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第7章

海底山脉又称“海脊”或“海岭”。深海底部狭长绵亘的高地。长度可达上万千米,宽1000~3000千米,高2000~4000米。

个别山峰出露水面成为岛屿,如此大西洋的亚速尔群岛,南大西洋的阿森松岛等。大西洋中央海底山脉,纵贯南北,山脉走向与大洋轮廓一致,呈S形。太平洋海岭分布在中部,南北绵延1万千米以上。印度洋海岭分布呈“人”字形。

海底扇

从大陆坡麓向外海缓斜的扇形地称海底扇。在海底峡谷的前缘,为沉积物所覆盖。又称深海扇或海底三角洲。

海底扇可分为4个单元:

(1)上部扇带。具凹形剖面,坡度陡达1/100,有一条深切的沟谷。

(2)中部扇带。具凸形剖面,坡度约1/500,为放射形的沉积最厚的隆起部分。

(3)下部扇带。坡度约缓至1/1000,表面光滑而微有起伏。

(4)末端扇缘。表面平整,与深海平原相接。

海底扇沉积物的类型

海底扇沉积物有如下类型:

(1)碎屑流堆积。峡谷出口和上部扇带中为杂乱的砂砾,分选差。

(2)液化流或粒屑流堆积。有少量砂砾,分选较好。

(3)浊流层。发育于中部和下部扇带的谷中的,是从高流态浊流中沉积下来的物质;发育于扇谷的内部和外侧的,是从低流态浊流中沉积下来的物质。

(4)半远洋沉积。主要是陆源泥砂和生物源物质,分布于扇谷间、下部扇带和扇缘。扇谷内的沉积物颗粒较粗,扇谷间颗粒较细。沉积物中常含有植物和浅海生物的残骸,它们都是浊流从大陆边缘搬运至此而沉积下来的。

海沟

海沟是岩石圈板块的汇聚型板块边界(消亡边界),大洋岩石圈板块在此俯冲、消亡。主要分布于环太平洋地区,也见于印度尼西亚之西的印度洋和加勒比海域。在太平洋西部和印度洋,海沟与岛弧平行排列;在太平洋东部,海沟与陆缘火山链相伴随。

海沟的特征

(1)海沟长一般在500~4500千米,宽40~120千米。地球上最深的马里亚纳海沟深达11034米。海沟在平面上大多呈弧形向大洋凸出,横剖面呈不对称的“V”字型,近陆侧陡峻,近洋侧略缓。

(2)海沟两侧普遍具阶梯状的地貌,地质结构复杂,发育蓝闪石片岩相高压低温变质带。海沟中的沉积物一般较少,主要包括深海、半深海相浊积岩。海沟是大洋地壳与大陆地壳之间的接触过渡带。

(3)海沟的两面峭壁大多是不对称的“V”字型,沟坡上部较缓,而下部则较陡峭。平均坡度为5度到7度。偶尔也会遇到45度以上的斜坡。

(4)海沟为重力负异常带,自由空间异常值低达-200毫伽以下,热流值仅为1HFU左右,低于地壳平均热流量。

(5)沿海沟分布的地震带是地球上最强烈的地震活动带。震源通常自洋侧向陆侧加深,构成自海沟附近向大陆方向倾斜的震源带。

海沟的分布

海沟主要分布在活动的大陆边缘。世界上最重要的海沟几乎全部聚集在太平洋,例如世界最深点所在地——马里亚纳海沟就在太平洋的西部。大西洋的波多黎各海沟和南桑威奇海沟虽然相距遥远,但它们共同的特点是,它们所处的位置都与太平洋有关,那里的大西洋底或是和太平洋底相连接,或是仅隔一条狭窄的陆壳。

柔软的液体海底

产生密度跃层的原因很多,但主要取决于海水的温度和盐度。通常,风平浪静时,水温随着深度的增加,而逐渐降低。当海上出现大风浪,海水上下混合,上层水温逐渐均匀,而风浪影响不到的下面水层,温度依然在降低。这样一来,上下水层之间的海水温度呈现剧烈变化,从而形成了密度跃层。而在接近大陆的边缘海域,大量江河淡水流入海中,使海水被冲淡,盐度发生急剧变化,也会产生密度跃层。还有些跃层出现在两个不同性质的水团接触面上。如土耳其的伊斯坦布尔海峡中就有这种密度跃层。在那里,表层海流始终从黑海流向地中海,而下面的海流则反其道而行,从地中海流向黑海,这两股海流带来的水团其温度、盐度均不相同,在其接触面容易出现密度跃层。

密度跃层不仅对水面船只和潜艇安全航行有影响,而且对海洋生物的影响也非常大。因为密度跃层犹如海水中隔了一层屏障,使上、下层海水之间的循环、对流受阻。当下层海水的鱼类所必需的溶解气体一旦用尽,又无法从上层水中得到相应的补充,致使鱼类和其他生物窒息而死。同样,上层水中海洋生物所需要的营养盐也得不到下层水的供应,致使它们不易生长和繁殖。所以,有经验的渔民有意远离有密度跃层的海域,因为这些海域无鱼可捕。当然,密度跃层也有可利用的地方,如潜艇隐蔽在跃层之下就不易被敌舰声纳发现,也可以停泊在跃层上面,伺机向敌舰发起进攻。所以,人们又把密度跃层称为“柔软的液体海底”。

深海锰结核

锰结核是自生于深海底的、以锰和铁的氧化物和氢氧化物为主要成分的矿物。又称锰矿球、锰矿瘤、锰团块或多金属结核。大都呈结核状。除锰和铁之外,还含铜、镍、钴等多种金属。储量巨大。19世纪70年代发现。除最常见的结核状外,有的呈壳状或板状。结核直径一般为1~20厘米,表面呈土黑、褐或棕褐色,比重约2~3。核心由结核碎块、岩屑或生物碎屑组成。壳层成分不受核心的影响,在核心周围呈环带状构造,每一壳层不都是连续不断的,厚度也常不均匀。核内还发育有放射状裂隙和横向裂隙。结核中的矿物,结晶程度较差,不同成分常以微晶状态共生。化学成分随地而异,但所含主要元素为Mn、Fe、Si、Al、Ca、Mg、Na、K和Ti等,次要成分有Ni、Cu、Co等。其余有U、Th、Nb等多种放射性元素和稀有元素。接触海水的光滑面含Fe、Co和Pb较高,埋入沉积物的粗糙面富含Mn、Cu、Ni、Mo等,内部壳层成分较均一。

深海锰结核在大洋底的分布

深海锰结核在各大洋底均有分布。以南大西洋和印度洋的产量较大,太平洋的富集度较高。同一大洋的不同海域,其富集度很不均一。都存在于松散沉积物内且主要富集于泥-水界面。可与各类沉积物共生,但在红黏土和硅质软泥沉积层中最多见。成因仍未定论。有人认为其金属成分的来源有:

(1)由径流带入海洋的陆地岩石风化而分解出的金属离子。

(2)海底玄武岩的海解作用提供了Mn和Fe的成分。

(3)海底热液提供的成分。这些成分在氧化环境中缓慢沉淀,金属成分经生物活动富集,处于氧化、还原界面之上时以离子状态运移,处于此界面下则发生沉淀。

水深数据

我们通常所指的水深,是指水面到水底的垂直距离而言。但是在海道测量中因为海面受潮汐、海流、风浪等多种因素的影响,处于动荡不定的状态之中,尤其是受潮汐的影响,海面随时在升降中,高潮和低潮之差,小的一二米,大的一二十米。因此,海道测量外业测得的水深只是当时当地的瞬时深度。同一地点、不同时间测得的水深是不一样的,不同地点、不同时间测得的水深无法进行对比。为了在不同时间测得的不同地点的水深有一个可比性,必须确定一个统一的基准面,这就是海道测量学中的深度基准面。这个基准面,在无潮海(即潮汐很小的海,如波罗的海),通常以平均海面作为深度基准面。在有潮海,因为潮汐较大,如果用平均海面作深度基准面,高潮时此面被淹没,低潮时露出;如果以此为基准面,则低潮时的实际水深小于海图上的水深,如此时按海图上的水深航行,船就可能要触礁、搁浅,对航行很不安全。因此,在海道测量中,常以略低于低潮面的一个面作为基准面。这样对航海就安全多了。所以,海道测量测得的水深数据,必须归算为深度基准面至海底的垂直距离,而不是通常说的水面到水底的垂直距离。

深海沉积

深海沉积为深而开阔的大洋底部的沉积物。水深一般大于2000米,以生物作用和化学作用的产物为主,其次为陆源矿物质、宇宙尘埃及火山喷发物。因大洋环流、浊流、深海底层流与浮冰的搬运而沉积于海底。分为:

(1)生源沉积,统称生物软泥,含生物遗体超过30%,包括钙质软泥及硅质软泥。前者钙质生物组分大于30%,如有孔虫软泥(抱球虫软泥)、白垩软泥(颗石藻软泥)和翼足类软泥。覆盖大洋面积的456%,主要分布在大西洋、西印度洋和南太平洋的海岭和海底高地。后者硅质生物组分大于30%,包括硅藻软泥和放射虫软泥。覆盖大洋面积的109%。硅藻软泥主要分布在南极海域与北太平洋,放射虫软泥多集中于太平洋和印度洋赤道地带的深水区。

(2)非生源沉积,有褐粘土、自生沉积物、火山沉积物、浊流沉积物、滑坡沉积物、冰川沉积物和风成沉积物7类。其中褐黏土(又称红黏土)的生源物质含量小于30%,覆盖大洋面积的309%,主要分布于北太平洋、印度洋中部与大西洋的深海盆地,平均深达5400米。自生沉积物以锰结核为主,多分布于太平洋中、南部及印度洋东部。陆源沉积物通过浊流、冰川和风输入深海,分布于大洋盆地的边缘。深海沉积物沉积速度十分缓慢,一般为01~10厘米/年,从洋盆到中心,沉积速率由大变小。

深海生态

深海生态指大陆架以外深海水域和海底的生物之间及其与环境的相互关系。广义的“深海”一词,通常包括深海、深渊和超深渊三部分。深海中缺乏阳光,静水压力大,形成黑暗、低温和高压的环境。由于不能进行光合作用,这里没有营光合作用的植物,没有植食性动物,只有碎食性和肉食性动物、异养微生物和少量滤食性动物。

我国的海底专属采矿区

我国已于1999年圈定75万平方千米的海底专属采矿区,在当前可预期的回采率条件下,可满足年产300万吨多金属结核矿开采20年的需求。在这块“丰产田”里,初步估算有42亿多吨金属结核,其中含锰11175万吨、铜406万吨、镍514万吨、钴98万吨。中国工程院院士金翔龙说,海底的多金属结核如同撒在地上的土豆一样,现在我国已掌握从深海捞起这些“土豆”的技术,对其冶炼和提纯等工艺的研究也已达到世界领先水平,但商业开发时机的选择要根据国内需求情况、国际金属市场行情等综合分析决定。

卫星发现大洋“中尺度涡”

1973年,美国“天空实验室”卫星首先拍摄到了大西洋西部热带海域水流中的大涡流。这个大涡流纵横60~80千米。同时,这个涡旋的海水运动方式也很有特点,冷的海水从100多米深处向上涌升,将海底许多营养物质带到海面,于是,在这个大涡流的海域中形成一个很好的渔场。“天空实验室”在其他海域也发现了类似的涡旋。例如,在南美洲的西海岸、澳大利亚东部和新西兰一带、非洲东岸和太平洋中部的夏威夷群岛等地附近海域,以及在印度洋西北地区、南中国海海域,都能见到这种涡流。

在世界各大洋中,到处都有这种涡流的存在,完全没有这种涡流的海域是很难找到的。这些涡流的厚薄、大小不一,旋转的方向,有左有右,涡流中心区的海水温度,有冷有热。总之,大洋中的涡流形形色色,各式各样。这许许多多的涡流,直径从几十千米到数百千米,存在的时间,短的几十天,长的在半年以上。它们与海洋中大而稳定的环流相比,是个局部,并不显眼;但是,它与人们用肉眼看得见的近海水旋涡相比,就显得非常之大了。所以,人们称这种涡流为“中尺度涡”。大洋中尺度涡的发现是近几十年对大洋环流认识的一个突破性进展,它改变了人们对海流的传统看法。

中尺度涡的发现,使传统的大洋海流理论受到挑战。大量“中尺度涡”的发现,使人们认识到,大洋里决不只是几个简单的环流,弱流区也不是想像的那样平静。这就是说,大洋环流的结构可能更复杂。而且,人们还发现,充斥于海洋中的这许许多多的涡流,与大洋环流之间有着强烈的相互作用,因此不能忽视涡对环流的影响。假如这些涡流也像大气中那样由斜压不稳定因素引起,则大洋环流有可能由中尺度涡所维持。这就从根本上修正了风生环流的观点。

无震海岭

无震海岭指地震活动甚少的海底山系。又称不活动海岭。地形起伏不大,两坡较陡,顶面较平坦,绵延700~5000千米,宽250~400千米,高出洋盆2000~4000米,常有局部露出水面而成为大洋岛屿的,如夏威夷群岛。主要分布在岩石圈板块内部,没有裂谷和转换断层。岩石种类较多,有拉斑玄武岩、碱性玄武岩及其他碱性岩类、中性岩和酸性岩等。地壳较周围洋盆厚得多,有的可达20千米。有些花岗岩质的无震海岭,可能是古陆的残余部分。成因众说纷纭:有人认为是由地壳断块垂直运动而形成的;有人认为是由海底火山沿裂隙喷发出的岩浆所形成。美国人WJ摩根依据无震海岭的地质年龄沿一定方向递增的现象,提出“热点说”,认为热点处的火山活动源地固定在地幔深处,当板块移动至热点之上时,随着热点处的岩浆喷发而形成火山,从而发育了无震海岭。

勇士1号海渊

勇士1号海渊是高居榜首的海沟。最深处达11034米,位于马里亚纳海沟的南端。这个海渊是由前苏联的海洋测量船勇士号于1957年8月18日测得的,所以被称为“勇士1号”海渊。

勇士2号海渊

勇士2号海渊是世界第三深渊,最深处有10882米,是南半球最深的地方,位于汤加海沟中段。它也是前苏联海洋测量船勇士号发现的。

勇士3号海渊

勇士3号海渊在汤加海沟南方的克马德克海沟内,深达10047米,也是前苏联的勇士号船在1957年发现的,可称为世界第十大深渊。

约翰逊角海渊

约翰逊角海渊是世界第八深渊,深度为10497米,在菲律宾海沟中部,是美国军舰约翰逊角号于1954年7月测得的。

油气田

人类经济、生活的现代化,对石油的需求日益增多。在当代,石油在能源中发挥第一位的作用。但是,由于比较容易开采的陆地上的一些大油田,有的业已告罄,有的濒于枯竭。为此,近20~30年来,世界上不少国家正在花大力气来发展海洋石油工业。

探测结果表明,世界石油资源储量为10000亿吨,可开采量约3000亿吨,其中海底储量为1300亿吨。中国有浅海大陆架近200万平方千米。通过海底油田地质调查,先后发现了渤海、南黄海、东海、珠江口、北部湾、莺歌海以及台湾浅滩等7个大型盆地。其中东海海底蕴藏量之丰富,堪与欧洲的北海油田相媲美。

东海平湖油气田是中国东海发现的第一个中型油气田,位于上海东南420千米处。它是以天然气为主的中型油气田,深2000~3000米。据有关专家估计,天燃气储量为260亿立方米,凝析油474万吨,轻质原油874万吨。

洋底各段脊

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