300年前的历史_300年前的气候

1.地质时期气候的气候史

2.几十万年前为什么气温比现在高1~2度

3.全球变暖是必然还是人为因素造成?

4.地球自形成起，其间的气候演变

5.人类历史中气候经过那些变化?气候的每一次变化对地球上的动植物和人类有何影响?

西北区域气候演变是黑河流域总水变化、地下水循环演化的驱动力之一。本节通过对考古、树木年轮、历史文献和古水文与古地理等前人不同类型的资料分析，了解万年、数千年来黑河流域的气候、水文和水循环条件变化，揭示黑河流域地下水形成和循环演化历史过程，进而奠定研究现代水循环变化、识别与剥离人类活动对地下水循环影响状况的基础。

一、万年尺度水文环境

根据测年资料，末次冰盛期（记作LGM）位于距今2.1万～1.6万年间，那时青藏高原冰川面积为350000 km2左右，是现代冰川面积的7.5倍（王绍武等，1995）。其中青藏高原东部的横断山系和东昆仑山，LGM面积比现代大40～144倍（施雅风等，1996），西北部昆仑山西中段比现代大2.2～3.6倍（王绍武等，1995）。在末次冰盛期之后，气候转入波动升温时期，大陆冰盖消融，海平面上升，气候回暖。古里雅冰芯氧同位素测定表明，现代气温比LGM时期高5℃。大量冰融水和夏季降水增加，促进了湖泊扩张，在黑河流域下游区一度出现2600 km2的湖泊水域。

在黑河流域集的第四系深层承压水14C年龄表明，大部分深层地下水形成于距今14000～5000年期间，与上述的气候变化具有对应性。

二、千年尺度水文环境演化特征

在距今1.22万～1.08万年间，发生了新仙女木（YD）降温，δ18O从LGM时期的-16‰急剧降至-21‰，相当于降温12℃。在距今1.08万年前后，δ18O急剧上升至-14‰，相当于升温12℃（王绍武等，1995）。YD结束之后，随即进入间冰期，即全新世，出现新的冷暖、干湿交替时期。其中早全新世为升温期、中全新世为大暖期和晚全新世为降温期。

在距今8000～7000年的早全新世末期，气候由冷干变为暖湿，降水开始明显增加。

距今7000～4500年时期为中全新世气候最佳时期，气候温暖湿润、降水量大、湖泊发育、水草茂盛，期间出现过暂短的冷期。张掖东灰山遗址的孢粉研究也表明，距今4000年前黑河流域水文环境和生态环境较现代优越。在距今7000～3500年期间至少有4次明显的多雨期，经14C测定分别为距今6580年、5730年、4800年和4545年，这与印度拉贾斯坦多雨期、中国东部高海面及世界高海面的几个时期都很接近。根据曹兴山（1996）的研究成果，第四纪以来甘肃共有5次造炭期，最近的3次是距今8000～7000年、5800～4500年和3500～2500年。在全新世大暖期，气温比现代温度高2～5℃，降水量增多，青藏高原普遍出现湖水淡化与扩张，冰川大幅度后退。

距今5000～4000年期间在甘肃民乐东和西灰山地区出现小麦，表明原始农业在该时段有了很大的发展，同时森林植被遭到人为大范围的破坏。进入距今4000～3000年期间，气温波动下降，出现湖沼收缩，草原或半荒漠植被扩大。

中全新世晚期（距今3500～2500年）是向晚全新世过渡前的一次温暖湿润期，这一时期降水较多，动植物得到发展，普遍形成0.5米的泥炭层。

三、百年尺度水文环境变化

（一）3000年以来变化

晚全新世以来，黑河流域的区域气候持续干旱，致使湿地大面积萎缩，草地植被迅速退化和土地沙漠化。有文献记载，额济纳盆地的古居延海是西北最大的湖泊之一。早期居延海湖面曾达到2600 km2，至秦汉时期，其湖面仍有726 km2。

在距今3000～600年期间，北半球大部分地区曾迅速转冷，先后进入较严寒的新冰期。在西北干旱区亦有类似的气候波动。其中在距今2000～1230年期间气候冷暖、干湿变化持续的时间较短，转变较快，处于旱涝灾多发期。距今1230年以后，气候时段持续时间增长，转变次数变少，基本形成了西北气候干旱特点（施雅风等，1996）。

自公元6世纪以后，中国许多地区又逐渐进入一个较温暖的时期。在祁连山、河西走廊等地区，多有偏暖偏干的记载。

根据祁连山敦德冰芯记录（图3-2），1428～1532年、1622～1740年和17～1865年出现过3次冷期。小冰期以来，祁连山冰川面积减少338.4 km2，为17.5%，高于西部地区冰川面积平均减少值（13%～16%）。其中祁连山东部（石羊河流域）冰川面积减少比例大于中段黑河流域和西段疏勒河流域，西段减少比例最小（表3-6）。黑河流域上游区冰川面积减少100.8 km2，变化率为19%。

在西北地区，高山冰川经过小温暖期的退缩阶段以后，又重新向低海拔地区扩张，出现多次冰进。在祁连山、天山等地，普遍存在着这一时期的冰渍，最近几次冰进约距今400多年、200多年和100多年（图3-3），雪线高度较现代要低。这些都表明该时期气候是寒冷的。

图3-2 祁连山敦德冰芯气候记录曲线

表3-6 小冰期最盛期以来祁连山区冰川面积变化特征（km2）

图3-3 黑河流域百年尺度研究区水循环条件演化过程

据历史资料记载，在百年尺度气候变化过程中，公元1226年以来该区降水相对增多的时段为：1495～1557年、1652～1772年、1850～1890年和1919～1939年（施雅风，1995）。祁连山树木年轮资料显示的多雨期是：1428～1532年、1622～1740年、17～1865年和1924～1944年。近百年来的气候变化趋势是暖干。

近500年来，祁连山区气温升高约1～1.2℃，冰川面积减少33%～46%，冰川储量减少31%～51%，降水量减少50～80 mm，冰川融水减少35%～46%，陆面蒸发约增加7%，源头冰川消融速度加快，冰川面积仅存291 km2，冰雪水量持续减少，其中1940～1960年期间减少最明显。

据张祥松等（1996）研究表明，小冰期最盛期至1956年期间祁连山柳泉沟河流域冰川面积减少19.2%，条数减少9.3%，长度减少11.4%，冰储量减少30.1%，平衡线升高60 m，石羊河流域平衡线升高140 m。

这一时期内的降水状况，基本维持少雨干燥。根据树木年轮宽度变异可见，近300年来存在两个相对多雨期和3个相对少雨期（图3-4）。

图3-4 近200年以来西北不同地区旱涝动态变化过程对比

（二）近百年来变化特征

自19世纪末以来，西北内陆地区气候基本上维持较为温暖状态，西北地区的高山冰川普遍以退缩为主，雪线高度多有上升。例如天山西段木扎尔特冰川在1909～1959年的50多年内退缩了约750 m，平均每年后退15 m之多，上升约200 m。祁连山冰川亦大体如此（施雅风等，1995）。1956～年期间，祁连山水管河4号、“七一”和老虎沟12号地表性冰川分别减少0.81%、0.06%和0.04%。1960～1995年期间石羊河流域、黑河流域和疏勒河流域的冰川面积分别减少12.93 km2（占19.9%）、29.44 km2占（7.0%）和35.67 km2（占4.2%）。

1940年前的气温上升趋势是明显的，1940年后进入一个相对冷期（表3-7和图3-3），20世纪70年代开始回升（图3-5）。从各季情况来看，20～30年代突然增暖，夏季较其他季节明显，冬季则主要出现在30年代。

表3-7 20世纪以来每10年西北地区、黑河流域气候特征值

图3-5 近50年以来黑河流域年气温变化过程

近50年以来，西北区域气候变化总的特征是：湿冷→干暖→干冷→湿暖→湿冷，循环周期约40年，即50年代升温，60年代、70年代降温，80年代升温，90年代降温。从全国尺度来看，大部分地区的年气温差都在逐步下降，西北地区平均下降速度为0.83℃/10 a。在20世纪80年代后期，受“温室效应”影响，升温趋势加强（图3-6）。

从西北地区的延安、西安、兰州、西宁、张掖5个代表站的旱涝统计分析结果来看，20世纪以来各站干旱次数无明显上升趋势。在20世纪20年代，西北地区干旱频繁，而且影响面广，但是80年代以来各站的干旱次数都明显减少。

王绍武等（2002）研究表明，西北地区降水频率增多是明显的，普遍超过（5～10）%/10a。韦志刚等（2002）研究结果，西北地区20世纪60年代初多雨，70年代少雨，80年代又多雨，90年代少雨，并存在降水量变化的准8.5年和准3～4年周期。而黑河流域60年代降水偏少，80年代偏丰，进入90年代之后降水量再度偏少（图3-7）。丁永建等（1999b）对黑河流域山区和平原、东部与西部降水变化的研究结果，与图3-7规律相似（图3-8）。

图3-6 1951～1999年中国西部、东部气温变化对比

图3-7 黑河流域年降水量距平变化过程

四、近50年以来气候变化

（一）黑河流域大气水变化特征

王可丽（2003）研究表明，20世纪60～90年代黑河流域（37.5°～40°N，100°～102.5°E）大气水（整层大气水汽输送的收支情况）区域平均年输入水量为6678×108m3，输出水量为6502×108m3，净输入水量为176×108m3。输入的水汽量呈逐年减少的态势，尤其在20世纪70～80年代有明显的下降，而水汽的净输入量是波动式变化（图3-9），与区域水汽输入输出动态变化不具有线性相关关系，而是与当地水文循环条件有一定的联系。

图3-8 黑河流域年降水变化的时间序列

图3-9 1958年以来黑河流域（40°N，100°E格点）大气水汽含量动态变化

从图3-9可见，近40年来黑河流域大气水汽含量也具有明显减少的趋势，其中以20世纪60年代后期下降最为剧烈，80年代后期有所回升，90年代后仍呈下降趋势。据王可丽等（2003）研究结果，张掖地区大气水汽变化与图3-9规律基本一致，只是90年代水汽含量减少更为明显。张掖、临泽、高台和祁连站的年平均气温年际和年代际变化规律完全一致，其相关系数为0.73，超过0.001的信度，由此表明黑河流域平原区与祁连山山区属于同一个气候子系统，有着相同的影响因子和背景。

（二）气温与降水变化过程

1.时空变化规律

根据自1935年以来酒泉站气象观测资料记录，20世纪30年代中期至40年代中期黑河流域处于高温期，其中1941年的年均气温达到10.0℃，40年代末开始强降温，至1967年达到5.8℃。以后，进入波动升温过程，至90年代达到7.4℃，但是仍低于30～40年代的气温（龚家栋等，2001）。

综合黑河流域不同区域的气温变化，在20世纪60年代初以来的升温过程中，下游尾闾段荒漠区的升温最为显著，其次为祁连山前的荒漠区，中游和下游上段的人工绿洲区气温升高幅度约为上述区域的1/2。但是中游绿洲面积较大，其上升幅度略低于下游上段的小型绿洲区，表现出与绿洲规模大小相关的效应。山区的气温升高幅度相对较小，中低山区因森林带的作用，升温幅度略低于中高山区（表3-8）。

表3-8 黑河流域不同区域气温变化（℃）

黑河流域西部山区的气温升幅远大于降水增幅，气温上升导致蒸腾量增加，加之西部山区下垫面本身要比黑河流域东部山区干燥，使得气温上升消耗的水量远大于降水增加对径流的贡献率。尽管春、夏季气温上升增加了融雪和冰川径流，但是两者相加对径流的贡献率只占1%左右，而气温变化引起径流量的增减约为多年平均径流量的10.4%，降水和冰雪融水的增加不足以抵消气温上升对径流强烈的负面影响。

降水对气温变化的响应，具有显著的地域特征。在黑河流域东部的扁都口（海拔3200 m）地区，降水量增加最为显著，平均每年增加3.49 mm，民乐地区为1.54 mm/a，双树寺为0.79 mm/a。但是在瓦房城地区降水量呈逐年下降过程，平均每年减少1.15 mm。在黑河上游山区，包括讨赖河上游区，年均降水量都呈增加趋势，其中野牛沟地区增加幅度最大，为1.58 mm/a，其他几个站平均增幅为0.80 mm/a。低山丘陵和平原区，包括绿洲区，降水量也表现为上升趋势，幅度在0.5 mm/a左右。在下游区上段，增加幅度介于0.2～0.5 mm/a范围。在下游尾闾端，降水量呈逐年下降的趋势，下降幅度为0.5 mm/a左右。

20世纪50～90年代，黑河流域山区和平原降水量呈增加趋势，如表3-9所示。20世纪60年代是黑河流域降水普遍偏枯水时期，80年代是偏丰水时期。

表3-9 20世纪50～90年代黑河流域山区、平原区降水量变化特征

从区域特征分析，黑河流域降水量总体上表现为由西向东增大的特点，但是在山区和山前平原区有所不同。在山区（约38.5°N以南地区）降水沿纬线方向的变化明显增大，由西向东增加。在38.5°～39.5°N之间狭长地带，主要为山麓和中低山区，受地形影响降水等值线由东向西平行展布，且与祁连山走向相同。在经线方向上，降水量由北向南增加，且山区降水的增加幅度比平原区大。在99.5°E经线以西地区，降水量沿经线基本上为单调向南增加。在99.5°E经线以东地区，这种变化较为复杂，在山区出现了最大降水带。在39.5°N以北平原区，降水量稀少，东西方向变化不大。但是在东部地区，降水梯度明显增加（丁永建等，1999）。

在纬向上（南北向），由于受祁连山走向的影响，黑河流域降水随高度的变化明显。在99.5°E经线以西，沿经线方向降水随高度而增加，降水增加梯度是非线性的。沿98°E经线平均降水梯度约为10.0 mm/100 m，沿99.5°E经线平均降水梯度17.0 mm/100 m。在99.5°E经线以东地区，由平原区向山区降水梯度明显增大，且在2400～3400 m的高度区间内出现最大降水带。若以99.5°E经线为界，则黑河流域西部地区降水呈现出较好的递增规律，平均降水梯度为15.9 mm/100 m；在东部地区，降水随高度呈现出非线性增加，最大降水高度带为2880 m，与森林带下限高度基本一致，反映了该地区的水汽凝结高度（丁永建等，1999a）。据计算（丁良福等，1996），祁连山水汽凝结高度平均约为3000 m，在此高度带以下，降水量随高度递增。

在经向上（东西向），黑河流域降水也表现出明显的地区性差异。以39°N线为界，在39°N以北的平原区，降水量随高度呈单调递增，增加幅度为10～12mm/100 m。在39°N以南的山区，降水量随高度递增的幅度明显增大。在最大降水高度带以下，山区降水增加幅度为17～20 mm/100 m。若以2000 m地形等高线为界，把黑河流域分为山区和平原区两部分，则在平原区降水量由西向东呈现出S形分布，先是由西向东降水量减少，在99°～99.5°E之间出现全区降水低值带，向东降水又逐渐增加，在100.5°～101°E之间出现降水高值区。再向东至流域东界，降水呈减少迹象。在山区，由东向西降水量基本上呈现出增加之势，只是101°E以东出现与平原区相似的变化特征，降水减少（丁永建等，1999b）。

丁永建等（1999a）研究表明，黑河流域年降水量（P）与高度（g）、纬度（φ）和经度（λ）之间存在下列量化关系：

西北内陆黑河流域水循环与地下水形成演化模式

即随地面高度的增加、经度增大和纬度减小，年降水量呈增加趋势。高度每增加100 m、经度每增加1°和纬度每减小1°，降水量分别增加14.9 mm、38.9 mm和20.1 mm。

2.降水季节性变化

从40多年以来黑河流域不同地区各季降水系列变化可见，尽管夏季降水量最大，但其Cv值却最小，这种相对稳定而集中的降水补给对黑河流域水循环过程和平原区地下水补给与更新具有重要作用。相对而言，春、秋季降水波动较大（表3-10）。山区降水系列Cv值小于平原区，东部Cv值小于西部。

3.降水变化动因

由于黑河流域地处内陆腹地，除东南季风输送来的夏季暖湿气流外，还受西风环流带来的大西洋冷湿气流和印度洋暖湿气团的影响，使得黑河流域降水年内分配差异较大。无论是山区还是平原区，从东向西，6月降水比例逐渐增大，最大降水月份为7～8月，由东向西，7月份降水比例逐渐增大，8月份降水比例逐渐减小，而9月份降水比例逐渐减小。这种情况正好反映了东亚季风对该地区影响向西逐渐减弱和西风环流逐渐增强的特征。在10月至翌年3月，西部降水比例明显较高，由西向东减小。这一变化在平原地区尤为明显，向东可延续到流域东部边界。

表3-10 黑河流域不同地区各季降水量主要统计值（mm）

祁连山呈南东-北西走向，有利于截获东来的水汽，加之夏季印度洋暖湿气流的影响，使得山区在6～8月降水集中。在黑河流域西部，无论从何种路径所获得的水汽都十分有限。另一方面，青藏高原对该地区环流也会产生影响（汤奇成等，1992），夏季在疏勒河地区形成降水较少的高压区，而在张掖地区形成降水相对较多的低压区，加之东亚季风和祁连山地形的综合影响，以至在99°～99.5°E之间的平原区形成降水低值带，使得黑河流域东、西部降水状况明显不同。

（三）气温变化对降雪量影响

黑河流域以海拔3600 m为高山冰雪冻土带和山区植被带的分界线，高山冰雪冻土带下垫面主要由冰川、积雪、多年冻土和高山草垫等组成，而山区植被带下垫面主要由草丛、灌木和水源涵养林等组成。按照积雪分布特征，可分为3个垂直高度带（表3-11）。

表3-11 黑河流域垂直高度分带

黑河流域气温上升并没有带来降水的强烈波动，但是降雪量变化目前正处在一个高值区波动。当气温变化主要集中在冬季的气温上升时，降雪量相应增加，其增加的幅度和过程与1～2月份的平均气温变化相关。据王建等研究结果（2002），气温上升引起的降雪量增加达7%～10%。

在黑河流域，季节性融雪径流是春汛期间河流的主要补给源，积雪消融对平原地下水补给具有积极作用。黑河流域西部是以冰雪融水补给为主，尤其在春季消融季节，降水稀少，60%以上的地表径流来源于积雪消融，而在3～6月降水补给地下水较少，农业开消耗地下水较大。

由于冬季气温的上升，也导致了季节性积雪消融在时间上相应的提前，融雪径流的开始时间已从传统的4月中旬前移10天左右（王建等，2002）。利用SRM（Snowmelt Runoff Model）模型研究表明，气温上升带来融雪径流变化情势，在时间上造成前移和消融前期流量的增加，以及后期流量的减少（王建等，2002）。

地质时期气候的气候史

从自然历史角度看西北地区水问题从某种意义上说也就是干旱化的问题，干旱化历史也反映了水的演化历史，研究西北地区古气候的演化规律，有助于揭示干旱化的强度、分布、转化和演变特征。

一、古气候演变

（一）第三纪（距今7000万～300万年）开始的青藏高原隆升改变了东亚的地理与气候格局

远古时期的喜马拉雅地质运动对我国地质构造面貌产生了重大影响，造成古地中海消失、青藏高原升起，塑造了我国的现代地势格局。

1．西北地理格局的形成

喜马拉雅山地质运动在我国西部表现为受印度板块向北移动的影响，以挤压、褶皱和隆起为主，形成山系与盆地相间排列，奠定了“三山两盆”的地貌形态。早第三纪（距今7000万～2500万年），塔里木盆地西南部发生海侵，形成与古特提斯海相连的喀什海湾，而其他地区均已成陆，其中包括准噶尔、柴达木、藏北盆地和内蒙古一带的戈壁盆地等陆相盆地区，以及古天山、古祁连山和晋陕高地等山区。

到早第三纪晚期的渐新世（距今4000万～2500万年），印度板块与欧亚板块在帕米尔地区碰撞拼合，西部海湾消失，塔里木盆地与古地中海分离，形成统一的内陆盆地。

晚第三纪（距今2500万～300万年），在印度板块向北的强烈挤压下，青藏高原急剧隆升。西北地区因此受到强烈的南北向挤压，盆地急剧下沉，天山、昆仑山快速隆升，并向盆地挤压逆冲，形成了大量的逆冲推覆构造。在东部甘陕一带，青藏高原向北东方向挤压刚性的鄂尔多斯地块，在地块边缘受力区形成了六盘山脉，而在鄂尔多斯地块西北和东南两侧分别形成了类似“压力影”的拉张盆地，即银川、河套与汾渭盆地。

进入第四纪（距今250万年）后，青藏高原以及各盆地周围的山脉强烈隆升，在塔里木盆地山前堆积了3000多m的西域砾岩，塔克拉玛干沙漠形成。柴达木盆地早期为一巨大的淡水湖泊，晚期湖面减小变咸。在准噶尔盆地，早期的艾比湖和玛纳斯湖为淡水湖泊，南部山前为西域砾石，盆地中部开始出现沙漠，晚期湖泊变咸，沙漠扩大。而在东部，气候干旱化加剧，内蒙古的戈壁和沙漠大面积形成，并在其南侧地区因风力作用堆积形成了黄土高原。

2．中新世（距今2500万～1200万年）奠定了西北现代气候基本格局——从行星风系到季风风系

早第三纪，我国的干旱带呈东西向展布，具有明显行星风系的特征。古新世（距今7000万～6000万年）时期，我国南方属于炎热的干燥环境，东南与太平洋相接，西南与古地中海相连，东北地区为冷湿环境，整个干旱区在我国呈东西向展布的纬向干旱带，具有明显行星风系的特征。始新世（距今6000万～4000万年）时期南方地区高温干旱带向北移动了约10个纬度左右，由南方干旱带变成以华中—华北南部到青海—塔里木为中心的东西向中部干旱带，宽约15～17个纬度，仍具有明显行星风系的特征。渐新世时期干旱带北界没有大变化，而南界向北移动了约5～8个纬度，由中部干旱带变成了北方干旱带，范围大幅度减小，宽仅约7个纬度。这时，华南沿海地区降水较多，可能反映东南季风开始出现，但影响范围有限。

中新世时期，干旱带格局发生了重大变化，一改过去的纬向展布，出现了东西分异。干旱区分布在昆仑山以北、太行山以西地区，干旱区内部存在东湿西干的过渡变化特征，并一直保持至今。距今2200万年时，西北地区已经开始出现大范围的干旱化，为粉尘堆积提供了基本的物质来源，堆集形成了大量陆相风尘沉积——晚第三纪红土，显示季风系统已经出现。

中新世晚期至上新世早期干旱带缩小，向西后退，大致被限制在祁连山以西；我国大部地区气候湿润，森林、草原广布，青藏高原开始加速抬升，印度季风和东南季风都有加强之势。上新世时期干旱区向东扩大，出现了强大的冬季风。干旱化向东扩张，我国东部地区森林广袤，气候适宜。青藏高原快速抬升，加速了青藏高原内部与周边地区的环境分异，形成了西南季风、东南季风和北方的冬季风。冬夏季风由此成为影响我国东部地区环境格局的主要因素。

（二）第四纪?距今250万年）气候演化以周期性变化和干旱化加强为特征

自距今2200万年的中新世，西北地区开始出现大范围的干旱化，西北干旱化一直延伸到第四纪。第四纪以来气候变化最显著的特点是周期性、不稳定性和干旱化加剧。各种地质记录表明第四纪以来存在着数十次较大的气候冷暖、干湿变化，构成了冰期与间冰期旋回。

西北地区第四纪气候演化与全球气候变化相似，除明显的周期性演化外，同时还存在周期的转型特点。第四纪以来有三个不同的气候期，不同的气候期里气候变化的主导周期有所不同，整个第四纪时期以距今40万年、10万年和2万年的周期最为明显。黄土地层记录了两次气候转型，一次在160万年前后，气候由多种周期叠加转变成4.1万年为主导周期，第二次转型发生在80万～60万年前后，气候主导周期由4.1万年变为10万年。两次转型都伴随着冬季风的加强，60万年以后气候变化与北方沙漠的扩张同步。

自第四纪以来，西北地区的干旱化逐步加强，在距今260万年、110万年和60万年分别有三次干旱化加剧。因此西北地区总的气候特点就是在干冷—暖湿波动中干旱化增强。

（三）全新世?距今1万年以来　气候演化特征

①西北地区气候波动与全球气候变化具有一致性，但也存在区域性特征。

②适宜期：距今8000年左右直到距今4000年左右结束的全新世适宜期，是全新世气候最为温湿的时期，植被带北移和西移，气候以暖湿为主，但仍有波动。

③气候演化的周期性：以温度波动的周期性更明显，大致1500年的准周期与世界其他地区的相似。

④不稳定性：整个全新世时期存在着气候不稳定性，出现了多次气候波动，如距今5000和4000年多次出现气候恶化，并造成了我国西北地区人类文明的相应变化。

⑤干旱化加强的趋势性? 在千年尺度上，距今4000年以后气温、降水都在持续减少，环境逐步恶化。2000年后气候还有一定波动，虽然已无法与全新世适宜期相比，但比末次盛冰期好。在百年—十年尺度上，目前正处于气温上升时期，并且已基本到达了过去类似升温期能够达到的强度，但是人类活动的影响已使气温上升的幅度超过了过去自然演化中气温上升的幅度，这为预测未来的气候发展趋势增加了更大的难度和不可预测性。

⑥温湿度不同步：在宏观尺度上，我国西北地区的气候升温多与降雨增加一致，如古土壤通常是温湿环境产物，而黄土则多是在干冷环境下形成。但是越来越多的证据显示温度和降雨的变化并不完全一致，气温和降水的变化可以不同步，多种地质记录显示气温的变化常常会超前于降水量的变化（吴乃琴，2000；姚檀栋，1995。这种温湿度变化不同步的现象意味着在我们关心的时间里希望全球增温后给西部带来较多的降水可能是不切实际的，因为在降水增加以前增温将使西北地区的干旱化大大加剧，使生态环境更为恶化。

（四）末次盛冰期和全新世适宜期环境空间格局

距今2万～1.4万年的末次盛冰期和从距今8500～4000年的全新世适宜期，代表了距今最近的最劣和最佳两种极端气候和生态环境，现代气候介于这两种极端气候类型之间，更接近于全新世适宜期，这两种端元气候是现代气候环境变化的两种可能的极端类型，可以为西北地区气候与生态环境的可能变化范围提供基本参照和生态环境建设的历史依据。末次盛冰期时，温度比现在低5℃～8℃，降水量总体比现在少，海岸线东移，森林带大规模南移，华北大部和东北中部地区退化为草原，沙漠多且面积大。全新世适宜期时，温度比现在高2℃，多数地区降雨量比现在大，森林带北移，大部分沙漠后退，在贺兰山以东半干旱区的一些沙漠表面上，形成了薄层土壤和草原景观，仅塔里木和巴丹吉林地区留有一定面积的沙漠。

这两个时期的环境格局构成了近期我国北方植被端元类型的演替，反映了植被生态环境在最好与最恶劣条件下的可能变动范围，因此可为我们开展西部生态环境建设提供基本参考依据，帮助我们在开展生态环境建设时选择合理的生态环境建设方式。

二、黄土高原地区古植被

（一）古植被分布的局地性

黄土高原的植被分布状况受着各种局地特征的影响和控制，并没有严格按照植被地带性分布规律分布。归纳起来主要存在以下差异：

①沟谷和塬面的差异。沟谷和塬面的植被类型有明显的差别，全新世以来有厚层黄土分布的塬面上从来没有稳定的大面积的森林生长，自然植被类型以草原为主，但在沟谷中可以有森林（疏林）。

②基岩山地和黄土塬的差异。黄土高原的森林主要集中在没有厚层黄土沉积的基岩山地，厚层黄土的岩土性质不同于基岩山地和东部冲积平原区，在黄土塬区不存在大面积的自然森林。

③地带性?显域性　和局地性（隐域性）植被的差异。绿洲以及在沙地梁滩相间区的草甸植被、沙生植被等隐域性植被，在地质历史时期始终是存在的，但不反映地带性植被的特点。

④实际植被、潜在植被和原生植被的差异。根据气候条件划分的潜在自然植被与实际植被分布有一定的差异，而由于气候变化和人类活动影响，原生植被和潜在植被、实际植被之间存在差异，气候适宜期的原生植被状况应该是目前生态恢复所能达到的最理想状况。

⑤人工成林和自然森林演替之间的差异。人工树林树种单一，不能自然下种和自然演替，缺少生物多样性，易遭病虫害，生长5～10年后，当土壤干层出现，树林就会退化，与自然生长的森林可演替性有很大的区别。

⑥阴坡和阳坡的差异。北方地区阳坡和阴坡的湿度有明显差异，因此往往阴坡有良好的森林分布，而阳坡则没有。

⑦地下水埋深的差异：一些地区的植被群落更多的受到地形及地下水的控制，地下水位的波动会造成植被类型的变化。

因此了解不同空间、时间尺度上的自然植被特点与水热条件的关系，分析不同气候、地形母质条件下实际植被、潜在植被和原生植被的差别，弄清黄土区不同地貌单元自然植被演化和人类活动的关系，是黄土高原生态环境建设最关键的科学和实践问题。

（二）古植被与气候对应关系

研究表明全新世时期黄土塬面上植被的空间变化明显，从东南部黄土高原南部水热条件最好的渭南地区的草原——疏林草原?短期落叶阔叶林　，向西北到宝鸡为典型草原，兰州则为荒漠草原，总体植被类型以草原为主，并从东向西呈现与降水减少一致的趋势，显示出在厚层的黄土高原塬面上，要发育稳定的森林植被，年降水量需要比目前我们理解的水热平衡模型所对应的森林植被所需要的降水量要高得多。

三、人类文化与自然环境

几千年来，自然环境的变化一直左右着人类社会的发展，而人类的活动也随着人类生产力的发展对自然环境产生着越来越强的影响，尤其是工业化革命以后，这种反馈的强度和规模空前加大。

（一）极端气候对我国北方地区人类文化的影响

全新世以来气候出现过多次的冷暖、干湿波动，其中以距今4000年的降温最明显，这次气候在我国和世界各地都有表现，是一次全球性的气候降温，在我国以温度降低、降水减少、气候带南移、北方地区气候恶化为特点，对古代文明产生了重要影响：

①人群迁移，文化格局变动，原农业文化区出现小范围“空白”。在这次极端气候中，北方文化取了更为积极主动的应变策略，并取得良好效果。

②人群迁移又造成战争频繁，规模扩大。这些大规模战争也为我国社会进入成熟的国家和文明阶段奠定了基础。

③环境恶化最终导致经济形态发生变化。距今4000年以后，由于环境恶化、草原带南移，内蒙古中南部、陕北、晋中北、甘青等地区畜牧业成分明显加大，利用较大草场牧牛放羊已经成为北方地区的普遍现象。此后北方长城沿线的半农半牧—畜牧业文化带，正是在此基础上逐渐形成的。在这次气候中，敏感地带的北方农业文化显然取了新的卓有成效的应对策略：不是任其衰竭或大范围迁移，而是转变经济形态来适应这种变化；不是与北方或游牧文化水火不容，而是逐渐加强融合。这样既保持了文化的连续性，又客观上起到了保护环境的作用。

（二）人类活动导致我国西北陆地生态系统碳储量下降

研究表明总体上西北各省从自然状态下到现在，植被碳库均存在大幅度的下降，降低幅度大致为71％～79％，即现有植被碳储量仅为自然状态下的1/3～1/4。合计植被碳储量下降总量达5.2PgC（1015克的碳量），现有植被的退化度高达0.76。土壤碳库下降幅度与植被碳库相比，明显要低得多，其幅度大致为5％～25％，合计土壤碳储量损失也高达3.3PgC。即由于人类活动的影响，西北6省、自治区植被和土壤有机碳库已损失了约8.5PgC。西北东部的农牧交错带人口稠密，植被碳密度的下降幅度最大，土壤碳密度损失区主要位于这一带的旱作农业区域。

我国西北6省、自治区陆地生态系统碳储量的巨大损失，也指示着它具有增加碳库规模的很大潜力，如果我们能部分恢复这些地区的生态系统，它不仅能在很大程度上改善我国西北现有不断恶化的生态环境，同时还可以达到大量吸收大气CO2的目的，以减缓温室气体的快速增长，这对于我国参与全球控制CO2排放的谈判争取主动，以及制定温室气体的排放量标准都具有重要的意义。

（三）历史时期东部沙区沙漠化快速发生的原因

①气候演化的干旱化趋势。经历了距今4000年前的气候恶化后，全新世适宜期结束，西北地区干旱化逐步加强，虽然现在的气候条件仍比末次盛冰期时要好，但气温和降水都比适宜期减少很多，因此东部沙区沙漠化的自然背景就是气候条件本身的逐步恶化。

②沙源是发生沙漠化的物质基础。末次盛冰期时在西北东部地区形成了范围广大的沙漠分布，向东一直扩展到了大兴安岭一带，在全新世适宜期这些沙漠上发育了草原植被，基本被土壤覆盖，这些古风成砂为历史时期的沙漠化提供了丰富的沙源，一旦上覆土壤层被破坏，沙漠化就会发生。因此，古沙源是发生沙漠化的重要前提。

③“风旱同季”的气候条件。西北地区“风旱同季”，春季降水少、风力大、植被覆盖度低，古风成砂暴露于地表后，很容易被风力搬运，而在极短的时间内迅速扩大分布，造成沙漠化，且难以逆转。

④人类活动是沙漠化的主导因素。现今我国东部沙区为农牧交错带，从秦汉历唐宋至明清，北方游牧文化与中原农耕文化之间一直纷争不断，每次战争都会造成人口迁移及农、牧生产方式的变化。游牧民族对生态环境的破坏程度相对较低，而农耕民族的破坏程度则较高。研究表明，现在的沙漠分布接近于末次盛冰期，而实际上现在的气候条件更接近于全新世适宜期，这表明人类活动已大于自然影响，成为诱发沙漠化快速发生的最主要原因。

四、气候演化趋势

在不同的时间尺度上，气候环境的演化趋势一般具有不同的特点。在长尺度时间范围上的气候变化提供了一种宏观、长周期的气候环境演化背景，而在短尺度高分辨率的时间尺度上，是叠加在长尺度气候变化大趋势上的高频变化信息，相对于人类活动的关系也更为紧密。

在宏观趋势上，我国西北地区第四纪以来一直存在着干旱化持续加强的趋势，而气候变化的周期性使得我国北方气候不断重复冰期—间冰期的交替变化，全新世就是最新一次间冰期。

在较小的千年尺度上，全新世适宜期以后气候也在逐步向干冷方向发展，可能会出现与距今4000年和距今8000年两次降温类似的气候环境。但是干旱化幅度与现在接近，重现末次盛冰期气候的可能性不大。3000至4000年后气候可能向潮湿气候转化。

在百年尺度上我国北方气候正处在又一次升温期，但升温幅度已远远超过了历史上几次类似升温期，反映了人类活动的巨大影响。

20世纪80年代以来，西北地区温度升高显著，降水量变化存在着区域性差异，具有西增、东减、中部不变的特点，但增加的总量很小。

各种模拟预测显示，自然状况下西北会继续维持干旱化，人类影响下未来50年西北地区可能向暖湿方向发展，到2050年气温增加1.0℃～4.2℃，而降水量的预测差异较大，不确定性也大，可能会波动性略增，但不会根本改变西北地区干旱的气候格局。

几十万年前为什么气温比现在高1~2度

在地质史的几十亿年中，全球规模冰雪覆盖的扩展和退缩相互交替，有时大陆上覆盖着很大面积的冰原和冰川，气候寒冷，这时期称为冰期（又可称大冰期）；冰原或冰川以较大幅度向低纬度地区推进时，也称为冰期。介于两个冰期之间的比较温暖的时期，冰川消融退缩，称为间冰期。这种寒暖波动的时间尺度大约为106～108年。前寒武纪以来，90%以上的时间，两半球的极地无冰。但全球至少出现过三次大冰期，比较公认的有：前寒武纪大冰期（距今约6亿年以前）、石炭-二叠纪大冰期（距今2～3亿年）和第四纪大冰期（距今200～300万年至1～2万年）。在前寒武纪，还可能有另外的大冰期，但因资料不足，尚无法判断。　一般认为，对地质时期温度的估计，从中生代（距今2.3～0.67亿年）起才比较可靠。那时的年平均气温在两极附近为8～10°C，赤道为25～30°C。　第三纪气候第三纪（距今0.67亿年至200～300万年）的主要气候特征是：中纬度地区气温缓慢降低（见图），大约在1400万年前，地球上的气温急剧下降，在南极首先出现了冰盖，在250万年前，冰岛出现过山岳冰川，紧接着北半球高纬度地区也形成冰盖。

第四纪气候第四纪从距今约二三百万年开始直到现在。第四纪气候以极地冰川和中高纬度地区的山岳冰川的覆盖为主要特征，又称第四纪大冰期。在第四纪内，依冰川覆盖面积的变化，可划分出几次冰期和间冰期。它们的冰盖范围，分别占陆地表面积的30%和10%左右。但是在各大陆上的冰期中，冰川发育程度有很大的差别。例如，欧洲大陆冰盖曾达到北纬48°，而亚洲北部西伯利亚冰盖的规模较小，只达到北纬60°。中国无大型冰盖，但西部山地，如阿尔泰山、天山、祁连山、贡嘎山、玉龙山、四川西部和青藏高原等，却发育了山岳冰川。由于气候变化随地区的差异和研究方法的不同，各地划分的冰期数有所不同。例如：在欧洲，阿尔卑斯山地第四纪大冰期被划分成多瑙、贡兹、民德、里斯、武木五个冰期；在中国西南的喜马拉雅山地区，划分出希夏邦马、聂聂雄拉、珠穆朗玛三个冰期；在中国东部地区，李四光曾划分出鄱阳、大姑、庐山、大理四个冰期。但中国各地第四纪冰期的划分尚无定论，有人认为中国东部在第四纪根本没有冰川活动。第四纪的冰期和间冰期的温度振幅，海上约为6°C，这是从北大西洋热带海域分析海底岩心所得到的。除北极区海域稍高外，其他大洋区均略低于此数。间冰期的北大西洋热带海域较现代高1°C。大陆上的温度波动较大，在冰盖的边缘地区如欧洲，约为12°C，但高山雪线处则为4～6°C。

冰期和间冰期温度的巨大变化，导致其他气候要素和自然地理因子的变化:①雨带分布的变化。冰期时，冰盖面积扩大，极地反气旋增强，极地高压带向中、低纬度地区扩展，迫使行星极锋带（见锋、急流）移至中、低纬度地区，导致中、低纬度地区低气压活动频繁，雨量充沛，湖水面积扩大。例如，亚洲中部、非洲北部和中部、北美洲西部等，在冰期时均为湿润地区。但在间冰期时，上述地区的气候常很干燥。②雪线的升降。冰期时，全球山岳雪线普遍下降，大多数山岳雪线下降1000～1400米，热带地区雪线下降700～900米。③海平面的升降。冰期时地球表面的水，相当大的一部分形成巨大冰盖而留在陆地上，海平面因此降低，例如武木冰期，海平面比现代低约100米。在间冰期最暖时期的海面，可能比现代高出15～30米，甚至更多。④生物群落的迁移。在冰期时，冰川扩张，气候带向低纬度地区移；间冰期时，冰川退缩，极区气温升高，气候带向高纬地区移。与气候带相应，生物群落也随之南北迁移。例如，克里米亚（里斯冰期）的地层里发现过北极狐、北极鹿；在南高加索，从冰期的地层里发现过猛犸象化石，这些都属于极地动物。而在间冰期，北冰洋沿岸有虎、麝香牛等喜温动物群活动。

冰后期气候冰后期距今一万多年，全球气温逐渐上升，冰川覆盖的面积相应缩小，海平面随之上升，地球气候又进入较为温暖的时期（见历史气候）。

全球变暖是必然还是人为因素造成?

有可能。

地球气候会间歇性地出现气候变冷与变暖的交替变化，叫冰期与间冰期。相对于冰期气温，在间冰期，温度会高一些。

距离现在最近的一个大冰期是第四纪冰期，对应的时间为距今200-300万年前，结束于1—2万年前。

在200-300万年的时间内，气候并非一直非常冷，也是冷一段时间，又转暖一段时间。这段转暖的时间，就是间冰期。研究发现，第四纪冰期中，至少在中国，就发生过几次气候变冷与变暖的交替变化，变化的时间短则几千年，长则几万年或十几万年。

共有大理冰期－玉木冰期：距今约7万－1万年；

庐山冰期－里斯冰期：距今约37万－24万年；

大姑冰期－民德冰期：距今约80万－68万年；

鄱阳冰期－群智冰期：距今约120万－90万年。

在这几个小冰期中间的时间内，气候是相对变暖的。那么，在几十万年前，有好几十万年的时间内，温度可能比现在高。

地球自形成起，其间的气候演变

华网南京３月１０日电（记者凌军辉）记者９日从中国科学院南京地理与湖泊研究所获悉，获国家自然科学奖二等奖、由该所主持的“湖泊沉积与环境变化研究”成果显示，全球气候变暖很可能是一种自然周期变化的结果，与人类活动没有必然的联系，不久的将来，全球气候有可能逐渐变冷。

这项研究显示，大约３００年前，全球也曾出现暖期，当时的气温已经接近现在的全球气温。而大约４万年前，当时的气温甚至超过现在全球的平均气温。

“只有了解历史才能预测未来。”参与这个项目的沈吉研究员认为，现有的气象档案虽然详细，但时间跨度太短，通常只有几十年，而气候变化的周期很长，往往有数百年。

如何才能了解千万年前的气象资料？沈吉说，湖泊底泥具有记录连续、分辨率高、地理覆盖面广的优势，忠实记录了气候环境演变的信息，是一个自然档案记录库。通过对湖泊底泥的取样、编年、分析，研究人员就可以了解几千年、甚至上百万年前的气候与环境演变的历史。

从上个世纪９０年代初开始，中国科学院南京地理与湖泊研究所的专家们就开始积极参与对湖泊沉积的研究。１０多年的研究成果表明，从近千年的气候变迁来看，在中国范围内，青藏高原变暖速度最快，年平均气温已经上升４－５℃。但是，这种升温不一定是人为因素造成的，很可能是一种自然周期变化的结果。现在地球正处于从间冰期向冰期的过渡阶段，大趋势应该逐渐变冷，但速度显然有点滞后。研究人员认为，有可能是温室效应延缓了全球变冷的进程。

沈吉告诉记者，从上个世纪初以来，气候变化的频率正逐渐加快，由此造成的温度、降水等气候突变的可能性也在增大。“现在全球正处于过渡期，气候突变的可能性也最大。我认为全球气温有可能突然变冷，虽然这有点超出人们的通常判断，但积极做好相应的准备应该是非常必要的。”　

人类历史中气候经过那些变化?气候的每一次变化对地球上的动植物和人类有何影响?

大约在66亿年前，系内发生过一次大爆炸，其碎片和散漫物质经过长时间的凝集，大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。接着，冰冷的星云物质释放出大量的引力势能，再转化为动能、热能，致使温度升高，加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用，故初期的地球呈熔融状态。高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异，重的元素下沉到中心凝聚为地核，较轻的物质构成地幔和地壳，逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间，大约在38亿年前出现原始地壳，这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致。

生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的。生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中，某些生物单分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中，接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。至此，生物学的演化开始，直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。

38亿年前，地球上形成了稳定的陆块，各种证据表明液态的水圈是热的，甚至是沸腾的。现生的一些极端嗜热的古细菌和甲烷菌可能最接近于地球上最古老的生命形式，其代谢方式可能是化学无机自养。澳大利亚西部瓦拉伍那群中35亿年前的微生物可能是地球上最早的生命证据。

原始地壳的出现，标志着地球由天文行星时代进入地质发展时代，具有原始细胞结构的生命也开始逐渐形成。但是在很长的时间内尚无较多的生物出现，一直到距今5.4亿年前的寒武纪，带壳的后生动物才大量出现，故把寒武纪以后的地质时代称为显生宙

太古代[前震旦纪(18亿年前到45亿年前)]和元古代[震旦纪(5亿7千万年前到18亿年前)]

太古宙（Archean）是最古老的地史时期。从生物界看，这是原始生命出现及生物演化的初级阶段，当时只有数量不多的原核生物，他们只留下了极少的化石记录。从非生物界看，太古宙是一个地壳薄、地热梯度陡、火山—岩浆活动强烈而频繁、岩层普遍遭受变形与变质、大气圈与水圈都缺少自由氧、形成一系列特殊沉积物的时期；也是一个硅铝质地壳形成并不断增长的时期，又是一个重要的成矿时期。

元古宙（Proterozoic）初期地表已出现了一些范围较广、厚度较大、相对稳定的大陆板块。因此，在岩石圈构造方面元古代比太古代显示了较为稳定的特点。早元古代晚期的大气圈已含有自由氧，而且随着植物的日益繁盛与光合作用的不断加强，大气圈的含氧量继续增加。元古代的中晚期藻类植物已十分繁盛，明显区别于太古代。

震旦纪（Sinian period）是元古代最后期一个独特的地史阶段。从生物的进化看，震旦系因含有无硬壳的后生动物化石，而与不含可靠动物化石的元古界有了重要的区别；但与富含具有壳体的动物化石的寒武纪相比，震旦系所含的化石不仅种类单调、数量很少而且分布十分有限。因此，还不能利用其中的动物化石进行有效的生物地层工作。震旦纪生物界最突出的特征是后期出现了种类较多的无硬壳后生动物，末期又出现少量小型具有壳体的动物。高级藻类进一步繁盛，微体古植物出现了一些新类型，叠层石在震旦纪早期趋于繁盛，后期数量和种类都突然下降。再从岩石圈的构造状况来看，震旦纪时地表上已经出现几个大型的、相对稳定的大陆板块，之上已经是典型的盖层沉积，与古生界相似。因此，震旦纪可以被认为是元古代与古生代之间的一个过渡阶段。

古生代开始

藻类和无脊椎动物时代

寒武纪(5亿7千万年前到5亿1千万年前 三叶虫时代

寒武纪（Cambrian period）是古生代的第一个纪,开始于距今5.4亿年，延续了4000万年。寒武纪是生物界第一次展的时期，当时出现了丰富多样且比较高级的海生无脊椎动物，保存了大量的化石，从而有可能研究当时生物界的状况，并能够利用生物地层学方法来划分和对比地层，进而研究有机界和无机界比较完整的发展历史。

比较著名的有早寒武世云南的澄江动物群、加拿大中寒武世的布尔吉斯页岩生物群。寒武纪的生物界以海生无脊椎动物和海生藻类为主。无脊椎动物的许多高级门类如节肢动物、棘皮动物、软体动物、腕足动物、笔石动物等都有了代表。其中以节肢动物门中的三叶虫纲最为重要，其次为腕足动物。此外，古杯类、古介形类、软舌螺类、牙形刺、鹦鹉螺类等也相当重要。抛开牙形石不说，高等的脊索动物还有许多其他代表，如我国云南澄江动物群中的华夏鳗、云南鱼、海口鱼等，加拿大布尔吉斯页岩中的皮开虫，美国上寒武统的鸭鳞鱼。

奥陶纪(5亿1千万年前到4亿3千8百万年前

原始的脊椎动物出现

奥陶纪（Ordovician period）是古生代的第二个纪，开始于距今5亿年，延续了6500万年。奥陶纪是地史上海侵最广泛的时期之一。在板块内部的地台区，海水广布，表现为滨海浅海相碳酸盐岩的普遍发育，在板块边缘的活动地槽区，为较深水环境，形成厚度很大的浅海、深海碎屑沉积和火山喷发沉积。奥陶纪末期曾发生过一次规模较大的冰期，其分布范围包括非洲，特别是北非、南美的阿根廷、玻利维亚以及欧洲的西班牙和法国南部等地。

奥陶纪的生物界较寒武纪更为繁盛，海生无脊椎动物空前发展，其中以笔石、三叶虫、鹦鹉螺类和腕足类最为重要，腔肠动物中的珊瑚、层孔虫，棘皮动物中的海林檎、海百合，节肢动物中的介形虫，苔藓动物等也开始大量出现。

奥陶纪中期，在北美落基山脉地区出现了原始脊椎动物异甲鱼类——星甲鱼和显褶鱼，在南半球的澳大利亚也出现了异甲鱼类。植物仍以海生藻类为主。

裸蕨植物和鱼类时代

志留纪(4.38亿年前到4.1亿年前) 笔石的时代，陆生植物和有颌类出现

志留纪（Silurian period）是早古生代的最后一个纪。本纪始于距今4.35亿年，延续了2500万年。由于志留系在波罗的海哥德兰岛上发育较好，因此曾一度被称为哥德兰系。

志留系三分性质比较显著。一般说来，早志留世到处形成海侵，中志留世海侵达到顶峰，晚志留世各地有不同程度的海退和陆地上升，表现了一个巨大的海侵旋回。志留纪晚期，地壳运动强烈，古大西洋闭合，一些板块间发生碰撞，导致一些地槽褶皱升起，古地理面貌巨变，大陆面积显著扩大，生物界也发生了巨大的演变，这一切都标志着地壳历史发展到了转折时期。

志留纪的生物面貌与奥陶纪相比，有了进一步的发展和变化。海生无脊椎动物在志留纪时仍占重要地位，但各门类的种属更替和内部组分都有所变化。如笔石动物保留了双笔石类，新兴的单笔石类也很繁盛；腕足动物内部的构造变得比较复杂，如五房贝目、石燕贝目、小嘴贝目得到了发展；软体动物中头足纲、鹦鹉螺类显著减少，而双壳纲、腹足纲则逐步发展；三叶虫开始衰退，但蛛形目和介形目大量发展；节肢动物中的板足鲎，也称“海蝎”在晚志留世海洋中广泛分布；珊瑚纲进一步繁盛；棘皮动物中海林檎类大减，海百合类在志留纪大量出现。

脊椎动物中，无颌类进一步发展，有颌的盾皮鱼类和棘鱼类出现，这在脊椎动物的演化上是一重大，鱼类开始征服水域，为泥盆纪鱼类展创造了条件。

植物方面除了海生藻类仍然繁盛以外，晚志留世末期，陆生植物中的裸蕨植物首次出现，植物终于从水中开始向陆地发展，这是生物演化的又一重大。

志留纪：

生命在海洋中生，在海洋中发展壮大。在4亿多年前的志留纪，水域中的生物千姿百态，热闹非凡，植物已发展到大海藻，动物发展到低等的脊椎动物鱼类。而陆地上的生命却十分罕见，几乎到处是童山秃岭，一片荒凉。 末期，由于地壳剧烈运动，地球表面普遍出现了海退现象，不少水域变成了陆地，有的海底崛起了高山。沧海巨变，对水中的生物产生了巨大的影响。

圆口类很象鱼，但缺乏成对的胸、腹鳍、特别是嘴巴上没有上下颌，所以又叫"无颌类"。古代的无颌类，都是些体外披着硬骨片的"甲胄鱼"。古代的无颌类，从奥陶纪出现以后，在志留纪很繁盛。但因为无颌，生活方式落后，仅能以流入中内的水中夹杂的食物为食，所以在生存斗争中，它们敌不过新兴的有颌鱼类而日趋衰落了。

泥盆纪(4.1亿年前到3.6亿年前) 鱼类的时代

泥盆纪（Devonian period）是晚古生代的第一个纪，开始于距今4.1亿年，延续了约5500万年。泥盆纪古地理面貌较早古生代有了巨大的改变。表现为陆地面积的扩大，陆相地层的发育，生物界的面貌也发生了巨大的变革。陆生植物、鱼形动物空前发展，两栖动物开始出现，无脊椎动物的成分也显著改变。

腕足类在泥盆纪发展迅速，志留纪开始出现的石燕贝目成为泥盆纪的重要化石。此外，穿孔贝目、扭月贝目、无洞贝目和小嘴贝目在划分和对比泥盆纪地层中也极为重要。

泡沫型和双带型四射珊瑚相当繁盛。早泥盆世以泡沫型为主，双带型珊瑚开始兴起；中、晚泥盆世以双带型珊瑚占主要地位。

鹦鹉螺类大大减少，菊石中的棱菊石类和海神石类繁盛起来。

正笔石类大部分绝灭，早泥盆世残存少量单笔石科的代表。

竹节石类始于奥陶纪，泥盆纪一度达到最盛，泥盆纪末期绝灭。其中以薄壳型的塔节石类最繁盛，光壳节石类也十分重要。

牙形石演化到泥盆纪又进入一个发展高峰，这个时期以平台型分子大量出现为特征。

昆虫类化石最早也发现于泥盆纪。

泥盆纪是脊椎动物飞越发展的时期，鱼类相当繁盛，各种类别的鱼都有出现，故泥盆纪被称为 “鱼类的时代”。早泥盆世以无颌类为多，中、晚泥盆世盾皮鱼相当繁盛，它们已具有原始的颚，偶鳍发育，成歪形尾。

早泥盆世裸蕨植物较为繁盛，有少量的石松类植物，多为形态简单、个体不大的草本类型；中泥盆世裸蕨植物仍占优势，但原始的石松植物更发达，出现了原始的楔叶植物和最原始的真蕨植物；晚泥盆世到来时，裸蕨植物濒于灭亡，石松类继续繁盛，节蕨类、原始楔叶植物获得发展，新的真蕨类和蕨类开始出现。

进入 蕨类植物和两栖动物的时代

石炭纪 两栖动物的时代

石炭纪（Carboniferous period）开始于距今约3.55亿年至2.95亿年，延续了6000万年。石炭纪时陆地面积不断增加，陆生生物空前发展。当时气候温暖、湿润、沼泽遍布，大陆上出现了大规模的森林，给煤的形成创造了有利条件。

石炭纪又是地壳运动非常活跃的时期，因而古地理的面貌有着极大的变化。这个时期气候分异现象又十分明显，北方古大陆为温暖潮湿的聚煤区，冈瓦纳大陆却为寒冷的大陆冰川沉积环境。气候分带导致了动、植物地理分区的形成。

石炭纪的海生无脊椎动物与泥盆纪比较起来，有了显著的变化。浅海底栖动物中仍以珊瑚、腕足类为主。早石炭世晚期的浮游和游泳的动物中，出现了新兴的筳类，菊石类仍然繁盛，三叶虫到石炭纪已经大部分绝灭，只剩下几个属种。

最早发现于泥盆纪的昆虫类，在石炭纪得到进一步的繁盛，已知石炭、二叠纪的昆虫就达1300种以上。陆生脊椎动物进一步繁盛，两栖动物占到了统治地位。早石炭世一开始，两栖动物蓬勃发展，主要出现了坚头类（也称迷齿类），同时繁盛的还有壳椎类。

早石炭世的植物面貌与晚泥盆世相似，古蕨类植物延续生长，但只能适应于滨海低地的环境；晚石炭世植物进一步发展，除了节蕨类和石松类外，真蕨类和蕨类也开始迅速发展。裸子植物中的苛达树是一种高大的乔木，成为造煤的重要材料之一。

二叠纪 重要的成煤期

二叠纪（Permian period）是古生代的最后一个纪，也是重要的成煤期。二叠纪开始于距今约2.95亿年，延至2.5亿年，共经历了4500万年。二叠纪的地壳运动比较活跃，古板块间的相对运动加剧，世界范围内的许多地槽封闭并陆续地形成褶皱山系，古板块间逐渐拚接形成联合古大陆（泛大陆）。陆地面积的进一步扩大，海洋范围的缩小，自然地理环境的变化，促进了生物界的重要演化，预示着生物发展史上一个新时期的到来。

二叠纪是生物界的重要演化时期。海生无脊椎动物中主要门类仍是筳类、珊瑚、腕足类和菊石，但组成成分发生了重要变化。节肢动物的三叶虫只剩下少数代表，腹足类和双壳类有了新的发展。二叠纪末，四射珊瑚、横板珊瑚、筳类、三叶虫全都绝灭；腕足类大大减少，仅存少数类别。

脊椎动物在二叠纪发展到了一个新阶段。鱼类中的软骨鱼类和硬骨鱼类等有了新发展，软骨鱼类中出现了许多新类型，软骨硬鳞鱼类迅速发展。两栖类进一步繁盛。爬行动物中的杯龙类在二叠纪有了新发展；中龙类游泳于河流或湖泊中，以巴西和南非的中龙为代表；盘龙类见于石炭纪晚期和二叠纪早期；兽孔类则是二叠纪中、晚期和三叠纪的似哺乳爬行动物，世界各地皆有发现。

早二叠世的植物界面貌与晚二叠世相似，仍以节蕨、石松、真蕨、蕨类为主。晚二叠世出现了银杏、苏铁、本内苏铁、松柏类等裸子植物，开始呈现中生带的面貌。

古生代到此结束....中生代开始啦!!!

中生代是裸子植物和爬行动物的时代!

三叠纪 爬行动物和裸子植物的崛起

三叠纪(Triassic period)是中生代的第一个纪。始于距今2.5亿年至2.03亿年，延续了约5000万年。海西运动以后，许多地槽转化为山系，陆地面积扩大，地台区产生了一些内陆盆地。这种新的古地理条件导致沉积相及生物界的变化。从三叠纪起，陆相沉积在世界各地，尤其在中国及亚洲其它地区都有大量分布。古气候方面，三叠纪初期继承了二叠纪末期干旱的特点；到中、晚期之后，气候向湿热过渡，由此出现了红色岩层含煤沉积、旱生性植物向湿热性植物发展的现象。植物地理区也同时发生了分异。

生物变革方面，陆生爬行动物比二叠纪有了明显的发展。古老类型的代表（如无孔亚纲和下孔亚纲）基本绝灭，新类型大量出现，并有一部分转移到海中生活。原始哺乳动物在三叠纪末期也出现了。由于陆地面积的扩大，淡水无脊椎动物发展很快，海生无脊椎动物的面貌也为之一新。菊石、双壳类、有孔虫成为划分与对比地层的重要门类，而筳及四射珊瑚则完全绝灭。

爬行动物在三叠纪崛起，主要由槽齿类、恐龙类、似哺乳的爬行类组成。典型的早期槽齿类表现出许多原始的特点，且仅限于三叠纪，其总体结构是后来主要的爬行动物以至于鸟类的祖先模式；恐龙类最早出现于晚三叠世，有两个主要类型：较古老的蜥臀类和较进化的鸟臀类。海生爬行类在三叠纪首次出现，由于适应水中生活，其体形呈流线式，四肢也变成桨形的鳍；似哺乳爬行动物亦称兽孔类，四肢向腹面移动，因此更适于陆地行走。

原始的哺乳动物最早见于晚三叠世，属始兽类，所见到的化石都是牙齿和颌骨的碎片。

三叠纪时，晚二叠世幸存的齿菊石类大量繁盛起来，中、晚三叠世的大部分菊石有发达的纹饰，有许多科是三叠纪所特有的。菊石的迅速演化为划分和对比地层创造了极重要的条件。

双壳类也有明显变化，晚古生代的种类只有很少数继续存在，产生了许多新种类，并且数量相当繁多。尤其在晚三叠世，一些种属的结构类型变得复杂，个体也往往比较大。由于三叠纪的环境与古生代不同，非海相双壳类逐渐繁盛起来。

裸子植物的苏铁、本内苏铁、尼尔桑、银杏及松柏类自三叠纪起迅速发展起来。其中除本内苏铁目始于三叠纪外，其它各类植物均在晚古生代就开始有了发展，但并不占重要地位。二叠纪的干燥性气候延续到了早、中三叠世，到了中三叠世晚期植物才开始逐渐繁盛。晚三叠世时，裸子植物真正成了大陆植物的主要统治者。

朱罗纪 爬行动物和裸子植物的时代

侏罗纪（Jurassic period）是中生代的第二个纪，始于距今2.03亿年，结束于1.35亿年，共经历了6800万年。

生物发展史上出现了一些重要，引人注意。如恐龙成为陆地的统治者，翼龙类和鸟类出现，哺乳动物开始发展等等。陆生的裸子植物发展到极盛期。淡水无脊椎动物的双壳类、腹足类、叶肢介、介形虫及昆虫迅速发展。海生的菊石、双壳类、箭石仍为重要成员，六射珊瑚从三叠纪到侏罗纪的变化很小。棘皮动物的海胆自侏罗纪开始占领了重要地位。

侏罗纪时爬行动物迅速发展。槽齿类绝灭，海生的幻龙类也绝灭了。恐龙的进化类型——鸟臀类的四个主要类型中有两个繁盛于侏罗纪，飞行的爬行动物第一次滑翔于天空之中。鸟类首次出现，这是动物生命史上的重要变革之一。恐龙的另一类型——蜥臀类在侏罗纪有两类最为繁盛：一类是食肉的恐龙，另一类是笨重的植食恐龙。海生的爬行类中主要是鱼龙及蛇颈龙，它们成为海洋环境中不可忽视的成员。

三叠纪晚期出现的一部分最原始的哺乳动物在侏罗纪晚期已濒于绝灭。早侏罗世新产生了哺乳动物的另一些早期类型——多瘤齿兽类，它被认为是植食的类型，至新生代早期绝灭。而中侏罗世出现的古兽类一般被认为是有袋类和有胎盘哺乳动物的祖先。

软骨硬鳞鱼类在侏罗纪已开始衰退，被全骨鱼代替。发现于三叠纪的最早的真骨鱼类到了侏罗纪晚期才有了较展，数量增多，但种类较少。

侏罗纪的菊石更为进化，主要表现在缝合线的复杂化上，壳饰和壳形也日趋多样化，可能是菊石为适应不同海洋环境及多种生活方式所致。侏罗纪的海相双壳类很丰富，非海相双壳类也迅速发展起来，它们在陆相地层的划分与对比上起了重要作用。

侏罗纪是裸子植物的极盛期。苏铁类和银杏类的发展达到了高峰，松柏类也占到很重要的地位。

白垩纪 爬行动物和裸子植物由极盛走向衰灭

白垩纪（Cretaceus period）是中生代的最后一个纪，始于距今1.35亿年，结束于距今6500万年，其间经历了7000万年。无论是无机界还是有机界在白垩纪都经历了重要变革。

剧烈的地壳运动和海陆变迁，导致了白垩纪生物界的巨大变化，中生代许多盛行和占优势的门类（如裸子植物、爬行动物、菊石和箭石等）后期相继衰落和绝灭，新兴的被子植物、鸟类、哺乳动物及腹足类、双壳类等都有所发展，预示着新的生物演化阶段——新生代的来临。

爬行类从晚侏罗世至早白垩世达到极盛，继续占领着海、陆、空。鸟类继续进化，其特征不断接近现代鸟类。哺乳类略有发展，出现了有袋类和原始有胎盘的真兽类。鱼类已完全的以真骨鱼类为主。

白垩纪的海生无脊椎动物最重要的门类仍为菊石纲，菊石在壳体大小、壳形、壳饰和缝合线类型上远较侏罗纪多样。海生的双壳类、六射珊瑚、有孔虫等也比较繁盛。淡水无脊椎动物以软体动物的双壳类、腹足类和节肢动物的介形类、叶肢介类为主。

早白垩世仍以裸子植物中的苏铁类、本内苏铁类、银杏类和松柏类为主，真蕨类仍然繁盛。从早白垩世晚期兴起的被子植物到晚白垩世得到迅速发展，逐渐取代了裸子植物而居统治地位。

中生代(三叠纪-侏罗纪-白垩纪):[/b2]地球历史的中生代，被称为"裸子植物时代"。但是，在真正的陆生植物--裸子植物--兴盛的时候，真正的陆生脊椎动物--爬行动物--也发展起来了。因此，从动物的角度来看，中生代双可称为"爬行动物时代"。 爬行动物到中生代成了当时最繁荣昌盛的脊椎动物，它们形态各异，各成系统，霸占一方，到处是"龙"的天下。向海洋发展的，如鱼龙；向天空发展的，如飞龙；向陆地发展的，如各式各样的恐龙。 2亿多年前的三迭纪早期以后，有些陆生爬行动物又返回海洋，先后形成了各具特色的鱼龙、蛇颈龙等，其中，一些还是当时海洋中显赫一时的大动物。 爬行类由爬行到飞行的种类也不少，如喙嘴龙，翼手龙等。上天不容易，由爬行到飞行不是一下子形成的，而是经过了漫长的岁月，是一代代有利于飞行的变异积累的结果。

新生代开始啦!!它是被子植物和哺乳动物的时代!!

第三纪 被子植物的时代

中生代（三叠纪-侏罗纪-白垩纪）： 地球历史的中生代，被称为"裸子植物时代"。但是，在真正的陆生植物--裸子植物--兴盛的时候，真正的陆生脊椎动物--爬行动物--也发展起来了。因此，从动物的角度来看，中生代双可称为"爬行动物时代"。 爬行动物到中生代成了当时最繁荣昌盛的脊椎动物，它们形态各异，各成系统，霸占一方，到处是"龙"的天下。向海洋发展的，如鱼龙；向天空发展的，如飞龙；向陆地发展的，如各式各样的恐龙。 2亿多年前的三迭纪早期以后，有些陆生爬行动物又返回海洋，先后形成了各具特色的鱼龙、蛇颈龙等，其中，一些还是当时海洋中显赫一时的大动物。 爬行类由爬行到飞行的种类也不少，如喙嘴龙，翼手龙等。上天不容易，由爬行到飞行不是一下子形成的，而是经过了漫长的岁月，是一代代有利于飞行的变异积累的结果。

第四纪 劳动创造了人类

第四纪（Quaternary period）是地球历史的最新阶段，始于距今175万年。第四纪包括更新世和全新世两个阶段，二者的分界以地球上最近一次冰期结束、气候转暖为标志，大约在距今1万年前后。

第四纪生物界的面貌已很接近于现代。哺乳动物的进化在此阶段最为明显，而人类的出现与进化则更是第四纪最重要的之一。

哺乳动物在第四纪期间的进化主要表现在属种而不是大的类别更新上。第四纪前一阶段——更新世早期哺乳类仍以偶蹄类、长鼻类与新食肉类等的繁盛、发展为特征，与第三纪的区别在于出现了真象、真马、真牛。更新世晚期哺乳动物的一些类别和不少属种相继衰亡或灭绝。到了第四纪的后一阶段——全新世，哺乳动物的面貌已和现代基本一致。

大量的化石资料证明人类是由古猿进化而来的。古猿与最早的人之间的根本区别在于人能制造工具，特别是制造石器。从制造工具开始的劳动使人类根本区别于其它一切动物，劳动创造了人类。另一个主要特点是人能直立行走。从古猿开始向人的方向发展的时间，一般认为至少在1000？万年以前。

第四纪的海生无脊椎动物仍以双壳类、腹足类、小型有孔虫、六射珊瑚等占主要地位。陆生无脊椎动物仍以双壳类、腹足类、介形类为主。其它脊椎动物中真骨鱼类和鸟类继续繁盛，两栖类和爬行类变化不大。

高等陆生植物的面貌在第四纪中期以后已与现代基本一致。由于冰期和间冰期的交替变化，逐渐形成今天的寒带、温带、亚热带和热带植物群。微体和超微的浮游钙藻对海相地层的划分与对比仍十分重要。

新生代:7千万年以来的新生代，是被子植物大展宏图的时期，哺乳动物之所以能在新生代里展，其中就有大量发展起来的被子植物作雄厚的物质基础。 最早的有胎盘哺乳动物是食虫类。它们大都是些以昆虫为食的小动物，现代的刺猬是它们的后裔。它们在不同的自然环境里曾先后几次"趋异"进化，发展成20多个不同的类群，形成了有胎盘哺乳动物的大繁荣。

新生代详细划分(单位:百万年)

第三纪古新世 65―53

始新世 53—36.5

渐新世 36.5―23

中新世 23―5.3

上新世 5.3―1.8

第四纪更新世 1.8―0.01

全新世 0.01―现代

地球上的地壳发展阶段

1

太古代―元古代

地壳薄弱活动；海洋沉积占绝对优势；末期形成一些古地块。

2

震旦纪

海洋沉积占优势；古地台形成。

3

寒武纪―奥陶纪―志留纪

加里东运动, 海洋沉积仍占优势；末期，加里东地槽褶皱隆起。

4

泥盆纪―石炭纪―二迭纪

海西运动，陆相对扩大；末期许多地槽隆起，北大陆联合，南大陆开始解体。

5

三迭纪―侏罗纪―白垩纪

燕山运动，南大陆解体，北大陆普遍活动；环太平洋地槽内带隆起成山。

6

第三纪古新世、始新世、渐新世、中新世、上新世

喜马拉雅造山运动，古地台、古褶皱普遍活动；古地中海带及环太平洋外带，隆起成山。

7

第四纪更新世、全新世―新构造期

差异升降显著，冰川广布。

地球上的动物界发展阶段

1太古代

最低等原始生物产生

2寒武纪―奥陶纪―志留纪

海生无脊椎动物时代

3泥盆纪

鱼时代

4石炭纪―二迭纪

两栖动物时代

5三迭纪―侏罗纪―白垩纪

爬行动物时代

6第三纪

哺乳动物时代

7第四纪

人类时代

地球上的植物界发展阶段

1太古代

最低等原始生物产生

2震旦纪―寒武纪―奥陶纪早期

海生藻类时代

3奥陶纪早期―石炭纪―二迭纪早期

陆生孢子植物时代

4二迭纪早期―三迭纪―侏罗纪―白垩纪中期

裸子植物时代

5白垩纪中期―第三纪―第四纪

被子植物时代

地球上的部分生物盛行期

1地球天文时期

2太古代 前震旦纪

藻类、海棉

3元古代： 震旦纪

藻类、海棉

4古生代： 寒武纪

藻类、海棉、腕足动物、海林檎、三叶虫、

奥陶纪：藻类、海棉、珊瑚、腕足动物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三叶虫、

志留纪：藻类、海棉、珊瑚、腕足动物、海百合、海蕾、海星、三叶虫、鹦鹉螺、

泥盆纪：藻类、海棉、珊瑚、腕足动物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三叶虫、鳞木、鹦鹉螺、

石炭纪：藻类、海棉、珊瑚、腕足动物、海林檎、海百合、海蕾、海星、三叶虫、沙鱼、鳞木、鹦鹉螺、

二迭纪：藻类、海棉、珊瑚、海百合、三叶虫、沙鱼、鳞木、鹦鹉螺

5中生代

气候与人类文明：简短的历史回顾

选自《频临失衡的地球—生态与人类精神》第三章

（美）阿尔·戈尔

《频临失衡的地球—生态与人类精神》

Earth In The Balance （美）阿尔·戈尔著

编译出版社出版

从被称作“没有夏天的一年”的1816年开始，广泛的农作物歉收使欧洲几乎每一个国家都出现了“粮食骚乱”，激发了席卷欧洲大陆三年的革命。法国倒台，保守的黎塞留公爵应邀组织新。在许多城市，犯罪像瘟疫一般蔓延，史无前例，各国都极力挣扎以维持社会秩序。瑞士人简直要被犯罪活动的浪潮淹没了。甚至自杀数字也急剧上升，不**女因杀婴罪被处死。

历史学家叙述说，“蜂群一般的乞丐”堵塞了道路，向过路人哀求。1817年，一位经过勃艮第的旅行者的叙述很有代表性：“乞丐本来已经很多，现在数量猛增；每到一站都有成群的妇女、儿童和老人聚集在马车周围。”另一位从不列颠群岛来到勃艮第的旅行者补充说，这里的乞丐数量虽大，“但绝对没有在爱尔兰包围旅行者的人数那么多”。在瑞士，目击者说，大批乞丐挤满了道路，像一支军队一样。他们的目光充满绝望。用当地编年史家R.佐力科弗的话说：“他们的面颊上泛着死者的苍白。”

有一些国家害怕发生革命，调遣军队去控制日益增加的要求得到食品的人群。从未有过的纵火浪潮袭击了几乎所有国家。 1819年夏天，巴伐利亚城镇维尔茨堡爆发了德国近代历史上第一次不祥的反犹太人骚乱。饥馑和革命又加重了紧张关系和愤怒情绪，使这种骚乱蔓延到全德国，并向北发展至阿姆斯特丹和哥本哈根。

欧洲刚从拿破仑战争中恢复过来，经历了许多变迁。并没有人知道，引起这次灾难和社会的直接原因是地球大气层的组成成分有了变化，是1815年春天印度尼西亚松巴瓦岛上的坦博拉火山不寻常的一系列爆发的结果。科学家估计火山爆发时约有 10000人丧生，在随后的几个月中有将近82000多人死于饥饿和疾病。对世界其它地区的最严重的影响在一年以后才能感觉到，这时喷射入空中的火山尘埃弥漫到整个大气层，大大减少了投射到地球表面的太阳光线，致使气温下降。

在新英格兰，1816年6月普遍下雪，整个夏天都有霜冻。《老农历书》备受欢迎，由于印刷上的错误，历书预报1816年7月份有雪——却真说中了。从爱尔兰经英格兰直到波罗的海沿岸各国，从5月至10月几乎不中断地下雨。气候型态的扰动准确地预示了社会后果：粮食歉收，食品骚乱，从不列颠群岛到欧洲，社会几乎崩溃。历史学家J.D.波斯特称之为“西方世界最糟糕的一次生存危机”。

促使这次危机发生的气候变化持续了不到三年，可能因为火山喷射到大气层中的物质在较短的时间内落下来了。所以即使是涉及全球的最大的火山爆发，其持续影响一般不超过一至两年。如1991年菲律宾皮纳图博火山爆发，对全球有显著的冲击，但时间短暂，它使地球变凉了一些，暂时缓冲了人类社会产生的巨大热量，短暂地使臭氧层加速损耗。

历史上有记录的大型火山爆发的长期影响对人类的启发有三个重要方面。首先，它显示出人类文明在很大程度上依赖于最近 10000年以来的通常稳定的气候状况。第二，它说明冲击世界某个地方的悲剧可能由距离遥远的世界另一角落的气候变化所引起。第三，它表明人为地对地球气候型态作突然而巨大的改变会引起的破坏性结果。

古代人对本土疆界以外的事知之甚少，不可能理解地球另一方的火山爆发和他们本土的气候剧变之间的因果关系。但近年来，来自格陵兰和南极洲冰芯的详细天气记录已经可以确定自古以来重大火山爆发的日期。科学家们又从树木年轮、地质学和考古学获得证据，并且对古代社会关于气候变迁的文件作细致分析，把这些情况和目前的记录结合起来研究。尤其值得一提的是，中国人保存有36个世纪以前的气候记录。

科学家把来自树木年轮和冰芯的记录，和中国历史学家留下的史料相结合，说明有史以来最大的一次火山爆发的毁灭性影响：克里特以北70英里的桑托里尼火山于公元前1600年左右爆发，其力量是1883年著名的印尼喀拉喀托火山爆发的100倍。桑托里尼火山爆发对气候的影响很可能导致不久后米诺斯文明的突然消失，这一文明曾经在青铜器时代在地中海东部占领先地位达千年之久。（有些历史学家相信米诺斯文化的消失是柏拉图在寓言中描写亚特兰蒂斯在一天之内消失的依据。）

5个世纪后，大约在公元前1150年至公元前1136年间，冰岛的赫克拉三号火山爆发，把数以百万吨计的尘埃和颗粒物抛进大气层。根据中国保存的原始竹简所述，与此同时“在毫这个地方曾下尘雨”。另一位中国作家说：“天空下了十天带灰分的雨。雨是灰色的。”第三个人说：“六月份下雪，雪有一尺多深……霜冻使五种谷类作物死亡……纤维类作物不能成熟……下暴雨。”考古学家也在西方世界发现同一时期的毁灭性后果的证据。苏格兰考古学家断言在同一时期，苏格兰和英格兰北部90％的人口都消失了。而且土壤分析表明，极端的暴雨和低温迫使农业耕作暂时停止。

公元前209年左右，据信是冰岛火山的一次大爆发，在覆盖格陵兰的冰雪年层深处和爱尔兰栎树被霜打损毁的年轮上找到了证据。中国历史学家司马迁说，两年后“庄稼失收”，没有人知道原因。中国历史学家班固在《汉书》中写道，又两年后，“大饥荒”饿死了半数人口，出现“人吃人”的现象。皇帝解除关于出卖儿童的禁令。正在这一时期，根据中国《历代纪事年表》所说，公元前208年 “有三个月看不见星辰”。

罗马诗人把公元前42年西西里埃特纳火山的著名爆发记录下来，但最近历史学家阅读新翻译的版本时才把这次爆发和影响中国的灾难性天气变化联系起来。班固描写道：“太阳被遮蔽，模糊不清”，并说庄稼失收，粮价上涨10倍。他提到当年夏天发布的命令说：“众多农民辛辛苦苦耕地、除草，却颗粒无收。他们忍受饥荒，没有办法能解救他们。”

使人惊异的是，火山爆发引起的较小的天气变化，也曾在近代史上的重要——法国革命——中起了重大作用。E.R.拉杜里在他的开拓性的气候史《筵席的时代，饥荒的时代》中细致地描绘了1789年大革命以前的6年，法国庄稼死亡、收成极差的可怕景象，以1788－1789年酷寒的冬季和历史上最冷的5月之一为顶峰，紧接着发生了巴士底风暴。那一年，葡萄酒的酿造“完全失败”。

关于那几年天气的最佳报告来自B.富兰克林，他正好自 1776年12月起就在法国。1784年5月他写道：

1783年夏季的几个月，在北方地区应是太阳光照最强烈 的季节，欧洲和北美部分地区却始终为雾气所笼罩。这雾具 有持久性质，它是干燥的雾，太阳光不能像驱散从水中升起的 潮湿雾气一样驱散它。太阳光线通过雾气时显得十分微弱， 用凸透镜聚焦时，连一张纸都点燃不了。夏季使地球升温的 效应当然就大大减弱。因此地表近乎冰点，雪留在地面上不 融化，越积越多……。也许1783－1784年冬季的寒冷比多年 来要严酷得多。

富兰克林机敏地推断“这次世界性雾气的起因还不能肯定 ……也许是冰岛赫克拉火山整个夏季持续喷发的巨量烟尘，也许是冰岛附近升出海面的另一座火山（斯卡普塔尔－约库尔）喷出的烟尘随风散播。这些都还不清楚。”他不知道的是，除冰岛的火山爆发外，同年晚些时候，日本的浅间火山有一次有史以来最猛烈的爆发，而且十之八九是18世纪80年代中期不正常的酷寒年份的起因，致使法国大革命前农作物失收、社会动荡。而这一革命则对重塑近代社会起了决定性作用。

在人类历史形成的过程中气候的作用当然是极其复杂的，气候历史学家常常争论在多大程度上可以认为气候起了决定性作用。气候总是和社会的、政治的、经济的因素交织在一起，而我们传统上主要是从这些因素来看待历史的。但是有些气候剧变，从详细证据来看极其重要，甚至是在政治剧变之前激起群众情绪和态度的主导因素，正像1816至1819年气候诱发的巨大灾难导致欧洲诱发政治动荡一样，1783至1789年，气候变化在法国诱发的灾难在恶化政治情绪方面起了主要作用，从而触发了法国大革命。但是，气候变化只是引发这些的原因之一，这一点也是很清楚的。正规的历史忽视了气候因素，但我们也不可把它忽然说成是唯一的因素。

无论如何，气候变化对人类社会政治和经济稳定的影响是强有力的，如能考虑到目前人类改变全球气候的程度可能比历史上任何时候都要深得多，而且快得多，仔细研究一下大自然提供给我们的教训，我们处理问题可能会更得当一些。

除了引起饥荒和政治外，气候变化对人类的巨大影响还有大规模迁徙，从一个地理区域迁移到另一地理区域。人类来到北美洲和南美洲是历史上规模最大的迁徙之一，这次转移就是气候变化的直接结果。大约20000年前，最后的冰期期间，巨量海水结冰，海平面比现在低大约300英尺。我们现在称之为大陆架的那部分洋底，大面积暴露为干旱的土地，一些浅的海峡如白令海峡和卡彭塔利亚湾变成了陆桥。现在称作澳洲土著的人，以及现在在北美称作美洲土人、在南美称作印第安人或土著的亚洲游牧民，都是沿着陆桥的路线迁移的。10000年前，冰川后退，海平面又上升，美洲土著和澳洲土著就滞留在新大陆。与此同时，气温上升，全球气候转入新模式，大致一直维持到现在。

事实上，深刻影响到南、北美洲的冰期，培植了人类文明的最初的根。洞穴绘画代表了人类已知最早的文象资料，这出现于 17000年前，那是人类在最恶劣、最寒冷的一个千年期中寻找温暖的避难处的地方。

多数历史学家认为在100万年前到4万年前连续出现的冰期以及温暖的间冰期提供了最初的社会组织发展的动力。考古学及人类学的记录都说明，每次冰川后退时期，欧亚之间大陆上原始种族的人口就更稠密，文化就更发展。

在公元前8000至公元前7000年间，气候条件普遍良好，冰川融化、后撤至目前位置，美索不达米亚地区出现了农业剩余。这些剩余农产品的交易为货币的出现、最早社区内砖石建筑技术的应用以及艺术和手工艺品的发展创造了条件。例如，已知最古老的城市杰里科就建立于这一时期，而这一时期的欧洲则刚开始从冰川期复苏。

往后，较小但依然明显的气候波动塑造了更加复杂的社会形式。有些历史学家认为在底格里斯河、幼发拉底河和尼罗河的肥沃河谷中最早出现有高度组织的社会，是大约3000年前一次重要的气候变迁所致。一种新的气候型态——其特点是一年中大多数时候干旱，每年都有洪水泛滥——迫使人类社区集中于河谷。保存和分配灌溉用的泛滥河水、收藏每年的粮食收获、分发食品等任务都要求人类社会的基本机能要设置得当。《圣经》上说，约瑟夫告诫法老在7个丰年之后要准备应付7个凶年，这反映了人类开始认识到在气候型态改变时自己是很脆弱的。在约瑟夫解释了法老之梦的生态含义后，法老便委派约瑟夫视察对付凶年的准备工作，他的决定反映了人类要掌握预报气候并应付气候变迁的能力的坚定态度。

然而，气候对于人类发展所起的作用甚至还要更为基本。这一点已变得越来越明确。E.S.弗尔巴、F.E.格里纳、R.G.克兰、D.皮尔比姆等人类学家、进化论生物学家和气候专家们最近把气候变迁史和人类学结合起来，得出新的一致意见：人类进化本身就是由最近600万年内全球气候型态的剧变塑造出来的。 w.K.史蒂文斯说：“科学家们正在勾画一幅气候和生态在塑造人类进化方面的重要作用的草图。论文像潮水般涌现。”

500多万年前逐渐发生的重要的全球气候变冷时期和称作南方古猿的最早人科动物的出现相一致。按照许多科学家的意见，这是因为树栖猿类里至少有一个种属适应了森林环境的消失，学会在地面寻找食物，并用两腿走路，使双手（原已进化到能抓住树枝）能自由握住及搬运食物和物品，有些物品后来成为工具。

大约250万年前更严酷、更突然的第二次全球变冷解释了产生粗壮南方古猿一个新的先进分支的进化促进因素。这一分支最终被“人属”所取代。人属出现于约10万年前4个相对短暂（从地质学角度看）而严酷的冰期之后，并且就在最后一次冰期之前。这一不可思议的生态变化使大脑增加一种新机能以适应急剧变化的气候条件。将现代人的出现与全球气候变化相联系这一新发现解决了人类起源之谜的一个方面，至少从生态学的角度提供了进化史上断缺的一环。然后，4万年前，由工具与装饰物猛增而形成的所谓文化暴涨正好与欧洲出现一个异乎寻常地温暖的千年期相一致。

在较大的冰期和间冰期内还有一些明显的起伏。这些起伏与冰期相比或与现在可预料到的人为温暖时期相比是较小的，但对于人类社会已足以造成巨大影响。

例如，被称为亚大西洋恶化期的公元前500至公元前400年的气候变动，导致遍布欧洲的风和温度分布的变化以及低温，一般认为这些变化促使北方结束了青铜器时代，刺激日耳曼人从斯堪的纳维亚向东南欧入侵。不到一个世纪后，移民浪潮继续向东南推进，而这恐怕不止是个巧合。就在这一时期，马其顿人征服了希腊。紧接着下一代，约公元前300年，整个世界都开始变暖，而亚历山大大帝就在这一时期征服了“已知的世界”，将希腊文明传遍地中海及其周围地区。

在这相对温暖的同一时期，原来隔开了意大利和欧洲其它地方的阿尔卑斯山各山口变得畅通了，这相应地激发了罗马的帝国野心。与此同时，亚洲一些山口也畅通了，这促进了中国文明的扩散，促进了丝绸之路的开通。大约750年以后，这一温暖时期的末期与罗马帝国的最后年代相吻合。在罗马衰亡原因的众多说法中，气候历史学家加上了一条：在公元450年至500年间，全球气候型态突然改变，导致中欧出现冰冷的持续干旱，这可能引发了后来称之为异族入侵的大规模移民浪潮。

16世纪，印度完全放弃了当时的都城法特普尔西克里，这正好发生在西南季风模式突然改变，剥夺了该城水源之后。该城的居民被迫迁往他乡，这只不过是在印度次大陆早已出现的情况的重复。事实上，主要因气候改变而造成帝国崩溃的先例之一出现于24个世纪之前，就在法特普尔西克里以西数百英里处。在公元前1900年以前的上千年时间中，伟大的印度河文明在现今的印度西北部及巴基斯坦一带十分繁荣。然后，突然间，在气候历史学家所说的极地冷空气南下进入加拿大之时，印度河一带的气候型态改变了，曾经是大城市及居民点的地方被埋在拉杰普塔纳沙漠的沙丘之下，居民被迫迁移它处。据气候历史学家分析，类似的还有 14世纪西非马里文明的崩溃。

还有那神秘的迈锡尼。迈锡尼源自荷马史诗中阿伽门农国王的故乡米诺斯。精致的迈锡尼文化统治了爱琴海两个多世纪以后，迈锡尼在公元前1200年稍后突然消失了。历史学家和考古学家推测有来自北方的民族入侵，也找到了迈锡尼人向南、向东逃亡的证据。但迈锡尼文化突然崩溃的原因始终是个谜。然而，近代的气候分析提供了一项有趣的证据：刚好在迈锡尼文明消失之前，当时影响欧洲、地中海、北非和中东的风向和温度模式出现剧变，突然改变了迈锡尼赖以生存的降雨规律。新的气候型态仍从西方经地中海送来水汽，但更向南移至低纬度地区，以致雨量集中到伯罗奔尼撒半岛边缘山脉的西侧。迈锡尼在山脉东侧，于是出现了持续的严酷干旱，河流及井水枯竭，庄稼死亡，最后居民被迫离去。

有些气候历史学家还认为这同一组地中海天气模式的变化是匈牙利平原灾难性的洪水泛滥的罪魁祸首，这一又导致青铜器时代各民族自巴尔干跨越博斯普鲁斯海峡的进军。这些从现在的亚美尼亚出发的弗里吉亚人和其它民族的大批移民造成公元前 1200年左右小亚细亚的赫梯文明的崩溃，激发了向塞浦路斯、叙利亚、巴勒斯坦和埃及各处进发的大迁徙，在政治上和军事上都起了破坏作用，在《旧约全书》中处处都能找到对此事的记载。来自匈牙利平原的同一移民浪潮中的另一部分人转向西南，越过各山口进入意大利，成为后来的埃特鲁斯坎人，撒播的文化日后演变为罗马文明。

在西半球，对全球气候记录的新分析也许能说明古代玛雅文化的神秘兴衰。玛雅文化在公元250至300年前后在墨西哥南部现今的尤卡坦地区以及中美洲繁荣发展。由于目前尚不清楚的原因，玛雅文化于950年前后突然衰亡，这在考古学家及历史学家中引起了激烈争论。玛雅人建造了神奇的城市，内有精美的地下储藏所以及与同期世界各处规模一样的大建筑物。这些建筑物包括复杂的天文台，玛雅天文学家在此计算出太阳年和太阴月的精确天数。他们知道金星的精确运转轨道，并能预报日食、月食等现象。他们的数学家独立地获得了零这个数学概念。然而这样博大而复杂的文化居然突然终结了。不知什么原因，城市并没有遭受毁坏，却被遗弃。精美的陶器生产和雕刻生产、纪念碑和寺庙的建造都突然停止，各种记录、历法和写作都一下子中断，各典礼中心和乡村的人口急剧减少。所有这一切都发生于50至100年之间。科学家们提出了各种理论：从自相残杀的和社会瓦解到飓风、地震的袭击、土壤肥力耗尽、水源枯渴、稀树草原的生存竞争和人口过多，都提到了。

唯一没有研究的是全球气候型态的改变是否能说明玛雅的消亡。但西半球气候历史记录表明，950年左右气温曾升高，气候曾变动。就在玛雅崩溃的完全同一时间，在遥远的北方，L.埃里克松乘船穿过格陵兰（他父亲埃里克在此创建了新移民点）和北美之间的拉布拉多海，踏上了一片新土地，他是踏上这片土地的第一个欧洲人，并把它命名为文兰。

由此开始了称为中世纪温暖期的全球气候变动。虽然它被视为欧洲范围的自然现象，但从第一批欧洲人这时到达北美洲来看，它显然是全球气候型态的变动。只有气候变化才能说明他们得以到达北美洲的原因。在约公元900年以前，从斯堪的纳维亚和冰岛到格陵兰新移民点的北大西洋海路一直是完全冰冻而无法通过的。到1300年前后温暖期结束时，气温开始下降，海面再次结冰，堵塞航路。去文兰的零散航行已经停止，不久船只不能再从格陵兰返回冰岛获取补给。一代人以后，最后一批移民被冻死。此后，埃里克松航海的历史光辉也就被南欧人哥伦布遮盖了。

那么950年前后，尤卡坦的气候发生了什么变化？如果新的气候型态使格陵兰和北美的移民点得以建立（不管时间多么短暂），这种模式是否会使中美洲的玛雅社会突然无法生存？气候变化会引起动植物分布的变化，害虫会自赤道向北蔓延，降雨规律会改变，一向在略为凉爽宜人的气候中生长的玛雅人是否会被可怕的热带阳光夺去了生命？气候因素至少可能部分地解答玛雅人消失之谜。

温暖期过后，气温于14世纪初再度下降，在欧洲和亚洲引起了重大问题。首先，气候的转变突然反复使大量湿气从北大西洋横扫不列颠群岛及欧洲大陆的广大地区。将近10年，西欧人民因庄稼腐烂、河水泛滥而连续遭灾，以1315至1317年的大饥荒为顶点。G.德南吉斯自鲁昂和沙特尔报导说，“可怜的、面容憔悴的男男女女成群结队地来到教堂，祈求从无情的雨水中获救”。他又说道，“我们在圣殉教者教堂看见大批男男女女，不仅来自附近，还有来自5里路以外的，都赤着脚，除妇女外，许多人甚至赤身露体，他们的牧师也在队伍之中。”那一年及次年，欧洲的谷物收成完全被毁。拉杜里报导说，1316年夏天“潮湿得连剪羊毛的好天气都没有”。连年灾荒使死亡人数达到前所未有的高峰，但最糟糕的情况还是30年后的黑死病。

就在黑死病发生之前，连续4年的恶劣天气和庄稼失收造成普遍营养不良及对疾病的抵抗力下降，使有些人害怕大饥荒重现。这种惧怕促使人们从小亚细亚进口粮食，把染病的老鼠首先带到君士坦丁堡，再进入墨西拿和马赛各港口。这些老鼠及所携带的鼠疫只用两年时间便席卷西欧，夺去了1／3人口的生命。

鼠疫本身实际上起源于中国，1333年首次发现死亡者。造成欧洲持续下雨的同一次全球性天气变化也使中国出现异常的暴雨，导致黄河不断泛滥，自1327年起，情况越来越坏；至1332年，发生了中世纪最大的一次洪水，据报导当时死亡人数为700万。气候学家H.兰姆写道：“毫无疑问，洪水不仅迫使人类迁徒，野生动物也要另觅栖息地，其中包括携带鼠疫的鼠类。”他的结论是： “最后席卷全世界的黑死病，就是1333年发生于中国的淋巴腺鼠疫。”而1333年是造成中国尸横遍野的黄河大洪水的第二年。

小冰期（1550－1850）是最重要而有完好记录的气候波动之一，欧洲各处的明显的社会变化与小冰期有关系。人们更多地呆在户内，围绕着突然流行的壁炉取暖，演变为一种新的社交。人们更多地围绕科学这样的话题交流思想。艺术领域逐渐兴起浪漫主义，政治领域也出现一些独立见解。对一些北欧人来说，新的天气状况太严酷，不宜于户外活动。

1690年，在苏格兰阿伯丁市，一个爱斯基摩人划着独木舟出现在唐河上，人们都惊呆了。欧洲人向格陵兰移民的活动早已完全停止，但爱斯基摩人所习惯的生存环境却向南延伸，直达奥克尼群岛和苏格兰北部。

苏格兰人由于鳕鱼捕捞业无法进行及农业歉收，在连年遭灾后陆续离开家园，到1691年，占人口1／10的苏格兰人定居于爱尔兰的阿尔斯特（现称北爱尔兰，离苏格兰最近），取代并驱逐土生土长的爱尔兰人，由此逐渐形成的大量问题及难以解决的暴力行为，一直延续到今天。

在苏格兰人移民之后的数年，爱尔兰人口继续增长。历史学家普遍认为爱尔兰在社会和政治方面都一团糟。英国的统治者作出了一些愚蠢的决定，国王詹姆斯六世关于促进苏格兰人移民的决定只是个开端。陈旧的土地所有制只能产生低水平的文化，这反过来又助长早婚和人口的进一步增长。在1779至1841年间，人口增加172％。据迪斯雷利估计，爱尔兰是欧洲人口最稠密的地区。决定把马铃薯作为维持生存的唯一粮食作物是一个致命的决定，后来竟发生了“马铃薯大饥荒”这一可怕的悲剧。

在小冰期即将结束时，平均温度略有上升，出现有利于马铃薯枯萎病滋长的多雨而温暖的气候条件。现代实验室研究说明，袭击爱尔兰的那种枯萎病是疫霉属感染，它所需的条件是：相对湿度 90％以上，温度10℃以上并持续至少12小时，还要向马铃薯叶子上浇水至少4小时。在小冰期期间爱尔兰开始依靠马铃薯为生，但那时出现这种综合条件的可能性很小。19世纪40年代中期出现新的暖和大气时，这种可能性就增加了。

这种枯萎病来源于秘鲁马铃薯的一个新品种；1843年在美国东北部首先发现，次年又在佛兰德发现。至1845年夏天，其传播至爱尔兰。那年冬天是爱尔兰人记得的最暖和的冬天，春天也很温暖，6月气温比百年来同期平均气温高出3至4度，夏季总的说是19世纪第二热的夏天。使情况更糟的是，7月、8月、9月共下了64天雨，仅8月就下雨24大。

枯萎病毁灭了决定爱尔兰命运的唯一粮食作物。以后几年，爱尔兰有100多万人死于饥饿或与营养不良有关的疾病。幸存者的可怕叙述使我们体会到饥馑对人类意味着什么。1846年12 月，科克郡两个孩子的父亲死于饥饿（母亲早已饿死了）。调查报告记录说，“这两个孩子摇摇晃晃走进舒尔村时人们才知道此事。他们饿得直哭，说他们的父亲已经四天没有向他们说话了，并说他像石板一样冰凉。人们还查看了另外两具尸体，一个母亲和一个孩子，都死于饥饿，遗体都被老鼠咬过。”

当时报纸刊登的一份目击者叙述说：“在一个卷心菜园里我看见巴里及她两个孩子的尸体用薄薄的土掩埋着，她的手和脚完全暴露在外，肉被狗吃光了，离头颅两码远有一些头部的皮肤和头发；开始我一看还以为是马尾的一部分……。我用不着详细评论了，但我不禁要问：我们是生活在联合王国的一部分吗？”在广阔地区种植单一作物而不是多种植物的做法称为单作制。这种做法的问题是一旦出现植物疾病或一种抗逆病虫害时就会致全部作物于死地，难以抵挡。如果只选用单一作物的单一品种，这种脆弱性就更突出了。爱尔兰人曾依赖马铃薯的单一品种作为他们唯一的粮食来源，这个品种在过去300年的气候条件下产量最高。马铃薯饥荒提醒我们，像单作制这样人为地改变我们与自然的关系而不考虑气候的变幻莫测，就会削弱社会养活其人口的能力。这件事还说明了急剧变暖会引发灾难。

从历史上看，造成马铃薯饥荒这样的气候悲剧曾导致向富国，特别是向美国的大量移民。此次饥荒前30年，1816－1817年的生存危机也激发了移民潮，不仅从欧洲移民至美国，在美国国内人口也在流动，因为气候变化的影响在欧洲以外同样感受得到。例如，从缅因州向西迁徙的历史记载说：“在异常寒冷和不祥的”1816 和1817年春天过后，对饥荒的恐惧成为“向外迁移的魔术一般的新动力。数以百计的有家园的人，不加考虑地把家卖了，匆忙离去，奔向遥远的地方”。从缅因出走的移民潮与1816－1817年坦博拉火山爆发引起的异常气候型态之间的关系可以从以下资料得到印证：1818年，异常气候刚一结束，火山灰自大气层落回地面，缅因的人口就恢复了稳定增长的势头。同样的情况在新罕布什尔、佛蒙特、康涅狄格和南、北卡罗来纳等州都有记载。一位目击者写道：“1817年夏天……发生像溃退一样的情况。”

美国历史上最大规模的被迫移民潮也许出现于20世纪30年代初“干旱尘暴”时期，大批大批的人从堪萨斯、俄克拉荷马、得克萨斯、新墨西哥的一部分、科罗拉多、内布拉斯加和其它平原州弃家出逃。和马铃薯大饥荒一样，产生干旱尘暴的原因是错误地使用土地，结果使土地及其人民对不测风云更加难以承受。20世纪 20年代，在