早在20世纪20年代，李四光发现了太行山东麓和大同盆地的冰川遗迹(Lee，1922)。后来，李四光以庐山第四系为主要研究对象，将第四纪冰期由老到新划分出与阿尔卑斯冰期对应的鄱阳、大姑、庐山冰期，提出了该地区存在3次冰期和2次间冰期(李四光，1947)。加上Wissmann(1937)在云南西部划分的大理冰期，中国东部第四纪冰期系列从老到新划分为鄱阳冰期、鄱阳—大姑间冰期、大姑冰期、大姑—庐山间冰期、庐山冰期、庐山—大理间冰期、大理冰期。虽然，后来的研究多认为庐山不存在第四纪冰川，但也足见从气候地层学出发进行第四纪地层划分对比的意义。施雅风等(2011)经过对青藏高原及其周边山地的多年考察与研究，近年提议将中国冰川地层的代表名称由老至新统一成希夏邦马冰期(?)、昆仑冰期(780～580ka B P)、中梁赣冰期(420～280ka B P)、古乡冰期(13ka～?)和大理冰期。这一提议，对于我国独具特色的第四纪冰川气候地层学的研究开拓了新的视野。

经典的阿尔卑斯冰期系列在20世纪50～70年代，逐渐被深海沉积氧同位素研究结果(Emiliani，1955，1966;Shackleton＆Opdyke，1973，1976，1977)完善，特别是Shackleton et al．(1973)首次提出仅Brunhes时约0．8Ma B P以来就有8次完整的冰期旋回以后，随着深海沉积有孔虫壳体氧同位素分析及深海钻孔古地磁界线年龄的确定，科学家业已发现第四纪具有数十次万年时间尺度的冰期—间冰期旋回。至20世纪末叶，通过对过去全球变化(PAGES)研究的深入，南、北半球已经建立了第四纪以来具有区域可比性较高分辨率的深海和大陆气候模式(Raymo et al．，1989;Ruddiman et al．，1989;Ding et al．，1990;Liu et al．，1993，1999;Tim et al．，1998)。其中，在太平洋、北大西洋等地还发现晚第四纪存在高频率的数十次千年尺度的冷/暖剧烈振荡(即后来以丹麦哥本哈根大学的Dansgaard教授和瑞士伯尔尼大学的Oeschger教授名字联合命名的D/O循环)和6次极端寒冷的Heinrich事件以及YD(Younger Dryas)事件(Jouzel et al．，1987;Heinrich，1988;GRIPMembers，1993;Dansgaard et al．，1993;Braddock＆Linsley，1996)。20世纪90年代特别是21世纪以来，这种不稳定气候事件除了在格陵兰(North Greenland Ice Core Project Members，2004)等地又有新的发现外，也陆续在我国黄土－古土壤(安芷生等，1990a;李吉均等，1990;刘嘉麒等，1994;An，2000;Zhou et al．，2010;Sun et al．，2011)、沙漠(陈发虎等，2001;Zhang et al．，2004;Li et al．，2000，2007，2008;Wen et al．，2009;Lu et al．，2010;Du et al．，2011，2012;Si et al．，2013)、湖泊岩芯(王苏民等，1994;An et al．，2012)、青藏高原冰芯(Yao et al．，1997)、南方石笋(Wang et al．，2001，2005，2008)、海洋岩芯(陈木宏等，2000;罗运利等，2005)、热带玛饵湖(Gergana et al．，2007)等沉积记录中揭示其都有不同程度的体现。

综上所述，凡是涉及到第四纪环境变化的内容，几乎都离不开对气候地层学的认识。第四纪以来不同频率的冰期－间冰期、冰阶－间冰阶乃至百年尺度的跌宕起伏且时有大起大落的寒暖变化，以及针对这些不同时段从全球变化的视角加以对比、寻求其主要的驱动机制是气候地层学的基本研究特色。人类对未来自然环境及其变化一直存在“茫然”与“恐惧”，没有人能够令人类信服地指出哪怕数十年之后的全球自然环境尤其是气温发展的方向如何?从这个意义上来说，气候地层学是唯一的且能够做到的就是地球的过去环境发生了什么，主要的成因机制是什么?气候地层学涉及到的第四纪自然环境的发生、发展及变化规律，也许还能够指明现在和未来人类正在处于类似于过去环境变化的哪一个周期。换句话说，气候地层学能够深入过去、认识现在和继往开来。