本文關(guān)鍵詞：環(huán)境演變，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

環(huán)境演變研究

環(huán)境演變研究的一般原理與依據(jù)

一、發(fā)展過程與一般原理


　　地理學是時空耦合的科學，不僅研究地域的空間差異，同時也研究環(huán)境 隨時間演變的過程，即環(huán)境演變。
　　我國古代學者很早就對環(huán)境的變遷有所認識。東晉葛洪（公元 284—364 年）在《神仙傳》中寫道，麻姑曾見“東海三為桑田”。雖是神活，卻是最 早見諸文字記載的樸素的海陸變遷思想。以后，唐代顏真卿（公元 709—784 年）、宋代沈括（1031—1095 年）等都曾以山頂、山崖中所見的螺蚌殼為證 據(jù)，闡述了海陸變遷的觀念。
　　科學的環(huán)境演變研究的發(fā)展，是與地質(zhì)學和自然地理學的發(fā)展過程一致 的。
　　17 世紀，西方一些科學家根據(jù)巖層中的化石，對古地理環(huán)境之不同于今 日，開始作了一些推測，并試圖對環(huán)境演變的原因作出解釋。18 世紀后期， 蘇格蘭地質(zhì)學家赫頓（J．Hutton，1726—1797）在他晚年的名著《Theory of Earth》中提出了均變論的思想；其后，英國地質(zhì)學家萊伊爾（C．Lyell，1797
—1875）在 1838 年出版的經(jīng)典著作《地質(zhì)學原理》（Principles of Geology）
中，發(fā)展了這一思想，并提出了均變論學說，成為后來研究古地理環(huán)境的指 導(dǎo)原則。萊伊爾在重建歐洲第三紀古地理環(huán)境方面也作出了杰出的貢獻，并 探索自然環(huán)境演變的原因，聲稱根據(jù)海陸分布和洋流的變化，他“可以作出 樹蕨能生長在極地而云杉能生長在赤道的拼合”。
19 世紀初期，冰期學說得到承認之后，人們對第四紀環(huán)境演變有了比較
深刻的認識。由于力圖恢復(fù)冰期環(huán)境及探索冰期-間冰期輪回的規(guī)律和原因， 環(huán)境演變研究得到了比較全面的發(fā)展。德國科學家彭克（A．Penk）與勃魯克 納（E．Brückner）對阿爾卑斯山冰川沉積的研究和對第四紀冰期的劃分
（1909），南斯拉夫數(shù)學家米蘭科維奇（M．Milankovitch）對冰期-間冰期
變化的天文成因的解釋（1920）等，特別對古氣候?qū)W的興起起了巨大促進作 用。在此時期，奧地利科學家魏格納（A．L．Wegener）從地球物理學、地質(zhì) 學、生物學、古氣候?qū)W、大地測量學等多方面匯集了大量古地理變遷材料， 提出大陸漂移學說（1922），這對以后的環(huán)境演變研究具有深遠影響。
環(huán)境演變研究取得長足進展是在 20 世紀 40 年代以后，導(dǎo)致進展的原因
在于需要與可能兩方面得到了結(jié)合：一是多方面與環(huán)境有關(guān)的社會問題的出 現(xiàn)，使人們急于了解過去的環(huán)境演變規(guī)律，希望能藉以預(yù)見未來環(huán)境演化的 趨勢，從而擬訂對策；二是技術(shù)方面的進步為研究工作的開展提供了手段， 使研究者能取得比較準確的依據(jù)。古地磁測量，利用放射性同位素測定絕對 年齡，深海巖芯和兩極冰蓋采樣的氧同位素分析，航天技術(shù)的發(fā)展使能對月 巖作直接分析以及通過對火星、金星等的探測作比較行星地質(zhì)學的研究等， 都對研究環(huán)境演變起了重大促進作用。60 年代后期，英、美、法等國科學家 提出的海底擴張、板塊構(gòu)造理論，使大陸漂移學說在沉寂 30 年后，以全新的 面貌再現(xiàn)，比較完整地解釋了全球巖石圈的發(fā)展規(guī)律。探索冰期成因的米蘭 科維奇理論，也在深海沉積分析、巴巴多斯島（Barbados Island）珊瑚礁年 齡測定等多項新發(fā)現(xiàn)的事實面前反復(fù)接受了考驗，只是離答案的獲得還存在 著距離。以更新世和全新世古環(huán)境演變?yōu)橹行牡膮^(qū)域環(huán)境演變研究，則正在

得到各國地學界的普遍重視，因為研究成果對了解未來環(huán)境會有更直接的意 義。
　　進入 80 年代以來，需要與可能進一步結(jié)合。一方面，人口的增長、技術(shù) 的進步，使得人類能夠在全球范圍內(nèi)改造環(huán)境，并且可以在一個人的一生中 看到環(huán)境的變化，環(huán)境問題已從局地的、地區(qū)性的問題發(fā)展為全球性的問題， 而為世界各國的科學家和政府首腦所重視。另一方面，生態(tài)學、大氣科學、 地球物理學等學科領(lǐng)域有了長足的進步，積累了豐富的背景材料；計算機、 衛(wèi)星、化學分析測試等分析監(jiān)測手段進一步完善；系統(tǒng)科學的方法正在各個 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。以人類生存環(huán)境為核心的全球變化研究已成為眾多學 科領(lǐng)域共同關(guān)心的問題。全球變化研究的目標是了解調(diào)節(jié)地球獨特生命環(huán)境 的相互作用的物理、化學和生物過程，了解這個系統(tǒng)中正在出現(xiàn)的變化，解 釋和了解人類活動對它們的影響方式。
　　自然地理學的各個分支和地質(zhì)學的各個分支，如地貌學、氣候?qū)W、地層 學、沉積學、古生物學、古生態(tài)學等，都與環(huán)境演變研究有密切關(guān)系。大陸 漂移與地殼升降運動對環(huán)境的演變具有極其重要的意義。討論長時間尺度的 環(huán)境演變，特別是討論地表早期的情況時，大氣圈和水圈的形成和演化，生 物的起源和進化，以及在演化過程中自然地理各圈帶之間的相互作用，都是 十分重要的問題，這就涉及地球的全部演變進化史，甚至涉及地球的起源而 與天文學發(fā)生聯(lián)系。
地質(zhì)學科的基本理論——將今論古，也是研究環(huán)境演變的基本理論依
據(jù)。按照這一理論，假定現(xiàn)代所存在的自然地理過程，在過去的時期里都同 樣存在、同樣地在進行，因而可以利用現(xiàn)代的自然地理過程和自然地理原理
——例如地帶性和非地帶性原理，推論和復(fù)原過去的自然環(huán)境，即“現(xiàn)在是
了解過去的鑰匙”。 但是事實上，隨著地球表面各圈帶的進化，自然地理過程是不可能不起
變化的。例如，當生物圈還處在原始階段的時候，當大氣圈的組分還不同于
今日，特別是氧和二氧化碳的含量大異于今日的時候，生物過程、風化過程 和土壤形成過程等絕不可能完全相同于現(xiàn)代，因而將今論古在環(huán)境復(fù)原方面 的運用既是必須的，又有一定限制。對于物理的、機械的過程，適用的時間 范圍大一些，對于化學的、特別是生物的過程，適用的時間范圍不能過于擴 展。事實上，自然地理范疇的環(huán)境演變研究，至今主要針對著新生代時期， 也即現(xiàn)代自然地理過程大體上都適應(yīng)的時期。
環(huán)境演變的研究需要考慮時間尺度問題，即一幅環(huán)境復(fù)原圖所表現(xiàn)的自
然地理現(xiàn)象所覆蓋的時期長度的問題。各個自然地理要素發(fā)展與演變的時間 尺度有很大差別：大陸漂移、海底擴張引起的海陸分布變化，造山運動引起
的地形起伏變化，在時間尺度小于 105 年級的古地理圖上一般是難以顯現(xiàn)出 來的；但大陸冰蓋的伸展與退縮，海岸線的進與退，在 103 年級的時間尺度 上就會有明顯表現(xiàn)；而水系、植被等要素，甚至在 102 年級時間尺度上就能
有所變化。即使是同一個自然地理要素，本身也存在著多種時間尺度的變化，
例如，氣候要素就可以區(qū)分出從 10 年至 109 年多種時間尺度的變化。因而， 復(fù)原不同的自然地理現(xiàn)象，必須根據(jù)要求選擇恰當?shù)臅r間間距，所選擇的時 間間距必須小于該特定現(xiàn)象的變化率，成果才會有意義。例如，在洲一級的 空間尺度上重建更新世時期的古環(huán)境，覆蓋的時間應(yīng)在不超過 104 年的時間 尺度上，因為已經(jīng)知道，至少在近 70 萬年來，冰期與間冰期以 10 萬年左右

的時間作準周期變化，一幅覆蓋時間超過 105 年的更新世古環(huán)境圖使冰期與 間冰期、甚至前一冰期與后一冰期的各種現(xiàn)象相互重疊不能辨認而失去意 義；而當重建全新世間冰期期間的環(huán)境變化時，對間尺度更應(yīng)選取在不超過
103 年的等級上。

二、環(huán)境演變研究的依據(jù)


　　重建過去的環(huán)境是環(huán)境演變研究的最重要的內(nèi)容之一，其實質(zhì)是以有關(guān) 過去環(huán)境的“記錄”為依據(jù)對過去的環(huán)境進行復(fù)原。作為環(huán)境演變研究的依 據(jù)一般需要具備以下幾個基本條件：第一，具有可識別性，即它是一種物理 的、化學的、生物的、文字的或圖象的等可識別的信號；第二，具有可標定 性，即它的環(huán)境意義可以根據(jù)現(xiàn)代地理過程進行標定；第三，具有可保存性， 即在它生成后能一直保存到現(xiàn)在，并且其屬性未受到后期的影響與改變；第 四，具有一定的分辨率，它在一定的時間與空間尺度上能反映出環(huán)境變化。 根據(jù)來源的不同，環(huán)境演變證據(jù)可分為觀測資料、作為人類物質(zhì)文化過 程的產(chǎn)物的考古與歷史文獻資料，以及作為自然過程產(chǎn)物的古環(huán)境感應(yīng)體； 后兩者又稱為代用資料。下面對環(huán)境演變研究中所主要采用的幾類依據(jù)加以
說明。

1．巖石、地層學的依據(jù)


巖石、地層學方面的資料是復(fù)原古環(huán)境的主要依據(jù)之一。 各種類型巖石的生成與分布，都有各自的地理環(huán)境意義。巖漿活動強烈
的地區(qū)通常都是地殼遭受應(yīng)力的部分，分析地質(zhì)歷史上某一時期的變質(zhì)巖和
巖漿巖的分布，從地殼動力作用方面為恢復(fù)該時期的古環(huán)境奠定了基礎(chǔ)，有 助于識別古造山帶、火山島弧及地震帶等。古山脈帶的判斷在重建古環(huán)境方 面的意義是十分明顯的：山地上升區(qū)和盆地下降區(qū)，前者遭受剝蝕，后者接 受沉積，承受了完全不同的自然過程；高大的山脈經(jīng)常又是重要的地理分界 線。大陸漂移、海底擴張理論的建立，使巖漿巖與變質(zhì)巖的生成和分布所包 含的信息，在恢復(fù)古海陸分布與變遷方面具有重要的意義。
根據(jù)沉積巖的顏色、礦物成分、粒度、磨圓度和分選程度，結(jié)合其中所
含有的化石，可以復(fù)原當時的沉積環(huán)境。 首先是區(qū)別海洋環(huán)境和大陸環(huán)境。判斷海洋環(huán)境最可靠的標志是沉積物
中只存在海生生物化石而不存在淡水生物與半咸水生物化石。根據(jù)沉積物和 化石的性質(zhì)，可進一步區(qū)別海洋環(huán)境中的超深海帶、深海帶、半深海帶和淺 海帶，以及當時海水的溫度、含鹽度、清澈度、氧的含量等環(huán)境條件。深水、 冷水不利于碳酸鈣的沉淀，因而厚層石灰?guī)r的形成意味著淺海暖水環(huán)境；石 灰?guī)r中的鮞狀構(gòu)造也是淺海環(huán)境的標志，因為是在淺水帶緩和的波浪作用下 的產(chǎn)物。
　　沿大陸斜坡快速流動的濁流所造成的分選極差的濁積巖的存在，是大陸 坡半深海帶的標志；而缺少碳酸鈣沉積物則表示水深已在碳酸鹽補償帶以 下，一般已超過 3000 米的深度。深洋盆地中的沉積物以放射蟲等硅質(zhì)浮游生 物遺體組成的軟泥、大洋水體中的浮懸物質(zhì)沉淀而成的紅色或褐色軟泥為標 志；在深海帶和超深海帶中，由于陽光難以透射，生物化石極少見，超深海
　　
的海溝區(qū)內(nèi)的沉積物只是少量來自深海溝邊緣島弧的濁積巖。 由于潮汐作用，海面高度經(jīng)常發(fā)生變化，因而在海洋環(huán)境與大陸環(huán)境之
間存在一個復(fù)雜的過渡地帶，寬度從數(shù)米到數(shù)公里不等，包括淺灘、潟湖、 河灣等多種自然地理環(huán)境，都可以從不同的沉積物質(zhì)和沉積構(gòu)造特征加以識 別。
　　陸上沉積物分別形成于河流、湖泊、沼澤、風沙及冰川等，根據(jù)沉積類 型可以分別恢復(fù)各種陸上自然環(huán)境。
　　在陸相沉積物中，冰磧物及相應(yīng)的冰蝕痕跡、第四紀黃土堆積、紅層、 古沙丘與蒸發(fā)巖等，對恢復(fù)古地理環(huán)境具有特殊的重要意義。
　　冰川是寒冷氣候環(huán)境的產(chǎn)物，現(xiàn)代冰川約覆蓋著全球陸地面積的 10％， 除少數(shù)高山冰川外，主要是高緯度地區(qū)的大陸冰川。通過對冰磧物、冰川紋 泥、羊背石、冰擦痕等的研究，可以恢復(fù)古冰川的分布范圍及其消長過程。 更新世氣候最寒冷時期，冰川的覆蓋面積約為現(xiàn)代冰川面積的三倍；最溫暖 時期，覆蓋面積略小于現(xiàn)代。就整個地質(zhì)時期而論，出現(xiàn)冰川覆蓋只是極為 短暫的“插曲”。更新世時期冰川的出現(xiàn)及多次擴展與退縮，標志著中、高 緯度地區(qū)冰期氣候的降臨及冰期—間冰期的多次交替，以及古地理環(huán)境的反 復(fù)遞變。
第四紀黃土在歐洲、北美主要分布在冰川外緣，黃土沉積表明當?shù)卦谠?br>時期屬于寒冷苔原性質(zhì)的“冰緣”環(huán)境。中國的黃土主要分布在干旱荒漠區(qū) 的外緣，表明黃土沉積時期當?shù)貙儆诟珊菰h(huán)境。隨著冰期、間冰期的交 替，黃土的沉積率有明顯變化。間冰期氣候轉(zhuǎn)暖，黃土沉積率低，在有利的 生物—氣候條件下，黃土表層發(fā)育了土壤層，歐洲、美洲、亞洲的黃土沉積 剖面中都夾有多層古土壤，這是冰期氣候多次為較溫曖的間冰期氣候所中斷 的明證。黃土沉積及其中所含有的生物化石以及反復(fù)出現(xiàn)的古土壤層，是追 溯、重建陸上中緯度地區(qū)環(huán)境演變過程的重要信息來源。
紅層是沉積物中不穩(wěn)定元素與易溶礦物大多淋失而高價氧化鐵、氧化鋁
得以殘存的產(chǎn)物，形成于化學風化強烈的暖熱氣候下，它是暖熱而又有明顯 干濕季節(jié)差別的環(huán)境條件的標志。
廣泛的古沙丘以及短暫片狀洪流搬運所形成的洪積扇群，通常反映了沉
積時期的環(huán)境屬于干旱環(huán)境。根據(jù)沙丘的排列格局和交錯層的傾向，甚至可 以推斷當時的盛行風向。
蒸發(fā)巖由石鹽、石膏、鉀鹽等組成。大型的蒸發(fā)巖沉積主要形成于大型
封閉盆地內(nèi)，大多屬于淺水環(huán)境，而且當?shù)氐恼舭l(fā)量必須大于降雨量和河流 淡水注入量，因而也是干旱氣候環(huán)境的標志。沉積剖面中多層蒸發(fā)巖的出現(xiàn) 則是意味著干、濕環(huán)境的多次交替。
　　在復(fù)原古大陸緯度位置的基礎(chǔ)上，判別各沉積類型，根據(jù)它們的環(huán)境意 義和分布規(guī)律，有可能重建該時期全球的古自然地理帶、古氣候帶（圖 1）。

2．生物、生態(tài)學的依據(jù)


　　重建古地理環(huán)境，更重要的資料來自生物化石。每種類型的自然地理環(huán) 境中都生活著特別適應(yīng)此類環(huán)境的動物和植物，根據(jù)與該化石種有親密關(guān)系 的現(xiàn)代種對環(huán)境條件的要求，可以推斷當時的古環(huán)境。
化石造礁珊瑚的存在不僅表明屬于淺海環(huán)境，而且一般可認為是熱帶環(huán)

境，因為現(xiàn)代造礁珊瑚的生存范圍主要是在南、北緯 30°之間，要求最低月 平均溫度不低于 21℃，只有個別種例外�，F(xiàn)代棕櫚在北半球的分布范圍以北
緯 35—36°為最遠的北界，基本上屬于熱帶、亞熱帶植物；第三紀時期它在 北半球的分布范圍要廣闊得多，表明當時熱帶、亞熱帶所跨緯度比現(xiàn)在寬廣。 在不列顛群島，現(xiàn)代矮樺（Betulanana）生存環(huán)境的最高溫度不超過 22℃， 八瓣仙女木不超過 23℃，它們在第四紀冰期時于中歐平原的出現(xiàn)，表明當時 該地曾經(jīng)是寒冷無樹苔原環(huán)境。


　　對種類繁多的水生軟體動物進行統(tǒng)計分析，除了可以推斷古溫度，還能 鑒定當時它所在的水體是淡水還是鹽水、是靜水還是流水環(huán)境。
　　生物的某些生態(tài)特征往往也具有環(huán)境意義，可以作為重建環(huán)境的依據(jù)。 例如，樹葉有滴雨尖是熱帶雨林的特征；披毛犀的長毛意味著氣候寒冷。一 般說來，同一種屬的哺乳動物個體，有向兩極寒冷環(huán)境而增大的趨勢；第三 紀以來，哺乳動物個體的逐漸增大，至少部分地也可以從氣候在逐漸變冷得 到解釋。與此相反，冷血動物的個體有向赤道濕熱環(huán)境而增大的趨勢，最大 的甲蟲、蚱蜢、多足類動物等，都出現(xiàn)在熱帶和亞熱帶。
　　動植物的繁茂程度都與地理條件適宜與否密切相關(guān)，所以，厚層的煤層 沉積，一般都標志著有利植被生長的溫暖潤濕環(huán)境。動植物的種屬都有向濕 熱氣候而多樣化的趨勢，老第三紀時地中海地區(qū)的珊瑚達 62 屬而現(xiàn)代大西洋
僅 26 屬，種屬的減少是環(huán)境變化的結(jié)果。
　　如果生物體內(nèi)的細胞結(jié)構(gòu)得以在化石中保存下來，就有可能進一步得到 古環(huán)境的有關(guān)細節(jié)。例如，根據(jù)木本植物株干中的年輪現(xiàn)象可以推斷當時的 溫度季節(jié)變化和降水季節(jié)變化；年輪現(xiàn)象不明顯，可能表明生長地當時是全 年高溫多雨的環(huán)境；特殊的年輪現(xiàn)象有可能標志著異常氣候的出現(xiàn)，等等。 在古地理環(huán)境重建中運用生物信息的一個最根本的限制是不能機械地按 現(xiàn)代種屬的環(huán)境要求來解釋過去的生物地理現(xiàn)象，因為生物在進化，生物有 逐漸改變自己對環(huán)境適應(yīng)程度的能力。對猛犸象分布環(huán)境的錯誤解釋是一個 典型的例子；由于最初把它認為是與現(xiàn)代象一樣的喜暖動物，西伯利亞的“猛 犸象時期”曾被誤認為是一個溫暖時期。石炭紀成煤植物缺乏年輪，曾被認 為是氣候缺乏年內(nèi)季節(jié)變化因而屬于熱帶環(huán)境的證據(jù)，這一論斷之所以不能 無保留地接受，就是由于沒有考慮到植物本身的進化因素。因此，特別是在 重建距今久遠的古地理環(huán)境時，選擇進化慢的生物為標志，得到的結(jié)論可靠
性較大。
　　一般說來，根據(jù)動物群或植物群來推斷古氣候、古環(huán)境，要比以個別種 為依據(jù)更為可靠。地球上，北起苔原、溫帶草原和森林，以至熱帶荒漠和赤 道雨林，都具有各自特有的動物群和植物群。
　　60 年代末期以來，研究昆蟲以恢復(fù)短時間尺度環(huán)境變化的工作得到很大 重視。例如，在第四紀最后冰期期間，也曾出現(xiàn)過短暫的溫和時期，植物群 落的演替對短暫的、百年級以下的環(huán)境變化事件往往來不及反映，但敏感的 昆蟲卻能以它們的出現(xiàn)和消失，將此類變化如實地記錄下來，而且許多鞘翅 目、雙翅目昆蟲的形態(tài)與組合自第四紀后半期以來都很少變化，適宜于按照 它們對現(xiàn)代環(huán)境的要求來作出推斷。
　　利用微體古生物所提供的信息以恢復(fù)古地理環(huán)境的工作近年來得到極大 的發(fā)展，而且隨著鑒定、分析手段與方法的進步，展示著廣闊的前景。
　　

沉積物中植物孢子花粉組合的分析，對于重建古植被群從而恢復(fù)古氣
候、古地理環(huán)境所取得的成就，至今仍是其他方面的工作所不能比擬的。得 到世界承認、通用于全球的最后冰期以來氣候變遷期的劃分，就是以不列顛 群島及中歐、北歐孢粉分析為基礎(chǔ)而建立的（圖 2）。歐洲冰期、間冰期自 然地帶的變化圖式也是建立在孢粉分析的基礎(chǔ)上的（圖 3）。與枝、葉、花 果等植物殘體相比較，植物的孢子、花粉具有容易保存下來的優(yōu)點，因為數(shù) 量大，外壁為高強度纖維素組成，耐酸、堿，耐高溫甚至可達 300℃，耐高 壓雖長期埋存在地下仍可不遭破壞。但不同植物，每個植株所產(chǎn)孢粉的數(shù)量 差異極大，所產(chǎn)孢粉傳播可及的范圍差別也很大，如機械地對待統(tǒng)計數(shù)字， 容易造成錯誤的判斷。由于不易遭受破壞，孢粉的再沉積也往往造成混淆現(xiàn) 象，為恢復(fù)植被群落帶來困難。當然，最大的困難還在于如何將古孢粉組合 與現(xiàn)代植物群掛鉤，從而能根據(jù)現(xiàn)代植物群的環(huán)境要求恢復(fù)古環(huán)境，時代愈 遠，困難愈大。


　　水生微體古生物的主要研究對象是有孔蟲、介形類等。根據(jù)它們對鹽度 的適應(yīng)情況，可以鑒定所生存的環(huán)境是海洋、鹽湖或是淡水河湖；根據(jù)它們 對溫度的適應(yīng)情況，可以鑒定所生存的環(huán)境是冷水或是溫水，從而推斷氣候。 底棲有孔蟲隨著水深的變化而具有不同的種屬組合，因而又能藉以鑒定當時 的水深。以沉積物中微體化石群的組合特征與現(xiàn)代海洋環(huán)境中的微體生物群 相對比，可以有效地分辨深海、淺海、海灣、潟湖、河口等不同類型的古環(huán) 境。根據(jù)微體化石群鑒定沿海地區(qū)海、陸相層的交替規(guī)律，對第四紀以來海 侵、海退過程的研究取得了很大成就，肯定了全球性海侵、海退與間冰期— 冰期的暖、冷氣候交替的相對應(yīng)。第四紀深海沉積物中冷水性、暖水性微體 化石群分布范圍的南北推移和交替過程的研究，對于恢復(fù)全球第四紀古氣候 提供了重要依據(jù)，它們的擴展、收縮規(guī)律，與極地大陸冰蓋的伸縮以及全球 自然地帶的南北推移，都是息息相關(guān)的（圖 4）。
生物地理除了反映有機體按照各自對環(huán)境的適應(yīng)沿著生態(tài)界線分布以
外，還反映了高山、大海、荒漠等生物難以穿越的自然阻障的存在：阻障兩 側(cè)的動植物群存在巨大的差異。根據(jù)青藏高原與以南地區(qū)生物群發(fā)生分異的 時間和過程，根據(jù)秦嶺南北生物地理差異出現(xiàn)的時間和過程，推論喜馬拉雅 山脈、秦嶺隆起的時間和上升速率，對于重建我國第三紀以來古環(huán)境演變過 程，是非常有意義的工作。
　　在證實大陸漂移理論和各大陸之間“陸橋”的存在和斷絕的過程方面， 生物地理、特別是脊椎動物的分布特征，起了重要作用。澳大利亞動物區(qū)系 的特殊性，表明它與其他大陸分離較早，，形成獨立封閉的進化環(huán)境。第三紀 早期溝通南、北美洲的巴拿馬地峽在第三紀中期一度沉降中斷，因為在隨后
的 4000 萬年里，南美洲的陸上哺乳動物孤立發(fā)展，出現(xiàn)了若干平行于世界其 他地區(qū)的類型；至第三紀末期，陸橋重又建立，因為動物化石類表明兩洲的 動物群又相互遷入對方。更新世時期，北美西北與亞洲東北部曾以通過現(xiàn)代 白令海峽的陸橋數(shù)度相連的事實，也是通過脊椎動物的遷移，包括早期人類 的遷入北美而揭露出來的。
　　樹木年輪分析在近一二十年中發(fā)展極為迅速，目前在除了南極洲以外的 各個大洲上均開展了樹木年輪的研究工作。樹木年輪的寬度可用來代表樹木
　　
生長量，它明顯地受到環(huán)境因素的制約，每年年輪寬度的變化即可定量地反 映對樹木生長限制作用最大的因素的變化信息。如在高緯度或高寒山區(qū)森林 的邊緣，樹木年輪的變化主要反映溫度的變化；在干旱、半干旱地區(qū)或干濕 季節(jié)變化明顯的地區(qū)，年輪寬度的變化主要反映降水的變化。其時間分辨可 達到年甚至季度。一般的樹齡為幾十年或數(shù)百年，利用交叉定年技術(shù)，可以 把取自古建筑、古棺木、家具、埋藏古木等的考古年輪資料與現(xiàn)代年輪資料 銜接起來，從而延長環(huán)境演變序列，在有些地區(qū)，年輪序列已延長到數(shù)千年。



3．地球化學的依據(jù)


　　沉積物與化石的化學性質(zhì)有可能記錄了古氣溫、降水量、水體的鹽度等 環(huán)境要素，因而地球化學與化學地理資料也是古環(huán)境重建的信息來源。為高 價氧化鐵所染色的紅色砂、頁巖，具有指示高溫、低緯的古地理意義；經(jīng)受 強烈化學風化和淋溶作用，以殘積物性質(zhì)留存下來的鐵礬土，是熱帶多雨氣 候的標志。
　　許多痕量元素有明顯的古環(huán)境含義。例如，含鎵較多的頁巖屬于淡水環(huán) 境沉積物；銣、硼的相對含量較高，則屬于海水沉積環(huán)境，因為后者是隨著 水體中含鹽量的增加而增加的。
海洋介殼類外殼中鎂與鍶的含量隨水溫而變化，因而可以根據(jù)海底富含
無脊椎動物介殼的鈣質(zhì)沉積物中鎂與鍶含量的測定，以推斷古水溫。含量較 高，屬于低緯暖水環(huán)境；含量低，屬于高緯冷水環(huán)境。但這種差異所反映的， 也可能只是淺水或深水環(huán)境的不同，深水環(huán)境水溫低于淺水環(huán)境。
粘土礦物的性質(zhì)標志著不同自然地帶的風化特征，也具有古環(huán)境意義。
例如，伊利石的含量在赤道地帶最低，隨緯度升高而增高；高嶺土相反，在 赤道強烈化學淋溶地區(qū)含量最高。南美亞馬孫河口不同時期沉積物的分析表 明，全新世時期的沉積物中高嶺土含量較高；最后冰期時期的沉積物中高嶺 土含量較少，且含有相當比重的未分解的方解石，從而為全球性自然地帶的 推移提供了證據(jù)：當?shù)噩F(xiàn)代的赤道雨林環(huán)境，在一兩萬年以前應(yīng)是屬于熱帶 稀樹草原環(huán)境。北非西海岸海底沉積物中粘土礦物的變化以及沙漠來源的石 類顆粒含量的變化，提供了相同的結(jié)論：一兩萬年以來，自然地帶出現(xiàn)過明 顯的移動。
生物體與沉積物對周圍的環(huán)境，最初是有可能處在一定的化學平衡之下
的，但由于對沉積地點后來的環(huán)境變化有很大的敏感性，有可能使原來的化 學性質(zhì)發(fā)生改變。因而，某些地球化學與化學地理資料，在與其他證據(jù)共同 使用、相互印證時是有價值的，單獨使用時需要慎重對待。

4．地球物理學的依據(jù)


　　古地磁學和同位素分析成果在近年來對推進環(huán)境演變的研究方面作出了 重大貢獻。


　　火成巖和沉積巖中都含有細粒的磁性礦物，這些磁性礦物在巖漿冷卻的 過程中或沉積物的沉積過程中，都受當時地球磁場的作用。成巖以后，這些
　　
古磁場特征，包括磁極方向及對緯度高低起指示意義的磁傾角大小，便都“凍 結(jié)”在巖石中得到保存。對不同年代的巖石作古地磁測定，可以確定當時磁 極的位置以及恢復(fù)采樣地點的古緯度（圖 5）。對各大陸許多不同年代的巖 石樣品作古地磁測定后發(fā)現(xiàn)，地球發(fā)展過程中，磁極的位置在不斷變化，而 且根據(jù)某一大陸上的巖石古磁性所測得的磁極的移動路徑，與另一大陸上測 得的移動路徑存在不一致現(xiàn)象。由于只存在一對磁極，結(jié)論只能是：各大陸 的相對位置、空間排列，隨著時間的推移而在變化。這是近年來大陸漂移理 論得以復(fù)活的重要依據(jù)，而大洋底部巖石的古地磁測定成果則是海底擴張、 板塊構(gòu)造理論得以奠定的得力支柱。對于重建自然地帶、理解環(huán)境演變的過 程與原因，古地磁測定的重要意義也是不言自明的，現(xiàn)在位于熱帶緯度的印 度次大陸，石炭二疊紀時期存在過大陸冰川，原因是當時它與現(xiàn)代的非洲、 南美洲和澳大利亞等都處在南半球接近南極圈的位置上（圖 1）。近年來， 磁化率的變化也被用來推測氣候變化，磁化率高反映暖濕環(huán)境，反之，為冷 干環(huán)境。
在分析穩(wěn)定同位素以恢復(fù)古氣候的工作中，至今以氧同位素的利用最為
廣泛，效果也最好。存在著三種氧同位素：16O、17O、18O。其中 17O 含量極小， 可忽略不計。在 H218O 與 H216O 之間存在著蒸汽壓的不同，因而通過蒸發(fā)與凝
聚過程將引起同位素分餾，使存在于不同環(huán)境中的水，其 18O 與 16O 含量比（18O
／16O）出現(xiàn)微小差異。蒸發(fā)過程中，輕的水分子易蒸發(fā)，從而使 16O 在水汽 中得到富集；凝聚過程中，重的水分子易于凝結(jié)，將使剩余水汽中的 16O 比 重進一步增大；因而陸上水體中 18O／16O 的值均小于標準平均大洋水（SMOW） 中的 18O／16O 值。離海洋蒸發(fā)源愈遠，經(jīng)歷多次蒸發(fā)—凝聚作用，水體中此 值愈小。以標準平均大洋水中的 18O/16O 值為準，差值可以δ18O 表示
18 O / 16 O( 樣品) -18 O /16 O(SMOW)

δ18O =

18 O / 16 O(SMOW) ? 10 ‰

　　蒸發(fā)、凝聚作用均受溫度影響，所以δ18O 值與溫度之間可以建立關(guān)系。 南、北極地的冰蓋是由各個不同時期的降雪積累、壓實而形成的，取得不同 時期的冰層中的δ18O 值，即可恢復(fù)各時期冰原的古氣溫。對格陵蘭西部世紀 營（Camp century）最近一百年的冰層作逐年氧同位素分析，推算得百年來 的氣溫變化，與鄰近氣象站的實測記錄相符。據(jù)最近一千年來冰層中δ18O 值推算的氣溫變化，與根據(jù)歐洲歷史文獻等推算的結(jié)論一致。最近 13000 年 來的冰層δ18O 含量變化表明，約在距今 10000 年前，δ18O 值急劇增高，標 志著冰期的結(jié)束；冰后期的“暖期”，δ18O 值高于現(xiàn)代；距今 4000 年左右 以來，伴隨著短期振動，δ 18O 值稍呈減低的趨勢，與全球氣溫的緩慢轉(zhuǎn)冷相 符（圖 6）。取自南極冰蓋的冰芯分析，也得到同樣良好的結(jié)果。



對深海沉積物中構(gòu)成有孔蟲殘骸的 CaCO3 作氧同位素測量，為恢復(fù)第四 紀以來古海水溫度變化提供了可靠的證據(jù)。有孔蟲介殼中的CO2- 離子與大洋
2- 2-
水中的CO3 離子之間處在一定的平衡狀態(tài)，而CO3 離子在與周圍海水中的氧
同位素進行交換的過程中，18O 進入到 CO32-中的比重受溫度的影響：水溫增
高，碳酸鹽溶解量降低，濃集效應(yīng)降低；水溫降低，濃集效應(yīng)增高。因而，

測得不同時期沉積層中有孔蟲殘骸的δ18O 值，即可以計算出有孔蟲生存時期 的海水溫度。實際上，有孔蟲殘骸中δ18O 的變化除了反映水溫，還包含了大 陸冰蓋伸縮的影響：冰期來臨，大陸冰蓋擴展，低 18O 含量的淡水大量滯留 在冰蓋中不再回歸大洋，大洋水中的 18O 含量顯著增高，此時期有孔中介殼 中的 18O 含量必將增大，此一影響甚至可以比海水溫度的直接影響更為顯著。 兩類效應(yīng)恰好是同向的，二者的疊加，使各大洋深海有孔蟲沉積物的δ18O 變化曲線對第四紀以來全球性的冷暖變化能有比較確切的反映。在最近 70
萬年來，已有過八次明顯的冷暖交替。
　　極地冰蓋和洋底有孔蟲殘骸的δ18O 的測定，為恢復(fù)第四紀古溫度提供了 至今最為完整的全球性定量數(shù)據(jù)。
　　同位素分析方法的應(yīng)用對象不限于冰蓋與海底沉積物，對洞穴沉積物、 樹木不同年輪層等的分析，也都取得了良好的成果；所采用的同位素也不限
于氧，1H 與 2H，12C 與 13C 等，也都得到了應(yīng)用。

5．考古學的依據(jù)


　　考古學所獲得的材料，是恢復(fù)全新世六七千年以來環(huán)境演變的重要依 據(jù)。
人類的生活，尤其是在早期，與環(huán)境之間的依存關(guān)系十分密切。聚落位
置、生產(chǎn)方式、建筑結(jié)構(gòu)與形式以至工具、手工藝品等，都有可能反映當時 當?shù)氐沫h(huán)境特征。對比不同地點同時期文化層的特征，可以揭示當時環(huán)境的 地區(qū)差異；對同一地點不同文化層遺物的考察，可以發(fā)現(xiàn)當?shù)?strong>環(huán)境演變的過 程。
竺可楨先生在他的著名論文《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》中
引用西安半坡遺址（公元前 5600—6080 年）及安陽殷墟遺址（公元前 1400
—1100 年）所發(fā)現(xiàn)的亞熱帶動物遺跡，作為當時黃河流域氣候比現(xiàn)今溫暖潮 濕的證據(jù)。
美國中部平原，密西西比河與密蘇里河之間的米爾（Mill）河流域，印
第安人曾在這里種植玉米、獵取野牛與鹿達數(shù)百年之久。但到 1400 年左右， Mill 河文化突然消失�？脊攀聦嵄砻鳎�1100 年以后的文化層中，動物頭骨數(shù) 迅速減少。其中，鹿頭骨與牛頭骨的比例也有明顯變化，1100 年以前以鹿為 主，以后轉(zhuǎn)為以牛為主。陶器碎片在此時期并未減少，甚至反而增多。1300 年以后，陶器碎片也迅速減少，至 1400 年完全消失。合理的解釋是：當?shù)丨h(huán) 境發(fā)生變化。促使發(fā)生變化的因子是氣候趨向于干旱。由于變干，喜食濕草 的鹿首先減少，進一步干旱化，產(chǎn)草量減少，草質(zhì)惡劣，牛也開始減少。狩 獵對象減少，居民不得不增大種植業(yè)的比重，取水用的陶罐因而增多。干旱 繼續(xù)增強，終于不得不舉族東遷，文化層因而終止。這是利用考古資料推測 環(huán)境演變的生動實例。這一結(jié)論與孢粉分析的結(jié)果相互印證（圖 7）。
1973 年，在浙江省余姚縣城西發(fā)現(xiàn)河姆渡文化遺址。最下部第四層文化
層出土的橡子、木材，經(jīng) 14C 測定的年代為距今 7000 年；大量出土栽培稻秈 亞種稻谷，14C 測定的年代為距今 6800 年。江南河姆渡文化發(fā)展的時代早于 中原黃河流域的半坡文化（距今 5600—6080 年），但到青銅器時期江南文化 卻遠遠落后于中原文化，原因何在值得探討。有可能的解釋是受到環(huán)境演變

的影響。環(huán)境演變研究當前面臨的重大的問題之一是：CO2 增加及其溫室效應(yīng) 如果出現(xiàn)，對我國南北不同地區(qū)的環(huán)境究竟會產(chǎn)生怎樣的影響。解開考古時 期南北文化發(fā)展史上的迷惑，也許有助于理解未來將發(fā)生的事件及作出對 策。

6．文獻記載的依據(jù)


　　歷史文獻中有大量關(guān)于環(huán)境演變的直接記載，如山崩、河竭、湖泊萎縮、 沙漠擴展、聚落遷移、旱澇災(zāi)害等等，都是考證環(huán)境演變過程的依據(jù)。歷史 文獻中更有大量涉及當時當?shù)丨h(huán)境條件的內(nèi)容，包括海陸分布、河湖情況、 城鎮(zhèn)位置、生產(chǎn)方式、氣候、植被、物產(chǎn)等等。對比不同時期文獻中關(guān)于該 方面的記載，可以作出環(huán)境演變過程的推斷。
　　竺可楨先生曾根據(jù)文獻記載中物候現(xiàn)象的差異、植物分布的差異、河流 湖泊封凍時間的差異、雪線高低的差異等，推斷我國公元前 1100 年至公元
1900 年之間的氣候變化，在此期間從溫暖轉(zhuǎn)寒冷以及 17 世紀小冰期等，均 得到清晰反映。

我國文化悠久，歷史文獻之豐富在世界上首屈一指。從二十五史，數(shù)量
近 13000 部之多的地方志，《太平御覽》（宋）、《永樂大典》（明）、《古 今圖書集成》（清）等大型類書以及浩繁的詩文集中，都有可能探尋追溯環(huán) 境演變過程。近年來，對我國東部海岸平原的推進，黃河河道的變遷，長江 口的變化與崇明島的發(fā)展形成，眾多湖澤的萎縮消亡以及西部許多地區(qū)植被 變化，沙漠的推進，聚落的廢棄等過程，都有所闡明，文獻資料對這些研究 提供了很大的幫助。利用旱澇記錄以及河湖溶冰、封凍日期與亞熱植物種植 變化等現(xiàn)象恢復(fù)歷史時期不同階段氣候冷暖、干濕變化，所得到的成果更是 眾多。
國外利用文獻記載推測環(huán)境演變的成果也很多。以英國葡萄種植與釀酒
業(yè)的興衰記載來推測西歐氣候變化，是常被引用的例證。1100—1310 年間， 英國南部葡萄種植十分成功，釀酒業(yè)發(fā)達。但僅僅二百余年便衰落以至完全 消失。15 世紀以后葡萄酒釀造業(yè)不復(fù)存在。其原因即是冬季氣候轉(zhuǎn)向嚴寒， 阻礙了葡萄的生長。

7．儀器監(jiān)測記錄的依據(jù)


　　利用儀器觀測的記錄作為闡明環(huán)境演變的依據(jù)，自能得到最直接的、定 量的結(jié)果。缺點在于記錄所覆蓋的時間都還很短。
　　氣象記錄一般只有一二百年的歷史。1424 年明成祖朱棣曾下令地方官， 每年報告雨量，藉以估計各地農(nóng)業(yè)收成豐歉，應(yīng)有量雨器，但不久即廢。在 北京建立臺站以溫度計觀測氣溫遲至 1867 年才開始。英格蘭中部的溫度記錄 是世界上最長的氣溫記錄之一，起自 1659 年，但這一記錄實際上是由北起愛 丁堡（Edinburgh）南至普利茅斯（Plymouth）許多不同地點的記錄連續(xù)而成 的，1815 年以后才在牛津（Oxford）地區(qū)穩(wěn)定下來。荷蘭 DeBilt 冬季氣溫 記錄起自 1634 年，但實際上正式觀測記錄從 1897 年才開始，以前的記錄都 是根據(jù)當?shù)剡\河結(jié)冰日數(shù)推算而來的。世界各地長短不同的氣象記錄，經(jīng)過
　　
整理，都是研究近數(shù)百年氣候演變的基本依據(jù)。 由于對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大意義，尼羅河的水位測量可能從公元前 3100 年埃
及第一代法老時已經(jīng)開始，至今已有長達五千年的歷史。開羅附近，除若干 年份有缺失外，自公元 622 年至今保存有逐年高低水位的記錄。高、低水位 均呈逐年增高的趨勢，這是河床淤高的結(jié)果。根據(jù)水位升高的情況推算，尼 羅河開羅附近河床每世紀淤高約 10 厘米。


　　這一水位記錄并已用于推算降水變化。由于上游支流青尼羅河源自全年 降水分布比較均勻的赤道非洲，白尼羅河來自東埃塞俄比亞高地、冬夏降水 量變化很大的季風雨區(qū)，低水位曲線的升降應(yīng)能反映赤道雨區(qū)多年降水的豐 歉變化，高水位曲線應(yīng)能反映季風雨區(qū)降水豐歉的變化。按這一原則進行分 析，赤道雨區(qū)的降水量近千余年來是基本穩(wěn)定的；東非高地的降水則有明顯 旱澇變化，其中 1100—1150 年、1400—1450 年以及 19 世紀中葉，都是突出 的降水高峰時期（圖 8）。
　　其他如海洋觀測、地震觀測等記錄，時期更短，但都是研究短時間尺度 環(huán)境演變的重要依據(jù)。


　　自從人造衛(wèi)星上天、遙感技術(shù)得到廣泛應(yīng)用以來，所積累的衛(wèi)星影像資 料已成為分析環(huán)境演變過程極為有效的依據(jù)。許多國家的衛(wèi)星都正在監(jiān)視地 球，直接觀測地表的變化，并測量諸如太陽常數(shù)、平流層性質(zhì)、地面反照率、 海面溫度、陸上生物體、全球云量覆蓋狀況等等物理參數(shù)，以便從全球的角 度來理解環(huán)境演變的機制，為模擬演變過程提供依據(jù)，使環(huán)境演變的研究步 入了一個新紀元。

三、年代測定


　　研究環(huán)境演變，必須對根據(jù)各種不同依據(jù)所重建的每一幕古環(huán)境都定出 它在發(fā)展過程中的時間位置，才能建立演變過程的順序，從而了解全過程。
年代測定包括兩個方面。
　　一類是相對年齡的測定，即將根據(jù)不同依據(jù)所重建的一系列事件相互比 較，定出先后，排列成順序，并按照某個標準事件的出現(xiàn)時間，來估計前后 各事件的大致時間范圍。
另一類是絕對年齡的測定。即對確定某一事件所憑籍的依據(jù)測定年代，
從而這一事件出現(xiàn)的年代也就得到了確定。 前一類方法只是確定相對位置，后一類則是直接定出年代。 一種代用資料在重建古環(huán)境方面的價值，不僅與此項資料對環(huán)境感應(yīng)的
靈敏度與記錄的真切性有關(guān)，而且也與是否易于對之作出年代測定有關(guān)。極 地冰芯應(yīng)用時間范圍的擴展受到限制，困難之一就在于對深層冰的測年技 術(shù)。
　　環(huán)境演變研究在本世紀中期以來得到迅速發(fā)展，取得許多重大突破，一 方面與所憑藉的代用資料的種類不斷擴大、資料內(nèi)涵的發(fā)掘不斷得到加深有 關(guān)；另一方面也是多種有效的絕對年代學測定方法的出現(xiàn)的結(jié)果。
　　現(xiàn)代常用的年代測定方法，包括物理的、化學的、生物的、地質(zhì)的等多 方面手段。
　　
　　利用放射性元素的衰變規(guī)律以測定絕對年齡，在地質(zhì)學和古地理學中應(yīng) 用都很普遍。半衰期長達 1.3×109 年的放射性鉀（40K），適用于測定年齡超
過 5 萬年的樣品，以火山來源的富鉀物質(zhì)為測試對象，這一方法稱為鉀氬法，
因為 40K 衰變?yōu)槎栊詺怏w氬（40Ar）。半衰期僅為 5730 年的放射性碳（14C）， 適用于測定年齡小于 5 萬年的樣品。碳是一切生物體的基本組成元素，生物 生存期間，體內(nèi)的 14C 含量是與周圍大氣中的 14C 量平衡的，從死亡之日起， 不再與大氣或水分中的 14C 進行交換，即不再獲得新的補充，體內(nèi)原有的 14C 原子便按衰變規(guī)律減少，因而，只要測定遺體中 14C 的衰減情況，就可以確 定該生物已死亡多久。14C 年代測定的適用范圍極其廣泛，因為一切動植物遺 體，包括骨骼、毛發(fā)、貝殼、纖維、谷物、木塊、木炭以至泥炭，都可以作 為測試樣品，因而這一方法近年來在對研究最后冰期以來環(huán)境演變方面、考 古環(huán)境研究方面都作出了很大貢獻。
近年來發(fā)展了以直接計數(shù)樣品中 14C 原子數(shù)目為工作原理的加速器質(zhì)譜
計 14C 測年法，即 AMS 法，使得有可能將 14C 的測年極限提高到 7 萬年或更早， 并且所用樣品量極少，幾毫克純碳即可，而常規(guī) 14C 方法需耗散幾克純碳。
地質(zhì)學上采用的放射性元素測定年齡方法還有：鈾（U）—鉛（Pb）、釷
（Th）—鏷（Pa）、銣（Rb）—鍶（Sr）、U 系法等。 古磁場的研究表明，在地球的發(fā)展過程中，磁極有過多次“逆轉(zhuǎn)”。例
如，近 69 萬年以來形成的巖石中，巖石磁軸的北極基本上都是指向現(xiàn)代磁北
極方向的；但在 69 萬年以前至 243 萬年之間的時期，情況正相反，基本上都 是指向磁南極方向的，等等。前者稱為正極性時期，后者稱為逆極性時期。 在正極性時期內(nèi)，存在若干短時期出現(xiàn)逆極性；在逆極性時期內(nèi)，也有若干 短時期出現(xiàn)正極性；此等短時期稱為該“時期”內(nèi)的“事件”或“亞期”。 利用鉀—氬法，標定每一次磁場逆轉(zhuǎn)的絕對年代，可編制成地球的地磁年代 表。測繪待測定年齡的沉積物層的磁性逆轉(zhuǎn)圖象，將它與地磁年代表相對比， 便可以確定待測沉積物層屬于哪一個年代。這一方法稱為古地磁年代測定 法。古地磁方法對測定海洋積物的年齡，及基本上連續(xù)沉積的陸上沉積物如 黃土層的年齡，成效很好，近年來在研究第四紀環(huán)境演變的工作中得到廣泛 利用。
屬于物理類的絕對年代測定法，如裂變徑跡法、熱發(fā)光法等，也較常采
用。
　　活體內(nèi)的氨基酸均呈左旋光性質(zhì)，死亡后，左旋光向右旋光轉(zhuǎn)化，稱為 外消旋作用。因而，根據(jù)氨基酸的外消旋轉(zhuǎn)化率，可以推算出樣品死亡的年 代，稱為氨基酸年代測定法。
　　計算樹木年輪數(shù)以確定絕對年齡的方法，稱為年輪年代法。它與計算水 層、紋泥層等以確定絕對年代的方法在本質(zhì)上有相似之處，即都是利用氣候 季節(jié)變化留下的以一年為周期的痕跡。年輪年代法特別適用于百十年以至數(shù) 千年的年代計算，目前利用樹木年輪推算的最長年代已超出 8000 年。
　　地衣的孢子降落到巖石面上萌發(fā)后，有些種的生長速度是有規(guī)律可循 的。因而，在冰川、雪線前緣，根據(jù)巖石面上所生長的最大的地衣的直徑， 可以推算巖石開始出露于地表的年代，從而了解冰川、雪線后退的過程。
　　傳統(tǒng)的根據(jù)沉積率或侵蝕率以推斷年代的地貌-沉積年代法，雖所得結(jié)論 比較粗略，常需用其他方法進一步驗證，但在某些缺少采用其他測年條件的
　　
場合，仍不失是作出初步判斷的手段。地質(zhì)學上最常用的根據(jù)標準化石以確 定地層時代的方法，具有簡便易得的優(yōu)點，只是在用于確定短尺度環(huán)境演變 事件的時代方面，會受到一定限制。
　　利用史前人類在其發(fā)展過程各個階段所遺留下來的生產(chǎn)、生活用品的性 質(zhì)、形狀、紋飾特征、精致程度等，來判斷這些遺物所在的文化層的年代， 稱為考古斷代法。這些遺物都應(yīng)是隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展而日益趨向于精 美、細致的。一萬年以前舊石器時代的石器都是粗劣的打制石器，及至出現(xiàn) 把石器表面磨光、磨出刃部，就已經(jīng)是距今不及一萬年的新石器時代的工具 了。陶器也是判斷文化層時代的重要依據(jù)。我國黃河流域以彩繪陶器為主要 特征的仰韶文化，屬于新石器時代早期；以黑陶及磨光石器為代表的龍山文 化，則屬于新石器時代的晚期。我國年代最早的青銅器出現(xiàn)在公元前 1900 至公元前 1600 年的文化遺址中；而出現(xiàn)鐵器，則標志著時代已進入春秋晚期 公元前 500 年左右。
　　有許多古代遺物如甲骨、竹簡、青銅器、貨幣等，常刻有文字，甚至紀 年，更是判斷所在文化層年代的良好依據(jù)。
　　對歷史文獻所記載的事件，一般說來，確定年代已不是大困難，但當然 也有仍是十分困難的事例。有時并須將時間精確判斷到季、月甚至日，那就 需要根據(jù)古今中外歷法的變更作出換算，或是進一步作出其他方面的考證 了。
　　
關(guān)于開展地理環(huán)境演變與預(yù)測的研究①

一


　　人類賴以生存的地理環(huán)境以各種不同的時間尺度在不斷演變。地理環(huán)境 的任何變化都會對各種生命有機體從而也對人類發(fā)生或是有利的或是不利的 多方面影響。較小的短時間尺度的變化，所產(chǎn)生的影響可以只是局地性的或 區(qū)域性的，但也往往足以成為災(zāi)難。較大的、長時間尺度的變化影響范圍廣 大，后果深遠，甚至可以迫使人類不得不作出全球性的經(jīng)濟與社會調(diào)整。
　　在自然演變的同時，人類還通過自己的活動使地理環(huán)境發(fā)生變化。隨著 人口的迅速增長和人類社會經(jīng)濟的發(fā)展、人對地理環(huán)境的影響在日益增強， 由此引起的地理環(huán)境的變化，其速度和程度都有可能比自然演變更為強烈， 后果更為嚴重。
　　因此，為了爭取做到比較合理地利用自然，比較有效地改造自然，不僅 需要認識地理環(huán)境的現(xiàn)狀，而且必須對地理環(huán)境的發(fā)展作歷史的認識，研究 地理環(huán)境自然演變的規(guī)律和在人類影響下的變化規(guī)律，從而了解它的演變前 景。
我國地理環(huán)境復(fù)雜，即處在最容易引起氣候變化的中緯度位置上，又受
變化多端的季風環(huán)流的直接控制，大部分地區(qū)新構(gòu)造運動非常強烈，再加上 人口數(shù)量大、人類活動歷史悠久，地理環(huán)境變化所已經(jīng)或可能造成的問題及 環(huán)境演變前景的預(yù)測，都是四化建設(shè)戰(zhàn)略部署所不可忽視的必要依據(jù)。
已有的研究成果表明：在 14—17 世紀小冰期時，我國氣溫低于現(xiàn)代 2℃
左右，生長期比現(xiàn)代短半個月以至 25 天；6—10 世紀隋唐溫暖時期，氣溫高 于現(xiàn)代 1—2℃，生長期長于現(xiàn)代 10—15 天。研究出現(xiàn)此一數(shù)量級溫度變化 的可能性及其對植物生長、農(nóng)作物布局以及耕作制度等方面的影響，對于保 證今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展具有現(xiàn)實意義。
已有的研究成果表明：冰后氣候最適宜時期，我國邊緣海海平面高出現(xiàn)
代海面 2—4 米，海水大面積侵入東部平原地區(qū)。驗潮站的記錄表明：我國沿 海的現(xiàn)代海平面都正在持續(xù)上升，上升率平均達到 2.5 毫米／年；最大甚至 超過 10 毫米／年。今后趨勢與強度的研究，出現(xiàn)氣候最適宜期情況的可能性 的探討，以及導(dǎo)致海面升降變化機制的研究等，對沿海城市規(guī)劃、土地利用、
港口建設(shè)等都有重要意義。
　　我國半干旱地區(qū)廣泛存在著土地的現(xiàn)代沙漠化現(xiàn)象。原來的草原遭到沙 丘侵入，歷史上著名的城鎮(zhèn)荒棄，成為廢墟等等。據(jù)估計僅近 50 年來形成的 沙漠化土地面積就達到 5 萬平方公里。土地沙漠化的原因有多大程度應(yīng)歸于 自然的趨勢，又有多大程度是屬于人為的影響，只有通過對演變過程作出歷 史的分析才能得到正確的結(jié)論，這方面的研究對規(guī)劃、確定今后內(nèi)蒙古、西 北大面積土地開發(fā)利用的方向有重要指導(dǎo)價值。
青藏高原的強烈隆起導(dǎo)致高原本身的自然環(huán)境從亞熱帶森林迅速演變?yōu)?現(xiàn)今的高寒荒漠-草甸，并通過對大氣環(huán)流的影響使高原廣大地區(qū)的環(huán)境發(fā)生 變化。隆起過程仍在進行，高原湖泊的退縮、湖水的鹽化等現(xiàn)象，莫不與此 有關(guān)。研究這些變化過程，對高原水草資源及鹽湖資源的開發(fā)利用有重要參



① 本文與周廷儒合作完成，發(fā)表于《地理學與國土研究》，第 1 卷，第 2 期，1985 年。

考價值。研究高原隆起對大氣環(huán)流的影響更將有助于探討我國東部季風區(qū)和 西北干旱區(qū)環(huán)境演變過程的歷史與趨向。
　　此外，如黃土高原自然環(huán)境演變過程的分析，對有效地治理黃土區(qū)水土 流失以至黃河的綜合治理都是必不可少的依據(jù)；各地區(qū)森林破壞所引起的環(huán) 境演變，大型水利設(shè)施建立后周圍及下游環(huán)境的變化情況的研究和總結(jié)，都 是進一步保護、利用和改造我國自然環(huán)境所不可缺少的基本參考資料。而全 面恢復(fù)晚更新世最后冰期以來我國自然演變各階段的本來面貌，將為預(yù)測我 國地理環(huán)境的演變提供最基本的依據(jù)和背景。

二


　　自然環(huán)境的形成與演變就是地理學的重要研究課題之一，近年來，三方 面的原因促使這一課題在國際范圍內(nèi)得到進一步的重視與突破性的發(fā)展。
　　原因之一是 60 年代后期、70 年代初期以來世界氣候異常所導(dǎo)致的農(nóng)業(yè) 減產(chǎn)和災(zāi)難，以及至今還在不斷出現(xiàn)、時見于報道的多種自然異常，使人們 認識到環(huán)境變化似乎在加劇。而變化對經(jīng)濟的發(fā)展甚至人類社會的存在都是 息息相關(guān)的。必須掌握它的發(fā)展規(guī)律，對前景作出預(yù)測，才能取得主動、立 于不敗之地。美國 Stephen H．Schneider 在《The Genesisstrategy》一書 中將現(xiàn)代人類社會比擬為在霧海中航行的 Titanic 號郵船，而環(huán)境演變的危 機有如迎面而來的冰山，如果不盡快采取措施，對臨近的危機的了解繼續(xù)處 在若明若暗之中，后果不堪設(shè)想。
第二方面的原因是隨著近年來人口的急劇增加，資源消耗量的急劇增
長，污染及其它對自然環(huán)境破壞作用的增強，人們開始認識到，人類本身有 意無意的行為已經(jīng)有使地理環(huán)境趨向惡性發(fā)展以至于達到不可收拾的危機境 地的可能。西方環(huán)境學家將地球比擬為一艘圍繞固定軌道運行的宇宙飛船， 如何回顧過去，探索未來，從而預(yù)見環(huán)境發(fā)展的趨向，保持這個封閉系統(tǒng)內(nèi) 的生態(tài)平衡不被人類自己破壞，已成為關(guān)系到全人類生存的頭等重要大事。 第三方面的原因是科學技術(shù)的發(fā)展使人類已有可能進行這方面的研究和 探索。例如，遙感技術(shù)和人造衛(wèi)星的結(jié)合，使人類具有了能作全球性監(jiān)測的 手段；深�？碧胶蜆O地冰蓋鉆探技術(shù)的發(fā)展，對研究全球性的氣候和洋面變 化提供了意想不到的新資料；顯微技術(shù)的進步使人類有可能從微觀世界的研 究中解決以前不能解決的難題；年代學特別是放射性同位素與古地磁測年技 術(shù)的進步對確定環(huán)境演變中重大事件的確切出現(xiàn)時期提供了強有力的武器； 大容量快速計算機的使用，使大量資料的綜合處理以及環(huán)境變化的模擬試驗
等有了可能等等。 國際上對地理環(huán)境演變的研究，首先集中在第四紀最后冰期以來，即更
新世末期和全新世時期。研究這一時期的環(huán)境演變具有較大的現(xiàn)實意義：現(xiàn) 代環(huán)境正在進行著的自然過程是上述時期一系列演化過程的繼承和發(fā)展；許 多現(xiàn)代環(huán)境的特征只有歷史地認識才能得到全面的理解；而上述時期內(nèi)曾經(jīng) 出現(xiàn)的事件，在今后不太遠的時期內(nèi)也有較大的重現(xiàn)可能性。
　　對晚更新世以來地理環(huán)境演變所做的研究工作，焦點集中在氣候變化方 面。各國學者的專著和論文集不勝枚舉，有些國家如美國、澳大利亞等制定 了國家研究計劃，并出現(xiàn)了許多國際性協(xié)作機構(gòu)和研究項目。研究氣候變化， 只要涉及范圍超出具有氣象記錄的一二百年以外的期間，實際上都是在取得
　　
環(huán)境變化的證據(jù)和結(jié)論的基礎(chǔ)上，再作氣候演變的推論。環(huán)境科學、考古學 和第四紀地質(zhì)學等學科近年來也都把研究不同的時間尺度的環(huán)境變化作為本 學科的一部分課題。專門討論第四紀以來環(huán)境變化的專著不在少數(shù)，其中如 英國 A．Goudie 的《Environmental Change》已有中文譯本。恢復(fù)古環(huán)境的 主要依據(jù)有冰川地貌、冰緣地貌、古土壤、孢粉分析、古水文、樹木年輪分 析、黃土沉積、深海沉積、極地冰蓋、海洋微體古生物、古人類以及有關(guān)環(huán) 境變化的歷史文獻的研究等，近年來都有長足的進展。1982 年在莫斯科舉行 的第十一屆國際第四紀會議上，以上各方面的學科幾乎都有新的成果出現(xiàn)。 以上各方面的研究工作，在美國都分散在各大學中。美國許多大學的具 有特色的專門研究所或?qū)嶒炇�，不僅享有全國聲譽，并且具有國際地位。例 如哥倫比亞大學 Lamont-Doher-ty 地質(zhì)實驗室（深海沉積），加利福尼亞大
學 Scripps 海洋研究所（化石浮游生物），亞利桑那大學樹木年輪研究實驗 室，俄亥俄大學極地研究所，科羅拉多大學高山與極地研究所等。澳大利亞 有些大學對于南半球環(huán)境演變所取得的研究成果也受到國際上的稱道。
在人類活動對于環(huán)境變化的影響方面，一項得到國際普遍重視的研究項
目是化石燃料耗費量急劇增加導(dǎo)致的大氣中的 CO2 含量增長所可能產(chǎn)生的后
果。研究工作的一個方面是根據(jù)以各種手段分析極地冰芯、樹木年輪等所取 得的數(shù)據(jù)，并估計人類今后對化石燃料的需要量，從而估算 CO2 增長的前景； 另一方面的研究工作則是推測 CO2 溫室效應(yīng)有可能對全球地理環(huán)境帶來的變 化。一般都是在對溫度變化自然趨勢的基礎(chǔ)上，疊加人為影響，推算兩者的 綜合效應(yīng)。這一問題至今尚無一致公認的結(jié)論，但初步研究表明人為影響帶 來的變化大大超過自然趨勢的變化。
　　在國內(nèi)，地理環(huán)境變化方面的工作主要由地理工作者和第四紀地質(zhì)工作 者在進行。一部分氣象工作者參與了對最近幾百年來氣候變化的研究。近十 余年來，特別是在以下各方面已取得不少成就：
孢粉分析，復(fù)原植被從而推論氣候變化；微體古生物分析，復(fù)原海水進
退過程、氣候變化；古冰緣地貌研究，推論最后冰期時的環(huán)境及以后的變化； 黃土及古土壤研究，推測氣候、植被變化；泥炭分布及形成的研究，推測古 海面升降及氣候條件；古海岸線、湖岸線的研究，推測水文、氣候變化；大 量歷史文獻的分析與考古工作的結(jié)合，以復(fù)原古環(huán)境、討論氣候變化等。
從地域方面來看，以京津為中心的華北平原、以上海為中心的長江三角
洲及其附近平原、東北平原南部等地區(qū)，研究工作比較集中，成果較多。隨 著青藏、西北干旱區(qū)多方面考察工作的開展，高原環(huán)境演變方面的研究也都 有不少成績。近年來淺海石油勘探的開展，為東部邊緣海環(huán)境變化的研究提 供了良好的機會與大量的資料。
　　大多研究成果還只是探討自然演變過程，但也有部分研究工作試圖將研 究結(jié)論作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、土地利用、自然保護以及其它方面的參考。

三

進一步開展我國環(huán)境演變與預(yù)測的研究應(yīng)包括以下兩方面內(nèi)容：
（1）更新世最后冰期以來各主要階段全國古地理環(huán)境的復(fù)原，主要是
104—103 年時間尺度變化的研究。包括以下課題：

古溫度與古降水變化過程的研究； 植被帶推移變化的研究； 生物群遷移變化的研究； 古土壤與古風化殼的研究； 內(nèi)陸湖泊水文變化的研究；
冰川、冰緣地貌研究及我國冰緣環(huán)境演變過程的研究； 氣候帶變遷與環(huán)流形式變化的研究； 最后冰期以來自然地理帶的推移和演變的研究； 人類活動歷史的考古研究；
古地理綜合制圖研究。 以上各項研究至少要恢復(fù)以下三個時期的古自然環(huán)境：最后冰期最盛期
（距今 22000—18000 年）、現(xiàn)代間冰期開始期（距今 10000 年）、冰后氣候 最適宜期（距今 7000—5000 年），以作為研究我國晚更新世以來地理環(huán)境演 變的基本依據(jù)。
　�。�2）100 年以后，如最近小冰期（距今 200—500 年）氣候以及主要是 人類活動引起的短時間尺度環(huán)境變化的研究。這是預(yù)測 21 世紀我國環(huán)境發(fā)展 趨勢的主要依據(jù)。研究重點應(yīng)是：嚴重水土流失地區(qū)，森林、草原大面積開 發(fā)地區(qū)，已建立大型水利設(shè)施地區(qū)，國家重點開發(fā)的京津唐、長江三角洲、 遼寧、山西、內(nèi)蒙古、海南島等地區(qū)。
此外，對我國環(huán)境變遷方面為國際所注目的重大問題，應(yīng)加強研究，如
青藏高原的隆起及高原本身環(huán)境的演變過程，青藏高原的隆起對東部季風區(qū) 自然環(huán)境變化的影響，青藏高原的隆起對西北干旱區(qū)自然環(huán)境變化的影響， 中國第四紀冰川發(fā)育問題等。
積極參加涉及世界性環(huán)境演變的國際研究項目，如極冰研究、深海沉積
物研究、人類活動對大氣成分的改變及其對環(huán)境的影響等。 為完成以上工作，必須著手解決以下各方面問題：
（1）資料的收集和分析。現(xiàn)有的資料分布很不平衡，時間上和地區(qū)上的
空白都很多，必須廣泛收集和補充。已有資料的對比、綜合，由于多方面的 原因，特別是確切年代的預(yù)測問題，也存在困難，需要解決。
（2）必須建立手段比較全面的分析測試中心和各種實驗室，包括模擬實
驗室。
　　（3）開展監(jiān)測和實驗站工作，以了解正在進行中的環(huán)境演變過程。這是 薄弱環(huán)節(jié)，至今工作不多。開展這方面的工作可利用已經(jīng)開展起來的遙感手 段，并與環(huán)境科學的應(yīng)用項目相結(jié)合，以取得觀測資料和研究成果。也應(yīng)開 展國際合作，利用國外衛(wèi)星像片資料取得現(xiàn)代環(huán)境演變方面的信息。
　　
以半農(nóng)半牧地帶為重點開展我國環(huán)境演變規(guī)律的研究


需要開展對我國環(huán)境演變規(guī)律的研究。 地理學研究地域的空間差異，同時也研究環(huán)境隨時間演變的過程。 環(huán)境演變使一個地區(qū)的生產(chǎn)條件和資源，包括水、熱量、土地肥力、植
被狀況等等，都發(fā)生變化。短時間尺度的變化對經(jīng)濟發(fā)展、人類生活的影響 是局部的或區(qū)域性的，但已足以成為災(zāi)難；長時間尺度的變化后果深遠，甚 至必須作出全球戰(zhàn)略性的經(jīng)濟與社會調(diào)整，以適應(yīng)變化。這就是 60 年代以 來，“環(huán)境演變”成為世界各國科學界、特別是地理學界熱門研究課題的重 要原因之一。
　　非洲薩赫勒（Sahel）地帶——東起埃塞俄比亞，西至塞內(nèi)加爾廣大地區(qū) 發(fā)生長期災(zāi)荒后，更是引起各國科學家對該地區(qū)環(huán)境演變規(guī)律研究的重視， 聯(lián)合國也迫切希望早日對當?shù)?strong>環(huán)境演變的規(guī)律有所認識，以便擬訂對策。
　　二三十年來，國際上研究環(huán)境演變的手段和所取得的成果，都有了極大 的進展。
　　我國地理環(huán)境復(fù)雜，中緯度是最容易感受氣候變化的地帶，而季風本身 的不穩(wěn)定性又助長了這一變化的復(fù)雜性。我國山地面積廣大，大部分地區(qū)新 構(gòu)造運動強烈，山區(qū)的侵蝕和平原的堆積過程都極為旺盛。我國人口數(shù)量大， 人類活動歷史悠久，自然演變的規(guī)律之上又疊加了深刻的人為作用。因此， 研究我國環(huán)境演變規(guī)律是為當前國土整治和規(guī)劃 21 世紀國民經(jīng)濟發(fā)展提供 必要依據(jù)的、刻不容緩的課題。
自從更新世中期現(xiàn)代季風格局形成以后，我國便出現(xiàn)了一條從自然地帶
性質(zhì)來說，其演變規(guī)律有可與非洲 Sahel 地區(qū)相比擬之處的地帶，這就是北 起大興安嶺西麓呼倫貝爾，向西南延伸，經(jīng)內(nèi)蒙古東南、冀北、晉北直至鄂 爾多斯、陜北的、從半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡的廣闊地帶，這就是所謂的農(nóng)牧 交錯帶，不但有農(nóng)有牧，而且時而農(nóng)時而牧；這就是我國生產(chǎn)最不穩(wěn)定的地 帶，豐、歉更替，也是旱、風、凍、雪災(zāi)害頻繁的地帶。
但在歷史上，這里有過興旺發(fā)達的時期。這一地帶的東部曾經(jīng)出現(xiàn)過元
代上都這樣的政治經(jīng)濟中心，這一地帶的西部曾經(jīng)出現(xiàn)過赫連勃勃統(tǒng)萬城那 樣的政治經(jīng)濟中心。這一地帶曾是我國境內(nèi)內(nèi)陸湖泊極其發(fā)育的地帶，但現(xiàn) 在湖泊萎縮了，殘跡比比皆是；因湖水干涸或湖泊縮小而暴露于地表的湖河 沉積層在強力風蝕作用下成了導(dǎo)致形成沙荒地的沙源；環(huán)境退化，使牧草的 密度和高度都減小，“風吹草低見牛羊”的景象也不復(fù)存在。是自然演變規(guī) 律加上人為影響造成環(huán)境的退化，但是各占多大比重，演變遵循著怎樣的規(guī) 律，這都需要探討。只有這樣才能擬具合理開發(fā)、穩(wěn)定生產(chǎn)的計劃和途徑。 更新世以來，我國環(huán)境變化以西北干旱區(qū)、青藏高原區(qū)、華北-內(nèi)蒙古區(qū) 最為劇烈（上述農(nóng)牧交錯帶正位于華北與內(nèi)蒙古的交界區(qū)上，向西已涉及西 北區(qū)）。此外，東部沿海平原地帶由于河流、海洋的作用，除了氣候變化所 導(dǎo)致的演變外，河口、三角洲的地形變化特別劇烈，直接影響到海岸帶和港 口的開發(fā)。因此，這四個地區(qū)都應(yīng)列為研究我國環(huán)境演變規(guī)律的重點地區(qū)。 上述地區(qū)各具特殊的地理特征，對它們環(huán)境演變規(guī)律的闡明，不僅對各地區(qū) 有生產(chǎn)實踐上的意義，而且在地理學的發(fā)展上占有重要地位。青藏高原隆起 的過程和對本身及周圍環(huán)境的影響，西北、華北是否趨向于干旱化等，都是
世界矚目的重大問題。

　　高校由于分布面廣，人材集中，在開展我國環(huán)境演變方面具有很大優(yōu)勢。 近十余年來，特別是以甘、新、青、蒙、寧夏、華北、東部平原和長江三角 洲等地的環(huán)境演變研究，當?shù)馗餍５乩硐刀奸_展了許多工作，成果是不少的。 通過近年來的建設(shè)，幾個教委所屬重點高校的基本設(shè)備也大體可以承擔常規(guī) 的分析測試工作。只要對各校的隊伍適當加以組織，對地方院校的力量進一 步發(fā)動，在經(jīng)費允許情況下建立中心實驗室，作一些重點配備，就是一支強 大力量。
　　環(huán)境演變的研究應(yīng)區(qū)分為不同的時間尺度來進行，而以最近幾千年來的 變化為主。遙感監(jiān)測和實驗觀測站的工作可以闡明數(shù)年以至十幾年來的演 變。氣候記錄、樹木年輪和歷史記載以及考古材料的分析，可以推測百年以 至千年級的演變。孢粉分析、封閉湖盆的地貌與沉積物研究以及古土壤、古 沙丘的研究，可以了解數(shù)千年以至萬年以來的演變規(guī)律。掌握了千年左右的 演變規(guī)律，就有可能對未來百、十年的前景作出展望和預(yù)報，成為經(jīng)濟發(fā)展 規(guī)劃的依據(jù)。例如，由于許多方面的研究成果都表明未來世界氣候有轉(zhuǎn)暖趨 勢，直接的影響是兩極冰蓋融量增大，導(dǎo)致海面上升，有些國家已限制在一 定海拔高度以下的地區(qū)作重點建設(shè)投資。已有的研究成果表明，1000 年前我 國氣溫曾高于現(xiàn)代約 2℃左右，生長期長于現(xiàn)代 10—15 天；但就在二三百年 前，氣溫又曾低于現(xiàn)代 2℃左右，生長期比現(xiàn)今短半個月以至 25 天。所有這 些情況在我國再現(xiàn)的可能性、出現(xiàn)后將引起的各地環(huán)境承載能力的變化及對 策，都只有通過研究環(huán)境演變規(guī)律來得到認識和解決。
研究我國環(huán)境演變的工作目前普遍處在收集、分析資料的階段，監(jiān)測和
實驗站工作有待于開展。在分析資料、取得參數(shù)、解決邊界條件的基礎(chǔ)上建 立模式，進行模擬工作，這也有待于開展。

中國環(huán)境演變研究的進展①


　　60 年代晚期以來，全球各地一系列氣候異常事件所造成的嚴重后果，引 起人們對環(huán)境演變問題的關(guān)注。其中，特別是非洲薩赫勒（Sahel）地帶的旱 化，導(dǎo)致廣大范圍的饑荒和大量人畜死亡，尤為引起國際上的注目。對此， 至少有兩個問題急于回答：一是薩赫勒的這種旱化，究竟只是短期的波動， 還是長期的趨勢；二是導(dǎo)致旱化究竟完全是自然因素的作用，還是摻雜著人 為因素。只有對這兩個問題得到確切的答案，方能擬訂出擺脫困境的正確方 案。于是引起對區(qū)域環(huán)境演變歷史全面研究的重視和開展。其后，CO2 增暖問 題、極冰融化和海平面上升問題以及氟里昴的使用導(dǎo)致臭氧層破壞等問題的 出現(xiàn)，更使環(huán)境演變問題從區(qū)域的研究進展到全球的研究，導(dǎo)致了國際全球 演變（Global hange）研究計劃的開展。
　　近二三十年來，環(huán)境演變的研究工作取得了豐碩的成果，而取得這些成 就的保證條件則是科學技術(shù)的進步。采樣技術(shù)的進步使極地冰芯和大洋深海 沉積等都得以成為取得環(huán)境演變信息的來源；分析測試技術(shù)的進步擴大了從 各種生物和地學代用資料中取得的信息量及其精確度；數(shù)學方法和計算機技 術(shù)使信息處理、數(shù)學模擬得到前所未有的提高；各種年代測定技術(shù)的發(fā)展保 證了環(huán)境演變事件能形成確切的時間序列等等。在這樣的全球背景下，70 年 代末以來，我國科技工作者在微體古生物研究、古土壤與古風化殼研究、樹 木年輪研究、冰緣現(xiàn)象研究、環(huán)境考古研究、文獻記載研究以及古地磁學和
特別適用于晚冰期以來年代測定的 14C 年代學方法的研究等許多方面都取得 長足進展，使對我國新生代以來自然環(huán)境演變的研究取得了多方面的突破， 對這一時期的演變過程有了一個輪廓性的認識，并已開始參與全球演變研究 計劃。近年來我國環(huán)境演變研究最重要的進展可以歸納為以下幾個方面。

一、新生代以來全球環(huán)境演變與中國自然環(huán)境演變之間關(guān)系的認識


早在 30 年代，李四光先生發(fā)表著名的《冰期之廬山》，其后在安徽黃山、 九華山，浙江天目山等地發(fā)現(xiàn)條痕、漂礫與冰流擦痕，提出：“中國大陸在 第四紀時期，雖非如西歐、北美曾為大陸冰蓋掩覆，但山區(qū)地帶冰川運行亦 頗廣泛”［1］的重大論斷。我國東部低山地區(qū)是否曾發(fā)育冰川，疑歧頗多， 李先生這一論斷更重要的意義是在于將我國第四紀環(huán)境發(fā)展的過程與世界背 景聯(lián)系了起來。50、60 年代以來對中國西部高山冰川的廣泛考察以及近年來 對中國東部“冰川遺跡”，特別是對廬山遺跡從宏觀的地貌—沉積研究深入 到微觀的物理、化學性質(zhì)的分析都已證明了：第四紀期間我國冷期-暖期交替 出現(xiàn)的總格局與全球規(guī)律是一致的［2］。冰緣現(xiàn)象的研究、許多地區(qū)孢粉序 列的研究、哺乳動物群的研究［3］、海平面升降的研究等也都證實了這一結(jié) 論。尤其是陜甘黃土研究所取得的重大成就，更進一步證實了中更新世以來 我國環(huán)境演變格局與全球變化規(guī)律完全相應(yīng)［4］。Kukla 曾將根據(jù)捷克 Brno 黃土層所劃分的中歐氣候旋回與 Emiliani 根據(jù)深海沉積氧同位素分析所得 到的全球氣候旋回進行對比，取得良好關(guān)系。我國陜西洛川剖面中，73 萬年 以來屬于布容正極性期的古土壤共發(fā)育 9 層，每層古土壤恰好相應(yīng)于深海沉


① 本文發(fā)表于《地理科學》，第 10 卷，第 3 期，1990 年。

積氧同位素曲線上的一個“終端”（Termination）［5］，即每當氣候轉(zhuǎn)暖 時，我國的黃土沉積發(fā)生中斷，黃土面上出現(xiàn)成土過程；全球氣候再度轉(zhuǎn)向 寒冷時期，黃土沉積重又開始，發(fā)育的土壤剖面受掩覆而成為“古土壤”。 這種對應(yīng)關(guān)系表明，中國環(huán)境發(fā)展的節(jié)奏與全球過程一致。
　　從 20 年代開始，竺可楨先生便不斷發(fā)表研究我國歷史時期氣候變化的論 著，至 70 年代初，發(fā)表著名論文《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》。 他把根據(jù)從考古到文獻以至儀器觀測資料所得到的中國氣候變遷過程與世界 其他區(qū)域比較，結(jié)論是：“以我國五千年來氣溫升降與挪威的雪線高低相比， 大體是一致的，但有先后參差之別”；以 1700 年來氣溫變化與格陵蘭冰芯
18O 同位素變化相比較，“相距二萬余公里而古代氣候變動如出一轍，足以說 明這種變動是全球性的”［6］。氣候變化與新構(gòu)造運動是引起我國第四紀時 期環(huán)境演變的］，兩大因子，竺可楨先生的研究成果無異于進一步將我國千 年尺度甚至百年尺度的環(huán)境演變也納入了全球變化的格局。竺可楨先生的工 作依據(jù)大部分來自文獻記載，但后來研究其他多種代用資料所得的結(jié)果也都 證實了他的論斷的正確，即：中國全新世時期氣候變化的總格局與全球一致， 即使在強烈隆起、環(huán)境演變異乎尋常的青藏高原也不例外。［7］

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