甘肃省地质时代气候变化成果

地质时期的气候变化主要是指万年以前至几亿年以来各种时间尺度的气候变化。它主要是通过对地质资料（如生物化石、孢粉、同位素、沉积物等）的分析得到，由于年代久远，地质时期的气候状况只能是定性的。

甘肃省地质时期的气候变化，利用地质资料，分为元古代、早古生代、晚古生代、中生代和新生代等五个时期进行了分析（表3-32）。

表3-32　地质气候年代表

1.元古代

（1）前古元古代（距今2500万年～1950百万年）

约1950百万年前，河西走廊、兰州和陇山附近都是一片海洋，气候温暖潮湿。全省表征温暖气候的碳酸盐岩分布较广；该时期沉积变质铁矿分布也较广，它是潮湿气候条件的产物。这些说明前中元古代的气候环境温暖潮湿，且分布均匀。

（2）中晚元古代（距今1950百万年～615百万年）

长城纪时期，气候温暖，干湿交替。长城纪前期，海水开始由西向东侵漫，北山海槽早期以暗色的长石—石英粉—细砂沉积占优势，反映海水较深，气候暖湿。长城纪后期渐以紫红色和灰紫色粉砂泥质沉积占优势，并出现较多的碳酸盐类。祁连海槽为沉积的富镁碳酸盐建造，变现甘肃为温暖半干燥气候。

蓟县纪时期，前期在中祁连山西段东部南白水河一带，沉积物以石英粉砂岩为主，它是风化而成的，是干燥或半干燥气候的产物。后期在河西走廊南山地区，沉积物上部由灰色白云岩和白云质结晶灰岩互层组成，中部由千枚状，粉砂泥质、钙质板岩与结晶灰岩互层组成，下部为白云结晶灰岩、钙质白云岩、硅质灰岩组成。这些是干湿交替温暖条件下的浅海陆棚沉积。

青白口纪时期，北山海为半封闭的狭窄海盆，富镁铝碳酸盐广布，反映了干燥的气候条件。在祁连海槽东北海域沉积的大柳沟群，以紫红色为特征；在泥灰岩中含钾，海盆处于弱氧化、半干燥气候带的浅海陆棚环境，在至查干布尔嘎斯、虎洞沟等地，海水转向咸化，导致石膏形成，属干燥气候条件下的产物。

震旦纪时期，早期气候变冷，大冰期遗迹在甘肃省出现很多。北山区的洗肠井群下岩组沉积了大陆冰川，祁连海槽中部海域至河西走廊南山一带有海洋冰川沉积物，秦岭海沉积物为与冰川作用有成因联系的岩石组合，碧口地区出现大陆冰盖形冰川。晚期北山海水加深，逐步过渡为正常的滨海环境，形成碎屑岩和碳酸盐岩组合。祁连海槽和秦岭海为浅海陆棚或缘滨环境，沉积物为碳酸盐岩或白云岩，气候转暖。

2.早古生代（距今615百万～400百万年）

早古生代无冰川活动，气候十分温暖，海洋面积占全省面积90%以上。从寒武纪起温度逐步升高，以奥陶纪最暖，志留纪有温度下降趋势。早奥陶纪和志留纪气候干燥。

（1）寒武纪（距今615百万～520百万年）

早寒武世，六盘山以东沉积物以碎屑岩、夹页岩为主，气候燥热。中寒武世，北山沉积物碳酸盐类岩石增多，古生物化石出现了东南型动物群，属温暖气候下的海湾相沉积。晚寒武世，北山沉积物以砂岩、板岩夹少许灰岩为主，生物以底栖和丰富的漂游三叶虫为主，属深水、温暖气候的海湾环境下的产物。陇东沉积物以碳酸盐为主，呈竹叶状、团块状或鲕状。这种沉积岩相反映了炎热的气候环境。

（2）奥陶纪（距今520百万～440百万年）

早奥陶世，陇东有稳定的碳酸盐、膏盐沉积，气候温暖干燥。中奥陶世，北山地区为较稳定的浅海碎屑沉积、祁连山区和陇东地区为碳酸盐沉积，全省有腕足类、腹足类、头足类等生物化石，气候温暖。晚奥陶世，全省为浅海碳酸盐沉积，陇东珊瑚繁盛，表明当时为热带亚热带气候。

（3）志留纪（距今440百万～400百万年）

志留纪生物繁衍有所抑制，而笔石为鼎盛时期。甘肃在志留纪时北祁连山区上升，造成陆地扩展，气温缓慢变冷。中祁连古陆的中堡石灰沟地区马营沟群中的石膏层，表明气候干旱。

3.晚古生代（距今400百万～250百万年）

泥盆纪气候炎热干燥，石炭纪全省为均一的热带、亚热带潮湿气候，二叠纪为亚热气候，温度有所下降，气候逐步干燥。

（1）泥盆纪（距今400百万～330百万年）

泥盆纪气候炎热干燥。在早泥盆世早、中期，西秦岭地区有红色砂岩、碎屑岩沉积，它们是干燥温暖气候的产物。北祁连山地区岩石呈暗红色，所含化石很少，可以认为当时处在比较温暖干燥的氧化环境。从早泥盆世末期至中泥盆世，祁连山地区普遍有褐红色沉积，生物化石很少，说明当时气候条件为强氧化环境，气候炎热干燥。晚泥盆世，景泰一带河湖相为主的红色碎屑岩厚达2500m，西秦岭北侧有厚达3000m的陆缘海相红色碎屑岩沉积，表明气候温暖干燥。

（2）石炭纪（距今330百万～285百万年）

石炭纪的主要气候特征是温暖潮湿，大约相当于现今的热带和亚热带。植物较泥盆纪大为繁茂，常形成煤矿，是甘肃第一个重要成煤期。

早石炭世，甘肃省植物大量繁衍，祁连区和西秦岭区的植物，为热带植物群，呈森林景观，为热带和亚热带潮湿气候。晚石炭世，甘肃位于热带、亚热带气候的华夏植物地理区，为高大茂密的森林景观。祁连区和西秦岭区处于滨海沼泽环境，植物极为繁盛，气候相当温暖潮湿，形成造煤的有利环境。

（3）二叠纪（距今285百万～250百万年）

二叠纪为亚热带气候，温度有所下降，气候逐步干燥。

早二叠世，北山区和南祁连至西秦岭区为海相沉积，北祁连区和陇东区为湖沼环境的碎屑岩沉积，是主要含煤地层之一，但尚未形成工业煤层，说明气候比石炭纪稍冷且干。早二叠世晚期，因受六盘山隆起影响，该山以西气候转为干燥。植物化石较为贫乏，炭质成分逐渐消失。在晚二叠世，海水退出北山区，气候变得干旱。全省有华夏植物群，但代表温凉气候的安加拉植物群已经进入，说明温度有所下降。其早期，平凉地区以绿色碎屑岩沉积为主，比较温湿。北祁连山地区不含化石，沉积物红色显著，气候比较干燥。晚期，平凉地区沉积了较厚的紫红色碎屑岩，气候变得干旱。北祁连山地区紫红色碎屑岩沉积明显较少，以灰绿色碎屑岩沉积为主，粒度变细，气候由干旱转为湿润。

4.中生代（距今250百万～70百万年）

中生代的基本气候特征是温暖较干燥。早、中三叠世气候干热，晚三叠世转为温湿；早侏罗世气候温暖干燥，中侏罗世转为温暖潮湿，晚侏罗世又变得炎热干旱；白垩纪气候温暖、干燥或半干燥。

（1）三叠纪（距今250百万～195百万年）

三叠纪的气候特征是早、中期干热，晚期转为温湿。(www.xing528.com)

早、中三叠世，北山区为山麓河湖相紫红色粗碎屑沉积，陇东也为河湖相红色碎屑沉积，气候干热。南部海相区沉积物，上部紫红色夹绿色，砂岩中常见钙质结构和植物碎片，表明以氧化环境为主，气候较干热。早、中三叠世是全省绝大部分地区的森林消失时期，这是生态环境恶化的结果，说明气候干燥。晚三叠世，由于印支运动影响，祁连海水退却，秦岭海水全部退出，甘肃省陆地从此形成。北部陆相区发育有北方型植物群，属亚热带—温带气候。北山早期以山麓相为主，中晚期逐渐向河湖相转变，适宜植物生长，气候由干热转为温湿。陇东形成河湖相砂岩、泥岩夹煤层、油页岩，气候温湿。

（2）侏罗纪（距今195百万～140百万年）

侏罗纪的气候特征是早期温暖干燥，中期温暖潮湿，晚期炎热干燥。

甘肃省侏罗纪属陆相沉积。早侏罗世绝大部分地区处于剥蚀装状态，为紫红色山麓，气候温暖干燥。中侏罗世沉积盆地大为扩展。其早期沉积物以河流湖沼相为主，植物十分繁茂，气候转为温暖潮湿，是甘肃省第二个重要成煤期。晚期，各地植物衰退，沉积范围缩小，气候转向干旱。晚侏罗世时，燕山运动使甘肃全区上升，地层沉积少量为湖相，多数为山麓相红色碎屑沉积，厚度一般为数百米，气候干旱炎热。

（3）侏罗纪（距今140百万～70百万年）

白垩纪气候温暖、干燥或半干燥。

早白垩世，因气候和环境改变，一些繁茂的生物群没有延续下来，形成差别明显的北方型热河生物群及红色碎屑岩为主的沉积。它们都是在热带、亚热带温湿、半干旱气候条件下沉积的。晚白垩世，全省植物和孢粉化石很贫乏，地势上升，红色沉积相当广泛，气候炎热，半干燥。

5.新生代（距今70百万年至现在）

新生代地壳运动频繁强烈，形成了现金我国大陆上大的构造骨架，山系走向和气流分布复杂，气候分区分带现象较明显。早第三纪全省气候温暖、干燥和半干燥，晚第三纪气候比较温暖、雨量增多，但温度有变冷趋势。第四纪甘肃省气候特征是干冷。全新世气候是逐步干燥的，河西为干旱气候，河东为半干旱气候。早更新世初期全省暖湿，中期冷干，晚期温湿。中更新世初期冷干，中期温暖，晚期干冷。晚更新世前期暖湿，后期冷干。全新世初期温凉，中期温暖潮湿，后期较温暖、干旱或半干旱。

（1）第三纪（距今70百万～2.4百万年）

早第三纪，42°N以北地区气候大体相当于暖温带，以南属于亚热带。在定西以东和陇东地区为暖温带、北亚热带常绿、落叶阔叶林和针叶林，陇南地区则为半干旱疏林。全省普遍形成了湖泊相含石膏等盐类矿物的棕红色泥岩，显示湖盆已进入高度咸化阶段，这是大量蒸发的结果，表明气候炎热干燥。玉门盆地火烧沟组的孢粉组合，以缺乏木本植物花粉为特征，反映了半荒漠和草原环境。

晚第三纪沉积物主要是棕黄、棕红色河流—湖泊相碎屑沉积，气候条件较暖，雨量增多。以犀类、长鼻类及三趾马为代表的亚热带动物群繁盛，全省普遍草原和森林，祁连山有松、云杉林等，陇南山地有亚热带落叶常绿阔叶林。直至现在，祁连山森林中的云杉林仍占有显著地位。在敦煌铁匠沟，曾有香蒲这种水生、沼生植物出现，说明气候比较潮湿。但是，晚第三纪的温度又缓慢变冷的趋势，当时亚热带北界可能在35°附近。

（2）第四纪（240万年至现在）

第四纪是地壳发展历史中最新的一个阶段，第四纪气候主要指距今103～106年时间尺度的气候变化。

在第三纪，古气候是相对稳定的，但从第四纪起，气候出现了巨大变更，有多次冷暖干湿交替。由于欧亚大陆联成一片，青藏高原和喜马拉雅山大规模隆升，大陆性气候加强，现代东亚季风环流体系建立，纬向气流带受到破坏，气候变化频繁，幅度增大。我国有广泛的冰川活动，亚热带北界逐步向南移到长江流域一带。有90%时间的气候比现在冷。

第四纪从中亚内陆沙漠区到黄河中游的3000m高空，气流的主导风向为西北西。甘肃省河东位于脊前槽后气流降沉区，有利于粉尘颗粒沉降，受干冷空气影响堆积黄土，黄土和古土壤交错堆积，表明气候变化存在着相对寒冷干燥与温暖潮湿反复交替的特征。

第四纪甘肃省主要气候特征是干冷，河西为干旱气候，河东为半干旱气候，在200多万年期间存在着冷暖干湿波动。早更新世（距今240万～73万年）初期全省暖湿，中期冷干，晚期温湿。中更新世（距今73万～15万年）初期全省温暖，中期温暖晚期干冷。晚更新世（距今15万～1万年）前期暖湿，后期冷干。全新世（距今1万年至现在）初期温凉，中期温暖潮湿，后期较温暖、干旱或半干旱。

①河西第四纪气候变化。在地球历史上曾经发生过震旦纪大冰期、石炭一二叠纪大冰期和晚新生代大冰期，把地球气候历史分成几个大阶段。第四纪冰川遗迹在全国到处存在，甘肃第四纪冰川是山谷冰川和山麓冰川。祁连山南部山区曾发生4次冰川，郭鹏飞将其分别命名为托来冰期、冷龙冰期、东沟冰期和三岔口冰期。各冰期情况如表3-33所示。

表3-33　祁连山第四纪冰期与邻区对比表

祁连山托来冰期距今210万～150万年，属于早更新世中期。当时多年冻土发育普遍，雪线下降。托来冰期与同期我国的狮子山冰期相比较弱。中更新世祁连山冰川分布极为广泛，是甘肃省第四纪最强盛的一次冰期。当时，祁连山雪线在海拔约3000m处，而现代雪线在4200m以上，祁连山冷龙岭冰川最低下限3150～3250m，比现代冰川至少降低1000m。晚更新世后期出现的三岔口冰期距今8.0～1.2万年。当时，祁连山冷龙岭雪线比现代低250m左右，冰川最低下限为3650～3800m，比现代冰川低400m左右。

河西走廊的中部和北部，在早、中更新世基本为湖泊占据，沉积了河湖相和湖泊细粒物质；晚更新世湖泊多已干涸，沉积物以洪积砂砾石为主。全新世沉积物主要有分布广泛的风积砂，还有湖盆地区的湖积和化学沉积。有地层演变推测，河西第四纪气候是逐渐变干旱的。

河西第三纪后期的暖湿气候一直延续到早更新世初期。随着冰期来临，在早更新世中期，祁连山喜温的种属，如雪松、栎、楝数量由多到少，或由残留到绝迹。草本耐干旱成份占据重要地位，蒿属和藜属约占50%，说明气候寒冷干燥，敦煌盆地全为草本植物花粉，含量少，为单一的蒿属和禾本科类，呈稀疏草原植被景观，也反映气候寒冷干旱。早更新世后期，在祁连山北麓喜温的栎属渐增，达到30%左右，松属、云杉属含量也逐渐增多，气候较暖。

进入中更新世，祁连山北麓植物孢粉喜温成份开始减少，栎、楝趋于绝迹，针叶云杉和松属得到发展，并向低处蔓延，约占总数的80%。其植被景观是以针叶为主的森林草原型，酒泉盆地植被是以松、杉为主的针叶林，安敦盆地以草本植物花粉占绝对优势。这些情况均反映当时气候寒冷。中更新世中期，安顿盆地在温和气候条件下的胡桃属类开始繁殖，是草原或草原-稀疏阔叶森林植被景观，它说明气候一度变得温暖。中更新世后期，气候转为寒冷干旱。

晚更新世前期，祁连山北麓，雪松、铁杉和栎属、楝属一度复苏，气候转暖。敦煌、安西的孢粉组合表明，出现一些喜水喜湿的香卜属、莎草科等，在安西木犀科增高至20%，植被是以草原为主的阔叶森林原型，反映气候较温暖潮湿。到了晚更新世中期冰洪水、雨洪水盛行，盆地中堆积了新的冲湖积地层。安敦盆地上更新统地层下部为洪积层，据地质工作推测，该层可能属于晚更新世前期间冰期。晚更新世晚期，河西走廊地层孢粉较少，草本植物占总量的93.7%，主要是耐寒的蒿和藜。全区呈荒漠草原景观，气候冷而干。

全新世祁连山冰川活动大致分三个阶段：距今1.0万～0.8万年为小冰期，距今0.8万～0.3万年为气候最适宜期，近0.3万年以来为现代冰川。根据河西走廊泥炭的14C测年资料，全新世时期有两次造炭期，是气候最适宜期。第一次大约在距今5770～5680年之间，第二次大约在距今3530～3030年之间。这个时期文化得到发展，在这片土地上有不少氏族部落刀耕火种。据考古资料，民乐县六坝东灰山新石器遗址14C年龄为距今5000±169年，遗址中发现了5种炭化籽粒，全区呈森林草原景观。晚全新世气候向干旱方向发展，所以湖泊趋向于干涸，湖水咸化；地层孢粉中木本植物和蕨类植物很少或基本消失，草本植物达95%以上，且以耐旱成份为主；全区呈荒漠景观，风沙盛行，沙漠化现象有增无减，干旱现象达到全新世极盛期。晚全新世气候总趋势是干旱较温暖，且有多次波动。

②河东第四纪气候变化。黄土高原地区自早更新世发育黄土延续到全新世。该地区是中国气候变化敏感和剧烈地区，称为季风三角。兰州形成了世界上最厚的风成黄土堆积，其西津村黄土厚为409.93m，开始沉积于距今209万年。兰州位于季风三角的顶点，冰期中的黄土草原和间冰期中的夏绿阔叶林轮番占据这一区域，形成了冷黄土与暖湿古土壤交替分布的沉积系列。

黄土高原堆积底部常有一岩性混杂层，并覆盖于上新世红色粘土或亚粘土层之上，说明第三纪末到第四纪古气候发生了很大变化。由湿热气候突变为较冷的气候并趋于干旱，而后出现了多次冷干和暖湿气候波动变化，自早更新世以来，黄土分布范围不断扩大，可能反映了气候逐渐变干，西风不断加强，西风带携带粉尘不断增加的结果。黄土颜色由较红色渐变为棕黄、灰黄、褐黄，是逐渐趋向半干旱气候的结果。黄土颜色不仅在垂直地层剖面上有变化，在区域性水平分布上也有变化，渭河谷地黄土色调为深棕黄，甘肃省自东南部向西北部颜色普遍由深变浅，表明河东气候自东南向西北逐渐干燥化。

1985年考古工作者在兰州永登县邢家湾发现有象、犀为代表的哺乳动物化石群，出土化石达20多吨，这表明第三纪末到早更新世初期，为温暖潮湿的亚热带气候。在陇东合水县出土的黄河象距今200多万年，象是亚热带动物。根据李文漪（1985年）研究，在早更新世初期，渭河盆地湖相沉积中，木本植物占50%～60%，植被表现为半湿润的针、阔混交林或暖温带疏林草原，松、云杉和陆生草本植物不断发展和增长，反映了干旱和寒冷因素的加强和扩大。以上资料表明，更新世初期，河东继承了第三纪末的暖湿气候，并有逐步变干的趋势。

兰州西津村黄土的第一孢粉带，属于早更新世中期，相当于我国狮子山冰期。孢子花粉很少，且草本植物孢粉占绝对优势，为总孢粉数的93.3%，以蒿为主，反映一种干草原植被环境，气候干冷。第二孢粉带相当于早更新世晚期，孢粉增多，但仍以草本植物花粉为主，木本植物占总孢粉的13.5%，以松为主，出现了较多的喜暖阔叶树孢粉，是针阔叶混交的稀树草原环境，气候较温暖。第三孢粉带为中更新世早期，该带孢粉数量和植物品种大量减少，阔叶树绝迹，草本花粉以蒿为主，是以松为主的稀树草原景观，气候干冷。陇东中更新世中期，草原比较发达，但仍有一些针叶林和阔叶林，为温暖草原气候。第四孢粉带为中更新世晚期，孢粉继续减少，木本孢粉消失，草本植物以蒿为主，是草原环境，气候干冷。

晚更新世兰州黄土气候记录完整，它可划分为2个阶段。第一阶段距今14万～8万年，为间冰期。距今14万～11万年是晚更新世最温暖时期，有冬青属植物生长，也有胡桃、枫杨、凤尾蕨等喜暖喜湿植物生长，磁化率峰是晚更新世中最高的，它比全新世最适宜磁化率峰还要高。第二阶段为距今8万～1万年，是末次冰期，也是马兰黄土堆积时期，其中距今8万～5.3年气候干冷；距今5.3万～2.7万年气候温凉略湿，当时生长云杉、冷杉针叶树；距今2.7万～1.0万年，与晚更新世其他时段比较，磁化率值最低，地层中CaCO3含量最高，孢粉中以蒿、藜和麻黄为主，麻黄的含量可高达50%，指示了一种极干燥寒冷的气候状况。

全新世兰州黄土地层中古土壤主要集中于下列三个时期：距今1万～0.85万年，距今0.75万～0.35万年和距今0.27万～0.20万年。但发育最普遍的是距今0.75万～0.35万年的古土壤，代表了全新世气候最适宜时期。和政县四十里铺出露的全新世地层剖面反映了早期为草原类型，中期针叶林向森林草原过渡，晚期为干旱草原类型。陇西盆地黄土剖面分析表明，距今1万～0.75万年，孢粉以蒿属和藜科为主，是草原环境，气候温凉；距今0.75万～0.25万年至现在，孢粉以桦属、鹅耳枥属和松属为主，是常绿针阔叶混交林环境，气候温暖略湿；距今0.25万年至现在，孢粉以鹅耳枥属占优势，气候温暖略干。甘肃省第四纪气候变化情况见表3-34。

表3-34　祁连山第四纪冰期与邻区对比表