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थार मरुस्थल का विशाल रेतीला विस्तार मुख्यतः Quaternary काल के Pleistocene तथा Recent/Holocene निक्षेपों से बना है। इस क्षेत्र में हवा द्वारा जमा की गई रेत, पुराने एवं वर्तमान sand dunes, नदीजनित निक्षेप तथा कुछ स्थानों पर झीलों और playa basins से संबंधित निक्षेप मिलते हैं।

थार विश्व के अपेक्षाकृत नवीन मरुस्थलों में गिना जाता है। इसके वर्तमान भू-दृश्य के विकास में Late Pleistocene और Holocene के दौरान जलवायु में परिवर्तन, aeolian activity तथा fluvial processes की महत्वपूर्ण भूमिका रही है। भूवैज्ञानिक अध्ययनों में Thar क्षेत्र में Late Pleistocene की विभिन्न phases में व्यापक sand accumulation के प्रमाण मिलते हैं।

Pleistocene लगभग 25.8 लाख वर्ष पूर्व से 11,700 वर्ष पूर्व तक का geological epoch है, जबकि इसके बाद का वर्तमान geological epoch Holocene है। पुराने geographical classification में Holocene तथा बहुत नवीन deposits के लिए Recent deposits शब्द का भी प्रयोग किया जाता रहा है।

Geological Survey of India के विवरण में भी Thar Desert में Quaternary sediments तथा उनसे संबंधित निक्षेप दर्ज किए गए हैं। इसलिए इसे Pliocene, Paleocene या Oligocene के पुराने Tertiary deposits का सामान्य विस्तार नहीं माना जाता।