地球發展史的最新階段，時間範圍從上新世末（距今248萬年）直到現在。第四紀分為更新世和全新世兩個階段。第四紀一詞是J.德努瓦耶於1829年提出的（見新生代）。第四紀形成的地層稱第四系，再分為更新統和全新統。更新世是1839年C.萊伊爾提出的，他把巴黎盆地含軟體動物化石70％為現生種的地層稱為更新世地層。全新世和近代為同義詞。近代（Recent）一詞是1833年由萊伊爾引進地質學中，含義是從此地球被人類所居住。全新世是1850年P.熱爾韋提出的，1885年國國際地質大會正式通過。
第四系下界的確定是一個重大的基本理論問題，至今仍有不同意見。1948年第18屆國際地質大會確定，以真馬、真牛、真象的出現作為劃分更新世的標志。陸相地層以意大利北部維拉弗朗層，海相以意大利南部的卡拉佈裡層的底界作為更新世的開始。中國相當於維拉弗朗層的泥河灣層作為早更新世的標準地層。其後，應用鉀－氬法測定瞭法國和非洲相當於維拉弗朗層的地層底界年齡，約為180萬年。因此，許多學者認為第四紀下限應為距今180萬年。1977年，國際第四紀會議建議，以意大利的弗利卡（Vrica）剖面作為上新世與更新世的分界，其地質年齡為170萬年左右。對中國黃土的研究表明，大約距今248萬年黃土開始沉積，反映瞭氣候和環境的明顯變化。還有部分學者認為，第四紀下限應定在距今350～330萬年。總之，第四紀下限尚未最後確定，這裡暫以距今248萬年作為第四紀的開始。
沉積物和地層 第四紀沉積物分佈極廣，除巖石裸露的陡峻山坡外，全球幾乎到處被第四紀沉積物所覆蓋。第四紀沉積物形成時間晚，大多未膠結，保存比較完整。厚度一般數十米至數百米，個別地區可超過1000米。第四紀沉積物成因類型復雜，相變劇烈，主要有冰川沉積、河流沉積、湖相沉積、風成沉積、洞穴沉積和海相沉積等。其次有冰水沉積、殘積、坡積、洪積、生物沉積和火山堆積等。
第四系的劃分，普遍采用1932年第二屆國際第四紀會議上提出的四分原則，即分為下更新統、中更新統、上更新統和全新統。相應的地質時代為早更新世、中更新世、晚更新世和全新世。
劃分第四紀地層主要依據沉積物的巖石性質和地質年齡，測定第四紀地層年齡的方法主要有放射性碳法、熱釋光法、鉀- 氬稀釋法、裂變徑跡法、氨基酸法等。此外，第四紀地層中所含的哺乳動物化石、孢粉化石、微體動物化石以及沉積物的古地磁特性、氧同位素特征、古土壤標志、天文學標志等都可用於劃分第四紀地層。根據這些標志，許多國傢建立瞭本地區的第四系典型剖面。
第四紀沉積物記錄瞭第四紀發展歷史和自然環境變化，是第四紀研究的直接對象，主要有以下幾種。
冰川沉積物 冰川沉積是第四紀具有特色的沉積物，包括現代和古代冰川作用直接堆積的產物。晚新生代冰期開始於距今1400～1100萬年，但在第四紀才出現冰期和間冰期的明顯交替。冰期最盛時，北半球高緯地區形成大陸冰蓋，格陵蘭冰蓋覆蓋瞭格陵蘭和冰島，勞倫大冰蓋掩埋瞭整個加拿大，並向南延伸到紐約、辛辛那提一帶。歐洲將近一半被斯堪的納維亞冰蓋所覆蓋，冰蓋最大厚度約3000米。西伯利亞冰蓋則占據瞭西伯利亞北部地區。大陸冰蓋覆蓋區以外，許多高山地區，如阿爾卑斯山、高加索山、喜馬拉雅山等都出現瞭山地冰川。第四紀以來，這些冰川有多次進退，而在過去冰川活動過的地區，遺留下大面積的冰磧物。這些冰磧物是早期第四紀研究的主要對象。1909年，德國的A.彭克和E.佈呂克納研究阿爾卑斯山區的第四紀冰川沉積後，劃分和命名瞭4個冰期和3個間冰期（見表），這是經典的第四紀冰期劃分。其後，世界各地根據當地第四紀冰川沉積劃出相應的冰期和間冰期，並與阿爾卑斯山冰期對比。中國李四光在30年代根據廬山地區冰川沉積建立瞭相應的冰期系統。
北半球第四紀冰期對比表
第二次世界大戰後，歐洲對典型的阿爾卑斯冰川沉積的研究，發現經典的4次冰期隻是距今70～80萬年以來發生的冰期。在這4次冰期之前，又劃出多瑙和比伯兩次冰期。中國則對西部第四紀冰川進行瞭深入研究，對中國東部是否普遍存在過第四紀山地冰川，卻存在著爭論。
風成沉積 風成沉積包括沙漠和黃土。沙漠主要出現在大陸內部幹旱地區，它們是過去的淺海、湖泊或河流形成的沙質沉積物被風吹揚改造而成的。著名的沙漠有撒哈拉沙漠、中亞沙漠、塔克拉瑪幹沙漠、阿拉善沙漠、澳大利亞中部沙漠等，這些沙漠主要在新生代後期或第四紀形成。第四紀時期氣候發生變化時，沙漠區出現相應的擴展或收縮。例如玉木冰期時，地中海北岸雨量少，以草原為主。地中海南岸的北非地區則被森林覆蓋，間冰期時這些森林被沙漠植物替代。
中國、歐洲、北美和南美都有大面積黃土分佈。歐洲和北美的黃土分佈在冰川作用區外圍，黃土剖面中夾有古土壤層。一般認為這些黃土是冰磧物和冰水沉積中的粉沙顆粒被風吹揚，攜帶到冰川作用區外圍堆積而成的。黃土是冰期時的堆積，古土壤是間冰期成土作用的產物。
中國北方黃土廣佈，總面積約38萬平方公裡。黃土層一般厚100～200米，最厚可達300多米。中國黃土主要是西北沙漠、戈壁地區的粉沙顆粒被風吹揚達到3500米以上的高空，被西風急流攜帶到黃土高原地區降落下來堆積而成的。黃土沉積保存較好的黃土塬區，黃土堆積厚而連續，其中夾有30多層古土壤層。劉東生等根據黃土巖石性質和動物化石，把黃土地層劃分為早更新世午城黃土、中更新世離石黃土和晚更新世馬蘭黃土。距今240多萬年以前，黃土已開始堆積。氣候幹冷時，黃土堆積速度快，形成黃土層；氣候轉為溫濕時，黃土堆積速度減慢，成土作用強，形成土壤層。黃土剖面中的黃土-古土壤序列記錄瞭第四紀時期古氣候變化歷史，240萬年以來，中國北方至少經歷瞭24個氣候旋回。
河湖相沉積 第四紀地殼沉降地區往往形成大的湖泊和廣闊的平原，堆積較厚的河流或湖泊沉積物。地層剖面上，湖泊沉積與河流沉積經常交替出現。河流和湖泊周圍，動植物繁盛，適於人類生活，所以河湖相沉積中經常發現動植物化石或古人類遺跡，並成為第四紀地層典型剖面。歐洲著名的維拉弗朗層、克羅默爾森林層等都屬於河湖相沉積。中國河湖相沉積，主要分佈在華北平原、蘇北平原、江漢平原等地。華北地區的許多斷陷盆地，也沉積瞭很厚的河湖相沉積。早更新世的三門組、泥河灣組、昔格達組、元謀組，中更新世的大荔組，晚更新世的薩拉烏蘇組等第四紀典型剖面，都是河湖相沉積。
洞穴堆積 指石灰巖溶洞中堆積的碎屑沉積、生物沉積和化學沉積等。碎屑沉積主要是由流水帶進的砂礫和洞頂坍塌的角礫沉積，生物沉積主要是生活在洞穴中的生物遺體和糞便的沉積，化學沉積主要是地下水沉淀出的碳酸鹽沉積。洞穴常常是古人類和動物的棲息場所，古人類將食用後剩下的動物骨骼遺棄在洞內，他們在洞內制造和使用石器等。因而洞穴堆積常可發現動物化石、用火遺跡、石器、壁畫以及古人類化石等，並且成為標準的第四紀地層。中國著名的北京猿人化石和周口店動物群發現於北京周口店的洞穴堆積中。廣西柳城巨猿動物群、四川萬縣鹽井溝動物群、北京周口店山頂洞人、安徽和縣猿人和遼寧營口金牛山人化石等，都是從洞穴堆積中發掘出來的。歐洲的洞穴堆積中，找到過尼安德特人、克羅馬農人以及其他許多古文化遺址。
海相沉積 陸地上遭受第四紀海侵的地方分佈有海相沉積，主要為濱海、淺海或河口沉積。第四紀海侵大多由間冰期海平面上升引起的。北歐的埃姆間冰期時，海面上升，波羅的海從芬蘭灣向東南擴張瞭大約200公裡，沉積瞭埃姆海相層。南歐的海相沉積以早更新世的卡拉佈裡層和西西裡層為代表。中國第四紀海相沉積大多出露在東南沿海和瓊雷地區的海成臺地上，以北海組為代表。渤海、黃海、東海沿岸的鉆孔中都發現有海相沉積，它們的形成與構造運動有一定關系。
絕大多數第四紀海相沉積分佈在淺海和大洋中，主要由陸源碎屑、生物沉積和化學沉積等組成。大洋中第四紀沉積物很薄，深海鉆孔巖芯往往可以看到整個第四紀時期的連續沉積，是研究第四紀發展歷史和氣候變化的極好材料。
上述為第四紀沉積物的主要成因類型，這些沉積中富集瞭各種砂礦、鹽湖化學沉積、泥炭和少量褐煤。世界上一些重要的稀有金屬多來自濱海和河流沉積中的第四紀砂礦。如沙金礦、鈷鎳鉻砂礦、錫鎢砂礦、金剛石砂礦等。中國鹽湖中鋰和硼的蘊藏量居世界首位。
地史特征 第四紀新構造運動、氣候波動、海面升降、生物演化等，不僅與古人類的進化而且與現在人類活動都有密切的關系。
新構造運動 晚第三紀以來的構造運動，第四紀的構造運動即屬於新構造運動。在大洋中，洋底沿中央洋脊向兩側擴張。對太平洋板塊移動速度測量表明，每年向西移動最大達到11厘米，向東移動6.6厘米。陸地上新的造山帶是第四紀新構造運動最劇烈的地區，如阿爾卑斯山、喜馬拉雅山等。喜馬拉雅山自第四紀以來，上升大約3000米，珠穆朗瑪峰一帶每年上升達10毫米。有些地區第四紀時期地殼強烈下沉，沉積瞭巨厚的第四紀沉積物，如中國的華北平原、柴達木盆地等。
地震是新構造運動的表現形式之一，地震集中發生在板塊邊界及活動斷裂帶上，如環太平洋地震帶、加利福尼亞斷裂帶、中國的郯廬斷裂帶等。火山也是新構造運動的一種形式，主要分佈在板塊邊界或板塊內部的活動斷裂帶上。中國黑龍江的五大蓮池、山西大同盆地、廣東雷州半島、海南、雲南騰沖、臺灣等地都有第四紀火山。五大蓮池最後一次噴發在1720年。1951年新疆和烏塔庫爾湖附近發生火山噴發，熔巖流堵塞河流形成湖泊。
氣候波動 第四紀時期，地球氣候出現過多次冷暖變化。20世紀60年代以來，應用新的測年技術和確定古溫度、古環境的各種方法，研究瞭大洋沉積、冰巖心、黃土沉積等，發現240萬年以來至少經歷瞭24個氣候旋回，從而建立瞭第四紀多次波動的氣候變化模式。氣候變化存在多種時間尺度的周期，其中以8～10萬年的周期表現最為明顯。而且氣候變化的過程不是緩慢進行的，在短時間內即可發生顯著的變化。
氣候變化可使生物帶、氣候帶產生大規模的遷移。例如距今1.8萬年為末次冰期最盛時期，夏季海洋表面溫度降低2.3℃，北大西洋海水溫度降低18℃，西太平洋降低10℃。北半球中緯地區氣溫下降10～15℃，歐洲大陸冰流由北緯77°南移到北緯55°，苔原由北緯69°移到北緯45°。北美大陸冰流擴展到北緯40°～38°。中國多年凍土南界南移到北緯40°左右。目前正處於間冰期，但有的間冰期氣溫比現在高2～3℃。一般地說，冰期時氣候寒冷幹旱，間冰期時溫暖濕潤。然而氣候狀況是大氣環流、構造運動、海陸分佈、地貌和植被特征等多方面正負反饋、相互作用的綜合結果，所以個別地區冰期時反而濕潤多雨。
地球氣候波動的原因，有數十種假說，主要有太陽輻射假說、米蘭科維奇假說、地磁場變動假說、大氣透明度變化假說和大陸漂移引起的地理環境變化假說等。目前，米蘭科維奇假說的“天文理論”已被普遍接受，認為第四紀氣候變化由於地球相對於太陽位置的變化所造成。根據地球繞日運動的變化周期，計算地球上太陽輻射的變化歷史與第四紀古氣候旋回研究的結果比較一致。該假說雖然解釋瞭許多第四紀氣候變化的現象，但仍有一些現象不能解釋，有待進一步完善。
人類活動特別是工業生產使大氣中CO2增加，加強瞭大氣的溫室效應，使氣溫升高，近100年來，平均氣溫升高約0.4℃。這一趨勢還將繼續下去，因此成為第四紀氣候變化研究的重要課題。
海平面變化 第四紀時期，海平面發生過明顯的升降運動。引起海平面變化的主要原因是構造運動和氣候變化。地殼運動使海陸分佈和海底地形發生改變；第四紀冰期時，大量的水分以冰的形式積累在大陸冰蓋和山地冰川中，間冰期時冰川和冰蓋融化，大量水分流回海洋，這些因素都引起海平面的變化。現在世界冰川體積（折合水量）約為24.06×106立方公裡，冰期時約為71.36×106立方公裡，即比現在約多47.30×106立方公裡，相當於海水面下降132米。在南極未形成大冰蓋之前，世界海面比現在約高55米，其後隨著第四紀氣候的波動，海平面也產生相應的升降變化，末次冰期最盛時，海面比現在海面低130米。末次冰期結束後，海面逐漸回升，到距今6000年左右基本達到現在海平面位置。
海平面的變化影響到海陸分佈的變化，從而使動植物遷徙的道路暢通或隔絕。現代海平面升降則直接關系到人類的生產活動。
生物界 第四紀生物在分佈和組成上都發生過明顯的變化。這些變化主要由3個因素引起：①生物的進化；②動植物的遷徙；③生物大規模的絕滅。隨著自然環境的變化和地質歷史的發展，第四紀哺乳動物與上新世相比有明顯的進化，例如歐洲及其鄰近的亞洲部分現生的119個種中，僅有6個在上新世生存過。植物界的進化比較緩慢，西北歐現生的植物，大約80％在第四紀開始時就已經存在瞭。另一方面，哺乳動物的體質發生變化，以適應新的環境，如猛獁象、披毛犀等，身上生長長毛以適應低溫環境。
第四紀動植物有周期性的遷徙。冰期時大陸冰蓋向南擴展，動植物也隨之向南遷移。間冰期時動植物向北遷徙。冰期和間冰期植被帶的移動范圍最大可達緯度30°。在這個范圍內，地層剖面中可以明顯地看到喜冷和喜暖動植物群的交替現象。
第四紀後期，大型陸生哺乳動物發生過明顯的大規模絕滅。在北美，大型哺乳動物的屬，有70％絕滅瞭，歐洲和非洲比例小得多。這種大規模絕滅發生在距今15000～9000年間。一般認為出現這種現象的原因主要是石器時代人類的狩獵活動，其次是自然環境的變化。
由於上述原因，第四紀不同時期出現不同的動物群。歐洲早更新世具代表性的是維拉弗朗動物群，它與上新世不同的是出現瞭真象、真牛、真馬，中更新世以克羅默爾動物群為代表，晚更新世的動物群則出現瞭許多極地動物。北美早更新世有佈朗克動物群，中更新世有伊爾文頓動物群，晚更新世有蘭錯伯累動物群。中國北方則有早更新世泥河灣動物群，中更新世周口店動物群，晚更新世薩拉烏蘇動物群。
古人類 第四紀是人類出現和發展的時期。普遍認為第四紀的猿人由中、上新世的臘瑪古猿（Ramapithecus）發展而來的。早更新世開始出現早期猿人，其代表是坦桑尼亞奧杜威峽谷的能人（Homo habilis），同時還發現能人使用的舊石器。含能人化石的地層年代為175萬年。同一地點發現的東非人化石，現在定為南方古猿鮑氏種（Australopithecus boisomi），認為它是與早期猿人同時生活的一種古猿。晚期猿人以北京猿人（Homo erectuspekinensis）和爪哇猿人（Homo erectus erectus）為代表，他們生活在中更新世，已能用火，並用不同方法加工石料，制造各種類型的石器。藍田猿人（Homo erectuslantianensis）的時代可能比北京猿人早，但也屬於晚期猿人。與北京猿人同時的還有毛裡坦人（Homo erectusmauritanicus）和海德堡人（Homo erectus heidelber-gensis），稍晚有和縣人（Homo erectushexianensis）和大荔人（Homo sapionsdaliansis），他們已接近早期智人。歐洲這個時期的舊石器文化有阿佈維利文化（舍利文化）、阿舍利文化和克拉克當文化等。從亞洲、非洲和歐洲各地晚期猿人文化的分佈看，大大超過瞭早期猿人的分佈范圍。中更新世晚期，人類發展到智人（古人）階段。屬於這個階段的人類化石，有中國丁村人、馬壩人、長陽人等，歐洲以尼安德特人為代表。早期智人廣泛采用修理石核技術來制造石器。中國的丁村文化、歐洲的莫斯特文化和西亞的勒瓦婁哇文化，都是這個時期舊石器文化的代表。
晚期智人出現在晚更新世晚期，有中國河套人、山頂洞人等，歐洲最著名的是克魯馬農人。晚期智人的文化有河套文化、山頂洞文化，歐洲把晚期智人的文化分為奧瑞納、梭魯特和馬格德林三期。這個時期石器加工十分精細，出現瞭雕刻、繪畫等藝術品。
全新世 第四紀最後一個分期，它與更新世的界限以第四紀最後一次冰期結束，氣候轉暖為標志，因此也稱為冰後期。開始的年代為距今12000～10000年。
全新世時間短，沉積物厚度小，但分佈范圍很廣。由於應用瞭幾種有效的年代測定方法，全新世地層的劃分比較精確和詳細。
全新世自然環境與目前情況基本相同，但是氣候仍有輕微的波動。歐洲地區在公元前約12000年，氣溫迅速上升，丹麥地區繁殖樺屬及樺楸。公元前約10000年，氣候轉為寒冷，苔原占據歐洲。公元前10000～前9000年氣候轉暖，英國和丹麥樺屬繁衍。公元前9000年以後，有一次寒冷氣候時期。公元前8500～前7600年，氣候幹涼，是冰後期比較寒冷的時期。公元前7600～前5000年，氣候向溫暖轉變，在公元前5000～前3000年，年平均氣溫比現在高2℃，稱為新高溫時期。公元前3000～前1000年，氣候幹涼，許多地方形成泥炭。公元前1000～前500年，氣候變冷，冰川前進。公元前500年以後，氣候轉暖並維持瞭約1000年。在1550～1850年，進入一次明顯的寒冷期，稱為小冰期，比現在氣溫約低2℃。19世紀以後氣候又轉為溫和，冰川後退。
中國全新世氣候變化過程與歐洲大體相同。竺可禎根據中國古代物候記錄作出瞭冰後期後半期近5000年的氣候變化曲線，可以明顯地分出4個溫暖時期和4個寒冷時期。從仰韶文化到安陽殷虛時期，年平均氣溫比現在高2℃左右，公元前1000年的周代初期以後，氣候有一系列的波動。
全新世的海面變化比較顯著。冰後期海面迅速上升，到距今11000年上升到-60米位置。距今6000年海面已接近現今位置，以後僅有一些輕微的變化。
人類在全新世進入現代人階段。早期出現瞭弓箭和鑲嵌工具。以後進一步出現磨制石器和陶器，有瞭農業和牧畜業。中國北方，這個階段有裴李崗文化、仰韶文化、龍山文化等。此後，人類進入銅器時代、鐵器時代直到現代。（見彩圖）
第四紀人類出現示意圖
中國地質博物館供稿
參考書目
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