生物进化
第四纪生物与第三纪相比，在分布和组成上发生了明显的变化。哺乳动物与上新世相比有很大进化，如欧洲及邻近的亚洲部分现生的119个种中只有6个在上新世生存过。植物界的进化比较缓慢，西北欧的植物约80％在第四纪开始时即已存在。第四纪冰期时，大陆冰盖向南扩展，动植物也随之向南迁移。间冰期期间动植物向北迁移。冰期和间冰期植被带的移动范围最大可达纬度30°，在地层剖面中可明显地看到喜冷和喜暖动植物群的交替现象。第四纪后期，大型陆生哺乳动物发生过大规模绝灭。在北美，大型哺乳动物的属有70％绝灭，欧洲和非洲比例小得多。这一大规模绝灭发生于距今 15000～9000年。发生大规模绝灭的原因主要是人类的狩猎活动，其次是自然环境的变迁。第四纪不同时期出现不同的动物群。欧洲早更新世具代表性的是维拉弗朗动物群，出现了真马、真牛、真象；中更新世以克罗默尔动物群为代表；晚更新世时出现了许多极地动物。北美早更新世有布朗克动物群，中更新世有伊尔文顿动物群，晚更新世有兰错伯累动物群 。 中国北方则有早更新世泥河湾动物群，中更新世周口店动物群，晚更新世萨拉乌苏动物群
人类出现
第四纪是人类出现和发展的时期，因此有人称之为人类纪。普遍认为，第四纪的猿人由中、上新世的腊玛古猿发展而来。早更新世开始出现早期猿人，其代表是坦桑尼亚奥杜威峡谷的能人。含能人化石的地层年代约为 175万年前。晚期猿人以北京猿人和爪哇猿人为代表，他们生活于中更新世。中更新世晚期，人类发展到早期智人阶段，如中国的丁村人、马坝人、长阳人等，欧洲以尼安德特人为代表。晚期智人出现于晚更新世晚期，有中国河套人、山顶洞人、资阳人、柳江人等，欧洲是克鲁马农人。
构造运动
第四纪的构造运动属于新构造运动。在大洋底沿中央洋脊向两侧扩张。对太平洋板块移动速度测量表明，平均每年向西漂移最大达到11厘米，向东漂移 6.6厘米。陆地上新的造山带是第四纪新构造运动最剧烈的地区，如阿尔卑斯山、喜马拉雅山等。地震和火山是新构造运动的表现形式。地震集中发生在板块边界和活动断裂带上，如环太平洋地震带、加利福尼亚断裂带、中国郯庐断裂带等。火山主要分布在板块边界或板块内部的活动断裂带上。中国的五大连池、大同盆地、雷州半岛、海南、腾冲、台湾等地都有第四纪火山。
气候状况
第四纪时，地球气候出现过多次冷暖变化，240万年以来至少经历了24个气候旋回。晚新生代冰期开始于距今1400～ 1100 万年前，但在第四纪才出现冰期和间冰期的明显交替。冰期极盛时，北半球高纬地区形成大陆冰盖，格陵兰冰盖覆盖了格陵兰和冰岛，劳伦大冰盖掩埋了整个加拿大，并向南延伸至纽约、辛辛那提一带。欧洲将近一半被斯堪的纳维亚冰盖覆盖。西伯利亚冰盖则占据了西伯利亚北部地区。
矿物沉积
第四纪沉积富集了各种砂矿、盐湖化学沉积、泥炭和少量褐煤。世界上一些重要的稀有金属多来自滨海和河流沉积中的第四纪砂矿，如沙金矿、钴镍铬砂矿、锡钨砂矿、金刚石砂矿等。中国盐湖中锂和硼的蕴藏量居世界首位。
第四纪——人类时代
第四纪是人类出世并迅速发展时代，人类的发展经历了以下主要阶段：
早期猿人阶段（2百万年-1百75万年前）：能人（Homo habilis）在东非坦桑尼亚出现，这可能是早期的直立猿人（Homo erectus）；
晚期猿人阶段（1百万年前）：直立猿人（homo erectus）从非洲扩散到中国、爪哇，最著名的代表是北京猿人和爪哇猿人；
早期智人阶段（50万年前）：智人（Homo sapiens）在非洲出现并迁移到欧洲。
晚期智人（新人）阶段（25万年-3万5千年前）：现代人(Homo sapiens sapiens)在非洲南部出现，约5万年前，现代人类分布到中东地区，到3万5千年前，现代人类分布到达欧洲-克罗麦昂人（Cro-Magnon）；
在更新世晚期，大约3万-2万年前，现代人类通过白令陆桥进入北美洲并向南迁移。进入全新世后，现代人的分布到除南极洲以外的各个大陆，并且成为唯一生存至今的人科动物（hominids）。
中国第四纪冰川遗迹陈列馆
中国第四纪冰川遗迹陈列馆建于1989年，占地1950平方米，建筑面积750平方米，冰川馆是研究我国第四纪冰川学，弘扬李四光及老一辈地质学家爱国敬业精神，向广大观众介绍地质科普知识的爱国主义教育基地。
中国第四纪冰川遗迹陈列馆坐落于北京西郊翠微山下第四纪冰川擦痕处，是世界上唯一的以第四纪冰川擦痕实物为基础建立的博物馆。冰川擦痕是地质学家李捷在勘测永定河引水渠地质、地貌时发现的，并经过了李四光等国内外专家学者鉴定，于1957年被确定为北京市重点文物。陈列馆的展陈分为冰川擦痕遗迹和5米长的画廊，包括鸵鸟蛋、恐龙蛋、三叶虫、猛犸象牙等化石及各种大小不同的冰渍石实物标本和介绍冰川知识及冰川资源现状四部分内容。
中国第四纪冰川遗迹陈列馆介绍了地球和太阳的形成和关系、人类的诞生、冰川的形成和消亡、李四光创立新中国第四纪冰川学说和地质工作者为寻找中国第四纪冰川遗迹所作的不懈努力。
在地质历史上曾经出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期，称为冰河期（ice age）以下简称冰期。这种冰期曾经有过三次，即前寒武晚期、石炭－二叠纪和第四纪。第四纪冰期来临的时候，地球的年平均气温曾经比现在低 10℃～15℃，全球有1／3以上的大陆为冰雪覆盖，冰川面积达5200万平方千米，冰厚有1000米左右，海平面下降130米。第四纪冰期又分4个冰期和3个间冰期。间冰期时，气候转暖，海平面上升，大地又恢复了生机。第四纪冰期的遗迹最多，如斯堪的纳维亚半岛的峡湾，北欧、中欧、北美众多的冰碛残丘，阿尔卑斯山的U型谷和陡峭的山峰，法国和瑞士交界处侏罗山巨大的冰漂砾等，都是第四纪冰川作用留下的产物。
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