第四系底界問題

趙洪

摘要：第四系下界(Q/N界線)問題是第四系研究中的最基本問題之一,一個世紀以來爭論激烈,大概可分為:(1)第四系取消論;(2)Q/N界線在350~300萬年;(3)在240萬年左右;(4)在150~190萬年間;(5)70萬年。在中國以M/G界線為Q/N界線的意見已占優勢,但國際上仍以170萬年為主.為了對這一問題作出中國的貢獻,有必要在中國的黃土地層、河湖相地層中選幾個界線層型剖面,以便加強此工作。

關鍵詞：第四系下界，研究，問題

1. 歷史的回顧

第四系(Quaternary)是Arduino G于1759~1760年間創立的[2],當時他把地質歷史分為;第一紀(Primary)相當于現在的晚古生代;第二紀(Secondary)相當于現在的晚中生代;以及第三紀和第四紀。其第四系指的是地表表層疏松的沖積物.但這一概念長期被人們淡忘了,后來才被法國地質學家Desnoyers J(1829)重新起用。

著名地質學家萊伊爾(Charles Lyell)1833年從上新世區分出了一個相當于第四系的新上新世。他首次運用了生物地層學的方法,把西西里的沉積中現生海生軟體動物占90%~95%的叫第四系。1873年他又首次將生物地層與氣候地層學方法相結合,將含有喜冷動植物出現的英國Gromer forest beds置于第四系而將意大利北部陸相的維拉方(villafranchian)層置于第三系。

1846年Forbes E認為更新世相當于冰期。1909年Penk A和Bruckner E將阿爾卑斯四次冰期全歸于第四系并根據河谷侵蝕速度估算,首次給出了第四系的期限是66萬年。

1911年Haug提出以真馬(Equus)、真牛(Bos)和真象(Elephas)所謂E-B-E同時出現作為第四系開始的標志。

人為萬物之靈,是自然界發展的最高產物,是第四系的重要特征,因此,早在1779~1796年間,DeSaussure H B S便使用過靈生代(Psychozoic Era)一詞來稱呼第四系。稍后,Gruner于1806年提出入類系(Anthropogene)一詞,意欲代替第四系。(一說認為是前蘇聯的巴甫洛夫于1922年提出的)。由于人類生產力之迅猛發展,日益成為改造大自然的重要營力。因此,很多學者(特別是前蘇聯學者)主張將第四系改為人類系。李基(Louis leakey)1959年根據“東非人”地層的研究將第四系下界劃在1.75MaBp,1999年德國Crutzen P J和美國Stoermer EF共同提出把18世紀下半葉1784年瓦特發明蒸汽機以來叫作Antropocene即“人類世”[3]。它可能延續到今后5萬年,這些都是強調人類在第四系的作用。

1932年INQUA第二屆大會決定將第四系下界放在維拉方層和當時認為與之相當的意大利南部的海相Carabrian的上面,相當于英國Cromer層的下界和中國周口店組的下界,約為79萬年。

后來人們認為這樣第四系的下界就過于年輕了,于是,1948年倫敦18屆國際地質大會便決定將此界線移至維拉方層下界處,中國也將之移向可與之對比的泥河灣層的下界,從此,中國便確立于泥河灣層的下更新統地位。

這次會議還制定了一項氣候地層學的原則,以“第一次氣候惡化”或第一次氣候變冷作為劃分新近系與第四系界線的原則。如在卡拉布里層中出現了北方喜冷動物冰島美人蛤(Arctica is Landica)和波羅的透明蟲(Hyalinea balthica),但后來的工作證明卡拉布里層只相當于維拉方層的上部。

2. 當前爭論的現狀

20世紀后半葉第四系研究更加活躍,各種意見紛紛出臺,爭論十分激烈。關于第四系下界方面的意見,主要可以歸納為以下幾種意見。

(1)第四系取消論,認為第四系時間很短,生物演化和各種地質事件與上新世沒有太大的差別,沒有成為一個獨立的系的價值(Flint,1974;王乃文,1983)這種意見以后幾乎沒有人再提了。

(2) 350~300萬年,在南美的南端阿拉斯加、冰島都出現了300萬年以前的冰磧物,在海洋氧同位素曲線上也有明顯的變化,巴拿馬地峽形成截斷了太平洋和大西洋的水熱交換,改變了北半球洋流的旋回,從東西向熱帶赤道環流改變為南北向洋流之加強,向北半球輸送了更多的水汽,促進了北半球冰蓋之擴大。

在中國,一些冰川學者認為元謀組之下有“龍川冰磧層”,榆社群底部有“任家垴冰磧層”,泥河灣層之下有“紅崖冰磧層”(曹照垣等)[4],以此為準認為第四系下限應為300萬年,但這些冰磧層卻遭到了強烈的質疑,薛祥煦[5]認為“綠三門”中游河動物群中雖有三趾馬(Hipparion houfenense)、祖鹿(Cervavitus sp)等上新世的代表成分,但也有生活于第四系的真象科的游河象(Elephas youheensis)等,根據“新種屬的出現往往要比舊種屬的存在對決定地層時代更有意義”的原則,將游河組劃歸第四系,其下界約300萬年,陽原群(泥河灣層)[1]底部的“東窯子頭動物群”也與之相當,也被湯英俊(1980)置于第四系底部.在華北平原(楊子庚,1979)、陽原群底部(周昆叔,1983)、在上海400 m以下(劉金陵,1973,竹淑貞等,1980)以及游河組底部都發現了云杉、冷杉等喜冷植物的孢粉組合,年齡都在300萬年左右,因而被作為第四系的開始。

(3) 250萬年,1977年INQUA Q/N界線小組建議以意大利南部Vrica Q/N界線層型剖面上出現喜冷的鈣質底棲有孔蟲;波羅的透明蟲(Hyalineabalthica)為標志,。所以將第四系下界放在240萬年(Boellstorff J,1978)。在中國20世紀80年代以后主張240萬年左右為第四系下界的人漸多,如劉東生(1985)[6]認為應以綠泥河灣與黃泥河灣的界線為Q/N界線,年齡約為240萬年。在北京順義鉆孔中于428~475 m深度上發現了喜冷的波羅的透明動物群,其年齡約為226萬年。因此,主張以松山/高斯界線為Q/N界線(林景星,1981;李鼎榮,1982;王乃文,1983;安芷生[7])。張宗枯等[8]主張以“黃三門”與“綠三門”的分界為N/Q界線,也與M/G磁性界線相近。

(4) 150~190萬年,這中間的意見很多,但影響最大的要算Pasini G和Colalang M L[9]兩人向1982年莫斯科INGUA大會提出的報告中的建議,他們根據INQUA1-a分會(Q/N界線分會)和國際地質對比委員會(IGCP)第41號項目工作組的建議在Vrica N/Q界線層型剖面進行了大量工作,認為介形亞綱中的爬行翼花介(Cytheropteron testudo)這個“第一位喜冷的來客”(First cold guest)或稱“冷水種”的初現層作為N/Q界線,其位置在奧都維亞時稍上的位置,年齡在160~170萬年,后來又延伸到180萬年。該作者們認為應該放棄“第一次氣候惡化的原則”,但又不能忽視具體的資料,實際上他們還是應用了生物—氣候地層的原則。該建議在這次INQUA大會上以及1984年的國際地層會議上都得到了通過。

(5) 70萬年,主要是前蘇聯學者,他們認為前蘇聯沒有早于明德冰期的冰川,而將Q/N界線置于70萬年,后來就很少有人提了。看來除具體界線年齡的爭論外,還有一個以海相為標準還是以陸相為標準的爭論。

1990年在中國太原專門開了一個第四系下界學術會議,會后爭論就比較少了,看來以M/G界線為Q/N界線的意見占優勢,但國際上仍然是160~180萬年為主,遵守著國際會議的決議。

3. 討論

綜上所述,第四系下界的年齡由于各家所依據標準不同而所得年齡值各異,在南美有人根據冰磧物及深海巖心氧同位素測定主張第四系與第三系的界線放在3.00 Ma左右;在歐洲海相地層第四系與第三系界線,大多數人主張放在1.8 Ma,即奧爾杜維亞期的底部層位;歐洲陸相地層的第四系與第三系界線,很多人主張放在維拉方組底界K-Ar法年齡值為2.5 Ma。在中國黃土區,若將第四系與第三系界線放在1.8 Ma,就必然把巖性上統一的黃土體從中截開,這在巖古地層學上矛盾很大。故大多數學者主張中國黃土區第四系下限采用古地磁的M/Ga界線,即2.48 Ma或2.40~2.55 Ma的界線為合理。

作者從現有資料分析認為:最早的人類化石在非洲,然后向歐亞大陸擴散,200萬年以前到達了亞洲,中國已在云南、安徽、江蘇泗洪、重慶巫山等地發現200萬年以前的古猿化石,接著是巫山人(200萬年),元謀人(170萬年)、藍田人(115萬年),陳家窩人(65萬年)以及北京人(60~23萬年)。在印尼有莫佐克托入(181萬年),在格魯吉亞有170萬年的人化石,人類到達澳洲為4萬年前,到達北美也大致相同,但到達南美南端僅1.35萬年。

動物也存在著一個擴散問題,真馬是370萬年前出現在北美的,240~250萬年前擴散到巴基斯坦、歐洲和非洲。而真象是大約400萬年前發源于非洲,280萬年前擴散到西瓦里克(Lindsaye H,et al,1979)。

因此,同一種動物在世界各地的出現也是穿時的,那么,有沒有一種不具穿時性的標志呢?作者認為:有,那就是古地磁標志。地球是一個統一的磁場,一旦地磁極轉換,地球每一個角落的磁場都要發生變化。人們已經利用B/M線作為中/早更新世的界線,在可作為第四系下界的磁性標志中奧都維等亞時的上、下界線等,都不如松山/高斯這個極性時的界線顯著,所以本人認為它應該受到重視,選為Q/N界線。

從磁療法可以治一些病,信鴿等鳥類直到體內含有磁小體的趨磁細菌都要用地磁場導航等現象看,磁極性轉換可能對生物有很大的影響,在M/G界線附近又有一些事件發生:①紅土變為黃土;②原鼢鼠變鼢鼠,三趾馬由繁盛到衰退只剩個別殘余種和特化種,真牛、真馬、真象走向繁榮與齊全,更接近于現代人的直立人走向昌盛;③在泥河灣地區一些典型的變熱帶植物,如含有楓香、栗、栲、山毛櫸等的常綠闊葉林為溫帶落葉闊葉林所代替(袁寶印,1996);④在南海的鶯——瓊盆地有Globorotaliamulticammerata絕天事件(汪品先,1991)。大家知道,白堊系與古近系界線(E/K界線)上的宇宙撞擊事件是導致恐龍滅絕的原因。M/G界線附近的這次撞擊事件與地極轉換及其他事件是否有內在聯系,應該深入研究。

1994年意大利學者Rio D等提出以西西里島的Monte San Nicola剖面代替Vrica剖面作為界線層型剖面,并將第四系下界移向M/G界線的建議。該建議未被國際地層委員會中的第四系分會(SQS)和晚第三系地層分會(SNS)通過,但可以看出以M/G界線作為第四系下界的呼聲很高,而且人們已向“層型剖面”一旦確定下來十年不變的傳統提出了挑戰。

面對國際上的激烈競爭,中國應該積極行動起來,選擇中國的層型剖面加強工作以便為這一問題作出中國的貢獻。中國黃土地層發育十分完整并具有特色,所以劉東生[11]院士已于2000年提出洛川剖面為層型剖面。但是“界線層型剖面”有一個最基本的要求就是它必須含有你所追求的地層界線,必須是連續沉積的,洛川剖面午城黃土底部與第三系紅土交界處有一層黃土夾紅土碎屑混雜層,意味著這期間有短暫的侵蝕間斷,它可能已把真正的Q/N界線侵蝕掉了。所以它的M/G界線在黃土/紅土界線之下,而大多數其他剖面M/G界線是在黃土/紅土界線之上。所以最好另選其他沒有侵蝕間斷,沒有混雜層的剖面,以保證成功。此外河湖相層如三門群的武家堡剖面、榆社群的張村剖面、陽原群的紅崖剖面也應在考慮之列。■

參考文獻

[1] 孫建中.黃土高原第四紀[M].北京:科學出版社,1991.46—59.

[2] Nilsson T.The pleistocene-geology and life in the qut-ernary ice age [M]. London: D. Reidel Publishingcompany,1983.

[3] 劉東生,孫繼敏,吳文樣.中國黃土研究的歷史現狀和未來——一次事實和故事相結合的討論[J].第四紀研究,2001,(3):185-207.

[4]

[5] 薛祥煦.陜西渭南——早更新世動物群及其層位[J].古脊椎動物與古人類,1981,(1):35—44.