第九章海洋地质作用.ppt

1、第九讲 海洋,海洋概述 海洋环境的基本特征 海水的剥蚀和搬运作用 海洋的沉积作用 海水进退,第一节 海洋概述,海洋总面积占整个地球面积的708。海洋是海和洋的统称，是一个巨大的宝库，它拥有人类所必需的大量食物和丰富的矿产资源。海水具有强大的动力，不断雕塑着不同的海岸，对沿岸进行破坏。海洋是沉积作用的最主要场所，大量来自陆的碎屑物质被搬运到海洋沉积。这些沉积物中保存着人类用来认识地球演变历史的丰富资料。,全球海陆分布特点,海洋的划分 1、洋：辽阔连续巨大的咸水体；全球共4个，远离大陆；占海洋总面积的90.3%；水深2000m，平均3000m；底质为红粘土和软泥；有独立的潮汐与洋流系统；温、盐要素

2、不受大陆影响；平均盐度35，年变化小。 2、海：陆地边缘的咸水小水体；全球共54个，靠近陆地；占海洋总面积的9.7%；水深2000m；底质：陆沉积；无独立潮汐和洋流系统，潮波是大洋传入；温、盐要素受大陆影响很大。,3、海湾外宽内窄，洋或海伸进大陆的一部分。海湾中常出现最大潮差，如杭州湾大 潮，最大潮差可达8.9m。 4、海峡两块陆地之间形成的两端连接海洋的 狭窄水道。 5、历史上错位的称呼：波斯湾、墨西哥湾海；阿拉伯海海湾。,粗略地说，近陆为海（sea），远陆为洋（ocean）。它们的水体相互沟通，均称为海水。海与洋具有下列根本区别： 第一、洋盆是相对稳定的蓄水盆地，全球四大洋中生代以来即已出

3、现，海盆的形成时间较短，主要是在第三纪初具规模，第四纪才完全形成。 第二、洋底地壳为洋壳，海底地壳除了少部分具有洋壳性质外，多数海底地壳为陆壳或近陆壳的性质。 第三、大洋海水深，面积广阔，形态不受大陆直接影响；海域水浅，范围局限，形态受陆地轮廓直接影响。,表14l将我国的阶缘海和四大洋进行了水深和面积的比较，从中可以看出它们的差别。其中仅南海的水深较大，接近于大洋，这和它的发展演化的程度有关。,海的分类 1、陆间海：大陆之间的，面积深度较大， 由海峡与洋相连。例如地中海、加勒比海。 2、内海：大洋在陆地的延伸，面积小 例如渤海、波罗的海。 3、边缘海：大陆边缘，由岛链与大洋相连。例如东海、日本

4、海。 4、南大洋：三大洋在南极洲附近连成一片的水域称为南大洋，又名南极水域。,第二节 海洋环境的基本特征,海水的化学性质 海水的物理性质 海洋生物 海水运动,一、海水的化学性质,主要的最元素：氯、钠、镁、钙、硫、钾等。,最主要的盐类：氯化钠、碳酸钙、硫酸镁等。,盐度：一千克海水中溶解的全部盐类物质。海洋的平均盐度为35 0/00,pH值：海水的pH值在7.6-8.4之间。,海水中的气体：主要有氧、二氧化碳和硫化氢。,海水化学成分的定性划分,常量元素 微量元素 营养元素 溶解气体 有机物质,一、常量元素及其化学形态,K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Cl-、SO42-、Br-、HCO3

5、-、F-、H3BO3，浓度大于1ppm 占海水盐分的99.9% 涉及到13种元素，另外还有Si 主要成分遵守“恒比例定律” 一些海水的主要组分是重要的海洋化学原料 相对来说对海水主要组分的研究较为成熟,二、微量元素及其化学形态,海水中含量在1ppm（10-6）以下的元素统称为微量元素，有时把浓度在10-7以下的元素又称为“痕量元素” 当前对海水中微量元素的研究还非常薄弱 就科学研究的进展来讲，目前制约对海水中微量元素研究的困难还主要是方法学（methodology）问题 就研究内容讲，海水中微量元素的研究比常量元素更为丰富 微量元素几乎参与了海洋系统中所有的生物地球化学过程,微量元素在海水中的

6、存在形态及变化比单纯知道海水中微量金属元素总量更为重要 海水中的一些微量元素使海洋生命活动的必需元素 微量元素基本都属于化学元素周期表中的过渡元素 海水中微量元素存在形式复杂多样,现在还没有一套分析方法能告诉我某一种微量元素完全的化学形态分布 有效的分离技术是获取关于海水中微量元素化学存在形态的重要前提 目前常用的分离方法仍然是多种过滤技术 采样和分析过程中对样品的沾污常常是严重的,三、营养元素及其化学形态,广义上讲，凡是参与了生命代谢活动的元素，都可被称为营养元素 化学海洋学中，营养元素主要是指N、P和Si,1、海水中的N及其化学形态,游离态N （N2） 无机化合态N （NH3、NH4+、N

7、O2-、NO3-） 有机化合态N （氨基酸、蛋白质等）,有机N化合物 47.9%,无机N化合物 52.1%,2、海水中的P及其化学形态,海水总P,无机P,有机P,溶解态无机P,颗粒态无机P,溶解态有机P,颗粒态有机P,3、海水中的Si及其化学形态,海水中的Si元素主要是溶解态硅酸盐系列和颗粒态SiO2 海水中的硅藻是Si的主要吸收者,四、海水中的溶解气体,大其中的主要气体成分在海水都存在 (O2、N2、H2、CO2、CH4、惰性气体等） 海水中溶解气体海来源于海洋生物活动 海底热泉和火山喷发也是想海水中输入气体的重要途径,五、海水中的有机物质,海水中的有机物质主要是海洋生物的代谢产物 河流和大

8、气颗粒沉降亦向海水输入有机物质 海水中有机物质种类繁杂，最主要的是海洋腐殖质,二、海水的物理性质,海水的温度：海水的温度是海洋热能的一种表现形式海水的热能主要来自太阳辐射。 海水温度各处不同，海水表层温度在赤道附近是25-28，最高达35。在南、北纬50o附近是10左右。在南、北纬80o以上的极地降低到O以下，最低为-16。 海水温度随着海水深度增加前降低，但表层海水中热的传导仅限于一定深度（200300 m）以内， 300m以下海水温度变化很小。洋底水温一般在2一3之间。,海水的密度：单位体积海水的质量。 海水的密度与盐度有关。盐度大，其密度也大。海水的的密度随着纬度和深度的增加而增加。海水

9、密度差也是大洋环流的主要驱动力。 海水密度略大千蒸留水，一般为 1. 02-1. 03 g/cm3（蒸馏水在 4 时密度为1）。,海水的压力随深度的增加而增加。海水深度每增加70 m其压力增加1.013*105Pa。 水深1000m处，压力为1.013*107Pa个大气压，这种压力可以使木材的体积压缩一倍而下沉。 水深 7600 m处的压力可以使空气变成水一样的密度。,海水的颜色通常为蓝色。这是因为随着海水深度增加，太阳光中的红、橙、黄等色光被吸收，蓝色、绿色光被反射。 在近大陆的海域中，海水的颜色会受到海水中的生物以及泥砂含量等因素影响而改变。如红海海水具有浑红色调，系因海水富含红色藻类。我

10、国渤海、黄海的海水多呈黄色，则因含有大量泥砂。,三、海洋生物,海洋生物按其生活方式分为：浮游生物、游泳生物和底栖生物三大类。这些生物在生命活动中，需不断地进行光合作用、新陈代谢和呼吸作用。氧和阳光主要集中分布在浅海区和深海区的表层水域，所以在水深小于200米的海区，生物十分繁盛。 海水生物对于海中沉积物的形成、有机质的堆积以及某些矿产的形成均有重要意义。因为，一方面生物骨骼或有机体是海中沉积物质的一种来源另一方面，海中生物的生命活动对海中沉积作用的进程起着制约作用。,四、海水的运动,海水总是永无休止地运动着。造成海水运动的动力主要有风、海水的密度差、温度差、月引力和地震等。海水的运动按其运动形

11、式分为：波浪、潮汐、洋流和浊流。,1、海浪,海浪（wave） ：海水的波状运动。 波浪主要由风摩擦海水而引起也可由潮汐、海底地震以及大气压的剧烈变化而产生。 波浪的大小依风速和传播的久暂而定。波浪发生时，波形的传播沿水平方向前进，而水的质点则是作上下旋转运动并无实质性位移，有如在风的吹动下滚滚向前的麦浪,破浪区 不对称浪区 对称浪区,大于1/2波长区,波浪外形有高低起伏。波形最高处称为波峰（wave crest），最低处称为波谷（wave trough），相邻两波峰的距离称为波长（wave length），波峰到波谷的垂直距离称为波高（wave high）。 第一波过去，次一波来到同一地点所需

12、时间称为周期（period），波形在单位时间内前进的距离称为波速（wave velocity）。波长、波高、波的周期和波速称为波浪的四大要素。,波高一般不超过 4 m，波长数十米。大凤暴时波高可达15一30 m，最大波长可达 800多米。 由于水的内摩擦作用，水质点的圆周运动半径随深度增加而减小，以至于消失。故波浪向深部传导的能力有限，一般不超过波长的 12。在深度达12波长时，波浪运动几乎停止，这一深度界面称为波基面（wave base）。,当波浪由外海向浅水带传播时，由于水深逐渐变小，波浪的运动能够影响到海底。当水深小于12波长时，波浪下部的水分子运动受到海底阻碍和摩擦的影响，逐渐变为椭圆

13、形，愈近海底其扁度愈高。 及到海底，水分子只作前进后退运动，这时上层水体的运动速度大于下层。结果，波长缩短，波高加大，波峰变尖。波浪愈接近海岸，波浪的变形愈明显，最后波峰明显超前并且翻卷破碎，成为破浪（breaker）。破浪涌向海岸，拍击海岸，称为激浪（surf）。,破浪,海啸：由地震、火山等引发的巨大海浪。,海平面发主周期性升降的现象称为潮汐（tide）。 海水（含地球上的一切物体）恒受月地引力及月地系统围绕其质量中心旋转而产生的离心力共同作用（日地引力较弱，也有影响）。 在地球的向月端引力大于离心力，合力指向月球，海水鼓起，发生涨回（rising tide）；在地球的背月端因离心力大于引力

14、，合力背向月球，海水也鼓起，也发生涨潮。与此同时，在距离向月点 90。的地面上，海水面相应降低，发生落潮（falling tide）。,2、潮汐,涨潮,涨潮,日,月,落潮,落潮,月球绕地球旋转一周所需的时间为24小时51分，故同一地点每隔12小时25分就有一次涨潮，在两次涨潮之间即发生落潮。 此外，因地月系统绕太阳运行，当出现新月和满月（农历初一和十五）之后12天，月地日三者位于同一线上，太阳的引力与月球的引力叠加，形成大潮（spring tide）； 当出现上弦月或下弦月（即农历初八、九及二十二、三）后 12天，月地的联线同地日的连线垂直，形成小潮（neap tide）。,“滔天浊浪排空来，

15、翻江倒海山为摧”-世界奇观钱江潮,每年的农历八月十八，钱塘江大潮，以其“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧”的壮观景象，吸引了来自世界各地的游客。,钱塘江潮的成因 传说春秋时，吴王夫差亲小人远贤臣，伍子胥向吴王劝谏，遭到拒绝，被迫自杀，其尸投入江中，从此钱塘江才有大潮。其实，潮汐的形成是由于太阳、月球等天体对地球的引力。农历初一、十五，太阳、月球和地球几乎处于同一条直线，这时的引潮力最大，形成“朔望大潮”，又由于潮水与河流的摩擦作用，一般最大涌潮日推迟二至三天，所以初三、十八的潮水最大。而到了初八、二十三，太阳、月球和地球三个天体位置形成于直角，此时的引潮力最小，形成小潮。而钱江潮“壮观天下无”的

16、雄奇景象还和杭州湾外宽内窄、外深内浅的喇叭口地形有关。当东海潮波传至杭州湾时，因河口急剧缩小，潮波能量愈来愈大，同时，河床急剧抬升，水面迅速升高，就形成特有的涌潮现象。,交叉潮 距杭州湾55千米有一个叫大缺口的地方是观看十字交叉潮的绝佳地点。由于长期的泥沙淤积，在江中形成一沙洲，将从杭州湾传来的潮波分成两股，即东潮和南潮，两股潮头在绕过沙洲后，就像两兄弟一样交叉相抱，形成变化多端、壮观异常的交叉潮，呈现出“海面雷霆聚，江心瀑布横”的壮观景象。两股潮在相碰的瞬间，激起一股水柱，高达数丈，浪花飞溅，惊心动魄。待到水柱落回江面，两股潮头已经呈十字形展现在江面上，并迅速向西奔驰。同时交叉点像雪崩似的迅

17、速朝北转移，撞在顺直的海塘上，激起一团巨大的水花，跌落在塘顶上，吓得观潮人纷纷尖叫着避开。,一线潮 看过大缺口的交叉潮之后，建议您赶快驱车到盐官，等待观看一线潮。未见潮影，先闻潮声。耳边传来轰隆隆的巨响，江面仍是风平浪静。响声越来越大，犹如擂起万面战鼓，震耳欲聋。远处，雾蒙蒙的江面出现一条白线，迅速西移，犹如“素练横江，漫漫平沙起白虹”。再近，白线变成了一堵水墙，逐渐升高，“欲识潮头高几许，越山横在浪花中”。随着一堵白墙的迅速向前推移，涌潮来到眼前，有万马奔腾之势，雷霆万钧之力，锐不可挡。,回头潮 从盐官逆流而上的潮水，将到达下一个观潮景点老盐仓。老盐仓的地理环境不同干盐官，盐官河道顺直，涌潮

18、毫无阻挡向西挺进，而老盐仓的河道上，出于围垦和保护海塘的需要，建有一条长达660米的拦河丁坝，咆哮而来的潮水遇到障碍后将被反射折回，在那里它猛烈撞击对面的堤坝，然后以泰山压顶之势翻卷回头，落到西进的急流上，形成一排“雪山”，风驰电掣地向东回奔，声如狮吼，惊天动地，这就是回头潮。 钱塘江大潮，白天有白天波澜壮阔的气势，晚上有晚上的诗情画意；看潮是一种乐趣，听潮是一种遐想。难怪有人说“钱塘郭里看潮人，直到白头看不足。”,3、洋流,海水做大规模的定向流动称为洋流或海流（ocean current),它既见于海水表层，也能形成于海水深部；既发生在近岸地带，也分布于远海水域。表层洋流影晌深度不超过100

19、 m，深部洋流可达海底。,定期到来的信凤（trade wind）是引起表层洋流的主要原因。风对水面的拖曳力及施加于波浪迎风面的压力使海水缓慢前进。 海水的温度差对表层洋流的形成有重要影响。如赤道地区温度较高的海水流向高纬度地区，是为暧流（warm current）；高纬度地区的寒冷海水流向赤道地区，是为寒流（cold current）。两者构成表层海水的循环。 深部洋流的形成主要受海水密度控制，如高纬度地区表面海水结冰，所含盐分便向下转移，从而提高下面海水的含盐度和密度，这种温度较低，密度较大的水体一面下沉一面向赤道方向流动，相应地促使低纬度地区的海水上升并向高纬度方向流动，遂构成大规模海水的

20、深部循环。 因各种因素被移去的海水由另一部分海水补充，也能造成洋流。,洋流的运动方向可以是水平的，也可以是垂直的（上升或下降）。控制的因素是盛行风的方向、科里奥利效应、大陆的轮廓、岛屿的存在和海底地形等。洋流的速度一般不超过0.5一l.5m/s。,背景知识:科里奥利效应 地球表面赤道上的一个点，在24小时内划一个大圆圈，从赤道出发，越向北（或向南）走，地面的一个点在一天之内划出的圆圈就越小，它运动得就越慢。 从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的旋转，从西向东转动得非常快。当它向北流动时，它保持着它的速度，而地表的运动速度却越来越小。因此，风或海流就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线

21、前进。最后，风或海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则反时针方向划一个大圆圈。 正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中时，就会形成飓风或龙卷风。,4、浊流,浊流(turbidity current)：在海水中流动的一种被泥沙搅和的高密度水团。主要发育在大陆坡。 浊流的一般特征: 含有大量悬浮物质，因而比重大（最大可达 1. 5一2. 0 gcm3，并以较高速度向下流动的水体。浊流中的悬浮物质是砂、粉砂、泥质物，有时还挟带砾石,浊流发源在大陆架之上或大河流的河口前缘。那里堆积的厚度大而松散的沉积物在强大的波浪扬动、地震震动，何水的冲击以及海底滑坡等因素的作用下，重新活动并扩散

22、于海水之中使形成浊流。其中尤以大规模的海底滑坡作用最为重要，而地震与河口前缘松散物的过量堆积则是触发海底滑坡的因素。,浊流体,海洋分带,浊流难以直接观察，但有许多事实可以证明它的存在： 在太洋底部发现有生活在浅水中的底栖动物介壳、植物碎片，以及具有浅水特征，且分选良好的砂质沉积物。只有能量强大的浊流才能将这些原先存在于浅水的物质搬运到洋底。 海底电缆在海底滑坡发生后很快被折断也是浊流发生的重要证明。如1929年12月18日纽芬兰南部大滩的一次强烈海底地震后，震中附近的海底电缆立即折断，相距有数百公里的其它五条海底电缆，在地震后13 小时内也依次折断。之后，在约160 930km2范围内，深海成

23、因的粘土沉积物上面堆积了 0.4lm厚度的粉砂。据此推断，地震引起滑坡并立即形成了速度约19.1m/s的浊流冲断了海底电缆并沉积了粉砂物质。,注入清水湖泊中的浑浊河水也能够形成浊流如美国科罗拉多河的洪水流进米德湖后，成为多股浊流沿湖底运动，经过数日运行了 100140 km便从排水闸门流出，其密度大部分小于1.1g/cm3。罗纳河的浑水流入日内瓦湖所形成的浊流，在湖底竟侵蚀出一条水道。 用实验方法已经模拟出浊流的形成和运动过程。将密度较高的浑浊水注入盛有清水的水槽中，便可以看到浑浊水体在清水中整体性地向前运动，这就是浊流。,第三节 海水的剥蚀和搬运作用 一、海水的剥蚀作用 海水的剥蚀作用：海水

24、通过自身的动力和所携带的碎屑对海岸和海底的破坏。海蚀作用主要发生在滨岸带，按其性质可分为机械剥蚀、化学溶蚀和生物剥蚀作用。它们共同对海岸地带进行改造，但以机械剥蚀作用为主。海蚀作用的主要动力是海浪和潮汐。,在海蚀的作用下，使海岸线不断向陆地方向后退，形成海蚀凹槽、海蚀崖、波切台。海岸线变得平直，海湾和海岬消失。,海蚀崖,海蚀凹槽,波切台,二、海水的搬运作用,海水的搬运作用：海水在运动过程中，将携带的物质移至它处的作用。 海水搬运作用的类型有机械搬运和化学搬运(溶运)两种。 机械搬运物质呈推运、跃运和悬运三种形式，它们受水动力条件的支配而不断地转换。 海水中的化学搬运受多种因素(浓度、温度、导电

25、性、PH值)支配，进行着复杂的化学过程，与海水的化学动力关系密切。 海水的搬运作用以机械搬运为主，搬运的动力有：海浪、潮汐、洋流和浊流。,海浪的搬运： 海浪的搬运作用主要发生在滨海带和浅海带。在这两带中海浪的动力巨大，具有强大的搬运力。被海浪剥蚀下来的海岸物质和河流带到海洋中的物质在海浪的作用下大部分向海水深处搬运。 在海浪垂直于海岸作用时，搬运物被海浪推向海滩或移向海里称为横向搬运。当海浪斜着冲向海滩后，产生沿岸流带着碎屑沿岸移动称为纵向搬运。,海水的纵向搬运,潮汐的搬运： 潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著。大潮时，海峡中潮流流速可达6-7ms，动力几乎与山区河流相当，具有巨大的搬运力。

26、 对某一个地区来说，潮流是固定的、周期性的水平流动的海水，具有较大动能，因而有很大的搬运力。潮流引起的紊流可使大量的碎屑物处于思浮状态，在退潮时的急流把它们搬向海中。,洋流的搬运： 洋流流速较小，搬运能力弱，仅能搬运细小的悬浮状态的碎屑。但是，由于洋流的流程远，被搬运的碎屑能达到深海区，甚至进行越洋搬运。,浊流的搬运： 浊流的密度大，在流动过程中，紊流强烈，具有极强的搬运力，可以将其大量的砾石和沙级碎屑搬到半深海、深海区产生沉积。,第四节 海水的沉积作用,海洋是一个巨大的储水盆地。陆地上的河流、地下水所携带的剥蚀产物源源不断地汇集到大海。海洋本身除在滨海带巨有强烈的动力条件外，绝大部分海域动力

27、条件均较弱，因此海洋是产生沉积作用的主要场所，而且机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用均较发育。海洋的环境差异很大，因而不同的海洋的环境其沉积类型也有差异。以下分滨海带的沉积作用、浅海带的沉积作用和半深海和深海带的沉积作用,一、滨海带的沉积作用,滨海带处于海浪和潮汐的作用地带，具有十分强烈的水动力条件。除在个别特殊的环境下，因动力较弱，由化学作用引起化学沉积而外，滨海带几乎均为机械沉积作用 。,二、浅海带的沉积作用,浅海是最重要的沉积区，绝大多数沉积岩都属于浅海沉积。浅海带水深小于200m，海底平坦，水动力适中，海水中氧气丰富，盐度较稳定，加之阳光充足，从大陆或上升洋流带来的营养物质丰富，

28、因而浅海带成为生物繁殖的理想地带，来自大陆和海水剥蚀海岸的物质绝大部分带到浅海带，所以浅海带机械沉积作用、化学沉积作用及生物沉积作用。,机械沉积作用 被带到浅海的碎屑物质，由于海水深度增大，动能减小，碎屑颗粒按大小、重轻先后依次沉积下来，浅海的机械沉积物主要以沙、粉沙和泥组成。沉积物显示出良好的分选性，碎屑颗粒磨圆好，具有明显的层理。,化学沉积作用 浅海带的化学沉积作用极为发育。化学沉积物主要为碳酸钙沉积，硅质沉积，铝、铁、锰沉积。引起化学沉积作用的因素主要是化学组分的含量、溶解度，水中氧和二氧化碳所引起海水的PH值和Eh值的变化，海水电解质作用等。,生物沉积作用 浅海是生物最繁盛的区域，生物的沉积作用十分明显。当浅海中大量的生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。,三、半深海和深海带的沉积作用,这两带为水深大于200米的广阔水域，距离大陆较远，受陆地因素的影响小，水深压力大，海底黑暗，底栖生物极少，海水动力微弱，陆源物质一般只有粒径小于0.005mm的悬浮物在此带沉积。仅在局部地带有浊流的机械作用。浊流可将浅海堆积的粗粒沉积物带往深海沟沉积。除此之外，海底火山喷出物、宇宙物质和冰山携带的粗粒物质