二地球系统与海底科学

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1、第二章 地球系统与海底 科学 1 地球的基础知识 n1.1 地球的宇宙环境 n宇宙 n太阳 n八大行星 n月球 n地球运动：自转，公转 1.2 地球的形状 n1、大地水准面：在海洋上不考虑波浪、潮汐 和海流的存在、海水完全静止时的海面，在 大陆上是静止海面向大陆之下眼神的假想“海 面”。两者总称为大地水准面。 n2、地球形状不规则 n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。 n地球真实形状为梨型，北凸14m，南凹24m 。 n尺度：地表5.1亿km2，赤道半径6378km， 两极6357km，平均6371km。 1.3 地球圈层结构 n、结构: n外圈：大气

2、圈、水圈和生物圈 n内圈：地壳、地幔、地核。 n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）。 n地幔：质量和体积分别占67.6%和 83%，由铁、镁、硅酸盐物质组成 n地核：相当于铁陨石；液体外核；固 体内核 n软流层：该层地震波明显降低，成为 一个低速层。 2 海与洋 n2.1海陆分布： n对庶分布: 南极为陆，北极为水；南半球海 水连一体，北半球陆地连成一体；南半球水 多，北半球陆多；三大洋似伸向大陆的三个 大湾，成鼎状分布。 n海陆分布不均衡: 北半球，陆地占其总面积 的67.5%，南半球占32.5%；北半球海洋和

3、陆 地比例为60.7%和39.3%，南半球海陆比例为 80.9%和19.1%。 n海洋是相互连通的，陆地是分隔的 n以海平面为基准线，海洋深度超过陆地高度 海和洋的划分 n洋：地球上连续巨大的咸水体。面 积广阔，占海洋总面积90.3%；远离 陆地，受陆地影响小；水较深（平均 23千米）；有独立的环流和潮波系 统；底质为软泥、红粘土。 n洋的划分及其形态特征 n地理位置划分：太平洋，大西洋，印 度洋，北冰洋 n研究角度划分：太平洋，大西洋，印 度洋，南大洋 n1)、太平洋：面积最大，占地表总面积1/3，海洋表 面积的1/2；平均深度4028m，东西最宽达半个赤道 。海底地形以东部洋脊为主；东北部

4、为洋盆,上有断 裂带；中部海山集中,群岛很多；北部和西部多岛弧 、海沟和边缘海。 n2)、大西洋：面积占世界大洋面积1/4，平均深度 3627m。海沟4个，最深9218m。洋脊横贯南北。赤 道窄，分南北大西洋，海岸形态：南：平直无附属海 ；北：迂回曲折，多岛屿、港湾和附属海。 n3)、印度洋：面积占世界洋面积的1/5，平均深度超 过大西洋，平均3897m。最深7450m。“入”字型洋脊 ：由南而北扩张速度减小。 n4)、北冰洋：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。 n5)、南大洋：南纬45度至南大陆间的广阔水域；具有 独特的潮波系

5、统和环流系统。 n2 海：面积小，占总面积9.7%；深度较浅水色低，透明 度小，位于大陆边缘，被陆地、岛弧分割的许多形态各 异的小水体。靠近陆地，受陆地影响大；无独立的潮波 系统；底质为陆屑。 n海的分类：所处的位置 n陆间海：陆间海是指位于大陆之间的海，面积和深度都 较大，如地中海和加勒比海。 n内海：是伸入大陆内部的海，面积较小，其水文特征受 周围大陆的强烈影响,如渤海和波罗的海等。 n边缘海：位于大陆边缘，以半岛、岛屿或群岛与大洋分 隔，但水流交换通畅，如东海、日本海等。 n3海湾:洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小的水域。钱塘 潮 n4海峡：两端连接海洋的狭窄水道。最主要的特征是流 急，特

6、别是潮流速度大。直布罗陀海峡，渤海海啸 中国海形态 n1、渤海：内陆海，从老铁山角（老铁山头 ）至蓬莱角（登州头）联线与黄海为界。面 积7.7万km，平均深度18m，最深83m。 n2、黄海：半封闭浅海，南界为启东嘴至济 州岛连线与东海相接。面积38万km，平 均深度44m，最深超过100m。地形中央凹 地。 n3、东海：太平洋边缘海，水域辽阔，面积 77万km，平均深度370m，最深2719m。 n4、南海：面积350万km，平均深度 1212m，最深5377m。 3 海底地貌形态 n3.1海岸带 n定义：水位升高便被淹没，水位降低便露出的狭长地 带 n海岸：潮上带 n海滩：潮间带 n水下岸

7、坡：潮下带 n3.2大陆边缘 n稳定型大陆边缘：大西洋型大陆边缘；由大陆架、大 陆坡、大陆隆组成 n活动型大陆边缘：太平洋型大陆边缘，可分为岛弧亚 型和安第斯亚型 稳定型大陆边缘 n1、大陆架：海岸线到水深200米以内，平均 深度133米；宽度11000km，平均75km； 平均坡度0.1度；地壳为硅质花岗岩构成。 浪、潮、流季节变化，丰富的油气田，渔业 ，养殖业主要场所。 n2、大陆坡：陆架外缘较陡倾斜的地区，平 均坡度4.3度，宽度1590km，平均28km ，深度2002500m。地形：深切陡峭的V 型海底峡谷，水下冲积锥 n3、大陆基（裙）：坡外与洋盆间较平坦地 区；面积大，平坦，深度

8、20005000m， 平均3700m。 活动性大陆边缘 n（二）、洋中脊 n1、洋中脊是大洋的主体,大洋中的山脉或隆起，成因 相同、特征相似。具有全球规模(如图）。北端在各 大洋分别延伸上陆，南端互相连接。顶部水深大多在 23km，高出盆底13km，宽数百至数千千米不等。 面积占洋底面积32.8%。全长7万余公里。 n2、轴部都发育有延其走向延伸的断裂谷地，称为中 央裂谷(riftvalley)，向下切入12km，宽数十至一百 多千米。是一个全球性地震活动带，震源浅、强度小 ，释放能量占全球地震释放能量5%。是海底扩张中 心和海洋岩石圈增生的场所。扩张速度平均115cm 年。其上有横向断裂(t

9、ransformfault)，如罗曼奇断裂 带，大西洋脊错移1000km以上。 n、海底中存在大洋中脊(mid-ocean ridge)，大洋中 脊轴部裂谷带是地幔物质涌升的出口，既海底扩张的 中心涌出的地幔物质冷凝形成新洋底，新洋底同时推 动先期形成的较老洋底逐渐向两侧扩展推移，这就是 海底扩张。海底扩展移动的速度大约为每年几厘米。 洋底生成运动潜没的周期不超过2亿年，驱使洋 底周期性扩张运动的原动力是地幔物质对流。 n、证据：沉积岩年龄、厚度：越靠近大洋中脊，沉 积物年龄越轻、厚度越薄；磁异常条带；大洋钻探。 n海底扩张说能够解释海洋地质学和海洋地球物理学领 域的大部分问题，其机制符合物理

10、学理论，并与许多 地质、地球物理观测结果一致。自从海底扩张理论系 统提出以来，已使人们对洋盆及其边缘有了深刻的理 解，而且新资料几乎总是与这个统一的概念相一致。 n（三）、洋盆(OceanBasins) n、定义(definition)：指大洋中脊坡麓与大陆边缘之间的广 阔洋底，水深40005000m的开阔水域，占海洋总面积的 45%。 n、其上分布正地形和负地形(topography) n）正地形：海底山，海峰，海底平顶山；海隆；海台； 海岭；海丘等。 n海底山：孤立或比较孤立的坡度较陡的海底高地，高度在 1000m以上。 n海峰；海底平顶山。 n海隆：海底上宽广、和缓的隆起区。 n海台（海

11、底高原）：具有比较平坦、宽阔顶面的海底高地 ，高出邻近海底1000m以上。 n海岭：带状分布、轴状分布。无震海岭，活动海岭（大洋 中脊）。 n海丘：高度小于1000m，圆形或椭圆形。 n）负地形：海盆，海槽 n海盆：面积大而形状多少带盆状的洼地。 n海槽：长而宽，两侧坡度平缓的海底洼地。 4 构造学说 n（一）、大陆漂移说： n1912，德气象学家魏格纳(Wegener)提出。 n1、他认为，地球上所有大陆在中生代以前曾结合成 统一的联合古陆，或称泛大陆，其周围是围绕泛大陆 的全球统一海洋-泛大洋。中生代以后，联合古陆解 体、分裂，其碎块-即现代的各大陆块逐渐漂移到今 日所处的位置。由于各大陆

12、分离、漂移，逐渐形成了 大西洋和印度洋，泛大洋(古太平洋)收缩而成为现今 的太平洋。 n、证据：有海岸线形态、地质构造、古气候和古生 物地理分布等。但限于当时的认识水平，又缺乏占地 表71的海洋底的地质资料，魏格纳未能合理解决大 陆漂移的机制问题，大陆漂移说盛行一时后便衰落下 去了。直到50年代，古地磁学研究的进展又使大陆漂 移说重新复兴，60年代海底扩张-板块构造学说的创 立再赋于大陆漂移说以新的认识。 n（二）、海底扩张说： n60年代初形成的海底扩张说受到下列学术思想的影响 ：(1)联合古陆(Pangaea)的重建、拼合和越来越多的 大陆漂移的其他证据；(2)大洋中脊体系及其中央裂 谷带

13、的形成机制与特征；(3)海洋沉积物自大洋中脊 轴部向两侧依次变厚的事实；(4)海洋地壳的年轻性 ；(5)某些大陆边缘沟弧体系的发现及其突出的地 震、火山活动特点；等等。 nHess(1960,1962)和Dietz(1961)几乎同时提出了“海 底扩张“这一概念，以阐明主要与海底生成和消亡过 程有关的理论。 n(三)、板块构造说: n、“板块”一词是Wilson(1965)在论述转换 断层时首先提出的，后经Morgan、 McKenzie、Parker、LePichon等人的不断 综合和完善，于1968年正式提出了“板块构 造”学说。 nLePichon(1968)将全球划分为六大板块：欧 亚

14、板块、太平洋板块、美洲板块、非洲板块 、印度-澳大利亚板块(也称印度板块、印度 洋板块或澳大利亚板块)和南极洲板块。 n后来又把美洲板块划分为北美板块和南美板 块，成为七个板块。 n现在比较流行的是十二板块的划分方案，除 七大板块外，还有纳兹卡板块，科科斯板块 、加勒比板块、菲律宾海板块和阿拉伯板块 。 n、板块边缘为大洋中脊、转换断层 、俯冲带、岛弧和海沟等，是地震和 火山多发带。板块相遇，形成岛弧、 海沟（大洋和大陆板块相遇），或高 大山脉（两个大陆板块相遇）、地震 带、火山。 n、板块内部是相对稳定的，很少发 生形变；而板块边界则是全球最活动 的构造带，全球地震能量的95%是通 过板块边界释放的。