什么是冰期
地球上气候寒冷,具有强烈冰川作用的地史时期。地史上的冰川作用是根据当时的沉积记录确定的,与现代冰川沉积比较而识别地层中的冰碛层,将冰碛层广泛发育的时期划归冰期。第四纪的冰碛层分布广,是最早确定的冰期,后来逐渐识别了更古老的冰期,如石炭-二叠纪冰期和前寒武晚期的冰期等。
第四纪冰期可划分为几个冰期与间冰期,比第四纪更古老的冰期也可类似地划分为冰期与间冰期。因此,有广义的与狭义的冰期,广义的冰期指第四纪冰期、石炭-二叠纪冰期等,狭义的冰期是指低一层次与间冰期相对应的冰期。也有人使用大冰期一词代替广义的冰期,如第四纪大冰期和石炭-二叠纪大冰期等,而冰期仅代表狭义的冰期。
大冰期是指地史中气候寒冷,极地广布冰盖,中、低纬度地区有时也有强烈冰川作用的时期。在大冰期中,气温不是在一个寒冷的水平上,寒冷与相对较温暖的时期循环地变化着。大冰期中较寒冷的时期叫做冰期,该期间,冰川作用最强烈,高纬度地区(极地)的冰盖向中、低度伸展,高寒地区的雪线显著下降,冰体覆盖面积加大,冰层增厚,海水量相应减少,致使海平面下降形成大面积海退。大冰期中相对温暖的时期叫做间冰期。间冰期冰川作用相对地变弱,冰盖向高纬度退缩,雪线升高,由于冰体大量消融,冰融水注入海洋,致使海平面上升形成大面积海侵(见海进)。
大冰期、冰期和间冰期都是根据气候划分的地质时间单位。在大冰期中的全套沉积地层中,冰碛层与非冰碛层相间出现,冰碛层的沉积时间为冰期,非冰碛层的沉积时间为间冰期。冰期和间冰期的时间间隔大致相当地史时间单位的期,大冰期的时间间隔相当地史时间单位的世或大于世,两个大冰期之间的时间间隔比大冰期的时间长,可以是地史时间单位的几个纪。在漫长的几十亿年地球历史中,可以将大冰期看作地史中出现的几次寒冷气候地质事件。
由于古老的沉积记录保存不完全,确定地史中的大冰期不都像第四纪大冰期那样容易,究竟发生过几次寒冷地质事件,至今认识还不一致。前寒武晚期,石炭-二叠纪和第四纪是最明显的3次大冰期。奥陶-志留纪大冰期的冰川作用规模较小,前寒武中期(约23亿年前)被认为是地史中最早的大冰期。
第四纪大冰期冰碛层保存最完整,分布最广,南、北两极均有大冰盖(见图)。
冰期最盛时,北半球的格陵兰、冰岛、整个加拿大至纽约、斯堪的纳维亚南延至欧洲北半部以及西伯利亚北部均为冰体覆盖。冰期最盛时,海平面下降达130米,致使英吉利海峡和白令海峡消失。中国第四纪冰川沉积分布在东北、西北和西南的山区及高原地区,东部山前平原是否有冰川沉积和中国是否有大陆冰川还有争议。
大冰期及冰期的形成,与地球表面气温下降有直接关系。气温升降受大气成分和太阳辐射能量变化等因素的影响,也受到地球和太阳在运行轨道上的各种因素的制约。单独研究某一时期的气温变化和分析各种因素的影响,是很复杂而较困难的事情。由于气温变化具有由暖变冷和再由冷变暖的周期性循环,在冷或暖的一段时期中还有若干次相对冷暖变化的次一级周期性,如此构成了不同级别的气候旋回。大冰期及冰期的成因,多数研究者也从其周期性考虑,大冰期及其间温暖期是最大级别的气候旋回,冰期和间冰期是大冰期中次一级别气候旋回。这些大级别气候旋回的成因,目前还是一些假说性的推论。
大冰期的形成,许多研究者认为与太阳在银河系中的运行周期有关。有的认为太阳运行到近银心点区段时的光度最小,使行星变冷而形成地球上的大冰期;有的认为银河系中物质分布不均,太阳通过星际物质密度大的地段时,降低了太阳的辐射能量而形成地球上的大冰期。太阳绕银心运行一周的时间,认为是3亿年左右,与前寒武晚期、石炭-二叠纪和第四纪3次大冰期之间的间隔相当。G. E.威廉斯(1975)还认为大冰期的出现有1.5亿年的周期,他统计前寒武晚期 3个冰期的时间为6.15、7.70和9.40亿年,它们间隔1.6亿年左右;显生宇中加入奥陶-志留纪大冰期,再假设侏罗纪有一个寒冷期,也具备1.5亿年的间隔。第四纪大冰期中冰期的形成,南斯拉夫M.米兰科维奇(1920)认为夏半年日照量减少是主要原因。夏半年日照量的变化与地球轨道的偏心率、黄道面与赤道面交角和岁差3个参数的变化有关,1941年他以这3个差数在地史中的变化计算出9个日照量最小值,前3个为一组在玉木冰期之内,其他6个每两个一组,依次与里斯、民德和贡兹3个冰期相当。
参考书目徐道一等编著:《天文地质学概论》,地质出版社,北京,1983。
L.A.弗雷克斯著,赵希涛等译:《地质时代的气候》,海洋出版社,北京,1984。(L. A. Frakes, Climates Throughout Geologic Time, Elsevier Scientific Publishing Co., Amsterdam,1979.)
M. J. Hambrey and W. B. Hardland, Earth's Pre-pleistocene Glacial Record, Cambridge University Press, Cambrige,1981.
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