冰期

定義1:地質史上氣候寒冷、冰川廣泛發育的時期。每次大冰期又可包括若干次冰期。

應用學科:大氣科學(一級學科);氣候學(二級學科)

定義2:地球表面覆蓋有大規模冰川的地質時期。

應用學科:地理學(一級學科);冰川學(二級學科)

定義3:地質史上出現大規模冰川廣布現象的時期。

應用學科:生態學(一級學科);全球生態學(二級學科)

具有強烈冰川作用的地史時期。又稱冰川期。冰期有廣義和狹義之分，寒冷的冰期廣義的冰期又稱大冰期，狹義的冰期是指比大冰期低一層次的冰期。大冰期是指地球上氣候寒冷，極地冰蓋增厚、廣布，中、低緯度地區有時也有強烈冰川作用的地質時期。大冰期中氣候較寒冷的時期稱冰期，較溫暖的時期稱間冰期。大冰期、冰期和間冰期都是依據氣候劃分的地質時間單位。大冰期的持續時間相當于地質年代單位的世或大于世，兩個大冰期之間的時間間隔可以是幾個億，有人根據統計資料認為，大冰期的出現有15.0 億年的周期。冰期、間冰期的持續時間相當于地質年代單位的時期。

在地質史的幾十億年中，全球至少出現過3 次大冰期，公認的有前寒武紀晚期大冰期、石炭紀-二疊紀大冰期和第四紀大冰期。冰川活動過的地區，所遺留下來的冰磧物是冰川研究的主要對象。第四紀冰期冰磧層保存最完整，分布最廣，研究也最詳盡。在第四紀內，依冰川覆蓋面積的變化，可劃分為幾個冰期和間冰期，冰蓋地區約分別占陸地表面積的30%和10%。但各大陸冰期的冰川發育程度有很大差別，如歐洲大陸冰蓋曾達北緯48°，而亞洲只達到北緯60°。由于氣候變化隨地區的差異和研究方法的不同，各地冰期的劃分有所不同。1909 年，德國的A.彭克和E.布呂克納研究阿爾卑斯山區第四紀冰川沉積，劃分和命名了4個冰期和3個間冰期。

大冰期的成因，有各種不同說法，但許多研究者認為可能與太陽系在銀河系的運行周期有關。有的認為太陽運行到近銀點區段時的光度最小，使行星變冷而形成地球上的大冰期;有的認為銀河系中物質分布不均，太陽通過星際物質密度較大的地段時，降低了太陽的輻射能量而形成地球上的大冰期。

"冰川是氣候的產物"，這是冰川學界的流行說法。那么，氣候又是什么的產物呢?筆者的說法是"氣候變化是地球系統的變化在大氣圈中的反映"。冰凍圈是地球系統的一部分，所以人們可以說"氣候的一部分是冰川的產物"。當然，氣候的主要部分應該是地圈(包括殼、幔、核)的產物，因為地圈占地球系統總質量的99.9%。冰川與氣候的關系緊密，它們同時受地圈變化的制約，人們甚至可以說"冰川和氣候同是地圈變化的產物"。地圈的變化又受宇宙因素的制約，筆者經過長期研究，提出如下觀點:宇宙磁場與地核磁流體的電磁耦合作用，可能是地球表層各系統變化的根本原因，也是冰川與氣候變化的根本原因。

冰川期:距今大約100萬年前，地球進入冰川期，廣大地區被冰雪覆蓋，許多物種如劍齒象、巨貘等都消失了，有些物種如大熊貓、水杉等只在極少地區存活下來!

冰期時期最重要的標志是全球性大幅度氣溫變冷，在中、高緯(包括寒冷的冰期極地)及高山區廣泛形成大面積的冰蓋和山岳冰川。由于水分由海洋向冰蓋區轉移，大陸冰蓋不斷擴大增厚，引起海平面大幅度下降。所以，冰期盛行時的氣候表現為干冷。冰蓋的存在和海陸形勢變化，氣候帶也相應移動，大氣環流和洋流都發生變化，這均直接影響動植物生長、演化和分布。

第四紀冰期以后，距今約1萬年以來的時期叫冰后期。此期氣候仍有過多次低量級的冷暖波動，如距今4000~6000年期間曾出現的較明顯的寒冷期，使全球冰川一度擴展前進，被稱為新冰期。.

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近一次較明顯的小規模的冰川推進出現在13~14世紀至20世紀初(有的文獻主要指16~19世紀)，約在18世紀中至19世紀中期達到最盛，通稱為小冰期。

學者們提出過種種解釋，但至今沒有得到令人感到滿意的答案。歸納起來，主要有天文學和地球物理學成因說。

天文學成因說主要考慮太陽、其他行星與地球之間的相互關系。①太陽光度的周期變化影響地球的氣候。太陽光度處于弱變化時，輻射量減少，地球變冷，乃至出現冰期氣候。米蘭科維奇認為，夏半年太陽輻射量的減少是導致冰期發生的可能因素。②地球黃赤交角的周期變化導致氣溫的變化。黃赤交角指黃道與天赤道的交角，它的變化主要受行星攝動的影響。當黃赤交角大時，冬夏差別增大，年平均日射率最小，使低緯地區處于寒冷時期，有利于冰川生成。

地球物理學成因說影響因素較多，有大氣物理方面的，也有地理地質方面的。①大氣透明度的影響。頻繁的火山活動等使大氣層飽含著火山灰，透明度低，減少了太陽輻射量，導致地球變冷。②構造運動的影響。構造運動造成陸地升降、陸塊位移、視極移動，改變了海陸分布和環流型式，可使地球變冷。云量、蒸發和冰雪反射的反饋作用，進一步使地球變冷，促使冰期來臨。③大氣中CO2的屏蔽作用。CO2能阻止或減低地表熱量的損失。如果大氣中CO2含量增加到今天的2~3倍，則極地氣溫將上升8~9℃;如果今日大氣中的CO2含量減少55~60%，則中緯地帶氣溫將下降4~5℃。在地質時期火山活動和生物活動使大氣圈中CO2含量有很大變化，當CO2屏蔽作用減少到一定程度，則可能出現冰期。

新生代以前的大冰期因時代古老，可辨認的冰川遺跡零散殘缺，研究程度也較差，多依據地層中所含帶冰川擦痕的混磧巖、頁巖中的燧石結核和帶冰川擦痕的基巖底盤等。新生代大冰期的冰川遺跡保存普遍較為完整，尤以晚新生代冰期的研究較為深入，如沉積連續性好的深海沉積巖芯、黃土等，能較完整地記錄全球氣候和環境的變化。20世紀70年代以來，各國學者用氧同位素分析、放射性年代測定及古地磁等方法力圖恢復和重建晚新生代的全球氣候變化和沉積環境，作為劃分冰期的重要依據。此外，包含海洋生物、哺乳動物、植物孢粉化石的生物地層學，地貌分析，沉積巖石學以及古土壤等方法也常作為研究晚新生代環境和冰期劃分的依據。

在地球發展史上有冰期的時間只占整個地球歷史時期的十分之一左右，而絕大部分時間是處于溫暖期。已被確認的大冰期有以下幾次。

寒冷的冰期是已知地球上最早的大冰期。以加拿大南部和美國大湖區西部的休倫群高干達組冰磧層為代表，該地層年代為距今27~23.5億年前。另外，在南非、澳大利亞西部、印度都有這次冰期的產物。這次大冰期持續約4000萬年。

約距今9.5~6.15億年前的一次影響廣泛的大冰期。其遺跡除南極大陸尚未發現外，世界各大陸的許多地方都有保存，并多被非冰川沉積巖層所隔開，表明該冰期是多階段性的。最早發現于蘇格蘭、挪威，此后在中國、澳大利亞、非洲、格陵蘭和北美相繼發現。以挪威北部芬馬克的冰磧巖為其代表。在中國則為震旦系底部帶擦痕的南沱冰磧層，主要分布在長江中下游等處。

發生在奧陶紀晚期至志留紀早期的大冰期。約距今4.6~4.4億年前，有人認為可能延續到泥盆紀晚期(3.6 億年前)。其混磧巖見于法國、西班牙、加拿大、南美、北非及蘇聯新地島。北非的冰磧巖露頭極佳，并保存有若干冰川地貌的遺跡，如保存極好的冰壅構造、鼓丘、蛇形丘和砂楔等地形。

發生在石炭紀中期至二疊紀初期的一次冰期。當時全球氣溫普遍下降，形成大面積的冰蓋與冰川，持續時間長達8000萬年，是地球歷史上影響最為深遠的一次大冰期。見于印度、澳大利亞、南美、非洲及南極大陸的邊緣。澳大利亞東南部和塔斯馬尼亞島是這次大冰期冰川作用最強的地區。

是地球歷史上最近的一次大冰期。自新第三紀出現冰期與間冰期交替，一直延續至今。早在漸新世南極就開始出現冰蓋，中新世中期冰蓋已具規模，是最早進入冰期的地區。第四紀初期的冰期環境波及全球，中期達到最盛，所以晚新生代大冰期主要指第四紀冰期。當時，北半球有兩個大冰蓋，即斯堪的納維亞冰蓋和北美勞倫冰蓋。前者的南界到達北緯50°，后者達北緯38°附近。此外，在中、低緯的一些高山區還發育了山麓冰川或小冰帽。大約在8000~10000年前，全球又普遍轉暖，大量冰川和冰蓋消失或收縮，地球進入冰后期。但是，諸大陸的冰川和冰蓋并未完全消失。

第四紀冰期的劃分如下:

①世界的劃分。1901~1909年德國A.彭克和E.布呂克納陸續發表《冰川時期的阿爾卑斯山》(3卷)，書中根據歐洲阿爾卑斯山北麓多瑙河上游幾級砂礫階地的發育，提出該山區有4次冰期和3次間冰期，由老到新分別命名為恭茲(Günz)、民德(Mindel)、里斯(Riss)和玉木(Würm)冰期，恭茲-民德、民德-里斯和里斯-玉木間冰期。后來，B.艾伯爾和I.謝弗又補充了較老的多瑙(Donau)冰期和更老的拜伯(Biber)冰期。幾十年來，阿爾卑斯冰期系統廣為流傳，為世界許多地區所采用，并作為典型冰期模式與世界各地對比。

20世紀20年代，一些學者根據北歐斯堪的納維亞冰蓋邊緣活動位置，將丹麥、荷蘭、德國北部和波蘭的終地球經歷過冰期磧系列劃出4次冰期和3次間冰期，自老到新為艾爾斯特(Elster)、薩勒(Saale)、瓦什(Warthe)、維塞爾(Weichsel)冰期，克羅默(Cromer)、霍爾斯坦(Holstein)和埃姆(Eem)間冰期。北美的冰期系列主要是按照北歐冰期劃分方法確定的，根據冰磧物和終磧的位置劃分出:維斯康辛、伊利諾安、堪山和內布拉斯加4個冰期及桑加蒙、雅莫斯和阿弗頓3個間冰期。世界其他一些地區也劃分了本地區的第四紀冰期系列。后來，M.米蘭科維奇建立的距今百萬年以來太陽輻射變化曲線表明，至少可分出14~15個冰期輪回，即阿爾卑斯冰期系列中的每個冰期幾乎都包含著2~3個冰期輪回。50年代發展起來的深海巖芯氧同位素研究，傳統的阿爾卑斯冰期系統受到沖擊，因為它不能完整地記錄下氣候與環境變化信息，相關的地層和地貌極易被曲解。而深海巖芯同位素可以相當完整地記錄至今最為精確的更新世氣候與環境變化資料，幾乎不受巖芯地理位置的影響，其連續性和在全球的廣泛性都是惟一可以與其他氣候地層學系統的可靠資料作對比和驗證的。據太平洋深海巖芯18O記錄，大約90萬年以來可以劃分出23個18O階段和10個完整的冰川周期(由B期到K期)，期間被11個終至界線(由Ⅰ至Ⅺ)所分開。在時間序列上可與阿爾卑斯冰期系統相對比。

黃土是陸地上廣泛分布的更新世必層。自第四紀初就開始發育，幾乎是連續沉積到今天。由于保存著完整的黃土-古土壤沉積序列、生物化石和氣候信息，它是研究大陸第四紀環境變化的最理想的對象，同時還可以和深海沉積相對比。黃土大部分是冰期時的沉積物，在歐洲和北美多分布于古冰蓋的外圍。在冰蓋退縮的間冰期里，氣候濕潤，發育了棕壤，形成黃土和棕壤交替沉積剖面，記錄了冰期-間冰期的氣候循環。歐洲的黃土-森林棕壤沉積層序可劃分出若干沉積周期與亞周期，并可以與北歐冰期系列相對應。中國的黃土分布廣，厚度可達410米。如今對陜西洛川剖面的研究表明，大約距今240萬年以來，記錄了11個古氣候組，可與歐洲黃土沉積周期系列對比。其中距今90萬年的黃土層序與海洋18O階段1~23有較好的對應關系。

②中國的劃分和表現形式。中國西部高山地區的冰期劃分已為人們所公認，以研究較好的喜馬拉雅山珠穆朗瑪峰區北坡為例，第四紀冰期劃分為:a.依據希夏邦馬峰北坡附近的老冰磧平臺確立的早更新世的希夏邦馬冰期。b.依據珠穆朗瑪峰西側聶聶雄拉高平臺的冰水-冰磧沉積確立的中更新世的聶聶雄拉冰期。c.在絨布河谷中基隆寺附近的殘破漂礫群及上游絨布寺的終磧垅分別代表晚更新世早期的基隆寺階段和較晚期的絨布寺階段，這兩個階段構成了晚更新世的珠穆朗瑪冰期，也有的學者將這兩個階段劃為兩個獨立的冰期。

關于中國東部第四紀冰期的問題，仍在爭論中。1944年，李四光以廬山為樣板，將中國東部第四紀冰期由老到新劃分出鄱陽、大姑、廬山冰期，再加上1937年H.von費師孟提出的末次冰期──大理冰期，建立了中國東部第四紀冰期系列。對此，一些中外學者一直持有不同意見。80年代初，施雅風等提出:除太白山、長白山主峰區及臺灣中央山脈等海拔3500米以上的高山存在第四紀冰川遺跡外，長江中下游山地、廣西桂林、湖北神農架、北京西山、東北大興安嶺等都缺乏可靠的古冰川證據;中國東部和西部在第四紀冰期時的表現形式是不一樣的，東部地區不具備發育成山岳冰川的水、熱和地形條件，只是處于一個氣候較寒冷的時期，李四光所確認的東部古冰川遺跡實非冰川成因，如把泥石流堆積誤認為冰磧物等;東部地區第四紀冰期系列，除大理冰期外，其他冰期均缺乏根據。

約24億至21億年前--休倫冰期

約8.5億至6.35億年前--成冰期

約4.5億至4.2億年前--奧陶紀

約3.6億至2.6億年--石炭紀

約258萬年前--第四紀冰期

冰期對全球的影響是顯著的。

1，大面積冰蓋的存在改變了地表水體的分布。晚新生代大冰期時，水圈水分大量聚集于陸地而使全球海平面大約下降了100米。如果現今地表冰體全部融化，則全球海平面將會上升80~90米，世界上眾多大城市和低地將被淹沒。

2，冰期時的大冰蓋厚達數千米，使地殼的局部承受著巨大壓力而緩慢下降，有的被壓降100~200米，南極大陸的基底就被降于海平面以下。北歐隨著第四紀冰蓋的消失，地殼則緩慢在上升。這種地殼均衡運動至今仍在繼續著。

3，冰期改變了全球氣候帶的分布，導致大量喜暖性動植物種滅絕。

七次大冰期冰川波動一般包括冰舌進退(其特征時間為101a)和冰川物質平衡，零平衡線高度變化(其特征時間為100a)等幾項內容，它們均與短氣候變化緊密相聯。近40多年以內是各種地學資料最多的年代，可以進行較仔細的討論。有些氣候學家認為，在這段時間里出現過兩次氣候突變，一次在1960年代中，一次在1980年代初。或者說，可以將此40多年以內的氣候分為三個時段。以下將1960年代中至1970年代末這一時段簡稱為70年代，重點討論此時段的冰川與氣候波動及其可能原因。

70年代是北半球的低溫時段(南半球為高溫時段)，中國大部份地區是低溫少雨時段，青藏高原積雪面積亦變小。可是由于地形性熱力環流的調節，使高海拔區在該時段的降水反略有增加，于是前進冰川的比例大為增加。這一點與"小冰期"的情形頗為相似。

70年代是地球自轉的慢段，是太陽黑子的相對低值時段，也是中國大陸地震多發的時段。這些特點均與"小冰期"相似。