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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(guò)程與一般原理


　　地理學(xué)是時(shí)空耦合的科學(xué)，不僅研究地域的空間差異，同時(shí)也研究環(huán)境 隨時(shí)間演變的過(guò)程，即環(huán)境演變。
　　我國(guó)古代學(xué)者很早就對(duì)環(huán)境的變遷有所認(rèn)識(shí)。東晉葛洪（公元 284—364 年）在《神仙傳》中寫(xiě)道，麻姑曾見(jiàn)“東海三為桑田”。雖是神活，卻是最 早見(jiàn)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(jiàn)的螺蚌殼為證 據(jù)，闡述了海陸變遷的觀念。
　　科學(xué)的環(huán)境演變研究的發(fā)展，是與地質(zhì)學(xué)和自然地理學(xué)的發(fā)展過(guò)程一致 的。
　　17 世紀(jì)，西方一些科學(xué)家根據(jù)巖層中的化石，對(duì)古地理環(huán)境之不同于今 日，開(kāi)始作了一些推測(cè)，并試圖對(duì)環(huán)境演變的原因作出解釋。18 世紀(jì)后期， 蘇格蘭地質(zhì)學(xué)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(guó)地質(zhì)學(xué)家萊伊爾（C．Lyell，1797
—1875）在 1838 年出版的經(jīng)典著作《地質(zhì)學(xué)原理》（Principles of Geology）
中，發(fā)展了這一思想，并提出了均變論學(xué)說(shuō)，成為后來(lái)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(jì)古地理環(huán)境方面也作出了杰出的貢獻(xiàn)，并 探索自然環(huán)境演變的原因，聲稱(chēng)根據(jù)海陸分布和洋流的變化，他“可以作出 樹(shù)蕨能生長(zhǎng)在極地而云杉能生長(zhǎng)在赤道的拼合”。
19 世紀(jì)初期，冰期學(xué)說(shuō)得到承認(rèn)之后，人們對(duì)第四紀(jì)環(huán)境演變有了比較
深刻的認(rèn)識(shí)。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(guó)科學(xué)家彭克（A．Penk）與勃魯克 納（E．Brückner）對(duì)阿爾卑斯山冰川沉積的研究和對(duì)第四紀(jì)冰期的劃分
（1909），南斯拉夫數(shù)學(xué)家米蘭科維奇（M．Milankovitch）對(duì)冰期-間冰期
變化的天文成因的解釋?zhuān)?920）等，特別對(duì)古氣候?qū)W的興起起了巨大促進(jìn)作 用。在此時(shí)期，奧地利科學(xué)家魏格納（A．L．Wegener）從地球物理學(xué)、地質(zhì) 學(xué)、生物學(xué)、古氣候?qū)W、大地測(cè)量學(xué)等多方面匯集了大量古地理變遷材料， 提出大陸漂移學(xué)說(shuō)（1922），這對(duì)以后的環(huán)境演變研究具有深遠(yuǎn)影響。
環(huán)境演變研究取得長(zhǎng)足進(jìn)展是在 20 世紀(jì) 40 年代以后，導(dǎo)致進(jìn)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(huì)問(wèn)題的出 現(xiàn)，使人們急于了解過(guò)去的環(huán)境演變規(guī)律，希望能藉以預(yù)見(jiàn)未來(lái)環(huán)境演化的 趨勢(shì)，從而擬訂對(duì)策；二是技術(shù)方面的進(jìn)步為研究工作的開(kāi)展提供了手段， 使研究者能取得比較準(zhǔn)確的依據(jù)。古地磁測(cè)量，利用放射性同位素測(cè)定絕對(duì) 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(duì)月 巖作直接分析以及通過(guò)對(duì)火星、金星等的探測(cè)作比較行星地質(zhì)學(xué)的研究等， 都對(duì)研究環(huán)境演變起了重大促進(jìn)作用。60 年代后期，英、美、法等國(guó)科學(xué)家 提出的海底擴(kuò)張、板塊構(gòu)造理論，使大陸漂移學(xué)說(shuō)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(cè)定等多項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的事實(shí)面前反復(fù)接受了考驗(yàn)，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(guó)地學(xué)界的普遍重視，因?yàn)檠芯砍晒麑?duì)了解未來(lái)環(huán)境會(huì)有更直接的意 義。
　　進(jìn)入 80 年代以來(lái)，需要與可能進(jìn)一步結(jié)合。一方面，人口的增長(zhǎng)、技術(shù) 的進(jìn)步，使得人類(lèi)能夠在全球范圍內(nèi)改造環(huán)境，并且可以在一個(gè)人的一生中 看到環(huán)境的變化，環(huán)境問(wèn)題已從局地的、地區(qū)性的問(wèn)題發(fā)展為全球性的問(wèn)題， 而為世界各國(guó)的科學(xué)家和政府首腦所重視。另一方面，生態(tài)學(xué)、大氣科學(xué)、 地球物理學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，積累了豐富的背景材料；計(jì)算機(jī)、 衛(wèi)星、化學(xué)分析測(cè)試等分析監(jiān)測(cè)手段進(jìn)一步完善；系統(tǒng)科學(xué)的方法正在各個(gè) 領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。以人類(lèi)生存環(huán)境為核心的全球變化研究已成為眾多學(xué) 科領(lǐng)域共同關(guān)心的問(wèn)題。全球變化研究的目標(biāo)是了解調(diào)節(jié)地球獨(dú)特生命環(huán)境 的相互作用的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，了解這個(gè)系統(tǒng)中正在出現(xiàn)的變化，解 釋和了解人類(lèi)活動(dòng)對(duì)它們的影響方式。
　　自然地理學(xué)的各個(gè)分支和地質(zhì)學(xué)的各個(gè)分支，如地貌學(xué)、氣候?qū)W、地層 學(xué)、沉積學(xué)、古生物學(xué)、古生態(tài)學(xué)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(yùn)動(dòng)對(duì)環(huán)境的演變具有極其重要的意義。討論長(zhǎng)時(shí)間尺度的 環(huán)境演變，特別是討論地表早期的情況時(shí)，大氣圈和水圈的形成和演化，生 物的起源和進(jìn)化，以及在演化過(guò)程中自然地理各圈帶之間的相互作用，都是 十分重要的問(wèn)題，這就涉及地球的全部演變進(jìn)化史，甚至涉及地球的起源而 與天文學(xué)發(fā)生聯(lián)系。
地質(zhì)學(xué)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(guò)程，在過(guò)去的時(shí)期里都同 樣存在、同樣地在進(jìn)行，因而可以利用現(xiàn)代的自然地理過(guò)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(guò)去的自然環(huán)境，即“現(xiàn)在是
了解過(guò)去的鑰匙”。 但是事實(shí)上，隨著地球表面各圈帶的進(jìn)化，自然地理過(guò)程是不可能不起
變化的。例如，當(dāng)生物圈還處在原始階段的時(shí)候，當(dāng)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(shí)候，生物過(guò)程、風(fēng)化過(guò)程 和土壤形成過(guò)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(yùn)用既是必須的，又有一定限制。對(duì)于物理的、機(jī)械的過(guò)程，適用的時(shí)間 范圍大一些，對(duì)于化學(xué)的、特別是生物的過(guò)程，適用的時(shí)間范圍不能過(guò)于擴(kuò) 展。事實(shí)上，自然地理范疇的環(huán)境演變研究，至今主要針對(duì)著新生代時(shí)期， 也即現(xiàn)代自然地理過(guò)程大體上都適應(yīng)的時(shí)期。
環(huán)境演變的研究需要考慮時(shí)間尺度問(wèn)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(shí)期長(zhǎng)度的問(wèn)題。各個(gè)自然地理要素發(fā)展與演變的時(shí)間 尺度有很大差別：大陸漂移、海底擴(kuò)張引起的海陸分布變化，造山運(yùn)動(dòng)引起
的地形起伏變化，在時(shí)間尺度小于 105 年級(jí)的古地理圖上一般是難以顯現(xiàn)出 來(lái)的；但大陸冰蓋的伸展與退縮，海岸線的進(jìn)與退，在 103 年級(jí)的時(shí)間尺度 上就會(huì)有明顯表現(xiàn)；而水系、植被等要素，甚至在 102 年級(jí)時(shí)間尺度上就能
有所變化。即使是同一個(gè)自然地理要素，本身也存在著多種時(shí)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(shí)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(dāng)?shù)臅r(shí)間間距，所選擇的時(shí) 間間距必須小于該特定現(xiàn)象的變化率，成果才會(huì)有意義。例如，在洲一級(jí)的 空間尺度上重建更新世時(shí)期的古環(huán)境，覆蓋的時(shí)間應(yīng)在不超過(guò) 104 年的時(shí)間 尺度上，因?yàn)橐呀?jīng)知道，至少在近 70 萬(wàn)年來(lái)，冰期與間冰期以 10 萬(wàn)年左右

的時(shí)間作準(zhǔn)周期變化，一幅覆蓋時(shí)間超過(guò) 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(rèn)而失去意 義；而當(dāng)重建全新世間冰期期間的環(huán)境變化時(shí)，對(duì)間尺度更應(yīng)選取在不超過(guò)
103 年的等級(jí)上。

二、環(huán)境演變研究的依據(jù)


　　重建過(guò)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(shí)質(zhì)是以有關(guān) 過(guò)去環(huán)境的“記錄”為依據(jù)對(duì)過(guò)去的環(huán)境進(jìn)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(gè)基本條件：第一，具有可識(shí)別性，即它是一種物理 的、化學(xué)的、生物的、文字的或圖象的等可識(shí)別的信號(hào)；第二，具有可標(biāo)定 性，即它的環(huán)境意義可以根據(jù)現(xiàn)代地理過(guò)程進(jìn)行標(biāo)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(shí)間與空間尺度上能反映出環(huán)境變化。 根據(jù)來(lái)源的不同，環(huán)境演變證據(jù)可分為觀測(cè)資料、作為人類(lèi)物質(zhì)文化過(guò) 程的產(chǎn)物的考古與歷史文獻(xiàn)資料，以及作為自然過(guò)程產(chǎn)物的古環(huán)境感應(yīng)體； 后兩者又稱(chēng)為代用資料。下面對(duì)環(huán)境演變研究中所主要采用的幾類(lèi)依據(jù)加以
說(shuō)明。

1．巖石、地層學(xué)的依據(jù)


巖石、地層學(xué)方面的資料是復(fù)原古環(huán)境的主要依據(jù)之一。 各種類(lèi)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(dòng)強(qiáng)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(shí)期的變質(zhì)巖和
巖漿巖的分布，從地殼動(dòng)力作用方面為恢復(fù)該時(shí)期的古環(huán)境奠定了基礎(chǔ)，有 助于識(shí)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(guò)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(kuò)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(dāng)時(shí)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(biāo)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(jìn)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(dāng)時(shí)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(biāo)志，因?yàn)槭窃跍\水帶緩和的波浪作用下 的產(chǎn)物。
　　沿大陸斜坡快速流動(dòng)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(biāo)志；而缺少碳酸鈣沉積物則表示水深已在碳酸鹽補(bǔ)償帶以 下，一般已超過(guò) 3000 米的深度。深洋盆地中的沉積物以放射蟲(chóng)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(biāo) 志；在深海帶和超深海帶中，由于陽(yáng)光難以透射，生物化石極少見(jiàn)，超深海
　　
的海溝區(qū)內(nèi)的沉積物只是少量來(lái)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(gè)復(fù)雜的過(guò)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(shí) 別。
　　陸上沉積物分別形成于河流、湖泊、沼澤、風(fēng)沙及冰川等，根據(jù)沉積類(lèi) 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(jì)黃土堆積、紅層、 古沙丘與蒸發(fā)巖等，對(duì)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(guò)對(duì)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(zhǎng)過(guò)程。 更新世氣候最寒冷時(shí)期，冰川的覆蓋面積約為現(xiàn)代冰川面積的三倍；最溫暖 時(shí)期，覆蓋面積略小于現(xiàn)代。就整個(gè)地質(zhì)時(shí)期而論，出現(xiàn)冰川覆蓋只是極為 短暫的“插曲”。更新世時(shí)期冰川的出現(xiàn)及多次擴(kuò)展與退縮，標(biāo)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(jì)黃土在歐洲、北美主要分布在冰川外緣，黃土沉積表明當(dāng)?shù)卦谠?br>時(shí)期屬于寒冷苔原性質(zhì)的“冰緣”環(huán)境。中國(guó)的黃土主要分布在干旱荒漠區(qū) 的外緣，表明黃土沉積時(shí)期當(dāng)?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—?dú)夂驐l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(guò)程的重要信息來(lái)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(jià)氧化鐵、氧化鋁
得以殘存的產(chǎn)物，形成于化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)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(biāo)志。
廣泛的古沙丘以及短暫片狀洪流搬運(yùn)所形成的洪積扇群，通常反映了沉
積時(shí)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(cuò)層的傾向，甚至可 以推斷當(dāng)時(shí)的盛行風(fēng)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(dāng)?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(biāo)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(lèi)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(shí)期全球的古自然地理帶、古氣候帶（圖 1）。

2．生物、生態(tài)學(xué)的依據(jù)


　　重建古地理環(huán)境，更重要的資料來(lái)自生物化石。每種類(lèi)型的自然地理環(huán) 境中都生活著特別適應(yīng)此類(lèi)環(huán)境的動(dòng)物和植物，根據(jù)與該化石種有親密關(guān)系 的現(xiàn)代種對(duì)環(huán)境條件的要求，可以推斷當(dāng)時(shí)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(rèn)為是熱帶環(huán)

境，因?yàn)楝F(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(gè)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(yuǎn)的北界，基本上屬于熱帶、亞熱帶植物；第三紀(jì)時(shí)期它在 北半球的分布范圍要廣闊得多，表明當(dāng)時(shí)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(guò) 22℃， 八瓣仙女木不超過(guò) 23℃，它們?cè)诘谒募o(jì)冰期時(shí)于中歐平原的出現(xiàn)，表明當(dāng)時(shí) 該地曾經(jīng)是寒冷無(wú)樹(shù)苔原環(huán)境。


　　對(duì)種類(lèi)繁多的水生軟體動(dòng)物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，除了可以推斷古溫度，還能 鑒定當(dāng)時(shí)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(shù)葉有滴雨尖是熱帶雨林的特征；披毛犀的長(zhǎng)毛意味著氣候寒冷。一 般說(shuō)來(lái)，同一種屬的哺乳動(dòng)物個(gè)體，有向兩極寒冷環(huán)境而增大的趨勢(shì)；第三 紀(jì)以來(lái)，哺乳動(dòng)物個(gè)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?jiǎng)游锏膫�(gè)體有向赤道濕熱環(huán)境而增大的趨勢(shì)，最大 的甲蟲(chóng)、蚱蜢、多足類(lèi)動(dòng)物等，都出現(xiàn)在熱帶和亞熱帶。
　　動(dòng)植物的繁茂程度都與地理?xiàng)l件適宜與否密切相關(guān)，所以，厚層的煤層 沉積，一般都標(biāo)志著有利植被生長(zhǎng)的溫暖潤(rùn)濕環(huán)境。動(dòng)植物的種屬都有向濕 熱氣候而多樣化的趨勢(shì)，老第三紀(jì)時(shí)地中海地區(qū)的珊瑚達(dá) 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(xì)胞結(jié)構(gòu)得以在化石中保存下來(lái)，就有可能進(jìn)一步得到 古環(huán)境的有關(guān)細(xì)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(dāng)時(shí)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(zhǎng)地當(dāng)時(shí)是全 年高溫多雨的環(huán)境；特殊的年輪現(xiàn)象有可能標(biāo)志著異常氣候的出現(xiàn)，等等。 在古地理環(huán)境重建中運(yùn)用生物信息的一個(gè)最根本的限制是不能機(jī)械地按 現(xiàn)代種屬的環(huán)境要求來(lái)解釋過(guò)去的生物地理現(xiàn)象，因?yàn)樯镌谶M(jìn)化，生物有 逐漸改變自己對(duì)環(huán)境適應(yīng)程度的能力。對(duì)猛犸象分布環(huán)境的錯(cuò)誤解釋是一個(gè) 典型的例子；由于最初把它認(rèn)為是與現(xiàn)代象一樣的喜暖動(dòng)物，西伯利亞的“猛 犸象時(shí)期”曾被誤認(rèn)為是一個(gè)溫暖時(shí)期。石炭紀(jì)成煤植物缺乏年輪，曾被認(rèn) 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(wú)保留地接受，就是由于沒(méi)有考慮到植物本身的進(jìn)化因素。因此，特別是在 重建距今久遠(yuǎn)的古地理環(huán)境時(shí)，選擇進(jìn)化慢的生物為標(biāo)志，得到的結(jié)論可靠
性較大。
　　一般說(shuō)來(lái)，根據(jù)動(dòng)物群或植物群來(lái)推斷古氣候、古環(huán)境，要比以個(gè)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(dòng)物群和植物群。
　　60 年代末期以來(lái)，研究昆蟲(chóng)以恢復(fù)短時(shí)間尺度環(huán)境變化的工作得到很大 重視。例如，在第四紀(jì)最后冰期期間，也曾出現(xiàn)過(guò)短暫的溫和時(shí)期，植物群 落的演替對(duì)短暫的、百年級(jí)以下的環(huán)境變化事件往往來(lái)不及反映，但敏感的 昆蟲(chóng)卻能以它們的出現(xiàn)和消失，將此類(lèi)變化如實(shí)地記錄下來(lái)，而且許多鞘翅 目、雙翅目昆蟲(chóng)的形態(tài)與組合自第四紀(jì)后半期以來(lái)都很少變化，適宜于按照 它們對(duì)現(xiàn)代環(huán)境的要求來(lái)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(lái)得到極大 的發(fā)展，而且隨著鑒定、分析手段與方法的進(jìn)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(duì)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(rèn)、通用于全球的最后冰期以來(lái)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?bào)w相比較，植物的孢子、花粉具有容易保存下來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閿?shù) 量大，外壁為高強(qiáng)度纖維素組成，耐酸、堿，耐高溫甚至可達(dá) 300℃，耐高 壓雖長(zhǎng)期埋存在地下仍可不遭破壞。但不同植物，每個(gè)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(jī)械地對(duì)待統(tǒng)計(jì)數(shù)字， 容易造成錯(cuò)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(lái)困難。當(dāng)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(shí)代愈 遠(yuǎn)，困難愈大。


　　水生微體古生物的主要研究對(duì)象是有孔蟲(chóng)、介形類(lèi)等。根據(jù)它們對(duì)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(duì)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(chóng)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(dāng)時(shí) 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(duì)比，可以有效地分辨深海、淺海、海灣、潟湖、河口等不同類(lèi)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(duì)第四紀(jì)以來(lái)海 侵、海退過(guò)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(duì)應(yīng)。第四紀(jì)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(guò)程的研究，對(duì)于恢復(fù)全球第四紀(jì)古氣候 提供了重要依據(jù)，它們的擴(kuò)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(jī)體按照各自對(duì)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(dòng)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(shí)間和過(guò)程，根據(jù)秦嶺南北生物地理差異出現(xiàn)的時(shí)間和過(guò)程，推論喜馬拉雅 山脈、秦嶺隆起的時(shí)間和上升速率，對(duì)于重建我國(guó)第三紀(jì)以來(lái)古環(huán)境演變過(guò) 程，是非常有意義的工作。
　　在證實(shí)大陸漂移理論和各大陸之間“陸橋”的存在和斷絕的過(guò)程方面， 生物地理、特別是脊椎動(dòng)物的分布特征，起了重要作用。澳大利亞動(dòng)物區(qū)系 的特殊性，表明它與其他大陸分離較早，，形成獨(dú)立封閉的進(jìn)化環(huán)境。第三紀(jì) 早期溝通南、北美洲的巴拿馬地峽在第三紀(jì)中期一度沉降中斷，因?yàn)樵陔S后
的 4000 萬(wàn)年里，南美洲的陸上哺乳動(dòng)物孤立發(fā)展，出現(xiàn)了若干平行于世界其 他地區(qū)的類(lèi)型；至第三紀(jì)末期，陸橋重又建立，因?yàn)閯?dòng)物化石類(lèi)表明兩洲的 動(dòng)物群又相互遷入對(duì)方。更新世時(shí)期，北美西北與亞洲東北部曾以通過(guò)現(xiàn)代 白令海峽的陸橋數(shù)度相連的事實(shí)，也是通過(guò)脊椎動(dòng)物的遷移，包括早期人類(lèi) 的遷入北美而揭露出來(lái)的。
　　樹(shù)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(gè)大洲上均開(kāi)展了樹(shù)木年輪的研究工作。樹(shù)木年輪的寬度可用來(lái)代表樹(shù)木
　　
生長(zhǎng)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(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)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(shù)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(shí)間分辨可 達(dá)到年甚至季度。一般的樹(shù)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(lái)，從而延長(zhǎng)環(huán)境演變序列，在有些地區(qū)，年輪序列已延長(zhǎng)到數(shù)千年。



3．地球化學(xué)的依據(jù)


　　沉積物與化石的化學(xué)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(xué)與化學(xué)地理資料也是古環(huán)境重建的信息來(lái)源。為高 價(jià)氧化鐵所染色的紅色砂、頁(yè)巖，具有指示高溫、低緯的古地理意義；經(jīng)受 強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化和淋溶作用，以殘積物性質(zhì)留存下來(lái)的鐵礬土，是熱帶多雨氣 候的標(biāo)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(yè)巖屬于淡水環(huán) 境沉積物；銣、硼的相對(duì)含量較高，則屬于海水沉積環(huán)境，因?yàn)楹笳呤请S著 水體中含鹽量的增加而增加的。
海洋介殼類(lèi)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(wú)脊椎動(dòng)物介殼的鈣質(zhì)沉積物中鎂與鍶含量的測(cè)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(biāo)志著不同自然地帶的風(fēng)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(qiáng)烈化學(xué)淋溶地區(qū)含量最高。南美亞馬孫河口不同時(shí)期沉積物的分析表 明，全新世時(shí)期的沉積物中高嶺土含量較高；最后冰期時(shí)期的沉積物中高嶺 土含量較少，且含有相當(dāng)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(dāng)?shù)噩F(xiàn)代的赤道雨林環(huán)境，在一兩萬(wàn)年以前應(yīng)是屬于熱帶 稀樹(shù)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(lái)源的石 類(lèi)顆粒含量的變化，提供了相同的結(jié)論：一兩萬(wàn)年以來(lái)，自然地帶出現(xiàn)過(guò)明 顯的移動(dòng)。
生物體與沉積物對(duì)周?chē)沫h(huán)境，最初是有可能處在一定的化學(xué)平衡之下
的，但由于對(duì)沉積地點(diǎn)后來(lái)的環(huán)境變化有很大的敏感性，有可能使原來(lái)的化 學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。因而，某些地球化學(xué)與化學(xué)地理資料，在與其他證據(jù)共同 使用、相互印證時(shí)是有價(jià)值的，單獨(dú)使用時(shí)需要慎重對(duì)待。

4．地球物理學(xué)的依據(jù)


　　古地磁學(xué)和同位素分析成果在近年來(lái)對(duì)推進(jìn)環(huán)境演變的研究方面作出了 重大貢獻(xiàn)。


　　火成巖和沉積巖中都含有細(xì)粒的磁性礦物，這些磁性礦物在巖漿冷卻的 過(guò)程中或沉積物的沉積過(guò)程中，都受當(dāng)時(shí)地球磁場(chǎng)的作用。成巖以后，這些
　　
古磁場(chǎng)特征，包括磁極方向及對(duì)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(duì)不同年代的巖石作古地磁測(cè)定，可以確定當(dāng)時(shí)磁 極的位置以及恢復(fù)采樣地點(diǎn)的古緯度（圖 5）。對(duì)各大陸許多不同年代的巖 石樣品作古地磁測(cè)定后發(fā)現(xiàn)，地球發(fā)展過(guò)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(cè)得的磁極的移動(dòng)路徑，與另一大陸上測(cè) 得的移動(dòng)路徑存在不一致現(xiàn)象。由于只存在一對(duì)磁極，結(jié)論只能是：各大陸 的相對(duì)位置、空間排列，隨著時(shí)間的推移而在變化。這是近年來(lái)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(cè)定成果則是海底擴(kuò)張、 板塊構(gòu)造理論得以奠定的得力支柱。對(duì)于重建自然地帶、理解環(huán)境演變的過(guò) 程與原因，古地磁測(cè)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(jì)時(shí)期存在過(guò)大陸冰川，原因是當(dāng)時(shí)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(lái)， 磁化率的變化也被用來(lái)推測(cè)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(jì)。在 H218O 與 H216O 之間存在著蒸汽壓的不同，因而通過(guò)蒸發(fā)與凝
聚過(guò)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(guò)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(guò)程中，重的水分子易于凝結(jié)，將使剩余水汽中的 16O 比 重進(jìn)一步增大；因而陸上水體中 18O／16O 的值均小于標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水（SMOW） 中的 18O／16O 值。離海洋蒸發(fā)源愈遠(yuǎn)，經(jīng)歷多次蒸發(fā)—凝聚作用，水體中此 值愈小。以標(biāo)準(zhǔn)平均大洋水中的 18O/16O 值為準(zhǔn)，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(gè)不同時(shí)期的降雪積累、壓實(shí)而形成的，取得不同 時(shí)期的冰層中的δ18O 值，即可恢復(fù)各時(shí)期冰原的古氣溫。對(duì)格陵蘭西部世紀(jì) 營(yíng)（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(lái) 的氣溫變化，與鄰近氣象站的實(shí)測(cè)記錄相符。據(jù)最近一千年來(lái)冰層中δ18O 值推算的氣溫變化，與根據(jù)歐洲歷史文獻(xiàn)等推算的結(jié)論一致。最近 13000 年 來(lái)的冰層δ18O 含量變化表明，約在距今 10000 年前，δ18O 值急劇增高，標(biāo) 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(lái)，伴隨著短期振動(dòng)，δ 18O 值稍呈減低的趨勢(shì)，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(duì)深海沉積物中構(gòu)成有孔蟲(chóng)殘骸的 CaCO3 作氧同位素測(cè)量，為恢復(fù)第四 紀(jì)以來(lái)古海水溫度變化提供了可靠的證據(jù)。有孔蟲(chóng)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?chē)Ｋ械难?br>同位素進(jìn)行交換的過(guò)程中，18O 進(jìn)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(cè)得不同時(shí)期沉積層中有孔蟲(chóng)殘骸的δ18O 值，即可以計(jì)算出有孔蟲(chóng)生存時(shí)期 的海水溫度。實(shí)際上，有孔蟲(chóng)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(lái)臨，大陸冰蓋擴(kuò)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(shí)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(lèi)效應(yīng)恰好是同向的，二者的疊加，使各大洋深海有孔蟲(chóng)沉積物的δ18O 變化曲線對(duì)第四紀(jì)以來(lái)全球性的冷暖變化能有比較確切的反映。在最近 70
萬(wàn)年來(lái)，已有過(guò)八次明顯的冷暖交替。
　　極地冰蓋和洋底有孔蟲(chóng)殘骸的δ18O 的測(cè)定，為恢復(fù)第四紀(jì)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(duì)象不限于冰蓋與海底沉積物，對(duì)洞穴沉積物、 樹(shù)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(xué)的依據(jù)


　　考古學(xué)所獲得的材料，是恢復(fù)全新世六七千年以來(lái)環(huán)境演變的重要依 據(jù)。
人類(lèi)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(dāng)時(shí) 當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征。對(duì)比不同地點(diǎn)同時(shí)期文化層的特征，可以揭示當(dāng)時(shí)環(huán)境的 地區(qū)差異；對(duì)同一地點(diǎn)不同文化層遺物的考察，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)?strong>環(huán)境演變的過(guò) 程。
竺可楨先生在他的著名論文《中國(guó)近五千年來(lái)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(yáng)殷墟遺址（公元前 1400
—1100 年）所發(fā)現(xiàn)的亞熱帶動(dòng)物遺跡，作為當(dāng)時(shí)黃河流域氣候比現(xiàn)今溫暖潮 濕的證據(jù)。
美國(guó)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(dá)數(shù)百年之久。但到 1400 年左右， Mill 河文化突然消失。考古事實(shí)表明：1100 年以后的文化層中，動(dòng)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(shí)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(dāng)?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(jìn)一步干旱化，產(chǎn)草量減少，草質(zhì)惡劣，牛也開(kāi)始減少。狩 獵對(duì)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(qiáng)，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(cè) 環(huán)境演變的生動(dòng)實(shí)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(cè)定的年代為距今 7000 年；大量出土栽培稻秈 亞種稻谷，14C 測(cè)定的年代為距今 6800 年。江南河姆渡文化發(fā)展的時(shí)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(shí)期江南文化 卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)前面臨的重大的問(wèn)題之一是：CO2 增加及其溫室效應(yīng) 如果出現(xiàn)，對(duì)我國(guó)南北不同地區(qū)的環(huán)境究竟會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響。解開(kāi)考古時(shí) 期南北文化發(fā)展史上的迷惑，也許有助于理解未來(lái)將發(fā)生的事件及作出對(duì) 策。

6．文獻(xiàn)記載的依據(jù)


　　歷史文獻(xiàn)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?dāng)U展、聚落遷移、旱澇災(zāi)害等等，都是考證環(huán)境演變過(guò)程的依據(jù)。歷史 文獻(xiàn)中更有大量涉及當(dāng)時(shí)當(dāng)?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(duì)比不同時(shí)期文獻(xiàn)中關(guān)于該 方面的記載，可以作出環(huán)境演變過(guò)程的推斷。
　　竺可楨先生曾根據(jù)文獻(xiàn)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(shí)間的差異、雪線高低的差異等，推斷我國(guó)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(jì)小冰期等，均 得到清晰反映。

我國(guó)文化悠久，歷史文獻(xiàn)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(lè)大典》（明）、《古 今圖書(shū)集成》（清）等大型類(lèi)書(shū)以及浩繁的詩(shī)文集中，都有可能探尋追溯環(huán) 境演變過(guò)程。近年來(lái)，對(duì)我國(guó)東部海岸平原的推進(jìn)，黃河河道的變遷，長(zhǎng)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(jìn)，聚落的廢棄等過(guò)程，都有所闡明，文獻(xiàn)資料對(duì)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(shí)期不同階段氣候冷暖、干濕變化，所得到的成果更是 眾多。
國(guó)外利用文獻(xiàn)記載推測(cè)環(huán)境演變的成果也很多。以英國(guó)葡萄種植與釀酒
業(yè)的興衰記載來(lái)推測(cè)西歐氣候變化，是常被引用的例證。1100—1310 年間， 英國(guó)南部葡萄種植十分成功，釀酒業(yè)發(fā)達(dá)。但僅僅二百余年便衰落以至完全 消失。15 世紀(jì)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(yán)寒， 阻礙了葡萄的生長(zhǎng)。

7．儀器監(jiān)測(cè)記錄的依據(jù)


　　利用儀器觀測(cè)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(diǎn)在于記錄所覆蓋的時(shí)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(bào)告雨量，藉以估計(jì)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(tái)站以溫度計(jì)觀測(cè)氣溫遲至 1867 年才開(kāi)始。英格蘭中部的溫度記錄 是世界上最長(zhǎng)的氣溫記錄之一，起自 1659 年，但這一記錄實(shí)際上是由北起愛(ài) 丁堡（Edinburgh）南至普利茅斯（Plymouth）許多不同地點(diǎn)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(lái)。荷蘭 DeBilt 冬季氣溫 記錄起自 1634 年，但實(shí)際上正式觀測(cè)記錄從 1897 年才開(kāi)始，以前的記錄都 是根據(jù)當(dāng)?shù)剡\(yùn)河結(jié)冰日數(shù)推算而來(lái)的。世界各地長(zhǎng)短不同的氣象記錄，經(jīng)過(guò)
　　
整理，都是研究近數(shù)百年氣候演變的基本依據(jù)。 由于對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重大意義，尼羅河的水位測(cè)量可能從公元前 3100 年埃
及第一代法老時(shí)已經(jīng)開(kāi)始，至今已有長(zhǎng)達(dá)五千年的歷史。開(kāi)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(shì)，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(kāi)羅附近河床每世紀(jì)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(lái)自東埃塞俄比亞高地、冬夏降水 量變化很大的季風(fēng)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(fēng)雨區(qū)降水豐歉的變化。按這一原則進(jìn)行分 析，赤道雨區(qū)的降水量近千余年來(lái)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(jì)中葉，都是突出 的降水高峰時(shí)期（圖 8）。
　　其他如海洋觀測(cè)、地震觀測(cè)等記錄，時(shí)期更短，但都是研究短時(shí)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(lái)，所積累的衛(wèi)星影像資 料已成為分析環(huán)境演變過(guò)程極為有效的依據(jù)。許多國(guó)家的衛(wèi)星都正在監(jiān)視地 球，直接觀測(cè)地表的變化，并測(cè)量諸如太陽(yáng)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(lái)理解環(huán)境演變的機(jī)制，為模擬演變過(guò)程提供依據(jù)，使環(huán)境演變的研究步 入了一個(gè)新紀(jì)元。

三、年代測(cè)定


　　研究環(huán)境演變，必須對(duì)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(guò)程中的時(shí)間位置，才能建立演變過(guò)程的順序，從而了解全過(guò)程。
年代測(cè)定包括兩個(gè)方面。
　　一類(lèi)是相對(duì)年齡的測(cè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)事件的出現(xiàn)時(shí)間，來(lái)估計(jì)前后 各事件的大致時(shí)間范圍。
另一類(lèi)是絕對(duì)年齡的測(cè)定。即對(duì)確定某一事件所憑籍的依據(jù)測(cè)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(lèi)方法只是確定相對(duì)位置，后一類(lèi)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(jià)值，不僅與此項(xiàng)資料對(duì)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(duì)之作出年代測(cè)定有關(guān)。極 地冰芯應(yīng)用時(shí)間范圍的擴(kuò)展受到限制，困難之一就在于對(duì)深層冰的測(cè)年技 術(shù)。
　　環(huán)境演變研究在本世紀(jì)中期以來(lái)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(lèi)不斷擴(kuò)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(duì)年代學(xué)測(cè)定方法的出現(xiàn)的結(jié)果。
　　現(xiàn)代常用的年代測(cè)定方法，包括物理的、化學(xué)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(cè)定絕對(duì)年齡，在地質(zhì)學(xué)和古地理學(xué)中應(yīng) 用都很普遍。半衰期長(zhǎng)達(dá) 1.3×109 年的放射性鉀（40K），適用于測(cè)定年齡超
過(guò) 5 萬(wàn)年的樣品，以火山來(lái)源的富鉀物質(zhì)為測(cè)試對(duì)象，這一方法稱(chēng)為鉀氬法，
因?yàn)?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(cè)定年齡小于 5 萬(wàn)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?chē)髿庵械?14C 量平衡的，從死亡之日起， 不再與大氣或水分中的 14C 進(jìn)行交換，即不再獲得新的補(bǔ)充，體內(nèi)原有的 14C 原子便按衰變規(guī)律減少，因而，只要測(cè)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(cè)定的適用范圍極其廣泛，因?yàn)橐磺袆?dòng)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(cè)試樣品，因而這一方法近年來(lái)在對(duì)研究最后冰期以來(lái)環(huán)境演變方面、考 古環(huán)境研究方面都作出了很大貢獻(xiàn)。
近年來(lái)發(fā)展了以直接計(jì)數(shù)樣品中 14C 原子數(shù)目為工作原理的加速器質(zhì)譜
計(jì) 14C 測(cè)年法，即 AMS 法，使得有可能將 14C 的測(cè)年極限提高到 7 萬(wàn)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(xué)上采用的放射性元素測(cè)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(chǎng)的研究表明，在地球的發(fā)展過(guò)程中，磁極有過(guò)多次“逆轉(zhuǎn)”。例
如，近 69 萬(wàn)年以來(lái)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(wàn)年以前至 243 萬(wàn)年之間的時(shí)期，情況正相反，基本上都 是指向磁南極方向的，等等。前者稱(chēng)為正極性時(shí)期，后者稱(chēng)為逆極性時(shí)期。 在正極性時(shí)期內(nèi)，存在若干短時(shí)期出現(xiàn)逆極性；在逆極性時(shí)期內(nèi)，也有若干 短時(shí)期出現(xiàn)正極性；此等短時(shí)期稱(chēng)為該“時(shí)期”內(nèi)的“事件”或“亞期”。 利用鉀—?dú)宸ǎ瑯?biāo)定每一次磁場(chǎng)逆轉(zhuǎn)的絕對(duì)年代，可編制成地球的地磁年代 表。測(cè)繪待測(cè)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(duì)比， 便可以確定待測(cè)沉積物層屬于哪一個(gè)年代。這一方法稱(chēng)為古地磁年代測(cè)定 法。古地磁方法對(duì)測(cè)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(lái)在研究第四紀(jì)環(huán)境演變的工作中得到廣泛 利用。
屬于物理類(lèi)的絕對(duì)年代測(cè)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(chēng)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(chēng)為氨基酸年代測(cè)定法。
　　計(jì)算樹(shù)木年輪數(shù)以確定絕對(duì)年齡的方法，稱(chēng)為年輪年代法。它與計(jì)算水 層、紋泥層等以確定絕對(duì)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(jì)算，目前利用樹(shù)木年輪推算的最長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)的最大的地衣的直徑， 可以推算巖石開(kāi)始出露于地表的年代，從而了解冰川、雪線后退的過(guò)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(jìn)一步驗(yàn)證，但在某些缺少采用其他測(cè)年條件的
　　
場(chǎng)合，仍不失是作出初步判斷的手段。地質(zhì)學(xué)上最常用的根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化石以確 定地層時(shí)代的方法，具有簡(jiǎn)便易得的優(yōu)點(diǎn)，只是在用于確定短尺度環(huán)境演變 事件的時(shí)代方面，會(huì)受到一定限制。
　　利用史前人類(lèi)在其發(fā)展過(guò)程各個(gè)階段所遺留下來(lái)的生產(chǎn)、生活用品的性 質(zhì)、形狀、紋飾特征、精致程度等，來(lái)判斷這些遺物所在的文化層的年代， 稱(chēng)為考古斷代法。這些遺物都應(yīng)是隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展而日益趨向于精 美、細(xì)致的。一萬(wàn)年以前舊石器時(shí)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(wàn)年的新石器時(shí)代的工具 了。陶器也是判斷文化層時(shí)代的重要依據(jù)。我國(guó)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(shí)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(shí)代的晚期。我國(guó)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(biāo)志著時(shí)代已進(jìn)入春秋晚期 公元前 500 年左右。
　　有許多古代遺物如甲骨、竹簡(jiǎn)、青銅器、貨幣等，�？逃形淖郑踔良o(jì) 年，更是判斷所在文化層年代的良好依據(jù)。
　　對(duì)歷史文獻(xiàn)所記載的事件，一般說(shuō)來(lái)，確定年代已不是大困難，但當(dāng)然 也有仍是十分困難的事例。有時(shí)并須將時(shí)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(jìn)一步作出其他方面的考證 了。
　　
關(guān)于開(kāi)展地理環(huán)境演變與預(yù)測(cè)的研究①

一


　　人類(lèi)賴(lài)以生存的地理環(huán)境以各種不同的時(shí)間尺度在不斷演變。地理環(huán)境 的任何變化都會(huì)對(duì)各種生命有機(jī)體從而也對(duì)人類(lèi)發(fā)生或是有利的或是不利的 多方面影響。較小的短時(shí)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(zhǎng)時(shí)間尺度的變化影響范圍廣 大，后果深遠(yuǎn)，甚至可以迫使人類(lèi)不得不作出全球性的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)調(diào)整。
　　在自然演變的同時(shí)，人類(lèi)還通過(guò)自己的活動(dòng)使地理環(huán)境發(fā)生變化。隨著 人口的迅速增長(zhǎng)和人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人對(duì)地理環(huán)境的影響在日益增強(qiáng)， 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(qiáng)烈， 后果更為嚴(yán)重。
　　因此，為了爭(zhēng)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(rèn)識(shí)地理環(huán)境的現(xiàn)狀，而且必須對(duì)地理環(huán)境的發(fā)展作歷史的認(rèn)識(shí)，研究 地理環(huán)境自然演變的規(guī)律和在人類(lèi)影響下的變化規(guī)律，從而了解它的演變前 景。
我國(guó)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(fēng)環(huán)流的直接控制，大部分地區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)非常強(qiáng)烈，再加上 人口數(shù)量大、人類(lèi)活動(dòng)歷史悠久，地理環(huán)境變化所已經(jīng)或可能造成的問(wèn)題及 環(huán)境演變前景的預(yù)測(cè)，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(jì)小冰期時(shí)，我國(guó)氣溫低于現(xiàn)代 2℃
左右，生長(zhǎng)期比現(xiàn)代短半個(gè)月以至 25 天；6—10 世紀(jì)隋唐溫暖時(shí)期，氣溫高 于現(xiàn)代 1—2℃，生長(zhǎng)期長(zhǎng)于現(xiàn)代 10—15 天。研究出現(xiàn)此一數(shù)量級(jí)溫度變化 的可能性及其對(duì)植物生長(zhǎng)、農(nóng)作物布局以及耕作制度等方面的影響，對(duì)于保 證今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)步發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。
已有的研究成果表明：冰后氣候最適宜時(shí)期，我國(guó)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(yàn)潮站的記錄表明：我國(guó)沿 海的現(xiàn)代海平面都正在持續(xù)上升，上升率平均達(dá)到 2.5 毫米／年；最大甚至 超過(guò) 10 毫米／年。今后趨勢(shì)與強(qiáng)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(jī)制的研究等，對(duì)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(guó)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(lái)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(jì)僅近 50 年來(lái)形成的 沙漠化土地面積就達(dá)到 5 萬(wàn)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(shì)，又有多大程度是屬于人為的影響，只有通過(guò)對(duì)演變過(guò)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(duì)規(guī)劃、確定今后內(nèi)蒙古、西 北大面積土地開(kāi)發(fā)利用的方向有重要指導(dǎo)價(jià)值。
青藏高原的強(qiáng)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(guò)對(duì)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(guò)程仍在進(jìn)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(guò)程，對(duì)高原水草資源及鹽湖資源的開(kāi)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(xué)與國(guó)土研究》，第 1 卷，第 2 期，1985 年。

考價(jià)值。研究高原隆起對(duì)大氣環(huán)流的影響更將有助于探討我國(guó)東部季風(fēng)區(qū)和 西北干旱區(qū)環(huán)境演變過(guò)程的歷史與趨向。
　　此外，如黃土高原自然環(huán)境演變過(guò)程的分析，對(duì)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?chē)跋掠苇h(huán)境的變化情況的研究和總結(jié)，都 是進(jìn)一步保護(hù)、利用和改造我國(guó)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(lái)我國(guó)自然演變各階段的本來(lái)面貌，將為預(yù)測(cè)我 國(guó)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(xué)的重要研究課題之一，近年來(lái)，三方 面的原因促使這一課題在國(guó)際范圍內(nèi)得到進(jìn)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(lái)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(shí)見(jiàn)于報(bào)道的多種自然異常，使人們 認(rèn)識(shí)到環(huán)境變化似乎在加劇。而變化對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展甚至人類(lèi)社會(huì)的存在都是 息息相關(guān)的。必須掌握它的發(fā)展規(guī)律，對(duì)前景作出預(yù)測(cè)，才能取得主動(dòng)、立 于不敗之地。美國(guó) Stephen H．Schneider 在《The Genesisstrategy》一書(shū) 中將現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)比擬為在霧海中航行的 Titanic 號(hào)郵船，而環(huán)境演變的危 機(jī)有如迎面而來(lái)的冰山，如果不盡快采取措施，對(duì)臨近的危機(jī)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(lái)人口的急劇增加，資源消耗量的急劇增
長(zhǎng)，污染及其它對(duì)自然環(huán)境破壞作用的增強(qiáng)，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，人類(lèi)本身有 意無(wú)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(dá)到不可收拾的危機(jī)境 地的可能。西方環(huán)境學(xué)家將地球比擬為一艘圍繞固定軌道運(yùn)行的宇宙飛船， 如何回顧過(guò)去，探索未來(lái)，從而預(yù)見(jiàn)環(huán)境發(fā)展的趨向，保持這個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi) 的生態(tài)平衡不被人類(lèi)自己破壞，已成為關(guān)系到全人類(lèi)生存的頭等重要大事。 第三方面的原因是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使人類(lèi)已有可能進(jìn)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(lèi)具有了能作全球性監(jiān)測(cè)的 手段；深海勘探和極地冰蓋鉆探技術(shù)的發(fā)展，對(duì)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(jìn)步使人類(lèi)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(xué)特別是放射性同位素與古地磁測(cè)年技 術(shù)的進(jìn)步對(duì)確定環(huán)境演變中重大事件的確切出現(xiàn)時(shí)期提供了強(qiáng)有力的武器； 大容量快速計(jì)算機(jī)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(yàn)
等有了可能等等。 國(guó)際上對(duì)地理環(huán)境演變的研究，首先集中在第四紀(jì)最后冰期以來(lái)，即更
新世末期和全新世時(shí)期。研究這一時(shí)期的環(huán)境演變具有較大的現(xiàn)實(shí)意義：現(xiàn) 代環(huán)境正在進(jìn)行著的自然過(guò)程是上述時(shí)期一系列演化過(guò)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(rèn)識(shí)才能得到全面的理解；而上述時(shí)期內(nèi)曾經(jīng) 出現(xiàn)的事件，在今后不太遠(yuǎn)的時(shí)期內(nèi)也有較大的重現(xiàn)可能性。
　　對(duì)晚更新世以來(lái)地理環(huán)境演變所做的研究工作，焦點(diǎn)集中在氣候變化方 面。各國(guó)學(xué)者的專(zhuān)著和論文集不勝枚舉，有些國(guó)家如美國(guó)、澳大利亞等制定 了國(guó)家研究計(jì)劃，并出現(xiàn)了許多國(guó)際性協(xié)作機(jī)構(gòu)和研究項(xiàng)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(shí)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(xué)、考古學(xué) 和第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)等學(xué)科近年來(lái)也都把研究不同的時(shí)間尺度的環(huán)境變化作為本 學(xué)科的一部分課題。專(zhuān)門(mén)討論第四紀(jì)以來(lái)環(huán)境變化的專(zhuān)著不在少數(shù)，其中如 英國(guó) A．Goudie 的《Environmental Change》已有中文譯本�；謴�(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(shù)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(lèi)以及有關(guān)環(huán) 境變化的歷史文獻(xiàn)的研究等，近年來(lái)都有長(zhǎng)足的進(jìn)展。1982 年在莫斯科舉行 的第十一屆國(guó)際第四紀(jì)會(huì)議上，以上各方面的學(xué)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(guó)都分散在各大學(xué)中。美國(guó)許多大學(xué)的具 有特色的專(zhuān)門(mén)研究所或?qū)嶒?yàn)室，不僅享有全國(guó)聲譽(yù)，并且具有國(guó)際地位。例 如哥倫比亞大學(xué) Lamont-Doher-ty 地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室（深海沉積），加利福尼亞大
學(xué) Scripps 海洋研究所（化石浮游生物），亞利桑那大學(xué)樹(shù)木年輪研究實(shí)驗(yàn) 室，俄亥俄大學(xué)極地研究所，科羅拉多大學(xué)高山與極地研究所等。澳大利亞 有些大學(xué)對(duì)于南半球環(huán)境演變所取得的研究成果也受到國(guó)際上的稱(chēng)道。
在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)于環(huán)境變化的影響方面，一項(xiàng)得到國(guó)際普遍重視的研究項(xiàng)
目是化石燃料耗費(fèi)量急劇增加導(dǎo)致的大氣中的 CO2 含量增長(zhǎng)所可能產(chǎn)生的后
果。研究工作的一個(gè)方面是根據(jù)以各種手段分析極地冰芯、樹(shù)木年輪等所取 得的數(shù)據(jù)，并估計(jì)人類(lèi)今后對(duì)化石燃料的需要量，從而估算 CO2 增長(zhǎng)的前景； 另一方面的研究工作則是推測(cè) CO2 溫室效應(yīng)有可能對(duì)全球地理環(huán)境帶來(lái)的變 化。一般都是在對(duì)溫度變化自然趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，疊加人為影響，推算兩者的 綜合效應(yīng)。這一問(wèn)題至今尚無(wú)一致公認(rèn)的結(jié)論，但初步研究表明人為影響帶 來(lái)的變化大大超過(guò)自然趨勢(shì)的變化。
　　在國(guó)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(jì)地質(zhì)工作 者在進(jìn)行。一部分氣象工作者參與了對(duì)最近幾百年來(lái)氣候變化的研究。近十 余年來(lái)，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(jìn)
退過(guò)程、氣候變化；古冰緣地貌研究，推論最后冰期時(shí)的環(huán)境及以后的變化； 黃土及古土壤研究，推測(cè)氣候、植被變化；泥炭分布及形成的研究，推測(cè)古 海面升降及氣候條件；古海岸線、湖岸線的研究，推測(cè)水文、氣候變化；大 量歷史文獻(xiàn)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(lái)看，以京津?yàn)橹行牡娜A北平原、以上海為中心的長(zhǎng)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(kāi)展，高原環(huán)境演變方面的研究也都 有不少成績(jī)。近年來(lái)淺海石油勘探的開(kāi)展，為東部邊緣海環(huán)境變化的研究提 供了良好的機(jī)會(huì)與大量的資料。
　　大多研究成果還只是探討自然演變過(guò)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(hù)以及其它方面的參考。

三

進(jìn)一步開(kāi)展我國(guó)環(huán)境演變與預(yù)測(cè)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(lái)各主要階段全國(guó)古地理環(huán)境的復(fù)原，主要是
104—103 年時(shí)間尺度變化的研究。包括以下課題：

古溫度與古降水變化過(guò)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(fēng)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(guó)冰緣環(huán)境演變過(guò)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(lái)自然地理帶的推移和演變的研究； 人類(lèi)活動(dòng)歷史的考古研究；
古地理綜合制圖研究。 以上各項(xiàng)研究至少要恢復(fù)以下三個(gè)時(shí)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(kāi)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(guó)晚更新世以來(lái)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(lèi)活動(dòng)引起的短時(shí)間尺度環(huán)境變化的研究。這是預(yù)測(cè) 21 世紀(jì)我國(guó)環(huán)境發(fā)展 趨勢(shì)的主要依據(jù)。研究重點(diǎn)應(yīng)是：嚴(yán)重水土流失地區(qū)，森林、草原大面積開(kāi) 發(fā)地區(qū)，已建立大型水利設(shè)施地區(qū)，國(guó)家重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的京津唐、長(zhǎng)江三角洲、 遼寧、山西、內(nèi)蒙古、海南島等地區(qū)。
此外，對(duì)我國(guó)環(huán)境變遷方面為國(guó)際所注目的重大問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)研究，如
青藏高原的隆起及高原本身環(huán)境的演變過(guò)程，青藏高原的隆起對(duì)東部季風(fēng)區(qū) 自然環(huán)境變化的影響，青藏高原的隆起對(duì)西北干旱區(qū)自然環(huán)境變化的影響， 中國(guó)第四紀(jì)冰川發(fā)育問(wèn)題等。
積極參加涉及世界性環(huán)境演變的國(guó)際研究項(xiàng)目，如極冰研究、深海沉積
物研究、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)大氣成分的改變及其對(duì)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(wèn)題：
（1）資料的收集和分析�，F(xiàn)有的資料分布很不平衡，時(shí)間上和地區(qū)上的
空白都很多，必須廣泛收集和補(bǔ)充。已有資料的對(duì)比、綜合，由于多方面的 原因，特別是確切年代的預(yù)測(cè)問(wèn)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(cè)試中心和各種實(shí)驗(yàn)室，包括模擬實(shí)
驗(yàn)室。
　　（3）開(kāi)展監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)站工作，以了解正在進(jìn)行中的環(huán)境演變過(guò)程。這是 薄弱環(huán)節(jié)，至今工作不多。開(kāi)展這方面的工作可利用已經(jīng)開(kāi)展起來(lái)的遙感手 段，并與環(huán)境科學(xué)的應(yīng)用項(xiàng)目相結(jié)合，以取得觀測(cè)資料和研究成果。也應(yīng)開(kāi) 展國(guó)際合作，利用國(guó)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(diǎn)開(kāi)展我國(guó)環(huán)境演變規(guī)律的研究


需要開(kāi)展對(duì)我國(guó)環(huán)境演變規(guī)律的研究。 地理學(xué)研究地域的空間差異，同時(shí)也研究環(huán)境隨時(shí)間演變的過(guò)程。 環(huán)境演變使一個(gè)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(shí)間尺度的變化對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類(lèi)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(zhǎng)時(shí)間尺度的變化后果深遠(yuǎn)，甚 至必須作出全球戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)調(diào)整，以適應(yīng)變化。這就是 60 年代以 來(lái)，“環(huán)境演變”成為世界各國(guó)科學(xué)界、特別是地理學(xué)界熱門(mén)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(zhǎng)期災(zāi)荒后，更是引起各國(guó)科學(xué)家對(duì)該地區(qū)環(huán)境演變規(guī)律研究的重視， 聯(lián)合國(guó)也迫切希望早日對(duì)當(dāng)?shù)?strong>環(huán)境演變的規(guī)律有所認(rèn)識(shí)，以便擬訂對(duì)策。
　　二三十年來(lái)，國(guó)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(jìn)展。
　　我國(guó)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(fēng)本身 的不穩(wěn)定性又助長(zhǎng)了這一變化的復(fù)雜性。我國(guó)山地面積廣大，大部分地區(qū)新 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，山區(qū)的侵蝕和平原的堆積過(guò)程都極為旺盛。我國(guó)人口數(shù)量大， 人類(lèi)活動(dòng)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(guó)環(huán)境演變規(guī)律是為當(dāng)前國(guó)土整治和規(guī)劃 21 世紀(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(fēng)格局形成以后，我國(guó)便出現(xiàn)了一條從自然地帶
性質(zhì)來(lái)說(shuō)，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(guò)渡的廣闊地帶，這就是所謂的農(nóng)牧 交錯(cuò)帶，不但有農(nóng)有牧，而且時(shí)而農(nóng)時(shí)而牧；這就是我國(guó)生產(chǎn)最不穩(wěn)定的地 帶，豐、歉更替，也是旱、風(fēng)、凍、雪災(zāi)害頻繁的地帶。
但在歷史上，這里有過(guò)興旺發(fā)達(dá)的時(shí)期。這一地帶的東部曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)元
代上都這樣的政治經(jīng)濟(jì)中心，這一地帶的西部曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)赫連勃勃統(tǒng)萬(wàn)城那 樣的政治經(jīng)濟(jì)中心。這一地帶曾是我國(guó)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(qiáng)力風(fēng)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(fēng)吹草低見(jiàn)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(kāi)發(fā)、穩(wěn)定生產(chǎn)的計(jì)劃和途徑。 更新世以來(lái)，我國(guó)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(cuò)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(kāi)發(fā)。因此，這四個(gè)地區(qū)都應(yīng)列為研究我國(guó)環(huán)境演變規(guī)律的重點(diǎn)地區(qū)。 上述地區(qū)各具特殊的地理特征，對(duì)它們環(huán)境演變規(guī)律的闡明，不僅對(duì)各地區(qū) 有生產(chǎn)實(shí)踐上的意義，而且在地理學(xué)的發(fā)展上占有重要地位。青藏高原隆起 的過(guò)程和對(duì)本身及周?chē)h(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(wèn)題。

　　高校由于分布面廣，人材集中，在開(kāi)展我國(guó)環(huán)境演變方面具有很大優(yōu)勢(shì)。 近十余年來(lái)，特別是以甘、新、青、蒙、寧夏、華北、東部平原和長(zhǎng)江三角 洲等地的環(huán)境演變研究，當(dāng)?shù)馗餍５乩硐刀奸_(kāi)展了許多工作，成果是不少的。 通過(guò)近年來(lái)的建設(shè)，幾個(gè)教委所屬重點(diǎn)高校的基本設(shè)備也大體可以承擔(dān)常規(guī) 的分析測(cè)試工作。只要對(duì)各校的隊(duì)伍適當(dāng)加以組織，對(duì)地方院校的力量進(jìn)一 步發(fā)動(dòng)，在經(jīng)費(fèi)允許情況下建立中心實(shí)驗(yàn)室，作一些重點(diǎn)配備，就是一支強(qiáng) 大力量。
　　環(huán)境演變的研究應(yīng)區(qū)分為不同的時(shí)間尺度來(lái)進(jìn)行，而以最近幾千年來(lái)的 變化為主。遙感監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)站的工作可以闡明數(shù)年以至十幾年來(lái)的演 變。氣候記錄、樹(shù)木年輪和歷史記載以及考古材料的分析，可以推測(cè)百年以 至千年級(jí)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(wàn)年以來(lái)的演變規(guī)律。掌握了千年左右的 演變規(guī)律，就有可能對(duì)未來(lái)百、十年的前景作出展望和預(yù)報(bào)，成為經(jīng)濟(jì)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(lái)世界氣候有轉(zhuǎn)暖趨 勢(shì)，直接的影響是兩極冰蓋融量增大，導(dǎo)致海面上升，有些國(guó)家已限制在一 定海拔高度以下的地區(qū)作重點(diǎn)建設(shè)投資。已有的研究成果表明，1000 年前我 國(guó)氣溫曾高于現(xiàn)代約 2℃左右，生長(zhǎng)期長(zhǎng)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(zhǎng)期比現(xiàn)今短半個(gè)月以至 25 天。所有這 些情況在我國(guó)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(duì) 策，都只有通過(guò)研究環(huán)境演變規(guī)律來(lái)得到認(rèn)識(shí)和解決。
研究我國(guó)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(cè)和
實(shí)驗(yàn)站工作有待于開(kāi)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(jìn)行模擬工作，這也有待于開(kāi)展。

中國(guó)環(huán)境演變研究的進(jìn)展①


　　60 年代晚期以來(lái)，全球各地一系列氣候異常事件所造成的嚴(yán)重后果，引 起人們對(duì)環(huán)境演變問(wèn)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(guó)際上的注目。對(duì)此， 至少有兩個(gè)問(wèn)題急于回答：一是薩赫勒的這種旱化，究竟只是短期的波動(dòng)， 還是長(zhǎng)期的趨勢(shì)；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(duì)這兩個(gè)問(wèn)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(duì)區(qū)域環(huán)境演變歷史全面研究的重視和開(kāi)展。其后，CO2 增暖問(wèn) 題、極冰融化和海平面上升問(wèn)題以及氟里昴的使用導(dǎo)致臭氧層破壞等問(wèn)題的 出現(xiàn)，更使環(huán)境演變問(wèn)題從區(qū)域的研究進(jìn)展到全球的研究，導(dǎo)致了國(guó)際全球 演變（Global hange）研究計(jì)劃的開(kāi)展。
　　近二三十年來(lái)，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(xué)技術(shù)的進(jìn)步。采樣技術(shù)的進(jìn)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(lái)源；分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步擴(kuò)大了從 各種生物和地學(xué)代用資料中取得的信息量及其精確度；數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技 術(shù)使信息處理、數(shù)學(xué)模擬得到前所未有的提高；各種年代測(cè)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(shí)間序列等等。在這樣的全球背景下，70 年 代末以來(lái)，我國(guó)科技工作者在微體古生物研究、古土壤與古風(fēng)化殼研究、樹(shù) 木年輪研究、冰緣現(xiàn)象研究、環(huán)境考古研究、文獻(xiàn)記載研究以及古地磁學(xué)和
特別適用于晚冰期以來(lái)年代測(cè)定的 14C 年代學(xué)方法的研究等許多方面都取得 長(zhǎng)足進(jìn)展，使對(duì)我國(guó)新生代以來(lái)自然環(huán)境演變的研究取得了多方面的突破， 對(duì)這一時(shí)期的演變過(guò)程有了一個(gè)輪廓性的認(rèn)識(shí)，并已開(kāi)始參與全球演變研究 計(jì)劃。近年來(lái)我國(guó)環(huán)境演變研究最重要的進(jìn)展可以歸納為以下幾個(gè)方面。

一、新生代以來(lái)全球環(huán)境演變與中國(guó)自然環(huán)境演變之間關(guān)系的認(rèn)識(shí)


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(guó)大陸在 第四紀(jì)時(shí)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(yùn)行亦 頗廣泛”［1］的重大論斷。我國(guó)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(guó)第四紀(jì)環(huán)境發(fā)展的過(guò)程與世界背 景聯(lián)系了起來(lái)。50、60 年代以來(lái)對(duì)中國(guó)西部高山冰川的廣泛考察以及近年來(lái) 對(duì)中國(guó)東部“冰川遺跡”，特別是對(duì)廬山遺跡從宏觀的地貌—沉積研究深入 到微觀的物理、化學(xué)性質(zhì)的分析都已證明了：第四紀(jì)期間我國(guó)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(dòng)物群的研究［3］、海平面升降的研究等也都證實(shí)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(jìn)一步證實(shí)了中更新世以來(lái) 我國(guó)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(jìn)行對(duì)比，取得良好關(guān)系。我國(guó)陜西洛川剖面中，73 萬(wàn)年 以來(lái)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(xué)》，第 10 卷，第 3 期，1990 年。

積氧同位素曲線上的一個(gè)“終端”（Termination）［5］，即每當(dāng)氣候轉(zhuǎn)暖 時(shí)，我國(guó)的黃土沉積發(fā)生中斷，黃土面上出現(xiàn)成土過(guò)程；全球氣候再度轉(zhuǎn)向 寒冷時(shí)期，黃土沉積重又開(kāi)始，發(fā)育的土壤剖面受掩覆而成為“古土壤”。 這種對(duì)應(yīng)關(guān)系表明，中國(guó)環(huán)境發(fā)展的節(jié)奏與全球過(guò)程一致。
　　從 20 年代開(kāi)始，竺可楨先生便不斷發(fā)表研究我國(guó)歷史時(shí)期氣候變化的論 著，至 70 年代初，發(fā)表著名論文《中國(guó)近五千年來(lái)氣候變遷的初步研究》。 他把根據(jù)從考古到文獻(xiàn)以至儀器觀測(cè)資料所得到的中國(guó)氣候變遷過(guò)程與世界 其他區(qū)域比較，結(jié)論是：“以我國(guó)五千年來(lái)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(lái)氣溫變化與格陵蘭冰芯
18O 同位素變化相比較，“相距二萬(wàn)余公里而古代氣候變動(dòng)如出一轍，足以說(shuō) 明這種變動(dòng)是全球性的”［6］。氣候變化與新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是引起我國(guó)第四紀(jì)時(shí) 期環(huán)境演變的］，兩大因子，竺可楨先生的研究成果無(wú)異于進(jìn)一步將我國(guó)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(lái)自文獻(xiàn)記載，但后來(lái)研究其他多種代用資料所得的結(jié)果也都 證實(shí)了他的論斷的正確，即：中國(guó)全新世時(shí)期氣候變化的總格局與全球一致， 即使在強(qiáng)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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