海洋生態(tài)學：2 地球系統(tǒng)與海底科學

1、第二章 地球系統(tǒng)與海底科學,2.1 地球的基礎知識 2.1.1 地球的宇宙環(huán)境 宇宙是空間、時間無限的物質世界，目前人類觀測到的宇宙范圍叫做總星系，半徑約150 億光年?？傂窍抵屑s有10 億個星系。星系有大有小，小者有幾萬顆恒星，大者有上千億顆恒星。太陽所在的星系叫做銀河系。 宇宙是由各種形態(tài)的天體和電磁波等物質組成的。 在無限的宇宙空間中，地球只不過是滄海之一粟，它處在永不止息的運動中：自轉和公轉。,2.1.2 地球的形狀 地球的形狀一般是指全球靜止海面的形狀，根據(jù)人造衛(wèi)星運行軌道分析測算的結果，地球是一個梨形的球體。 2.1.3 地球的圈層結構 地球是一個具有同心圈層結構的非均質體，以地球

2、固體表面為界分為內圈和外圈，它們又可分別再分為幾個圈層，每個圈層都有自己的物質運動特征和物理化學性質。 一、地球外部圈層 地球固體表面以上，根據(jù)物質性狀可以分為大氣圈、水圈和生物圈。,氣圈是包圍著地球的氣體，厚度有幾萬千米，總質量約5136108t。由于受地心的引力，以地球表面的大氣最稠密(約有3/4 集中在地面到100km 高度范圍內)，向外逐漸稀薄，過渡為宇宙氣體。 根據(jù)溫度和密度等大氣物理特征可將大氣圈自下而上分為對流層、平流層、中間層、暖層和散逸層。 與人類關系最密切的是對流層和平流層。,水圈是地球表層的水體，占地球總質量的0.024。其中絕大部分匯集在海洋里(占總水量的97)。 生物

3、圈是地球上生物(包括動物、植物和微生物)生存和活動的范圍。 現(xiàn)代地球的大氣圈、水圈和巖石圈構成了一個適宜生命存在的環(huán)境。 在太陽系中，地球是唯一具有水圈和生物圈的行星。,二、地球內部圈層結構,地球物理學家對天然地震波傳播方向和速度的研究證明，地球內部物質呈同心圈層結構。 在各圈層間都存在著地震波速度變化明顯的界面(或稱不連續(xù)面)，其中最重要的界面有莫霍面(M 面)和古登堡面(G 面)，它們把地球內部分為地殼、地幔和地核三大圈層。 地幔又分為上地幔和下地幔，地核又分為外核和內核。,地殼是指M 面以上的巖石物質層，厚度變化很大，從洋底的不足5km直至大陸造山帶的70km 以上，平均約15km。 地

4、殼是一個不均勻的圈層，根據(jù)其結構、物質組成和厚度的差異可以分為大陸性和海洋性地殼兩大類。 大陸性地殼較厚，平均厚33km，為雙層結構：上地殼一般叫“硅鋁層”，因物質組成與花崗巖相當，過去曾稱為“花崗巖質層”；下地殼通常叫“硅鎂層”，因物質成分與玄武巖相當，習慣上稱作“玄武巖質層”。 海洋性地殼很薄，平均厚度約6km，有三層結構：上部為沉積層，主要是松散至半固結的沉積物；中間為基底層或火山巖層，以玄武巖為主、上部夾有固結沉積巖的混合層；下部為大洋層，很可能由輝長巖、閃長巖為主，近M 面處由含蛇紋石化橄欖巖組成，它是海洋性地殼的主體。,地幔位于地殼之下，界于M 面與G 面之間，厚度約2800km，

5、質量和體積分別占地球的67.6和83，由鐵、鎂、硅酸鹽物質組成，與輝石橄欖巖相當。 地核以G 面與地幔分界，其成分可能相當于鐵隕石，主要是鐵以及含520的鎳和少量硅、氧。,2.1.4 地球的起源與地質時代,一、地球的起源 地球的起源與太陽系密切相關。 自18 世紀以來，先后提出過30 多種地球起源的假說。如拉普拉斯的“星云假說”、康德的“微粒假說”、施密特的“俘獲假說”、霍伊爾的“新星云假說”等，對認識天體形成和演化曾起到了一定積極作用。,大約在50-60 億年前，在銀河系所在部位存在一個巨大的氣體“塵?！毙窃?，叫作太陽云。一開始它就在不穩(wěn)定地自轉，同時在自身引力作用下進行收縮，使大量物質聚集

6、于中心部分。體積縮小導致自轉速度加快，離心力隨之加大，太陽云逐漸變扁成圓盤狀。太陽云在收縮過程中，密度、壓力加大，導致溫度急劇上升，向外強烈輻射釋放出巨大能量，于是光芒四射的原始太陽就此產生。 原始太陽經(jīng)過一個不穩(wěn)定階段，拋射出大量物質。太陽拋出的物質參加到圍繞它旋轉的圓盤中去。在圍繞太陽旋轉的盤狀星云赤道面上，塵埃物質作為氣體凝聚的核集結成一個個大小團塊，并沿赤道下沉，形成一圈圈有規(guī)律間隔的塵環(huán)。環(huán)內物質在不均勻引力作用下，大質點吸引小質點，逐漸聚結成為行星胚胎，最終形成行星。,二、地球的演化與地質年代,原始地球接近于均質體，以后由于內部熱作用，導致物質運動并發(fā)生重者下沉、輕者上浮的分異作用

7、，于是形成地核、地幔和地殼，從而具有圈層結構。 廣泛的火山活動和巨大隕石沖擊時釋放的氣體，形成了原始大氣圈，其中的水汽冷凝而形成水圈。最后，在有碳、氧、氫和氮化合物存在的情況下，通過閃電放電或紫外線輻射，或兩者兼有的作用，產生愈益復雜的有機分子，它們再進一步結合為能夠自身繁殖的有機分子，最后形成生物圈。,地球自形成以來大約經(jīng)歷了(45-46)108 年的歷史。計算地球年齡的方法有絕對地質年齡和相對地質年代兩種。 絕對地質年齡是根據(jù)巖石中存在的微量放射性元素蛻變規(guī)律測定出巖石生成的絕對年齡； 相對地質年代是根據(jù)生物的發(fā)展和巖層形成順序，將地殼歷史劃分為與生物發(fā)展相對應的一些自然段，每一自然段所代

8、表的時間稱為地質時代單位，最大的時代單位叫作宙，宙分為代，代分為紀，每個紀又可分為若干世。按時代早晚順序把地質年代編年稱為地質年代表。,2.2 海與洋,2.2.1 地表海陸分布 陸地面積占地表總面積的29.2；海洋面積占地表總面積的70.8。海陸面積之比為2.51，地表大部分為海水所覆蓋。 地球上的海洋是相互連通的，構成統(tǒng)一的世界大洋；而陸地是相互分離的。在地球表面，是海洋包圍、分割所有的陸地，而不是陸地分割海洋。 地表海陸分布極不均衡。在北半球，陸地占其總面積的67.5，在南半球，陸地占總面積的32.5。地球還可分為 “陸半球”和“水半球” 。 地球表面是崎嶇不平的。海洋的深度大于陸地的高度

9、。,2.2.2 海洋的劃分 地球上互相連通的廣闊水域構成統(tǒng)一的世界海洋。根據(jù)海洋要素特點及形態(tài)特征，可將其分為主要部分和附屬部分。主要部分為洋，附屬部分為海、海灣和海峽。 洋或稱大洋，是海洋的主體部分，一般遠離大陸，面積廣闊，約占海洋總面積的90.3；深度一般大于2000m；鹽度、溫度等不受大陸影響，且年變化小；具有獨立的潮汐系統(tǒng)和強大的洋流系統(tǒng)。 世界大洋通常被分為四大部分，即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋是面積最大、最深的大洋，北冰洋是世界最小、最淺、最寒冷的大洋。,太平洋、大西洋和印度洋靠近南極洲的那一片水域，在海洋學上具有特殊意義。它具有自成體系的環(huán)流系統(tǒng)和獨特的水團結構，既是

10、世界大洋底層水團的主要形成區(qū)，又對大洋環(huán)流起著重要作用。因此，從海洋學的角度，一般把這片水域稱為南大洋或南極海域。聯(lián)合國教科文組織將南大洋定義為：“從南極大陸到南緯40為止的海域，或從南極大陸起，到亞熱帶輻合線明顯時的連續(xù)海域?！?海是海洋的邊緣部分，全世界共有54 個海，面積只占海洋總面積的9.7。 海較淺，平均深度在2000m以內。溫度和鹽度等水文要素受大陸影響很大，并有明顯的季節(jié)變化。水色低，透明度小，沒有獨立的潮汐和洋流系統(tǒng)，但潮汐漲落往往比大洋顯著。 按照海所處的位置可將其分為陸間海、內海和邊緣海。陸間海指位于大陸之間的海，面積和深度都較大，如地中海和加勒比海。內海是伸入大陸內部的海

11、，面積較小，如渤海和波羅的海等。陸間海和內海一般只有狹窄的水道與大洋相通，其物理性質和化學成分與大洋有明顯差別。邊緣海位于大陸邊緣，以半島、島嶼或群島與大洋分隔，如東海、日本海等。,海灣是洋或海延伸進大陸且深度逐漸減小的水域，一般以入口處海角之間的連線或入口處的等深線作為與洋或海的分界。海灣中的海水可以與毗鄰海洋自由溝通，故其海洋狀況與鄰接海洋很相似，但在海灣中常出現(xiàn)最大潮差，如我國杭州灣最大潮差可達8.9m。 由于歷史上形成的習慣叫法，有些海和海灣的名稱被混淆了，有的海叫成了灣，如波斯灣、墨西哥灣等；有的灣則被稱作海，如阿拉伯海等。,海峽是兩端連接海洋的狹窄水道。海峽最主要的特征是流急，特別

12、是潮流速度大。海流有的上、下分層流入、流出，如直布羅陀海峽等；有的分左、右側流入或流出，如渤海海峽等。由于海峽中往往受不同海區(qū)水團和環(huán)流的影響，故其海洋狀況通常比較復雜。,2.2.3 海水的起源與演化 一般認為海水是地球內部物質排氣作用的產物，即通過巖漿活動和火山作用不斷從地球內部排出的。地球早期火山作用排出的水汽凝結為液態(tài)水，積聚成原始海洋，另一些不溶或微溶于水的氣體則組成了原始大氣圈。 海水的化學成分，一是來源于大氣圈中或火山排出的可溶性氣體，如CO2，NH3，Cl2，H2S，SO2 等，這樣形成的是酸性水；二是來自陸上和海底遭受侵蝕破壞的巖石，受蝕破壞的巖石為海洋提供了鈉、鎂、鉀、鈣、鋰

13、等陽離子。另外，受蝕的巖石也為海洋提供了部分可溶性鹽。 大洋海水的體積和鹽分的顯著變化發(fā)生在前寒武紀的漫長地球歷史時期，自古生代(距今約6108 年)以來，大洋水的體積和鹽度已大體與現(xiàn)代相近。,2.3 海底的地貌形態(tài),2.3.1 海岸帶 世界海岸線全長44104km，是陸地和海洋的分界線。水位升高便被淹沒，水位降低便露出的狹長地帶即是海岸帶。 海岸帶是海陸交互作用的地帶。海岸地貌是在波浪、潮汐、海流等作用下形成的。一般包括海岸、海灘和水下岸坡三部分。海岸是高潮線以上狹窄的陸上地帶，大部分時間裸露于海面之上，僅在特大高潮或暴風浪時才被淹沒，又稱潮上帶。海灘又稱潮間帶。水下岸坡是低潮線以下直到波浪

14、作用所能到達的海底部分，又稱潮下帶，通常約10-20m。 海岸形態(tài)錯綜復雜，國內外沒有統(tǒng)一的海岸分類標準。中國海岸帶和海涂資源綜合調查簡明規(guī)程將中國海岸分為河口岸、基巖岸、砂礫質岸、淤泥質岸、珊瑚礁岸和紅樹林岸等六種基本類型。,2.3.2 大陸邊緣 大陸邊緣是大陸與大洋之間的過渡帶，按構造活動性分為穩(wěn)定型和活動型兩大類。 一、穩(wěn)定型大陸邊緣 穩(wěn)定型大陸邊緣沒有活火山，也極少地震活動，反映了近代在構造上是穩(wěn)定的，以大西洋兩側的美洲和歐洲、非洲大陸邊緣比較典型，故也稱大西洋型大陸邊緣，此外也廣泛出現(xiàn)在印度洋和北冰洋周圍。 穩(wěn)定型大陸邊緣由大陸架、大陸坡和大陸隆三部分組成。,大陸架簡稱陸架、大陸淺灘

15、或陸棚。定義為“鄰接海岸但在領海范圍以外深度達200m或超過此限度而上覆水域的深度容許開采其自然資源的海底區(qū)域的海床和底土”，以及“鄰近島嶼與海岸的類似海底區(qū)域的海床與底土”。 大陸架是大陸周圍被海水淹沒的淺水地帶，是大陸向海洋底的自然延伸。其范圍是從低潮線起以極其平緩的坡度延伸到坡度突然變大的地方為止。 大陸架最顯著的特點是坡度平緩，寬度與深度變化較大，東海大陸架是世界較寬的大陸架之一，最大寬度達500km 以上，其外緣深度130-150m。 大陸架表面常見的地形主要有：(1)沉沒的海岸階地 (2)中低緯地帶沉溺的河谷和高緯地帶沉溺的冰川谷 (3)海底平坦面 (4)水下沙丘、丘狀起伏和冰磧?yōu)?/p>

16、等微地貌形態(tài)。,大陸坡是一個分開大陸和大洋的全球性巨大斜坡，其上限是大陸架外緣(陸架坡折)，下限水深變化較大。大陸坡的坡度一般較陡，但不同海區(qū)差別很大，Sherpard(1973)計算的世界大陸坡的平均坡度為417。 多數(shù)大陸坡的表面崎嶇不平，發(fā)育有復雜的次一級地貌形態(tài)，最主要的是海底峽谷和深海平坦面。 海底峽谷是陸坡上一種奇特的侵蝕地形，它形如深邃的凹槽切蝕于大陸坡上，橫剖面通常為不規(guī)則的“V”型，下切深度數(shù)百米甚至上千米，谷壁最陡40以上。深海平坦面是大陸坡表面坡度接近水平的面，寬數(shù)百米至數(shù)千米，長數(shù)十千米。,大陸隆又叫大陸裾或大陸基，是自大陸坡坡麓緩緩傾向洋底的扇形地，位于水深2000-

17、5000m 處。它跨越陸坡坡麓和大洋底，是由沉積物堆積而成的沉積體。大陸隆表面坡度平緩，沉積物厚度巨大，常以深海扇的形式出現(xiàn)。大陸隆的巨厚沉積是在貧氧的底層水中堆積的，富含有機質，具備生成油氣的條件。地震探查證實富含沙層的大陸隆很可能是海底油氣資源的遠景區(qū)。,二、活動型大陸邊緣 活動型大陸邊緣是全球最強烈的構造活動帶，集中分布在太平洋東西兩側，故又稱太平洋型大陸邊緣。太平洋型大陸邊緣的最大特征是具有強烈而頻繁的地震(釋放的能量占全世界的80)和火山(活火山占全世界80以上)活動，有環(huán)太平洋地震帶和太平洋火環(huán)之稱。 太平洋型大陸邊緣又可進一步分為島弧亞型和安第斯亞型兩類，兩者都以深邃的海溝與大洋

18、底分界。海溝是由于板塊的俯沖作用而形成的深水(6000m)狹長洼地，往往作為俯沖帶的標志。海溝長數(shù)百至數(shù)千千米，寬數(shù)千米至數(shù)十千米，橫剖面呈不對稱的“V”形，一般是陸側坡陡而洋側坡緩。全球已識別的海溝20 多條，絕大多數(shù)分布在太平洋周緣，其中深度超過萬米的6 條海溝也全部在太平洋。,島弧亞型大陸邊緣主要分布在西太平洋，其組成除大陸架和大陸坡外一般缺失大陸隆，以發(fā)育海溝-島弧-邊緣海盆地為最大特點。這類大陸邊緣的島嶼在平面分布上多呈弧形凸向洋側，故稱島弧，大都與海溝相伴存在。在島弧與大陸之間以及島弧與島弧之間的海域稱為邊緣海，其中的深水盆地往往具有洋殼結構，位于島弧后方，又叫弧后盆地。海溝、島弧

19、和弧后盆地構成溝-弧-盆體系。 安第斯亞型大陸邊緣分布在太平洋東側的中美-南美洲陸緣，高大陡峭的安第斯山脈直落深邃的秘魯-智利海溝，大陸架和大陸坡都較狹窄，大陸隆被深海溝所取代，形成全球高差(15km 以上)最懸殊的地帶。,2.3.3 大洋底 位于大陸邊緣之間的大洋底是大洋的主體，由大洋中脊和大洋盆地兩大單元構成。 一、大洋中脊 又稱中央海嶺，是貫穿四大洋、成因相同、特征相似的海底山脈。全長6.5104km，頂部水深大都在2-3km，有的露出海面成為島嶼，是世界上規(guī)模最巨大的環(huán)球山系。 大洋中脊北端在各大洋分別延伸上陸，軸部發(fā)育有沿其走向延伸的斷裂谷地，稱為中央裂谷。中央裂谷是海底擴張中心和海

20、洋巖石圈增生的場所，沿裂谷帶有廣泛的火山活動。 中脊地形比較復雜，縱向呈波狀起伏形態(tài)，橫向呈嶺谷相間排列。構造上并不連續(xù)，被一系列斷裂帶切割成許多段落，并錯開一定的距離。 大洋中脊體系是全球性地震活動帶，但震源淺、強度小。,二、大洋盆地 大洋盆地是指大洋中脊坡麓與大陸邊緣之間的廣闊洋底，約占世界海洋面積的1/2。大洋盆地的輪廓受洋中脊分布格局的控制，分布著一些隆起的正向地形，進一步把大洋盆地分割成許多次一級盆地。大洋盆地水深一般為4-6km，局部可超過6km。 把大洋盆地分隔開的正向地形主要是一些條帶狀的海嶺和近于等軸狀的海底高原。海嶺往往由鏈狀海底火山構成。海底高原又叫海臺，是大洋盆地中近似

21、等軸狀的隆起區(qū)。 在大洋盆地中還有星羅棋布的海山，相對平坦的區(qū)域是深海平原。,2.4 海底構造與大地構造學說,60 年代誕生于海洋地質領域的海底擴張-板塊構造學說已影響到地球科學的幾乎所有領域，是研究海底構造的理論核心和指導思想。板塊構造學說是大陸漂移和海底擴張的引伸和發(fā)展。 2.4.1 大陸漂移 魏格納是大陸漂移說的創(chuàng)始人，他主張地球表層存在著大規(guī)模水平運動，海洋和陸地的分布格局處在永恒的變化過程中。作為新地球觀核心的活動思想論即由此發(fā)端。,魏格納1912 年提出了大陸漂移的見解，1915 年著成海陸的起源一書，全面系統(tǒng)地論述了大陸漂移問題。他認為地球上所有大陸在中生代以前是統(tǒng)一的聯(lián)合古陸，

22、或稱泛大陸，其周圍是圍繞泛大陸的全球統(tǒng)一海洋泛大洋。中生代以后，聯(lián)合古陸解體、分裂，其碎塊即現(xiàn)代的各大陸塊逐漸漂移到今日所處的位置。由于各大陸分離、漂移，逐漸形成了大西洋和印度洋，泛大洋(古太平洋)收縮而成為現(xiàn)今的太平洋。,大陸漂移的主要依據(jù)有海岸線形態(tài)、地質構造、古氣候和古生物地理分布等。盡管大陸漂移說合理地解釋了許多古生物、古氣候、地層和構造等方面的事實，但未能合理解釋大陸漂移的機制問題。直到50 年代，古地磁學研究的進展又使大陸漂移說重新復興，60年代海底擴張和板塊構造學說的創(chuàng)立再賦予大陸漂移說以新的認識。,2.4.2 海底擴張 二戰(zhàn)后，各種地球物理技術廣泛應用于海洋地質研究，在海底發(fā)現(xiàn)

23、或確認了許多未曾預見到的全球規(guī)模的地質現(xiàn)象，成為海底擴張說產生、發(fā)展的基礎和主要依據(jù)。 Hess(1960，1962)和Dietz(1961)幾乎同時提出了“海底擴張”這一概念，以闡明主要與海底生成和消亡過程有關的理論。 大洋中脊軸部裂谷帶是地幔物質涌升的出口，涌出的地幔物質冷凝形成新洋底，新洋底同時推動先期形成的較老洋底逐漸向兩側擴展推移，這就是海底擴張。,海底擴張在不同大洋表現(xiàn)形式不同。一種是擴張著的洋底同時把與其相鄰接的大陸向兩側推開，大陸與相鄰洋底鑲嵌在一起隨海底擴張向同一方向移動，隨著新洋底的不斷生成和向兩側展寬，兩側大陸間的距離隨之變大，這就是海底擴張說對大陸漂移的解釋。另一種方式

24、是洋底擴展移動到一定程度便向下俯沖潛沒，重新回到地幔中去，相鄰大陸逆掩于俯沖帶上。洋底的俯沖作用導致溝-弧體系的形成，太平洋就是這種情況。 海底擴張說能夠解釋海洋地質學和海洋地球物理學領域的大部分問題，其機制符合物理學理論，并與許多地質、地球物理觀測結果一致。,2.4.3 板塊構造 “板塊”一詞是Wilson(1965)在論述轉換斷層時首先提出的，后經(jīng)Morgan等不斷綜合和完善，于1968 年正式提出了板塊構造學說： “地球最上部被劃分為巖石圈和軟流圈，軟流圈在緩慢而長期的作用力下，會呈現(xiàn)出塑性或緩慢流動的性質，巖石圈可以漂浮在軟流圈之上作側向運動” 。 巖石圈并非鐵板一塊，它被一系列構造活

25、動帶分割成許多大小不等的球面板狀塊體，每一個構造塊體就叫巖石圈板塊，簡稱板塊。全球劃分為六大板塊：歐亞板塊、太平洋板塊、美洲板塊、非洲板塊、印度-澳大利亞板塊和南極洲板塊；后來又把美洲板塊劃分為北美板塊和南美板塊，這樣全球可劃分為七個板塊。 現(xiàn)在比較流行的是十二板塊的劃分方案。,2.4.4 海洋盆地的形成與構造演化 一、大洋盆地的起源及其構造演化 關于大洋盆地的起源曾有過種種假說。隨著海底擴張、板塊構造學說的興起和完善，曾經(jīng)流行過的“大洋永存說”已被大量事實所否定，“大洋化作用說”也難以解釋海底的許多地質現(xiàn)象。板塊構造學說認為，大洋盆地的形成和演化與巖石圈板塊的分離和匯聚運動密切相關。Wils

26、on(1974)研究了大陸分合與大洋開閉的關系，將大洋盆地的形成和構造演化歸納為六個階段，這就是迄今具有重大意義的“Wilson 旋回”。 根據(jù)板塊構造學說，大陸裂谷是大洋形成中的胚胎或孕育中的海洋。地幔物質上升導致巖石圈拱升并呈穹形隆起、巖石圈拉長減薄，進而穹隆頂部斷裂陷落，形成典型的半地塹-地塹系。各穹隆的地塹系彼此連接，就形成大致連續(xù)的裂谷體系，如東非大裂谷。,大陸巖石圈在拉張應力作用下完全裂開，地幔物質上涌冷凝成新洋殼，形成陸間裂谷并成為典型的分離型邊界，兩側陸塊分離作相背運動。一旦注入海水，就意味著一個新大洋的誕生，并進入大洋發(fā)展的幼年期，如紅海、亞丁灣。 幼年期海洋進一步發(fā)展，陸間

27、裂谷兩側大陸隨著板塊的運動，相背漂移越來越遠，洋底不斷展寬，逐漸形成宏偉的大洋中脊體系和開闊的深海盆地，這標志著大洋的發(fā)展進入了成年期，如大西洋。 隨著大洋不斷張開展寬，大陸邊緣被推離中脊軸的距離越來越遠。巖石圈隨時間推移不斷冷卻、增厚變重，加之被動大陸邊緣積聚的巨厚沉積物載荷，在地殼勻衡作用下導致大洋邊緣巖石圈發(fā)生顯著沉陷。在板塊水平擠壓力作用下，大洋巖石圈向下潛沒，形成以海溝為標志的俯沖帶。當板塊俯沖消減量大于增生量時，洋底變窄，表觀上是兩側大陸相向漂移(運動)，大洋收縮(面積減小)，大洋便進入衰退期，如太平洋。現(xiàn)在的太平洋是泛大洋收縮后的殘余大洋，從中生代聯(lián)合古陸解體時的古太平洋至今日的

28、太平洋，其面積減少了1/3 左右。,相向運移的大陸彼此接近，大洋趨于關閉，如現(xiàn)在的地中海。特別是東地中海，成為收縮后的特提斯洋(古地中海)殘余部分。目前地中海的洋殼不再增生，海盆日益縮小，意味著大洋演化已進入終了期或稱結束階段。殘余海洋進一步收縮，洋殼俯沖殆盡，兩岸陸塊拼合、碰撞，海盆完全閉合，海水全部退出，大洋就此消亡。 新生代以來，印度-阿拉伯以北的古地中海洋殼相繼俯沖殆盡，印度-阿拉伯與亞洲前緣大陸相遇、發(fā)生碰撞。大陸碰撞的巨大擠壓力導致巖層褶皺、斷裂、逆掩、混雜，地面隆升，山根沉陷，形成地殼增厚的巨大褶皺山系-喜馬拉雅山脈。,Wilson 旋回是根據(jù)中生代以來大洋盆地的形成與演化規(guī)律而

29、建立的，它所揭示的大陸分合與大洋開閉的演化模式，可能在古老的地質時代就已經(jīng)存在。 人類賴以生存的地球表面就是由不斷合而分、分而合的大陸及不斷張開和關閉著的大洋組成的，其實質乃是地表巖石圈板塊生長、運移和俯沖活動的表現(xiàn)形式。地球表面的海洋和陸地就是這樣處在永不止息的運動變化之中。,二、邊緣海盆地的形成與構造演化 邊緣海盆地是指溝-弧體系陸側具有洋殼結構的深水盆地，因其位于島弧后方，又稱弧后盆地，主要分布在西太平洋邊緣，印度洋、大西洋僅出現(xiàn)于局部邊緣。 Karig(1971)根據(jù)板塊構造學說提出了邊緣海盆地形成的弧后擴張模式，并按構造活動性將其分為活動的、高熱流非活動的和正常熱流非活動的三種類型。

30、Toksoz 等(1977)據(jù)邊緣海盆地的特征和構造演化將其分為未發(fā)育型、成熟型、活動型和非活動型四類。金春等(1995)將邊緣海盆地的演化分為初生期、青年期、壯年期和老年期四個階段或類型。 按其成因可將邊緣海盆地劃分為殘留型、大西洋型、陸緣張裂型、島弧張裂型四類。,2.5 海洋沉積,2.5.1 濱海沉積 濱?；蚍Q近岸帶環(huán)境是指從特大高潮線至深度為淺水波半波長的區(qū)域，是海洋與非海洋過程相互作用的地帶。 一、海灘沉積作用 海灘是沿岸分布的疏松沉積物堆積體，組成海灘的物質多來自鄰近陸地，主要是河流自流域內搬運來的風化產物，海岸侵蝕是海灘物質的最直接來源，另外還有自內陸架向岸搬運的沉積物。海灘沉積物

31、的粒度變化較大，可從粉砂到巨礫，而以砂、礫為主。,二、潮坪沉積 潮坪是以潮汐作用為主要動力，坡度極其平緩，由細碎屑物質(粘土、粉砂)組成的近岸帶。 根據(jù)潮汐漲、落時出露水面的情況，可將潮坪分為潮上坪(平均高潮線至特大高潮線之間)、潮間坪(平均高、低潮線之間)和潮下帶(平均低潮線以下)。 中國沿岸現(xiàn)代潮坪廣泛發(fā)育，約占中國大陸岸線總長的25，以江蘇沿岸的潮坪最長(600km)最寬(10km)。沉積物主要來自黃河、長江和珠江等大河，大多是由粉砂組成的泥質潮坪。,三、砂壩-潟湖沉積體系 砂壩又稱障壁島、堤島、堡島等，泛指近海與海岸線延伸方向平行分布的一系列砂壩和砂島。被砂壩從毗鄰海域隔離出來，仍與海

32、洋溝通或有限溝通的淺水域稱為潟湖。砂壩、潟湖相互依存，構成砂壩-潟湖體系。砂壩-潟湖海岸遍及全世界，約占現(xiàn)代岸線總長的13。 砂壩、潟湖的形成與第四紀冰期后的海面上升有關，其發(fā)育一般經(jīng)歷四個階段：海灣潟湖、半封閉潟湖、封閉潟湖、埋藏潟湖。潟湖一般為低能環(huán)境，波浪、潮流的作用都不強，缺乏陸源碎屑物質的大量供給，有利于生物及化學沉積作用。 潟湖沉積的組成有碎屑物質和化學沉淀物，以碎屑為主，主要來自障壁、外濱，部分來自陸地。熱帶海岸潟湖可能全由碳酸鹽質的生物碎屑組成，高鹽潟湖中可形成石膏、巖鹽等化學沉淀物。,四、河口灣沉積 河口灣是與開闊海洋自由溝通的半封閉沿岸水體，與河流相接并被徑流所淡化，上限為

33、潮流界或沉積物進行雙向搬運的上界。河口灣發(fā)育在沉積物載荷量比擴散力低的河口，一般潮差較高，具有下沉河谷的中緯度海岸帶和現(xiàn)代冰川活動以及砂質海岸等現(xiàn)代環(huán)境最有利于河口灣的發(fā)育。 河口灣內碎屑物質的搬運和沉積過程以及底質的特征受徑流、潮汐、波浪及河口環(huán)流系統(tǒng)等水動力要素的控制。河口灣內的擴散系統(tǒng)可根據(jù)主要擴散營力分為河流、河口環(huán)流及海洋作用區(qū)。,在河流作用區(qū)，搬運、擴散碎屑物質的主要營力為徑流，潮流作用很弱。其沉積物以邊灘相為主，由交錯層狀砂和粘土透鏡體組成；另外還有河道沉積(砂、粘土互層并含礫石)以及沼澤沉積(富含有機質的粘土及粉砂)。 河口環(huán)流作用區(qū)的沉積相以潮道相為主，由紋層狀粉砂粘土組成，

34、夾砂質透鏡體，向海方向生物擾動程度增大；另外還有由砂組成、偶含泥礫、具波痕構造的沙灘相，由紋層狀泥和砂組成、具生物擾動構造的潮坪相以及由富含植物碎屑的粘土組成的沼澤相。 海洋作用區(qū)的營力有河口環(huán)流、潮汐波浪和沿岸流，入口處的潮汐和波浪作用最強，而攜帶懸移質的河口灣則由較深的潮道中注入外海。潮道中的沉積物為粗砂，淺灘沉積物為中細砂，兩者都具有小型交錯層。,五、三角洲沉積作用 三角洲是河流攜帶的泥沙等物質在濱海(湖)地帶形成的堆積體，由陸上和水下兩部分構成。 決定三角洲發(fā)育和沉積物分布的主導因素是河口水流。河流入海，由固定河床進入開闊海域，比降減小，流幅展寬，流速降低，淡咸水混合，自河口向海方向，

35、沉積物發(fā)生分異沉降。近河口區(qū)的沉積物是砂、粉砂和粘土的混合物，以砂為主；遠離河口的地帶主要是粘土落淤，砂和粉砂含量甚少。膠體化學作用和生物作用促進粘土沉積，從而增加了沉積物中粘土質的含量。此外，河口以外細粒沉積物擴散甚遠，為爾后三角洲的前展奠定了基礎。,影響三角洲發(fā)育和沉積物分布的自然因素還有徑流量和輸沙量、潮汐和潮流、波浪等。 三角洲按其平面形態(tài)通常分為四類：(1)鳥足狀(或伸長狀)，如美國密西西比河三角洲；(2)扇狀或弧形，如黃河三角洲；(3)尖頭狀，如意大利波河三角洲；(4)島嶼三角洲，如長江三角洲。 根據(jù)水動力條件對三角洲發(fā)育的影響程度，可將其分為河控、潮控、浪控以及河流與潮汐綜合控制

36、四種主要類型。 河控三角洲的沉積主要是汊道向海沉積，如密西西比河鳥足狀三角洲和黃河三角洲。潮控三角洲發(fā)育在強潮岸段，漲潮和落潮時出現(xiàn)于分汊河道中的往復水流可能是沉積物擴散的主要動力，如湄公河三角洲；浪控三角洲發(fā)育在波浪活動強烈的岸段，河口沙壩沉積物被波浪不斷搬運，形成一系列沙堤，如尼羅河三角洲和海南島南渡江三角洲。在徑流和潮流綜合作用的河口區(qū)，由河流帶來的泥沙，經(jīng)漲、落潮流的改造，形成沙洲或暗沙，如長江三角洲。,2.5.2 大陸架沉 大陸架為淺海環(huán)境，其沉積作用和沉積相受各種物理、化學、生物及地質作用等過程的控制。陸架泥沙的搬運、沉積以物理過程為主，主要作用營力是潮汐、風暴及風海流，另外還有因

37、溫、鹽梯度和科氏力造成的密度流、地轉流以及由大洋進入陸架區(qū)的洋流。內陸架以潮流及風暴浪的作用為主，外陸架以洋流作用為主。,根據(jù)經(jīng)典性觀點，現(xiàn)代陸架上主要分布著三種沉積物： (1)殘留沉積：是與現(xiàn)代水動力環(huán)境不相適應的沉積物，它們形成于更新世末低海面時期，在全新世海侵后基本未被改造，仍保留著原來的巖性、結構、構造、化石以及沉積地形等。殘留沉積以砂為主，大都分布在外陸架，現(xiàn)代沉積速率低的內陸架上也有分布。 (2)現(xiàn)代沉積：沉積物的屬性與目前所處的沉積環(huán)境相一致，處在統(tǒng)一的動態(tài)平衡系統(tǒng)之中，主要為陸源碎屑，一般由砂或泥組成，取決于河流輸入的類型?，F(xiàn)代沉積物大都分布于內陸架，向海變薄，外陸架很少分布。

38、 (3)準殘留沉積：是指受現(xiàn)代陸架物理(主要是海洋動力)、生物和化學過程改造過的殘留沉積，也稱變余沉積，其性質介于現(xiàn)代沉積和殘留沉積之間。,2.5.3 大陸坡-陸隆沉積 大陸坡-陸隆環(huán)境中的沉積作用與大陸架不同，除受地質構造環(huán)境、海面變化、物質來源及生物活動影響外，主要受塊體運動、大洋深層熱鹽環(huán)流及水柱中的沉降等過程的控制。陸坡-陸隆堆積了大量以陸源成分為主的沉積物，厚度可達2000-5000m。 陸坡-陸隆的搬運沉積過程可有連續(xù)和不連續(xù)之分。連續(xù)過程包括水柱中的沉降作用、渾水羽狀流和底層流作用。不連續(xù)過程則包括濁流、碎屑流、滑動等方式。 大陸隆實質上是由一系列深海扇組合而成的，深海扇則是大陸

39、坡麓由沉積物堆積而成的沉積體，其地貌單元可分為扇谷和舌狀體。深海扇的半徑為數(shù)十千米至數(shù)千千米，沉積物厚數(shù)十米至數(shù)千米。世界許多大河如亞馬孫河、剛果河口外等都發(fā)育有大型深海扇。,2.5.4 大洋沉積 大洋沉積物由生物組分(鈣質和硅質)及非生物組分(陸源、自生、火山及宇宙塵埃)組成，它們的相對豐度是大洋沉積物分類命名的基礎。大洋沉積物的分類可歸納為三種主要形式：(1)以水深分布為主要依據(jù)的分類；(2)以成分、粒度為主要依據(jù)的分類；(3)以成因為主要依據(jù)的分類。按大洋沉積物的成因將其分為遠洋粘土、鈣質生物、硅質生物、陸源碎屑和火山碎屑沉積五種主要類型。 遠洋粘土因其顏色主要呈褐至紅褐色，又稱褐粘土或

40、紅粘土。褐粘土主要由粘土礦物、石英和長石細碎屑、自生和宇宙源組分組成，平均粒徑小于0.005mm。粘土礦物由伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙脫石及其混層礦物組成。,鈣質生物沉積是指含CaCO3 大于30，而陸源粘土、粉砂含量小于30的遠洋沉積物。按固結程度的不同又可進一步分為鈣質軟泥、白堊和石灰?guī)r。鈣質軟泥(有孔蟲軟泥約占98、還有少量鈣質超微化石軟泥和翼足類軟泥)是主體，分布也最廣泛，約覆蓋世界洋底總面積的47.7。鈣質軟泥的分布主要受生物生產力、骨屑的溶解、其他沉積物的稀釋作用及全球氣候和環(huán)流變化的影響，現(xiàn)代遠洋鈣質生物沉積主要集中在南北緯60之間。,硅質生物沉積是指含生物骨屑50以上、硅質生物

41、遺骸大于30的遠洋沉積物。按固結程度的不同又分為硅質軟泥、硅藻土、放射蟲土及燧石等。硅質軟泥是主體，主要由硅藻、硅鞭藻、放射蟲及硅質海綿等浮游生物殘骸組成，礦物成分為蛋白石(非晶質SiO2)。影響硅質軟泥形成的主要因素是硅質骨屑的供給量和溶解作用?，F(xiàn)代大洋中的硅質軟泥主要分布在三個地帶，即太平洋赤道帶、環(huán)北極的不連續(xù)帶和環(huán)南極的連續(xù)帶。此外，各大洋東側的沿岸上升流區(qū)也有硅質沉積。極地以硅藻軟泥為主，赤道及上升流區(qū)為放射蟲軟泥。,大洋沉積物中占絕對優(yōu)勢的鈣質軟泥、硅質軟泥和褐粘土在三大洋分布的面積頻率有很大差異。大西洋鈣質軟泥的頻率最高，印度洋次之，太平洋最低，硅質軟泥在印度洋的面積頻率最高，太

42、平洋次之，大西洋最低；褐粘土分布的面積頻率以太平洋最高，大西洋次之，印度洋最低。這種差異是由于各洋盆的環(huán)流格局不同所致。,2.6 海底礦物資源,海洋是巨大的資源寶庫，海洋底蘊藏著豐富的礦物資源。在陸上礦物資源已趨枯竭的情況下，開發(fā)利用海洋礦物資源更顯得重要。海洋礦物資源的種類很多，不同學者的分類也有差異。按照礦物資源形成的海洋環(huán)境和分布特征，分別介紹濱海砂礦、海底石油、磷鈣石和海綠石、錳結核和富鈷結殼、海底熱液硫化物、天然氣水合物等資源類型。 2.6.1 濱海砂礦 當陸上碎屑物質被徑流搬運至河口、海濱地帶，或者原地殘存的物質和海底產物經(jīng)波浪、潮流、沿岸流反復分選，其中一些化學性能穩(wěn)定和密度較大

43、的有用礦物，在特定地貌部位富集到具有經(jīng)濟意義時便成為濱海砂礦。此類礦產開采方便，選礦技術簡單，投資小，是開發(fā)最早的海底礦產資源。,濱海砂礦的種類很多，Cronan(1980)將濱海砂礦分為非金屬砂礦、重金屬砂礦、寶石及稀有金屬砂礦三大類，每大類包括若干種。據(jù)統(tǒng)計，濱海鈦鐵礦產量占世界鈦鐵砂礦總產量的30、錫砂占70、獨居石占80、金紅石占98、金剛石占90、鋯石占96。 一個濱海砂礦往往是由一種或幾種礦產為主，有時伴生有若干種有用礦物的不同組合。中國是世界上濱海砂礦種類較多的國家之一，礦種多達60多種，總探明儲量達數(shù)億噸。具有工業(yè)開采價值的主要有鈦鐵礦、鋯石、金紅石、磷釔礦、鈮鐵礦、鉭鐵礦及石

44、英砂等。中國濱海以海積砂礦為主，其次為海/河混合堆積砂礦，多數(shù)礦體以共生-伴生組合形式存在。,2.6.2 海底石油和天然氣 海底石油和天然氣是最重要的海底礦產資源。自50 年代以來，世界油氣勘探和開采工作由陸地逐漸轉向海洋，目前已有100 多個國家和地區(qū)在40多個沿海國家的海域從事油氣勘探和開發(fā)，1995 年海洋石油年產量已占世界石油總產量的31，預計到2000 年世界海洋石油產量可達12 億噸，將占世界石油總產量的35。 石油是一種成分復雜的碳氫化合物的混合物，在自然界中以液體存在稱為石油，以氣體存在稱為天然氣。關于石油的成因，曾有過激烈的爭論，現(xiàn)在普遍認為碳氫化合物是由生物遺體演變而來的，

45、即目前流行的有機生油說。,有機生油說認為，江河帶來的大量泥沙不斷堆積在海盆、湖沼底部，一些動植物遺體也隨之一起被埋葬。生物遺體的分解使泥沙富含有機質而成為有機腐泥。由于沉積物的不斷加厚，使溫度和壓力逐漸增高，再加上細菌、催化劑、放射性物質的作用，這些有機質就可逐漸轉變成各種碳氫化合物的混合物，即原始油氣。原始油氣呈分散狀態(tài)，由于它是流體，會向孔隙和裂縫多的巖層中遷移。只要油氣來源充足，又具備孔隙度良好的儲油巖層以及阻擋油氣不致散失掉的蓋層或圈閉條件，經(jīng)過一段漫長的時間就能夠形成有經(jīng)濟價值的油氣藏。,海底石油的生成受到一定條件的限制，其分布亦不均衡。已探明的世界四大海洋油氣區(qū)分別是波斯灣、加勒比

46、海的帕里亞灣和委內瑞拉灣、北海和墨西哥灣。其中波斯灣是目前海洋石油資源最豐富的地區(qū)，約占世界海洋石油探明儲量的50。 目前中國近海已發(fā)現(xiàn)的大型含油氣盆地有七個，它們分別是渤海盆地、南黃海盆地、東海盆地、臺灣淺灘盆地、南海珠江口盆地、南海北部灣盆地和南海的鶯歌海盆地。,2.6.3 磷鈣石和海綠石 磷鈣石又稱磷鈣土，是一種富含磷的海洋自生磷酸鹽礦物，它是制造磷肥、生產純磷和磷酸的重要原料。另外，磷鈣石常伴有含量高的鈾、鈰、鑭等金屬元素。據(jù)估計，海底磷鈣石達數(shù)千億噸，如利用其中的10則可供全世界幾百年之用。 海底磷鈣石的形態(tài)有磷鈣石結核、磷鈣石砂和磷鈣石泥三種，其中以磷鈣石結核最重要。磷鈣石結核是一

47、些大小各異、形狀多樣、顏色不同的塊體，直徑一般幾厘米，最大體積可達(605020)cm3。磷鈣石砂呈顆粒狀，大小只有0.1-0.3mm，頗似魚卵。,關于磷鈣石的成因有許多假說，較流行的有生物成因說和化學沉淀說。 綜合的觀點是上述兩假說被看作磷鈣石形成的兩個階段：生物作用階段：是大量繁殖的生物把溶解和分散在海水中的磷酸鹽富集到其機體內；化學作用階段：則是大量生物死亡后，在分解過程中釋放出磷，交代方解石和生物殘體等化學作用而形成磷鈣石。磷鈣石按產地可分為大陸邊緣磷鈣石和大洋磷鈣石，前者主要分布在水深十幾米到數(shù)百米的陸架和陸坡上部，常與泥、砂和含有礫石的海綠石沉積物混合在一起；后者主要產于西太平洋海

48、山區(qū)，往往與富鈷結殼相伴生。,海綠石是一種在海底生成的含水的鉀、鐵、鋁硅酸鹽自生礦物，一般呈淺綠、黃綠或深綠色，可以從中提取鉀，也可用作凈化劑、玻璃染色劑和絕熱材料。 海綠石常常與有孔蟲和其他鈣質有機體在一起，成為多孔有機物的間隙物質或構成假象，也有的呈碳酸鹽的形式存在。沉積物中的海綠石大多是一些粉砂大小的顆粒，鏡下呈粒狀、球狀、裂片和其他復雜的形態(tài)。 海綠石的成因至今尚無定論，一般認為它是由無機礦物或有機物質轉化而來。如黑云母礦物，在海水的長期浸泡下發(fā)生化學變化，最后失去云母礦特性而變成粒狀海綠石。另外，生物排泄的糞團和粘土物質，也可在海洋環(huán)境的適宜條件下轉變?yōu)楹＞G石。,2.6.4 錳結核和

49、富鈷結殼 錳結核又叫錳礦瘤、錳團塊或多金屬結核，發(fā)現(xiàn)早期曾稱其為鐵錳結核。它主要是由鐵錳的氧化物和氫氧化物組成，并富含銅、鎳、鈷、鉬和多種微量元素，廣泛分布于深海大洋盆底表層。估計世界深海底錳結核的總儲量約為(15-30)1011t，是最有開發(fā)遠景的深海礦產資源。 錳結核一般呈褐色、土黑色和綠黑色，由多孔的細粒結晶集合體、膠狀顆粒和隱晶質物質組成，常為球形、橢圓形、圓盤狀、葡萄狀和多面狀。結核個體大小懸殊，小的直徑不足1mm，大者可達幾十厘米甚至1m 以上，常見的為0.5-25cm。大部分結核都有一個或多個核心，核心的成分可以是巖石或礦物碎屑，也可以是生物遺骸，圍繞核心形成同心狀金屬層殼結構，

50、銅、鈷、鎳等金屬元素就賦存于鐵、錳氧化物層中。,結核含有30 多種金屬元素，其中的銅、鎳、鈷、錳、鉬都達到了工業(yè)利用品位。另外，結核中還有含量很高的分散元素和放射性元素，如鈹、鈰、鍺、鈮、鈾、鐳和釷等。 錳結核的成因是個復雜的問題，至今仍未有公認的見解。錳結核主要分布在太平洋，其次是印度洋和大西洋的所有洋盆和部分深海盆地。根據(jù)世界洋底的構造地貌特征和海區(qū)所處的構造位置以及錳結核的成分、地球化學和豐度，可在世界大洋劃分出15 個錳結核富集區(qū)。,東北太平洋克拉里昂與克里帕頓斷裂帶之間的C-C 區(qū)錳結核豐度高達30kg/m2，是最有開采價值的海區(qū)。 中國已于1991 年5 月成為世界上第五個具有先驅

51、投資者資格的國家，在C-C 區(qū)獲得了15104km2 的錳結核資源開辟區(qū)。最近幾年來，先后進行了8 個航次的勘察，從而在東北太平洋圈定了7.5104km2 作為中國21世紀的深海采礦區(qū)。,富鈷結殼是一種生長在海底硬質基巖上的富含錳、鈷、鉑等金屬元素的“殼狀”沉積物，其中鈷的含量特別高。鈷是戰(zhàn)略物資，備受世界各國的重視。結殼往往產于水深不足2000m 的半深水區(qū)，開發(fā)技術和成本都比錳結核低，是具有巨大經(jīng)濟潛力的深海金屬礦產類型。 富鈷結殼大多呈層殼狀，少數(shù)包裹巖塊、礫石，呈不規(guī)則球狀、塊狀、盤狀、板狀和瘤殼狀。結殼厚度一般不大，平均2-4cm。結殼呈黑色或暗褐色，內部有平行紋層構造，反映結殼生長

52、過程中的環(huán)境變化。,富鈷結殼含有錳、鐵、鈷、鎳、鉛、銅、鈦、鉑、鉬、鋅、鉻、鈹、釩等幾十種金屬元素，其中鈷含量高達2，比錳結核中鈷的平均含量高3-5倍。關于富鈷錳結殼的形成過程和機理，目前研究得還不夠深入，多數(shù)學者認為是水成成因，即鈷、鐵、錳等金屬元素源于海水，結殼沉積可能是純粹的膠體化學過程。 富鈷錳結殼產于海山、海嶺和海底臺地的頂部和上部斜坡區(qū)，通常以坡度不大、基巖長期裸露、缺乏沉積物或沉積層很薄的部位最富集。從分布的地理緯度看，它們僅局限于赤道附近的低緯區(qū)，以中太平洋海山區(qū)最富集，在印度洋和大西洋局部海區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。,2.6.5 海底熱液硫化物 海底熱液硫化物是富含銅、鉛、鋅、金、銀、錳、鐵等多種金屬元素的新型海底礦產資源，常與海底擴張中心熱液體系相伴生。自60 年代初首次在紅海發(fā)現(xiàn)熱液重金屬泥以來，在世界海洋底已發(fā)現(xiàn)130 多處海底熱液活動區(qū)。 海底熱液礦床主要有兩種類型，一種是層狀重金屬泥，另一種是塊狀多金屬硫化物。前者以紅海最典型，稱為“紅海型”；后者主要產于洋中脊的裂谷帶，稱“洋中