第二章 地球系统与海底科学

Chapter2地球系统与海底科学地球的基础知识海与洋海底的地貌形态海底矿物资源/生物资源从太空中观察地球从空中看海陆地球是一个系统牵一发而动全身2.1地球的基础知识宇宙中的地球一、银河系、太阳系、地球１、宇宙的开始是一个几何点，宇宙大爆炸大约在150亿年前。２、宇宙中大约有500亿银河系(MilkyWaygalaxy)，每个银河系大约有500亿星体，太阳系(solarsystem)处在银河系中。

太阳系的组成太阳是太阳系内唯一发光的天体，质量占太阳系总质量的99.8%。有8大行星、50多颗卫星、2000多颗小行星、600多颗彗星绕其运行。8大行星由近而远：水(Mercury)、金(Venus)、地(Earth)、火(Mars)、木(Jupiter)、土(Saturn)、天王星(Uranus)、海王星(Neptune)。太阳系的组成"类地行星":水、金、地、火物理性质与地球相似，体积小、密度较大、卫星较少、表层为固体、重元素多。"类木行星":离太阳较远的木、土、天王星、海王星物理性质与木星相似，体积大、密度较大、卫星较多、无固体表面、轻元素（气体元素）较多。冥王星：2006年分类为矮行星。离地球较远，物理性质尚不清楚。太阳系的生成假说德国人康德和法国人拉普拉斯的“星云说”,美国人张伯伦的“星子假说”,英国人金斯的“潮汐假说”,苏联人施密特的“陨星假说”

,……存在生命的星体科学家们一直都认为在茫茫宇宙中存在着同人类一样的高智能生命。三十多年前人类就开始了地外文明的活动，同地球外智慧生命的接触被科学家们认为是人类历史上最大的事件。最初天文学家用望远镜来搜寻其他星球上的生命信息，借助无线电定位法发现在火星地下10～20厘米处有一个底下湖。为了彻底揭开宇宙生命之迷，美国宇航局发射了行星探测器，对火星进行了全面的考察，但始终未能发现生命的痕迹。目前科学家基本确认地球是太阳系中唯一有生命存在的行星。存在生命的星体

地球的运动

日、地、月关系：

地球绕太阳转-分四季，月球绕地球转-月相、日食、月食地球公转、自转地球自转，月球公转；地-月球公共质心平动系统，绕太阳公转---潮汐运动地转偏向力地球自转---地转偏向力。地球结构圈层结构外圈：

大气圈、水圈、生物圈内圈：

地壳、地幔、地核地壳平均厚度15km，陆地较厚，平均33km，主要硅铝质（花岗岩）；海洋很薄，平均6km，为硅镁质（玄武岩）。

地球结构形状

等位势面的形状，即全球静止海面的形状。理想的地球形状就是大地水准面的形状。大地水准面：静止海面及向大陆延伸的假想海面是陆上高程的起算面。

地球结构地球形状：梨型，北凸14m，南凹24m。尺度：地表5.1亿km2，赤道半径6378km，两极6357km，平均6371。

2.2海与洋陆地面积1.49×108km2，占地表29.2%；海洋面积3.61×108km2，占地表70.8%；海:陆面积比约为2.5:1。海洋起源水的来源地球内部：水蒸气结晶。外部星体：彗星是冰组成，撞击带来水。盐分的来源基岩溶解火山喷发陆源物质风化南北半球海陆分布图海洋的划分根据海洋要素特点及形态特征：主体部分---洋；附属部分---海、海湾、海峡。印度洋太平洋北冰洋大西洋南大洋太平洋:PacificOcean大西洋:AtlanticOcean印度洋:IndianOcean北冰洋:ArcticOcean南大洋:AntarcticOcean全球海陆分布图海洋是相互连通的，构成统一的世界大洋。特点：远离大陆，面积广阔：约占海洋总面积的90.3%；深度：一般>2000米；水文要素稳定：盐度高、水色高、透明度大，有独立的潮汐系统和洋流系统；沉积物为钙质软泥、硅质软泥、红粘土。洋/大洋OceanArea(106km2)AverageDepth(m)Deepestdepth(m)Pacific166.24(50%)4188MarianaTrench11,022Atlantic84.11(29%)38449219Indian73.43(20.5%)38727455Arctic12.2639535449四大洋比较：面积：太平洋>大西洋>印度洋>北冰洋；均深：太平洋>印度洋>大西洋>北冰洋。北冰洋:以北极为中心，亚欧和北美环绕，面积最小，水深最浅，平均1200m。有人称其为北极地中海。具有世界上最宽的大陆架：1000km。

海定义：海洋的边缘部分，是大陆与大洋之间的水域。特征：面积小:占总海洋面积9.7%；深度浅:<2000米；水文特征受大陆影响，有季节变化

水色低，透明度小；没有独立的潮汐和洋流系统；潮波由大洋传入，但潮汐涨落大；有独立的环流，且有季节变化；沉积物多为陆源泥沙，生物碎屑等。海的分类——根据位置所在陆间海内海边缘海位置位于大陆之间伸入大陆内部位于大陆边缘面积较大较小较大水文特征受大陆影响较大最大较小理化性质与大洋差别较大最大较小外海---位于大陆边缘，且与洋有广阔联系的海；岛间海---被一系列岛屿所环绕的海。如爪哇海。地中海——陆间海红海是印度洋的附属海，属于内海珊瑚海——边缘海在南太平洋，澳大利亚、巴布亚新几内亚、所缤罗门群岛、新赫布里底群岛、新喀里多尼亚岛及南纬30度线间，有一个五彩缤纷的海，叫珊瑚海。珊瑚海北接所罗门海，南连塔斯曼海，面积近500万平方公里，是世界最大的海。它是太平洋的边缘海。墨西哥湾是海，而非湾，历史的叫法，实际上是错误的。CHINAJAPANKOREAVIETNAMPHILIPPINESECSSCS辽阔的中国海域YellowSeaBohai南海是太平洋的边缘海之一东海是太平洋的边缘海之一渤海是我国的内海海湾与海峡海湾---洋或海的一部分延伸入大陆，其深度和宽度逐渐减小的水域。如，渤海湾。分界：以入海口处海岬与海岬间联线为准；湾中水文状况同于邻近海洋；常出现最大潮差。海峡---海洋中相邻海区间宽度较窄的水道.流急，沉积物多为基岩或沙砾；流向可能不同，水文要素可有差别。阿拉斯加湾北部湾孟加拉湾直布罗陀海峡台湾海峡白令海峡海洋的行政区划量算领海的宽度要有一条起点线。这条起点线在海洋法中被称为“领海基线”领海---沿海国主权及与其陆地领土或内水以外邻接的一带海域(海域、上空、海床、底土)，是国家领土组成。

内海---领海基线向陆一侧的海域(领湾、领峡、海港等)，享有主权。

公海---为国际共有。

按照《联合国海洋法公约》的规定，一般有3种确定沿海国领海基线的方法：正常基线法：沿海国官方承认的大比例尺海图所标明的沿岸低潮线。直线基线法：在海岸线极为曲折，或者近岸海域中有一系列岛屿情况下，可在海岸或近岸岛屿上选择一些适当点，采用连接各适当点的办法，形成直线基线。混合基线法：交替采用正常基线和直线基线来确定本国的领海基线。海洋的行政区划我国采用直线基线法确定领海范围从领海基线垂直向海外延伸12海里,这一段海域就是我国的领海。中国的领海面积约为37万平方公里。毗连区：连接领海的一部分海域。《联合国海洋法公约》中，“毗连区从测算领海宽度的基线量起，不得超过24海里”。为防止和惩处在我国陆地领土、内水或者领海内违反有关安全、海关、财政、卫生或者入出境管理法律、法规的行为，有权行使管制权。海洋的行政区划《联合国海洋法公约》规定沿海国家可以建立宽度不超过200海里的专属经济区。专属经济区内享有权利：享有以勘探和开发、养护和管理海床上覆水域和海床及底土的自然资源(包括生物或非生物资源)为目的的主权权利在该区域内从事经济性开发和勘探,如利用海水、海流和风力生产等活动的主权权利对该区域内的人工构造物、海洋科学研究以及海洋环境保护等享有管辖权。海洋的行政区划2.3海底地形海岸带：海陆交互作用的地带，是涨、落潮海水水位发生高低变化的作用区。现代海岸带一般包括海岸、海滩和水下岸坡三部分。冰期效应距今15000年，海平面比现在低130m。海岸带及其组成部分海岸/潮上带：高潮线以上地带；海滩/潮间带：高低潮之间的地带；水下岸坡/潮下带：低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分。海岸带海滩人-海岸相互作用阶段阶段人类活动海岸线变化很少或没有干预捕鱼，拾贝完全自然塑造开始干预修筑堤坝，拓宽航道，耕作开始影响海岸的自然过程海岸开发集约性利用背离原先自然过程海岸管理可持续的海岸开发利用方式海岸带地形海水运动引起海岸线的变迁，影响了沿海沉积物的搬运和沉积作用的进行。入海河流携带的泥沙在河口附近沉积往往形成三角洲和滨海平原。长江三角洲大陆边缘定义：大陆与大洋之间的过渡带；按构造活动性分为稳定型大陆边缘（大西洋型大陆边缘）大陆架、大陆坡、大陆隆活动型大陆边缘（太平洋型大陆边缘）2.3.2大陆边缘稳定型大陆边缘的组成ContinentalShelf大陆架Continentalslope大陆坡Seamount海山Islandarc岛弧Trench海沟大陆架定义自然科学观点：大陆周围被海水淹没的浅水地带，是大陆向海洋底的自然延伸。其范围是从低潮线起以极其平缓的坡度延伸到坡度突然变大的地方为止。坡度陡然增加的地方称为陆架外缘。国际海洋法：邻接海岸但在领海范围以外深度达200m或超过此限度而上覆水域的深度容许开采其自然资源的海底区域的海床和底土。坡度平缓；面积占海洋总面积7.5%；宽度不一:平均75公里；深度不一:一般0～200米,平均130米,有些>几百米；沉积物:陆源泥沙；潮汐,波浪,海流作用强烈；溶解氧丰富,营养丰富,水浅,光照充足,生物量大。大陆架特征大陆坡定义分开大陆和大洋的全球性巨大斜坡，其上限是大陆架外缘，下限水深变化较大；大陆架外缘陡然倾斜的地区，是大洋盆地与大陆间真正的分界，为地壳活动带.坡度大:一般4-7度；宽度:15-90公里，平均28公里；面积:约占海洋面积12%；深度:200-2500米；沉积物:60%泥，25%细沙，5%贝壳和软泥；海区受大陆影响小，状况稳定；具V字型的海底峡谷。大陆坡特征大陆隆/大陆基定义：自大陆坡坡麓缓缓倾向洋底的扇形地，位于水深2000～5000m处。特征：坡度平缓；沉积物厚度较大；贫氧；富含有机质，具备生成油气的条件。TheContinentalMargins大陆架大陆坡陆架外缘大陆隆海底峡谷海沟—由于板块俯冲作用而形成的深水

（>5000m）狭长洼地。全球超过1万米的5个海沟全在太平洋西岸。世界大洋共29个海沟，其中太平洋19个，印度洋6个，大西洋4个。大洋海沟剖面示意图太平洋西侧的岛弧和海沟对深海的误解海底平坦，缺少起伏海底寂静，缺少运动海底黑暗，缺少生命海底地貌TheBathymetryoftheOceanBasins大洋底大洋中脊大洋盆地大洋中脊—贯穿世界四大洋、成因相同、特征相似的海底山脉系列。与一般海岭不同,它们是海底扩张的中心。凸起2-4km；宽度数百～数千km；从北冰洋-大西洋-印度洋-太平洋绵延6.5万公里，占海洋总面积32.8%，成一系统；中央裂谷深达1000-3000米；洋中脊上可有地震、火山等，但强度小；大洋中脊体系在各大洋的展布各具特点。大西洋中脊图Mid-oceanRidges大洋中脊体系断裂带大洋中脊中央裂谷中央裂谷：大洋中脊轴部发育的沿其走向延伸的断裂谷地，是海底扩张的中心和海洋岩石圈增生的场所。断裂带：与中脊轴垂直或高角度斜交，将中脊切割成许多段落并错开一定的距离。大洋盆地—大洋中脊坡麓与大陆边缘之间的广阔海底。广阔、平坦；深度:2500~6000米；面积占总面积45%；积物:大洋性软泥，锰结核；无光，低温，生物量小，高度特化；有海岭、海底高原、海山、海丘、平顶山。全球大洋盆地地形海山、海岭DeepOceanBasin大洋盆地海底平顶山海山>1000m海丘<1000m深海平原海底火山海沟海底火山喷发夏威夷火山喷发

海底平顶山有高有矮，大都在200m以下，有的甚至在2000m水深。凡水深小于200m的平顶山，赫斯称它为“海滩”。1946年，赫斯正式命名位于200m以深的平顶山为“Guyot"。

专家们议论纷纷赫斯在思索着：山顶为什么会那么平坦？平顶山一边侧移远离洋脊，一边垂直下沉2.4海底构造与大地构造学说大陆漂移ContinentalDrift海底扩张Sea-FloorSpreading板块构造GlobalPlateTectonics

大陆漂移(AlfredWegener,1915)活动论思想：地球表层存在着大规模的水平运动，海洋和陆地的分布格局处在永恒的变化过程中。假说依据地质学/地形学：大西洋两岸地形吻合。各大陆边界上地质学结构与化石记录的连续与一致性。大陆漂移假说所有的大陆曾是统一的联合大陆——泛大陆(Pangeae,themega-continent)。北部为包括亚、欧、北美的劳亚古大陆(Laurasia);南部为冈瓦纳大陆(Gondwana-land)，包括成印度、澳大利亚、南极洲、非洲和南美洲；距今2—2.5亿年，泛大陆发生全球性的解体、分裂；泛大陆的各部分分离、漂移。大陆性花岗岩地壳向内穿过海洋性玄武岩地壳；新生成的玄武岩注入美洲与欧洲/非洲间的不断扩展的裂口形成大西洋；泛大陆的边缘与玄武岩地壳相撞形成落基山脉(Rockies)和安第斯山脉(Andesmountains).大陆漂移机制大陆漂移假说缺点密度较小的花岗岩能否向下穿过密度较大的玄武岩?导致泛大陆断裂、分离的能源是什么？（是否有足够的能量驱动它？）结局 在Wegener的一生(1880-1930)及此后大陆漂移假说均未被科学界主流接受。

海底扩张假说(1960-s)依据1地形学证据： 大西洋中脊位于大西洋海盆的中线上且中脊体系与大陆边缘形状相似。大洋中脊动力学证据：大洋中脊体系及其中央裂谷带的形成机制与特征；海洋沉积物自大洋中脊轴部向两侧依次变厚；海洋地壳的年轻性；大洋中脊附近常发生轻微的地震（<35km）。

海底扩张假说(1960-s)依据2裂谷带断裂带海底扩张假说大洋中脊在地壳运动中表现活跃——断层作用，地震；中脊轴部裂谷带地幔物质上涌，冷凝后形成新洋底。新洋底同时推动旧洋底向两侧扩展推移。海底扩张时地幔的软流质运动——原动力中央裂谷地幔对流的涌升和发散区；大洋盆地海底扩张运动区；海沟对流的下降汇聚区。Seafloorspreadingleadstocontinentaldrift.板块构造GlobalPlateTectonics–TheModel

板块内部相对稳定，板块边界活跃，表现为拉张、挤压和剪切三种基本类型。全球地震带分布地震主要分布在环太平洋带，阿尔卑斯—喜马拉雅带，大西洋中脊和印度洋中脊上。总的来说，地震主要发生在洋脊和裂谷、海沟、转换断层和大陆内部的古板块边缘等构造活动带。1995-2001年全球4级以上地震震中分布图

胚胎期TheEmbryonicStage:

EastAfricanRiftValley海洋盆地形成和构造演化形成演化阶段主导运动特征形态1胚胎期拱升大陆裂谷地幔物质上升——岩石圈拱升——岩石圈拉长减薄，断裂陷落——半地堑、地堑系幼年期TheJuvenileStage

红海RedSea形成演化阶段主导运动特征形态2幼年期扩张与岸线近似平行的狭长海地幔物质上涌形成新洋壳——陆地背向运动——海水注入，新大洋诞生成年期TheMaturingStage

AtlanticOcean形成演化阶段主导运动特征形态3成年期扩张洋中脊居中的大洋盆地两陆地继续相背运动，洋底不断扩展衰退期TheDecliningStage

PacificOcean形成演化阶段主导运动特征形态4衰退期收缩洋中脊偏居一侧，边缘发育沟－弧体系岩石圈沉陷——海沟形成——大洋收缩终了期TheTerminalStage

MediterraneanSea形成演化阶段主导运动特征形态5终了期碰撞并抬升残余小海盆，边缘发育年青