黃土高原，西起日月山，東至太行山，南靠秦嶺，北抵陰山，海拔800～3000米，是地球上最集中且分佈面積最大的黃土區，總面積64萬km2。
黃土高原是中國農業的發祥地，現在是全國旱澇災害最頻繁、最嚴重的地區。黃土高原環境的臨界性和生態的脆弱性，使得它對氣候變化的反應十分敏感。許多學者從考古、氣候、地形地貌、植被、古土壤序列、土壤化學物質變化等方面，對黃土高原進行了研究，本文根據這些研究成果，綜述了地質時期第四紀氣候變遷與黃土高原演變之間關係，旨在拋磚引玉，進一步引起人們對黃土高原生態環境的關注，為黃土高原地區的可持續發展提供科學指導。
2 黃土高原的形成與古環境氣候
氣候變化與新構造運動是引起中國第四紀(注：目前,距今1萬年期間為全新世，距今1萬年－250萬年期間為更新世，合稱地質第四紀)時期環境演變的兩大因子[1]。黃土高原地貌的演變與第四紀時期環境氣候變化有著密切關係，黃土高原的形成與第三紀以來的喜馬拉雅造山運動密切相關[2]。依據板塊運動理論，喜馬拉雅造山運動是由於第三紀印度、阿拉伯等小板塊碰撞亞洲大陸而發生的，喜馬拉雅造山運動導致了中國自然環境氣候發生了一系列重要的變化。首先，喜馬拉雅運動不僅導致了青藏高原的形成，而且引起了中國大陸的一系列差異性升降構造變化。其中之一就是秦嶺的抬升，它的抬升不僅阻隔了南北方人類文化的交流和動物群的遷徙,而且阻礙了西北寒流的南下和東南暖溼氣流的北上，對於大氣熱量和水分的再分配起到了明顯的作用，造成了南北氣候的差異，成為南方和北方、亞熱帶和暖溫帶的自然地理分界線。至此，位於秦嶺之北的渭水流域,溫和半溼潤的溫帶氣候特徵基本形成。再次，由於青藏高原的隆起，大大改變了中國的古地貌，引起了西風氣流的動力作用，改變了中國各地氣候要素的組成。在強大的西北風吹揚下，中亞內陸沙漠地區的大量粉塵被抬升到3000米以上的高空，隨風向東南方向飄移。之後，由於東南季風的干擾和秦嶺、六盤山、呂梁山、太行山的阻隔和截留，風速變慢，在黃河中下游一帶大量沉積下來，形成巨厚的黃土堆積。中國第四紀黃土研究表明[3]，黃土是從距今約250萬年前的更新世早期開始堆積的。更新世晚期（距今1萬年前），由青藏高原進一步上升到現代的高度，青藏高寒區和西北乾旱區最終基本形成，氣候進一步變得乾涼，風力作用和馬蘭黃土的堆積速度明顯加快，最終在中國北方形成了總面積約64萬平方公里的黃土堆積，並在黃河中游一帶形成了蔚為壯觀的黃土高原。
3氣候變化與黃土高原演變
第四紀期間中國冷期－暖期交替出現的總格局與全球規律是一致的4]。冰緣現象的研究、許多地區孢粉序列的研究、哺乳動物群的研究[5]、海平面升降的研究等也都證實了這一結論。尤其是陝甘黃土研究所取得的重大成就，更進一步證實了中更新世以來中國環境演變格局與全球變化規律完全相應[6]。中國全新世時期氣候變化的總格局與全球一致，即使在強烈隆起、環境演變異乎尋常的青藏高原也不例外[7]。
3.1更新世時期的古氣候變遷與黃土高原演變
3.1.1 更新世時期的古氣候特點
1973年，中國考古工作者曾在黃土高原溝壑區的涇河上游馬蓮河畔合水縣境內，發掘出一具較為完整的古象化石。經考古鑑定[8]，這是更新世早期(200萬年前)生活在黃土高原地區的“黃河劍齒象”。這具古象化石向人們展示了當時黃土高原地區氣候溫和，土壤肥沃，到處是森林、莽原和湖泊；在茫茫的原野上，Mustang賓士，羚羊咩叫，鴕鳥漫步，鼢鼠覓食，古象成群……黃土高原儼然是一個天然動植物園。
對舊石器時代早期的古環境與古文化的研究表明[2]，地質年代更新世早期和中期的大部分時間，渭河黃土高原呈森林—草原的植被景觀和溫暖溼潤的氣候。多種代用資料分析表明[9]，在中更新世時期，黃土高原地區曾存在遠較現代溼潤的氣候；自中更新世“雨期”以後，後一溼潤期的溼潤程度都較相應的前一溼潤期降低；後一干旱期的乾旱程度都較相應的前一干旱期增強；晚更新世晚期，乾旱趨勢漸漸明顯。由孢粉分析得知[10],地質年代的中更新世晚期到晚更新世早期，氣候溫和半溼潤。
3.1.2 更新世時期的氣候對環境演變的響應及對黃土高原的影響
更新世時期中國環境演變的重大事件之一是現代季風，只有在現代季風形成之後，熱量、水分條件的空間分佈便進行調整，從而決定現代自然地理環境分佈差異的規律[11]。青藏高原的間歇、加速隆起，與此同時所伴隨著的現代季風出現並日益加強的過程，是中國境內第四紀時期環境演變的兩大影響因素，深刻地控制和改變著大高原及周圍地區的自然面貌，奠定了中國三大自然地理區分異的基礎。
60年代，真鍋淑郎等人[12]所作的數值模擬表明，對於無山模式，即青藏高原不存在時，現今東亞大陸上，冬季的西伯利亞高壓和南亞夏季的印度低壓都不出現，即不存在現代季風；增入高原影響後，出現與現代季風環流特徵相接近的高低壓分佈形勢。近年來的研究工作證明確實存在著這樣一個轉變過程，現代季風是青藏高原上升到某個高度之後的產物。
喜馬拉雅地區，在始新世時還是海洋環境，中新世時強烈的造山運動使這一地區上升為陸地，上新世晚期青藏高原已抬升到平均海拔1000米左右，更新世早期平均海拔為2000米，更新世中期高原面在3000米左右，更新世晚期廣大高原面已達4500～5000米的高度[13]。由於青藏高原隆起初期(更新世早期(更新世早期)面平均海拔約達2000米，此時現代季風已經形成，而青藏高原此時的高度還不足以阻擋溼潤夏季風的向北深入。高原本身及其周圍的黃土高原，由於現代季風的出現迎來了氣候比較溼潤的時期；相應地，黃土高原是一個天然動植物園。至更新世晚期，隨著青藏高原高度不斷增長，對溼潤夏季風的屏障作用越來越強。當高度超過3000米以上時，愈益強大的西伯利亞冷高壓勢力範圍日漸擴大，乾冷氣流順高原東側而下，黃土高原氣候轉向乾冷和乾旱化方向發展，黃土高原從一個天然動植物園向草原、荒漠化演變。晚更新世的後一階段,渭水流域大部分地方的植被已草原化了[２]。
3.1.3 更新世時期的氣候自變化及其對黃土高原演變的影響
劉東生院士等[14]研究發現，第四紀約250多萬年的時間內至少有32次黃土與古土壤的疊覆(黃紅交替)，這種疊加結構代表了32次由暖溼到冷乾的變化，這一結果證明了大陸冰期和間冰期的多旋迴性。當氣候暖溼時，雨量相對較大，黃土堆積較少，生物繁衍較多，就形成褐紅色的古土壤。當氣候冷干時，雨量相對較少，黃土堆積較多，生物繁衍較少，就形成黃色的土壤。
由於黃土質地疏鬆均一，抗蝕力弱，土壤侵蝕現象在一定氣候、地貌、植被等因素作用下，顯得十分活躍。在地質年代第四紀期(更新世早期至全新世早期)，儘管沒有人類對植被的破壞，但隨著氣候變化，自然植被也相應發生變化，當氣候由溼潤向乾冷方向發展時，地面植被相應由森林向灌叢、草原演變，直到荒漠化，植被自然退化稀疏，土壤抗蝕性減弱，侵蝕轉向相對強烈，形成現代千溝萬壑的基本骨架。
戴英生認為黃土高原第四紀地質歷史時期經歷了三個侵蝕堆積旋迴[15]，近一萬年來(全新世)進入第四個，前三個週期分別經歷了10萬年，50萬年和3萬年，在每個旋迴中還存在若干小的侵蝕堆積更替。趙景波，朱顯謨等[16]根據黃土高原古地理演變、黃土地層年代學和侵蝕期與堆積期的資料分析，得出黃土高原出現之前為紅土盆地，250萬年來的黃土高原物質運動可可分3個階段：第一階段出現在250～140萬年之間，為高原物質內部侵蝕迴圈期；第二階段出現在140～0.4萬年之間，為高原物質自然侵蝕外流期；第三階段出現在4千年以來，為高原物質加速侵蝕外流期。
3.2全新世時期的氣候變化與黃土高原演變
全新世的氣候變化可分為早、中、晚三個階段。距今10000年至8300年的早全新世，距今8300年至3000年的中全新世，距今3000年以來的是晚全新世。
由於全新世時期亞洲大陸的造山運動已基本停止，因此引起黃土高原環境演變具有全域性性意義的自然因素首先是氣候的波動[17]。
與以前各地質時期相比較，全新世時期的環境演變，絕對幅度實際上是很小的，但由於在此期間，環境演變已經與人類社會的發展互為因果、融為一體，對人類社會的影響來說，這1萬年來的環境演變具有特別重要的意義。
黃土高原，西起日月山，東至太行山，南靠秦嶺，北抵陰山，海拔800～3000米，是地球上最集中且分佈面積最大的黃土區，總面積64萬km2。
黃土高原是中國農業的發祥地，現在是全國旱澇災害最頻繁、最嚴重的地區。黃土高原環境的臨界性和生態的脆弱性，使得它對氣候變化的反應十分敏感。許多學者從考古、氣候、地形地貌、植被、古土壤序列、土壤化學物質變化等方面，對黃土高原進行了研究，本文根據這些研究成果，綜述了地質時期第四紀氣候變遷與黃土高原演變之間關係，旨在拋磚引玉，進一步引起人們對黃土高原生態環境的關注，為黃土高原地區的可持續發展提供科學指導。
2 黃土高原的形成與古環境氣候
氣候變化與新構造運動是引起中國第四紀(注：目前,距今1萬年期間為全新世，距今1萬年－250萬年期間為更新世，合稱地質第四紀)時期環境演變的兩大因子[1]。黃土高原地貌的演變與第四紀時期環境氣候變化有著密切關係，黃土高原的形成與第三紀以來的喜馬拉雅造山運動密切相關[2]。依據板塊運動理論，喜馬拉雅造山運動是由於第三紀印度、阿拉伯等小板塊碰撞亞洲大陸而發生的，喜馬拉雅造山運動導致了中國自然環境氣候發生了一系列重要的變化。首先，喜馬拉雅運動不僅導致了青藏高原的形成，而且引起了中國大陸的一系列差異性升降構造變化。其中之一就是秦嶺的抬升，它的抬升不僅阻隔了南北方人類文化的交流和動物群的遷徙,而且阻礙了西北寒流的南下和東南暖溼氣流的北上，對於大氣熱量和水分的再分配起到了明顯的作用，造成了南北氣候的差異，成為南方和北方、亞熱帶和暖溫帶的自然地理分界線。至此，位於秦嶺之北的渭水流域,溫和半溼潤的溫帶氣候特徵基本形成。再次，由於青藏高原的隆起，大大改變了中國的古地貌，引起了西風氣流的動力作用，改變了中國各地氣候要素的組成。在強大的西北風吹揚下，中亞內陸沙漠地區的大量粉塵被抬升到3000米以上的高空，隨風向東南方向飄移。之後，由於東南季風的干擾和秦嶺、六盤山、呂梁山、太行山的阻隔和截留，風速變慢，在黃河中下游一帶大量沉積下來，形成巨厚的黃土堆積。中國第四紀黃土研究表明[3]，黃土是從距今約250萬年前的更新世早期開始堆積的。更新世晚期（距今1萬年前），由青藏高原進一步上升到現代的高度，青藏高寒區和西北乾旱區最終基本形成，氣候進一步變得乾涼，風力作用和馬蘭黃土的堆積速度明顯加快，最終在中國北方形成了總面積約64萬平方公里的黃土堆積，並在黃河中游一帶形成了蔚為壯觀的黃土高原。
3氣候變化與黃土高原演變
第四紀期間中國冷期－暖期交替出現的總格局與全球規律是一致的4]。冰緣現象的研究、許多地區孢粉序列的研究、哺乳動物群的研究[5]、海平面升降的研究等也都證實了這一結論。尤其是陝甘黃土研究所取得的重大成就，更進一步證實了中更新世以來中國環境演變格局與全球變化規律完全相應[6]。中國全新世時期氣候變化的總格局與全球一致，即使在強烈隆起、環境演變異乎尋常的青藏高原也不例外[7]。
3.1更新世時期的古氣候變遷與黃土高原演變
3.1.1 更新世時期的古氣候特點
1973年，中國考古工作者曾在黃土高原溝壑區的涇河上游馬蓮河畔合水縣境內，發掘出一具較為完整的古象化石。經考古鑑定[8]，這是更新世早期(200萬年前)生活在黃土高原地區的“黃河劍齒象”。這具古象化石向人們展示了當時黃土高原地區氣候溫和，土壤肥沃，到處是森林、莽原和湖泊；在茫茫的原野上，Mustang賓士，羚羊咩叫，鴕鳥漫步，鼢鼠覓食，古象成群……黃土高原儼然是一個天然動植物園。
對舊石器時代早期的古環境與古文化的研究表明[2]，地質年代更新世早期和中期的大部分時間，渭河黃土高原呈森林—草原的植被景觀和溫暖溼潤的氣候。多種代用資料分析表明[9]，在中更新世時期，黃土高原地區曾存在遠較現代溼潤的氣候；自中更新世“雨期”以後，後一溼潤期的溼潤程度都較相應的前一溼潤期降低；後一干旱期的乾旱程度都較相應的前一干旱期增強；晚更新世晚期，乾旱趨勢漸漸明顯。由孢粉分析得知[10],地質年代的中更新世晚期到晚更新世早期，氣候溫和半溼潤。
3.1.2 更新世時期的氣候對環境演變的響應及對黃土高原的影響
更新世時期中國環境演變的重大事件之一是現代季風，只有在現代季風形成之後，熱量、水分條件的空間分佈便進行調整，從而決定現代自然地理環境分佈差異的規律[11]。青藏高原的間歇、加速隆起，與此同時所伴隨著的現代季風出現並日益加強的過程，是中國境內第四紀時期環境演變的兩大影響因素，深刻地控制和改變著大高原及周圍地區的自然面貌，奠定了中國三大自然地理區分異的基礎。
60年代，真鍋淑郎等人[12]所作的數值模擬表明，對於無山模式，即青藏高原不存在時，現今東亞大陸上，冬季的西伯利亞高壓和南亞夏季的印度低壓都不出現，即不存在現代季風；增入高原影響後，出現與現代季風環流特徵相接近的高低壓分佈形勢。近年來的研究工作證明確實存在著這樣一個轉變過程，現代季風是青藏高原上升到某個高度之後的產物。
喜馬拉雅地區，在始新世時還是海洋環境，中新世時強烈的造山運動使這一地區上升為陸地，上新世晚期青藏高原已抬升到平均海拔1000米左右，更新世早期平均海拔為2000米，更新世中期高原面在3000米左右，更新世晚期廣大高原面已達4500～5000米的高度[13]。由於青藏高原隆起初期(更新世早期(更新世早期)面平均海拔約達2000米，此時現代季風已經形成，而青藏高原此時的高度還不足以阻擋溼潤夏季風的向北深入。高原本身及其周圍的黃土高原，由於現代季風的出現迎來了氣候比較溼潤的時期；相應地，黃土高原是一個天然動植物園。至更新世晚期，隨著青藏高原高度不斷增長，對溼潤夏季風的屏障作用越來越強。當高度超過3000米以上時，愈益強大的西伯利亞冷高壓勢力範圍日漸擴大，乾冷氣流順高原東側而下，黃土高原氣候轉向乾冷和乾旱化方向發展，黃土高原從一個天然動植物園向草原、荒漠化演變。晚更新世的後一階段,渭水流域大部分地方的植被已草原化了[２]。
3.1.3 更新世時期的氣候自變化及其對黃土高原演變的影響
劉東生院士等[14]研究發現，第四紀約250多萬年的時間內至少有32次黃土與古土壤的疊覆(黃紅交替)，這種疊加結構代表了32次由暖溼到冷乾的變化，這一結果證明了大陸冰期和間冰期的多旋迴性。當氣候暖溼時，雨量相對較大，黃土堆積較少，生物繁衍較多，就形成褐紅色的古土壤。當氣候冷干時，雨量相對較少，黃土堆積較多，生物繁衍較少，就形成黃色的土壤。
由於黃土質地疏鬆均一，抗蝕力弱，土壤侵蝕現象在一定氣候、地貌、植被等因素作用下，顯得十分活躍。在地質年代第四紀期(更新世早期至全新世早期)，儘管沒有人類對植被的破壞，但隨著氣候變化，自然植被也相應發生變化，當氣候由溼潤向乾冷方向發展時，地面植被相應由森林向灌叢、草原演變，直到荒漠化，植被自然退化稀疏，土壤抗蝕性減弱，侵蝕轉向相對強烈，形成現代千溝萬壑的基本骨架。
戴英生認為黃土高原第四紀地質歷史時期經歷了三個侵蝕堆積旋迴[15]，近一萬年來(全新世)進入第四個，前三個週期分別經歷了10萬年，50萬年和3萬年，在每個旋迴中還存在若干小的侵蝕堆積更替。趙景波，朱顯謨等[16]根據黃土高原古地理演變、黃土地層年代學和侵蝕期與堆積期的資料分析，得出黃土高原出現之前為紅土盆地，250萬年來的黃土高原物質運動可可分3個階段：第一階段出現在250～140萬年之間，為高原物質內部侵蝕迴圈期；第二階段出現在140～0.4萬年之間，為高原物質自然侵蝕外流期；第三階段出現在4千年以來，為高原物質加速侵蝕外流期。
3.2全新世時期的氣候變化與黃土高原演變
全新世的氣候變化可分為早、中、晚三個階段。距今10000年至8300年的早全新世，距今8300年至3000年的中全新世，距今3000年以來的是晚全新世。
由於全新世時期亞洲大陸的造山運動已基本停止，因此引起黃土高原環境演變具有全域性性意義的自然因素首先是氣候的波動[17]。
與以前各地質時期相比較，全新世時期的環境演變，絕對幅度實際上是很小的，但由於在此期間，環境演變已經與人類社會的發展互為因果、融為一體，對人類社會的影響來說，這1萬年來的環境演變具有特別重要的意義。