海洋地质学第三章

1、高 级 海 洋 地 质 学 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 全球构造体系与洋底构造全球构造体系与洋底构造 第三章第三章 海洋物理化学背景知识简介海洋物理化学背景知识简介 第四章第四章 大陆边缘与海岸带地质大陆边缘与海岸带地质 第五章第五章 大洋地层与海洋沉积大洋地层与海洋沉积 第六章第六章 海洋地质工作方法海洋地质工作方法 第七章第七章 海洋矿产资源海洋矿产资源 第八章第八章 大洋演化和重大历史事件大洋演化和重大历史事件 海洋物理化学背景知识简介海洋物理化学背景知识简介 3.1 海洋的水体属性海洋的水体属性 3.2 海洋化学属性海洋化学属性 3.3 海水的运动海水的运动 3.4 海洋生物

2、圈海洋生物圈 3.5 海气相互作用海气相互作用 海洋地质学 3 物化背景物化背景 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.1 水圈的形成和海洋 地球处于太阳系内适中位置，本来较均匀的星云物质，经过 凝聚分异作用形成不同的圈层。由于水的密度远低于岩石和 地心物质的密度，必然聚集于地球外表。 海水中元素的特点是重元素少，轻元素多；Na、Mg、Ca等 极性分子溶解度极大故在海水中丰度极大。 海水平均盐度为34.7，组成盐类的元素广泛存在于星际物 质中，说明海水中的盐类在原始状态下即存在，海水直接来 源于星云。 海水的补充：火山喷发、岩石矿物脱水、大气层中的离子水 和“天外来客”（彗星、陨石等） 海

3、洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.2 海水的温度、盐度和密度 3.1.2.1 海水的温度海水的温度 3.1.2.1.1 表层水温 : (1)太阳辐射 低纬度水 温高 等温线大致平行纬 线 (2)洋流活动 西缘水温 高于东缘 (3) 海洋热容 夏季水温 明显高于冬季，冬季水 温梯度明显大于夏季 3.1.2.1.1 表层水温 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.2 海水的温度、盐度和密度 3.1.2.1 海水的温度海水的温度 : (1)上层水温较高, 垂直梯度大；下层水温较低，垂直梯度小 (2) 200m-1000m水温梯度最大，称温跃层；其下为下层冷水区 (3) 顶部50m-100m

4、垂直梯度很小，称上均匀层 3.1.2.1.23.1.2.1.2 垂直水温 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.2 海水的温度、盐度和密度 3.1.2.2 海水的盐度海水的盐度 3.1.2.2.1 表层盐度 : （1）经向呈马鞍形分布 （2）与EP曲线形态相似 盐度受蒸发、降雨、淡水排放、盐度受蒸发、降雨、淡水排放、 结（融）冰、海水掺混影响结（融）冰、海水掺混影响 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.2 海水的温度、盐度和密度 3.1.2.2 海水的盐度海水的盐度 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.1.2 海水的温度、盐度和密度 3.1.2.2 海水的盐度海水的盐度 3.1.2

5、.2.1 表层盐度 海洋海洋盐度盐度原因原因 全球平均34.7 红海41 强蒸发, 少降雨 阿拉伯海39 强蒸发 孟加拉湾32.5 强降雨和河流输入 黑海19 多雨多径流 波罗的海 4 4C C时时, , 温度越高温度越高, ,密度越小密度越小 4 印度洋印度洋 太平洋太平洋 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.2.3 海洋中的微量元素海洋中的微量元素 海水中常见的微量元素海水中常见的微量元素 1mg/L 的元素计的元素计11种，占海水中全部溶解物质的种，占海水中全部溶解物质的 99.9% 阳离子阳离子 Na+ Mg 2+ Ca 2+ K+ Sr 2+ 阴离子阴离子 Cl SO 4 2 HC

6、O 3 Br F 分子分子 H3BO3 海水中元素的逗留时间海水中元素的逗留时间 T 该元素在海水中的逗留时间该元素在海水中的逗留时间 Q 该元素在单位逗留该元素在单位逗留 时间内从海水中的输出量时间内从海水中的输出量 Na K Ca Mg 反应活性差，逗留时间为反应活性差，逗留时间为106108 年年 Al Fe 反应活性强，逗留时间仅为反应活性强，逗留时间仅为102年年 A 海水中某元素的总含量海水中某元素的总含量 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.2.3 海洋中的微量元素海洋中的微量元素 影响微量元素分布的因素影响微量元素分布的因素 生物过程生物过程 水岩交换过程水岩交换过程 海气交

7、换过程海气交换过程 热液过程热液过程 粘土吸附过程粘土吸附过程 N P Si O Cu Ba Cd Zn Cr Ni Mn Pb Zn Cu Au Ag Pb Mn Cu Ba Co 陆源输入过程陆源输入过程 Fe Ti Al C Pb Sr Ca V 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3 种基本形式种基本形式 波浪洋（海）流潮汐 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.1 波浪波浪 在风及地震、潮汐等动力在风及地震、潮汐等动力 因素作用下，海面水体作因素作用下，海面水体作 周期性的起伏运动，称为周期性的起伏运动，称为 波浪。波浪。 波浪运动的实质是波浪运动的实质是 海水表面以波形传海水表面

8、以波形传 播，水体并不随之播，水体并不随之 前进。波形传播是前进。波形传播是 无限连续水质点按无限连续水质点按 一定相位差振动的一定相位差振动的 结果结果 微幅波质点运动速度和加速度在不同相位时的状况微幅波质点运动速度和加速度在不同相位时的状况 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.1 波浪波浪 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.1 波浪波浪 “无风不起浪无风不起浪” 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.1 波浪波浪 波浪的地质意义波浪的地质意义 波浪的环境意义波浪的环境意义 波浪重新塑造海岸，波浪重新塑造海岸， 改造砂体，分选矿物改造砂体，分选矿物, 使沉积物排列大体沿使沉

9、积物排列大体沿 岸进行岸进行 波浪增大海气交互作用的界面波浪增大海气交互作用的界面 破碎的水疱使得物质的交换更为快捷破碎的水疱使得物质的交换更为快捷 方便方便 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.2 潮汐潮汐 潮波的基本态势与波浪相同潮波的基本态势与波浪相同 但周期长但周期长 潮波在重力平衡、摩擦力和潮波在重力平衡、摩擦力和 海岸地形联合作用下形海岸地形联合作用下形 成潮流成潮流 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.2 潮汐潮汐 在地球上向着月亮的地方，月 亮的引力大于离心力，则引力 起主导作用，海水上升，形成 高潮；在背着月亮的地方，离 心力大于月亮的引力，离心力 起主导作用，海

10、水上升，也形 成高潮。 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.2 潮汐潮汐 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.2 潮汐潮汐 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.2 潮汐潮汐 潮汐的地质意义潮汐的地质意义潮汐作用对海岸形态和结构产生影响潮汐作用对海岸形态和结构产生影响 潮汐破坏水体的密度分层，加强了河潮汐破坏水体的密度分层，加强了河 水与海水的混合作用水与海水的混合作用 潮汐改造三角洲汊道河床与河口砂坝潮汐改造三角洲汊道河床与河口砂坝 潮汐对浅水沉积序列和横向分布产生潮汐对浅水沉积序列和横向分布产生 控制作用控制作用 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团

11、和洋流 赤道：高温低盐赤道：高温低盐 副热带：高温高盐副热带：高温高盐 副极地：低温低盐副极地：低温低盐 极地：低温低盐或低温高盐极地：低温低盐或低温高盐 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 洋流（洋流（ocean current） 海洋中具有相对稳定的流速和流向的大规海洋中具有相对稳定的流速和流向的大规 模的海水运动。这种运动本质上是重力和风力驱模的海水运动。这种运动本质上是重力和风力驱 动下形成的联合效应。动下形成的联合效应。 密度流密度流 吹送流吹送流 补偿流补偿流 潮流潮流 海洋地质学

12、3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 密度流密度流由于海水盐度、温度不同导致水平方向由于海水盐度、温度不同导致水平方向 压强梯度变化所形成的洋流压强梯度变化所形成的洋流 吹送流吹送流 补偿流补偿流 潮流潮流 又称风海流，由大气环流所带动的洋流又称风海流，由大气环流所带动的洋流 某处海水形成空间亏损，由他处海水进某处海水形成空间亏损，由他处海水进 行补充所产生的洋流，如上升流行补充所产生的洋流，如上升流 潮汐作用所形成的海流潮汐作用所形成的海流 AABW 发源地发源地 NADW 发源地发源地 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 密度流密度流 海洋

13、地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 吹送流吹送流 行星风系和季风 主要作用于表层 洋流系统，它们 可对洋流流向和 流速产生影响 由于陆地的阻由于陆地的阻 隔可派生西部隔可派生西部 边界流边界流 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 上升流上升流 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.3.3 水团和洋流水团和洋流 全球海洋环流系统全球海洋环流系统 4.1 4.1 海洋生物的环境分区海洋生物的环境分区 生物圈在地表生物圈在地表 圈层中的位置圈层中的位置 ：与岩石圈、：与岩石圈、 水圈、大气圈水圈、大气圈 构成复合交叉构成复合交叉 体系体系

14、海洋生物的生海洋生物的生 存环境包括水存环境包括水 圈及岩石圈的圈及岩石圈的 绝大部分绝大部分 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 水是维持一切生命所须的，海洋生物不会受到干旱之水是维持一切生命所须的，海洋生物不会受到干旱之 苦苦 海水热容量大，可防止水温急剧变化，海水热容量大，可防止水温急剧变化， 海洋生物维持海洋生物维持 生命要比陆地上容易得多生命要比陆地上容易得多 海水溶液中含有多种溶解气体和矿物质，能够供给动海水溶液中含有多种溶解气

15、体和矿物质，能够供给动 植物生存所必需的各种物质植物生存所必需的各种物质 海水能支撑住很多生物，如没有骨骼的水母，和骨骼海水能支撑住很多生物，如没有骨骼的水母，和骨骼 结构最大、最重的鲸结构最大、最重的鲸 海水能保持一定的海水能保持一定的pHpH值，微呈碱性。利于以碳酸钙为值，微呈碱性。利于以碳酸钙为 介壳的生物进行介壳的构成作用并可以保持其介壳介壳的生物进行介壳的构成作用并可以保持其介壳 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 海水区海水区(水层区水层区)： 近海区近海区 远洋区远洋区 表水层、中水层、深水层表水层、中水层、深水层 海底

16、区海底区(底层区底层区)： 浅海底浅海底 海岸带、陆架带海岸带、陆架带 深海底深海底 海底下海底下 在海底爬行、固着或潜在海底爬行、固着或潜 入海底（沉积物或岩石）入海底（沉积物或岩石） 下生活。下生活。 底栖的海洋植物有底栖的海洋植物有 红藻、褐藻、水草等；动红藻、褐藻、水草等；动 物则以无脊椎动物为主，物则以无脊椎动物为主， 如腔肠动物（珊瑚）、软如腔肠动物（珊瑚）、软 体动物（牡蛎）、节肢动体动物（牡蛎）、节肢动 物（螃蟹）、棘皮动物（物（螃蟹）、棘皮动物（ 海星）等；原生生物中有海星）等；原生生物中有 部分有孔虫、硅藻等；细部分有孔虫、硅藻等；细 菌、真菌类也可划入此类菌、真菌类也可划

17、入此类 生物生物 底栖生物底栖生物 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 能自由地运用自身的某些器官在水中能自由地运用自身的某些器官在水中 游泳运动，全由动物组成游泳运动，全由动物组成 包括脊椎动物（鱼类、哺乳类、爬行包括脊椎动物（鱼类、哺乳类、爬行 类）、部分软体动物（乌贼、章鱼、类）、部分软体动物（乌贼、章鱼、 鹦鹉螺）、节肢动物（虾类）鹦鹉螺）、节肢动物（虾类） 游泳生物游泳生物 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 一般体型较小或微一般体型较小或微 小，运动能力弱，小，运

18、动能力弱， 运移受海流或潮流运移受海流或潮流 所支配所支配 以低等藻类和原生以低等藻类和原生 动物为主动物为主 底栖生物的浮游幼底栖生物的浮游幼 体（珊瑚的水螅幼体（珊瑚的水螅幼 虫）虫） 个体较大的动物如个体较大的动物如 海蛰、水母等海蛰、水母等 浮游生物浮游生物 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 生命进化生命进化 从无到有，低级到高级，简单到复杂从无到有，低级到高级，简单到复杂 生命的进化和发展是不可逆的生命的进化和发展是不可逆的 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.1 1 海洋生物环境与类型海洋生物环境与类型 海

19、洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.2 2 海洋生物生产力海洋生物生产力 海洋生物生产力是指海洋中生物通过同化作用生产有机物海洋生物生产力是指海洋中生物通过同化作用生产有机物 的能力。它包括初级生产力和动物生产力。的能力。它包括初级生产力和动物生产力。 3.4.3.4.2.1 2.1 初级生产力初级生产力 通过光合作用制造有机物的能力，称海洋初级生产力，以通过光合作用制造有机物的能力，称海洋初级生产力，以 自养生物在单位时间、单位面积（或体积）内生产有机物自养生物在单位时间、单位面积（或体积）内生产有机物 的实际数量表示，单位为的实际数量表示，单位为 g C/m2d(a) 海洋地质

20、学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.2 2 海洋生物生产力海洋生物生产力 3.4.3.4.2.2 2.2 初级生产力的主要控制因素初级生产力的主要控制因素 光照强度 以N 、P、Si为主要代表的营养盐的供应 水温、洋流条件的变化 水域大小、海陆配置及其他边界条件 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.2 2 海洋生物生产力海洋生物生产力 3.4.3.4.2.3 2.3 海洋动物生产力海洋动物生产力 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.2 2 海洋生物生产力海洋生物生产力 3.4.3.4.2.3 2.3 海洋动物生产力海洋动物生产力 海洋地质学 3 物化背景物化背景 3.4.3.4.3 3 海洋生物生产力的分布海洋生物生产力的分布 海海 域域平均初级生产力平均初级生产力 gC/m2a 食物链级次食物链级次生态效率生态效率鱼类生产力鱼类生产力 gC/m2a 大洋区 陆架 上升流区 50 100 300 5 3 1.5 10 15 20 0.005 3.4 30