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第3章

对于地球上浩瀚的水面世界,人们通常把它笼统地叫做“海洋”。其实,在地理学上海(sea)和洋(ocean)的概念不同。洋是海洋的主体,约占海洋总面积的89%,所以一般称之为大洋。它离大陆较远,面积广阔,水深一般在2000~3000m以上,海水呈深蓝色,透明度大,其水文气象状况不受大陆的影响,具有自己独立完整的系统。世界上公认的大洋有四个,即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。各大洋及其边缘海所占自然地理区的百分比如下表所示。不过在海洋学上还有“南大洋”的划分,把副热带耦合线以南直到南极大陆边缘的广大海域称为南大洋。因为这个沟通三大洋的南部海域,有其独特的水文物理和气候特性,所以在区域海洋学上有重要意义。海则附属于各个大洋边缘濒临陆地的水域,它们有些为大洋的一部分,如菲律宾海;有些以岛链与大洋相隔,如东海;有些以狭窄、孤立的海峡与大洋相连,如南海。海的水深浅不一,浅的只有几十米,深的也有数千米。浅海(shallowsea)的海水透明度小,水色有时带绿色,近岸处甚至可能混浊。不过,有的海因历史原因又叫湾(bay),如墨西哥湾、孟加拉湾等。另外,相邻海区之间的狭窄水道称为海峡(strait),是连接洋或海的咽喉,如巴士海峡是太平洋与南海的重要通道。

海底世界

在海洋的深处,地形高低起伏的复杂程度不亚于陆地。在世界海洋的底部,既有崇山峻岭,也有深沟峡谷;既有宏伟的高原、起伏的丘陵,也有广阔的平原、阶地,可谓姿态万千。从总体上看,世界海洋的海底形态可分为三大单元,即大陆边缘(continentalmargin)、大洋盆地(oceanbesin)和称中央海岭或洋中脊(mid-ocearticridge)。

大陆边缘包括海岸带(coastalzone)、大陆架(continentalshelf)、大陆坡(continentalslope)和大陆隆(continentalnise),约占海洋总面积的22%。海岸带是海陆的交界处,大致为潮间带的范围。有些岸段地势平坦,涨潮时被海水淹没,落潮时可露出十几千米宽的滩涂;有些岸段陡峭,海岸带很窄。海岸带是海陆相互作用最为激烈的地带,此处波浪的输沙作用强,科学家称之为“高能地带”。

从海岸带的低潮线向外延伸,到海底坡度陡增的边缘为止是大陆架。它是大陆在海洋中的自然延伸部分,占海洋总面积的7%左右,海底坡度平缓,起伏不大,全球平均水深约60m。大陆架的宽度因地而异,最窄的仅数千米,最宽的可超过1000km,平均宽度约75km。大陆架一般覆盖有深厚的陆源沉积物层。由于海平面升降变化,在第4纪冰期,大陆架的大部分曾经露出海面成为陆地。

由大陆架继续向深海伸展,海底坡度急剧增大,形成向大洋盆过渡的大陆坡和大陆隆地带。大陆坡占据这个过渡带上部,水深在200~3000m之间,坡度较陡;大陆隆大部分位于3000~4000m等深线之间,坡度较缓。几乎所有的大陆坡麓都被一道道海底峡谷所切割,谷壁陡峭,呈“V”形断面,谷深可达几百米,谷长达十几千米到几百千米。有些峡谷上端靠近河口,而峡谷的下端大都有“冲积扇”——扇形沉积锥。多数大陆坡上的海底峡谷是由大陆架流下的强大浊流沿海底裂缝雕凿而成的。

在太平洋北部和西部及其他大洋的边缘还有海沟(oceantrench)与岛弧(islandarc)。

海沟出现在海洋板块俯冲带起始处,由一个板块俯冲到另一个板块底下,中间低凹,便形成了海沟。海沟中的海槽(oceantrough),深度往往超过7000m,有些海沟,如马里亚纳海沟深达上万米。未俯冲的板块一侧火山活动活跃,往往火山成为岛弧,如阿留申群岛、琉球群岛等。当海沟紧邻大陆时,火山活动在陆地上形成。岛弧、海沟处常发生深源地震。

大洋盆是世界海洋中面积最大的地貌单元,是海洋的主体,水深大约在4000~6000m之间,占洋底总面积的70%以上。大洋底并非一望无垠的平原,由于洋底海岭、海隆、群岛和海底山脉的分割,大洋盆地分成近百个独立的海盆,真可谓气象万千。其中最引人注目的是大洋中央海岭,它如同潜伏洋底的巨龙,绵延各大洋总共约80000km。大西洋中央海岭凸出洋底约2500~3000m。相比之下,印度洋和太平洋较低,约凸起2000~3000m。

中央海岭少数高峰露出洋面,形成孤立岛屿,如大西洋的冰岛等。在中央海岭的脊部,有一条几乎和海岭一样长的裂谷,深度约1000~3000m,宽度约25~50km。海底扩张学说认为,它是洋壳(oceancrust)的扩张中心,新的洋底物质就在那里形成。

海底的山脉

和陆地一样,海底并不是一马平川,它也是一个跌宕起伏的世界。

陆地上有连绵的群峰,海底有雄伟的山脉;陆地上有巍峨的青藏高原,海底有逶迤万里的太平洋东部高地……海底山脉绝不比陆地的崇山峻岭逊色,这已经被无数次科学考察所证实。

早在1918年,德国一艘名为“流星”号的海洋考察船在大西洋进行海底考察时,偶然从回声探测仪上发现,大西洋中部的海底比两边高出许多,由东往西竟是1000千米长的凸起高地。这使科学家们惊叹不已。

在这之后的3年中,他们做了几万次探测试验,终于发现那里隐藏着令人难以置信的海底山脉。

后来,通过对大西洋的全面调查,科学家们找到了这座山脉的“两极”。它始于冰岛,经大西洋中部一直延伸至南极附近,曲曲弯弯长达一万多千米。山脉走向与大西洋的形态一致,也是“S”形,平均宽度在1000千米以上,比两侧洋底平均高出2000米。它是由一系列平行的山系结合在一起形成的,山脉露出水面的顶峰,组成了一串珍珠般美丽的岛屿,其中包括冰岛、亚速尔群岛、圣赫勒拿岛与特里斯坦-达库尼亚群岛等。

然而,大西洋海底这座使人难以想象的山脉,却只是全球海底山脉不起眼的一部分。

海洋学家在研究了世界各大洋的探测资料后宣布:世界各大洋底都存在着类似的海底山脉。如果把它们像火车一样一节节地接起来,总长度超过65000千米,可以绕地球一圈半。

而且,它们的高度一般不超出相邻的洋底1000米至3000米,宽度超过1000千米,总面积相当于亚、欧、非、美洲全部陆地面积之和。

洋底的地形分布也有一定的规律。在各大洋中,都有大致作南北走向的巨大的海底山脉,绵延1万多千米,在洋底东部还有一个大洋中脊。印度洋中部除存在一条“入”字形的中央海岭外,东部还有一条南北走向的长达6000千米的东印度洋海岭。北冰洋虽然较浅,但在中部也有两条略成南北走向的海岭。

在海底山脉的两侧,多为大洋盆地,深度一般在3700~6000米之间。大洋盆地中分布有孤立突兀的海台和较为平缓的海底高原。它们将整个大洋盆地分割成若干个海盆,较大的有,太平洋中的东北海盆和南太平洋海盆等。印度洋中的中印度洋海盆、西澳大利亚海盆和南澳大利亚海盆等。大西洋中的西欧海盆、佛得角海盆和巴西海盆等。北冰洋中的南森海盆、加拿大海盆和马卡罗夫海盆等。

风光绮丽的夏威夷岛,就是太平洋海底山的一部分。它的最高处超出水面4200米,而山根却在水下6000米的深处。也就是说,这座海洋山峰的高度在1万米以上,竟比珠穆朗玛峰还要高1000多米。

科学家们发现,海底山脉多数是由橄榄岩、玄武岩等火山岩石构成的。它们并不是杂乱无章的,而是呈条带状排列着。海底山脉多发育在海底高原和隆起的高地上。这些高原、高地是岩浆喷发时形成的。

科学考察表明,海底地壳下岩浆对流活动时,地壳发生裂隙,岩浆沿着这些裂隙喷发到海底表面,造成了纵横数千米的海底高原和海底高地。而在这些高原和高地上,又升起一座座海底火山。经过漫长的岁月,火山喷发形成的火山岩便堆成了今天的海底山脉。

海岸地貌

你到过海边吗?当你感受清新的空气、享受舒适的海水浴时,是否也被海岸的风光所吸引呢?

海岸是邻接海洋边缘的陆地。也就是说,海岸是我们观海时,当时海水边的那一带陆地。地貌学上的海岸就不同了,它是指现在海陆之间正在相互作用着和过去曾经相互作用过的地方。

地理学家把海岸简单地划分为两种类型:一类是由非海洋因素所形成的海岸;另一类则主要由波浪和海流的作用形成。

许多海岸的形状是陆地上的流水作用造成的。由于侵蚀作用,河流在流入海洋时,切出了河谷。这些河谷尽管现在被海水淹没,但形状却大致保持了下来。

河流挟带沉积物经过漫长地质历史时期的沉积,可以生成弧状或鸟足状的三角洲或者连绵的沉积平原,潮起潮落,留下无数五彩斑斓的贝类。

冰川也有助于海岸的形成。冰期时大冰川的覆盖与切割会在地表留下冰川作用的痕迹。

一些称为峡湾的深谷就是冰川在海平面以下的地方切出来的。冰川消退后,海水淹没了这些深谷,形成峡湾。

火山作用也能形成海岸。在夏威夷群岛和日本、东印度群岛等地有明显的例证。

上面说的这些海岸都是由非海洋因素形成的,而波浪和海流形成的海岸更是鬼斧神工。

海的破坏性作用叫海蚀作用。海蚀作用会形成高度大致相同、断续分布的洞穴。这些洞穴或大或小,高低错落,宛如海岸上跳动的音符,当海风掠过时会发出呜呜声音,相互唱和。这些洞穴在波浪的长期作用下,不断加深和扩大,顶部崖岩悬空,以致在重力作用下崩塌,这样就会形成陡崖。站在崖上看千帆点点,波澜壮阔,使人心旷神怡。

最让人叹为观止的,还是一些洞穴在相向波浪的强烈作用下被蚀穿相互贯通,形成拱门状的地形。以后在海岸看见一些天然的石拱桥,可不要太惊奇哦!

海洋沉积下来的物质,通常使海岸线变得较为平直。例如美国德克萨斯州的外海海岸,便是沙滩沉积作用造成的。但沉积作用也可以造成海岸的曲折,特别是在比较严直的海岸上伸出来的地方更为明显。沙嘴可能是在两个相邻的涡流中间夹着一个静水带的地方形成的,由海流搬运的沉积物被带进静水区就会沉积下来。

在热带海洋的沿岸地带,各种造礁生物如石珊瑚、石灰质藻类、水螅虫类和苔藓虫类在海岸形成中也起着积极作用,它们从海水中吸收石灰,并以之建造自己的骨骼。在珊瑚和藻类死亡或者它们被波浪和激浪击碎以及破碎产物后来被胶结的过程中,由这些骨骼形成块状岩——珊瑚灰岩或礁灰岩,形成了特有的海岸线。

美丽的海岸地貌风光千姿百态,是大自然的杰作,也是一道独特的风景线。

海洋的演化

地球及其海洋的演化的故事无疑是世界上最伟大的奇事、肥皂剧和灾难电影的汇演。地球就是演出的大舞台,而古代和现代的生命的所有形式扮演着舞台上的角色。故事开始于一个奇异陌生的环境,地面受到小行星剧烈的碰撞,猛烈的火山不断喷发,频发的大地震撕扯着陆地。间或寒冷的气温使地球突然陷入严寒,其余的时候这个星球倒是适于生活的温暖舒适的地方。当大陆发生漂移、相互碰撞或相互分离时,海平面将发生升降变化,在这个壮观一幕中的角色也随之发生变化。有时它们形态相似,有时却又是迥然不同的生命体。在使生物发生灾变的事件中,新的角色出现了,而原来的个体有的受到了致命性的伤害,有的则被新的居统治地位的种类所取代。在整个故事中,一个不变的因子贯穿着大部分阶段,这就是:海洋存在着并孕育着生命。海洋和她的居民在地球的发展和生命的演化中起着重要的作用。我们人类相当于这个故事近尾声时的一瞬。但是通过追寻海洋与生命的演化过程和地球不断变化的历史,我们对我们这个动态的星球、对生命的脆弱以及我们人类自身的起源有了深入的了解。这是每个人都应该知道的一个故事,因为从中真实地透视出我们人类自身的渺小,以及我们可能对地球产生的巨大影响。

在开始追述历史的航行前,重要的是记录下来地球的历史是怎样拼合起来的,以及为什么其中一些片段谜一样地缺失了。我们利用现代科技可以把孩子们的成长过程录下来,以便将来一天他们可以看到自己的出生和成长。遗憾的是,地球和海洋的形成和演化过程没有录像。科学家们只能从古老的岩石、化石和其他行星中寻找线索,重现地球和海洋的历史。比如我们对地球形成的了解,基本上是得自于对星际碰撞、陨星、古老的陨石坑和惰性气体的研究。这些惰性气体如氙、氪、氩在太阳上含量丰富,在地球上却很稀少。

科学家们在研究古地球、海洋和早期海洋中的生命时所遇到的难题是现代海洋采样的难度所无法相比的。逻辑上,有关早期海洋和原始海洋中生命的最佳信息应来自于海底的沉积物和埋藏的化石。然而当我们探讨了海洋的地质情况、海底扩张和洋壳在深海沟的消亡后,我们发现洋壳在不断地再生循环着。虽然地球有几十亿年的历史,但现代海洋里最老的沉积物和岩石的年龄只有一亿八千万年左右。幸好大陆板块没有发生显着的再循环,高山的岩石中经常含有被抬升于海面之上的古老的海洋沉积物和化石。但是岩石和化石记录远不够完整,常常比较分散,使解译变得比较困难。

几个世纪以来,科学家们在大陆、海洋甚至外层空间搜寻能解答地球演化之谜的星星点点的证据。本文对星际演化的阐述中,由于篇幅所限,只包括了一部分解译地球历史的化石和岩石的描述。

另一个将简要提及但却更为重要的信息来源是深海钻探计划(DSDP)以及其后继者大洋钻探计划(ODP)。这两个计划是国际上空前的一次科学家、技术人员和管理者的大合作,其目的就是从深海底采集沉积物和岩芯样品。这些深海孔资料曾经为板块构造、海平面变化和全球气候变化研究提供了一些最为重要的丰富的科学数据。

地球大约有45亿年的历史,地球演化发生的时间尺度通常是几十亿年、几百万年和几十万年的数量级。但是我们往往以人的一生的长短来考虑时间尺度,数量级是一百年,细分后还有年、月、星期、小时和分钟这样的时间片段。地质学家利用岩石研究地球的历史时,意识到对应于地球演化阶段建立一种参考时间的方法的必要性,所以他们建立了地质年代表。

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