地球起源以來的約46億年中，氣候曾發(fā)生過多次巨大變化。現(xiàn)在人們還無法了解地球早期的氣候狀況，只能通過某些直接和間接的方法，推測約20億年以來的氣候變化。前寒武紀以來，至少出現(xiàn)過多次全球性的大冰期。
一般認為，對地質(zhì)時期溫度的估計從中生代（距今2.3～0.67億年）起才比較可靠。據(jù)H·弗洛恩估計，中生代時的年平均溫度在兩極附近為8～10℃，低緯度熱帶地區(qū)為25～30℃。
新生代（距今約6700萬年以來）氣候的主要特征是中緯度溫度緩慢地下降，而熱帶地區(qū)卻無明顯變化。它導(dǎo)致南極洲冬季降雪，山岳冰川逐漸增加，大洋底水溫下降。大約在距今500萬年以前,南極地區(qū)已出現(xiàn)冰蓋。到250萬年前,北半球冰島等地區(qū)也開始出現(xiàn)山岳冰川，以后格陵蘭等地的現(xiàn)代冰川又相繼形成。于是，地球氣候逐漸進入到一個新的大冰期，即第四紀大冰期。
第四紀大冰期開始時間有很大爭論，但多數(shù)人認為始于距今 200萬年以前。第四紀氣候是以大陸冰蓋和中、高緯度山岳冰川為主要特征，統(tǒng)稱為第四紀大冰期。在第四紀內(nèi)，依據(jù)冰川覆蓋面積的變化，可劃分出幾次冰期和間冰期。由于氣候變化隨地區(qū)的差異和研究方法的不同，各地劃分的冰期有所不同。
第四紀中以里斯冰期的冰川作用最為強烈，當時地球有十分之二到十分之三的大陸面積為冰川覆蓋（現(xiàn)在約為十分之一）。在亞洲，冰蓋到達貝加爾湖附近。
冰期氣溫平均比現(xiàn)代低 8～10℃。間冰期氣溫比現(xiàn)代高，北極地區(qū)氣溫較現(xiàn)在高10℃以上，低緯度地區(qū)也較現(xiàn)在高5～6℃。冰期和間冰期溫度的巨大變化，導(dǎo)致其他氣候要素和自然地理因子的變化：①雨帶分布的變化。冰期時，極地冰原面積擴大，極地反氣旋增強，極地高壓帶向中、低緯度地區(qū)擴展，迫使行星極鋒帶移至中、低緯度地區(qū)，導(dǎo)致中、低緯度地區(qū)低氣壓活動頻繁，雨量充沛，湖水面積擴大。例如，亞洲中部、非洲北部和中部、北美洲西部等,在冰期時均為濕潤地區(qū),但在間冰期時，上述地區(qū)的氣候常很干燥。②雪線的升降。冰期時,全球山岳雪線普遍下降,大多數(shù)山岳雪線下降1000～1400米，熱帶地區(qū)雪線下降700～900米。③海平面的升降。冰期時，地球表面的水相當大的一部分形成巨大冰蓋而留在陸地上，海平面因此降低。例如，玉木冰期時的海平面比現(xiàn)代低約 100米。在間冰期最暖時期的海平面，可能比現(xiàn)代高出15～30米，甚至更高。④生物群落的遷移。在冰期時，冰川擴張，氣候帶向低緯度地區(qū)移動。在間冰期時，冰川退縮，極地地區(qū)氣溫升高，氣候帶向高緯地區(qū)移動。與氣候帶相應(yīng)，生物群落也隨之南北遷移。例如：克里米亞（里斯冰期）的地層里發(fā)現(xiàn)過北極狐、北極鹿化石；在南高加索，從冰期地層里發(fā)現(xiàn)過猛犸象化石，這些都屬于極地動物。在間冰期，北冰洋沿岸有虎、麝香牛等喜溫動物群活動。
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