ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ОКЕАНОВ И
МОРЕЙ
Литература
Зейболд Е., Бергер В. Дно океана (введение в морскую
геологию)/ Пер. с англ. М.,1984.
Кеннет Дж.П. Морская геология. Т. I, II/ Пер. с англ.
М., 1987.
Леонтьев О.К. Морская геология. М., 1982.
Лисицын А.П. и др. Биогеохимия океана. М., 1983.
Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. М.,
1978.
Логвиненко Н.В. Морская геология. М., 1980.
Фролов В.Т. Генетическая типизация морских
отложений. М., 1984.
Шопф Т. Палеоокеанология. М., 1982.
Вся совокупность водных пространств океанов и
морей, занимающих 361 млн. км2, или 70,8%
поверхности Земли, называется Мировым океаном
или океаносферой.
Мировой океан включает четыре океана: Тихий,
Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый, все
окраинные (Берингово, Охотское, Японское и др.) и
внутриконтинентальные моря (Средиземное, Черное,
Балтийское и др.).
Особенностью океаносферы является единство и
взаимосвязь между отдельными частями океанами и морями.
Окраинные моря, будучи отделены от океанов
только отдельными островами или подводными
возвышенностями, характеризуются относительно
свободным водообменом с океанами.
Внутриконтинентальные моря, окруженные
материковой сушей, имеют связь с океанами через
относительно узкие проливы, что вызывает
изменения в динамике, составе вод и в других
показателях.
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ПОДВОДНОГО РЕЛЬЕФА ОКЕАНОВ
И МОРЕЙ
Выделяются следующие
планетарные формы рельефа:
 подводная окраина материков,
 ложе океана,
 глубоководные желоба,
 срединно-океанические хребты.
А
Материковая отмель
Б
Глубоководная впадина
Материковый склон
Гипсографическая кривая (А) и обобщённый профиль дна океана (Б).
В верхнем правом углу рисунка дана диаграмма, показывающая
соотношение площадей подводной окраины материков (I), переходной
зоны (II), ложа океана (III), срединно-океанических хребтов (IV).
В состав подводной окраины
материков входят:
 шельф,
 материковый, или континентальный, склон
 материковое подножье.
Схема Атлантической подводной окраины
Северной Америки
шельф; материковый (континентальный) склон, расчлененный каньонами; материковое подножье
Шельф (материковая отмель)
представляет собой подводную слегка
наклонную равнину.
Со стороны океана шельф ограничивается
четко выраженной бровкой, расположенной
до глубин 100-130-200 м, но в некоторых
случаях погруженной до 300 м и более.
Материковый, или континентальный,
склон
протягивается от бровки шельфа до глубин
2,0-2,5 км, а местами до 3 км. Уклон его
поверхности составляет в среднем 3-5o, но
местами достигает 25 и даже 40o и более.
Характер рельефа материкового склона в ряде
случаев отличается значительной сложностью. В
нем наблюдается ступенчатость профиля чередование уступов с субгоризонтальными
ступенями. Второй особенностью материкового
склона является система рассекающих его
поперечных подводных каньонов, заложение части
которых, возможно, связано с тектоническими
движениями или с эрозионной деятельностью
мутьевых потоков, некоторые же представляют
подводное продолжение речных долин (р. Гудзон,
Конго и др.).
Ложе Мирового океана
представлено обычно плоскими или
холмистыми равнинами, расположенными
на глубине 3500-6000 м. Они осложнены
мелкими и крупными отдельными
возвышенностями и подводными горами до
больших вулканических построек типа
Гавайских островов.
В Тихом океане особенно много
подводных вулканических гор и, в
частности, своеобразных
плосковершинных гор различной
размерности, называемых гайотами.
Вершины некоторых гайотов
достигают в ширину свыше 60 км и в
длину 280 км. Большинство
исследователей считают, что гайоты
представляют собой вулканические
горы, которые в прошлом
подвергались интенсивной волновой
абразии (лат. "абрадо" - брею,
соскабливаю), о чем свидетельствует
наличие на их срезанных вершинах
скатанной волнами крупной гальки и
остатков мелководной фауны.
Вершины гайотов располагаются
сейчас на глубинах 1000-2000 м, что,
по-видимому, связано с тектоническим
опусканием океанического дна.
Схема формирования гайота
Глубоководные желоба
особенно широко развиты в Тихом океане. В его
западной части они образуют почти непрерывную
цепь, протягивающуюся вдоль островных дуг от
Алеутских, Курило-Камчатских до Новой Зеландии и
разветвляющуюся в пределах ФилиппинскоМарианского расширения. Вдоль восточного
побережья располагаются Перуанско-Чилийский и
Центрально-Американский глубоководные желоба,
сопряженные с Андским поясом молодых
кайнозойских горных сооружений. В Индийском
океане желоба приурочены главным образом к морям
островного Индонезийского архипелага, в
Атлантическом - к островным дугам, окаймляющим
Карибское море. Глубина желобов от 7000 до 11 000 м.
Наибольшая глубина у Марианского желоба - 11 034 м.
Глубоководный желоб Тонга в южной части Тихого океана близ
Новой Зеландии. Глубина желоба превосходит высоту Эвереста
более, чем на 2000 м.
Срединно-океанические хребты
образуют единую глобальную систему
общей протяженностью свыше 60 000 км.
Срединно-океанские хребты отличаются
интенсивной сейсмичностью, высоким
тепловым потоком и вулканизмом.
Мировая система срединно-океанических хребтов
Вдоль осевой части
Срединно-Атлантического и
Индийского хребтов
протягивается крупная
депрессия - долинообразное
понижение, ограниченное
глубинными разломами и
названное рифтовой долиной
или рифтом (англ. "рифт" расселина, ущелье). Дно
рифтов опущено до глубин
3,5-4,0 км, а окаймляющие
хребты находятся на
глубинах 1,5-2,0 км.
Рифтовая
долина
Срединно-Атлантический океанический хребет.
Исландия
Блок-диаграмма строения фрагмента внутриокеанского
спредингового пояса
1 — астеносфера, 2–7 — разновозрастные комплексы ультраосновных и основных пород океанской коры: 2 —
ультраосновные породы, образовавшиеся из нижней части магматического очага („кумулятивный комплекс“), 3 —
существенно основные породы (габброиды), образовавшиеся из верхней части магматического очага, 4 — комплекс
параллельных базальтовых даек, 5 — комплекс базальтовых лав, частично пронизанных дайками, 6 — возрастные
генерации океанской коры, соответствующие разным стадиям спрединга, 7 — ограниченное сбросами дно осевой
рифтовой долины, сложенное базальтовыми лавами с подводными вулканическими аппаратами, 8 — близповерхностный
магматический очаг с расплавом основного состава в верхней части и ультраосновного в нижней; 9 — конвективные
течения магмы в очаге; 10 — толща океанских осадков; 11 — разновозрастные стратиграфические комплексы океанских
осадков; 12 — направления, по которым происходит расширение океанской коры на флангах спредингового пояса
Среди окраинных и внутриконтинентальных морей
выделяют плоские моря, глубины которых близки к
глубинам шельфа. Их называют эпиконтинентальными.
К ним относятся Баренцево, Карское, Северное,
Балтийское и другие моря, представляющие собой
опущенные под воду участки суши. Другим типом
являются котловинные окраинные и
внутриконтинентальные моря (Охотское, Японское,
Черное, Средиземное и др.), приуроченные к
тектонически активным зонам. В них развиты шельф,
континентальный склон и, главное, глубокие
котловины-впадины (от 2000 до 4000-4500 м).
Структурно-геоморфологическая схема дна Мирового океана
1) шельф; 2) материковый склон и материковое подножие; 3) котловины морей
переходной зоны; 4) островные дуги; 5) желоба; 6) котловины ложа океана; 7) горные
хребты ложа океана; 8) поднятия ложа океана; 9) срединно-океанические хребты; 10)
зоны океанических разломов.
ХИМИЧЕСКИЕ И ФИЗИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ВОД ОКЕАНОВ И
МОРЕЙ
Общая соленость и солевой состав вод
В морской воде содержится большое количество
растворенных веществ, суммарное содержание
которых определяет соленость морской воды,
выражаемую обычно в промиллях (в тысячных
долях весовых единиц) - S.
За среднюю соленость вод океана принимается величина
около 35‰ или 3,5 % (35 г/л). Существенные отклонения от
указанной величины связаны с климатической зональностью
- степенью испарения или количеством пресной воды,
приносимой реками. Крайние значения солености
океанической воды составляют от 32 до 37‰. Обычно же она
колеблется от 34 до 35‰.
В широких пределах меняется соленость
внутриконтинентальных морей: в Средиземном море она
составляет 35-39‰. в Красном море увеличивается до 41-43‰,
а в морях гумидных областей она значительно меньше
средней величины: в Черном море - 18-22 , в Каспийском - 1215, в Азовском - 12‰.
В водах океанов и морей присутствуют
почти все химические элементы
периодической системы, но лишь немногие
из них определяют солевой состав.
Ионный состав морской воды при S=35‰
(по: «Морская вода», 1979)
Катионы
Кол-во, г/кг
Анионы
Эквивалент
Кол-во, г/кг
Эквивалент
Na+
10,7596
38,64
Cl -
19,3529
45,06
Мg2+
1,2965
8,81
SO42-
2,7124
4,66
Са2+
0,4119
1,69
HCO-3
0,1412
0,20
К+
0,3991
0,84
Br -
0,0674
0,07
Sr2+
0,0078
0,01
В океанской воде преобладают хлориды и, в
первую очередь, NaCl (около 78 %), затем MgCl2
(>9 %), KCl (около 2 %), на втором месте
сульфаты - MgSO4 (свыше 6,5 %), CaSO4 (около 3,5
%), а на гидрокарбонаты и другие соединения
падает менее 1%.
Газовый режим, температура воды
В водах Мирового океана растворены
различные газы. Самыми
распространенными из них являются
кислород (O2) и углекислый газ (СО2).
Кислород поступает в воду из атмосферы и
образуется в процессе фотосинтеза зеленых
растений. Немаловажное значение имеет
также глобальная океаническая
циркуляция, благодаря которой из высоких
широт к экватору в придонном слое
поступают массы холодной воды, богатой
кислородом.
Углекислый газ находится в морской воде частью в
растворенном, свободном состоянии, частью в
химически связанной форме бикарбонатов
Са(НСОз)2 или карбонатов (СаСОз). Растворимость
CO2 в морской воде возрастает с понижением
температуры. Поэтому холодные воды Арктики и
вообще высоких широт содержат больше
углекислого газа, чем воды низких широт.
Значительное содержание CO2 отмечается в
придонных холодных водах на глубинах ниже 40005000 м, что сказывается на растворении
известковых раковин.
Углекислый газ поступает из атмосферы,
выделяется при дыхании растениями, при
разложении органических веществ и
поставляется при извержении вулканов и
поствулканических процессах.
В некоторых морских бассейнах
наблюдается аномальный газовый режим.
Классическим примером является Черное
море, где, по данным Н. М. Страхова, на
глубинах 150-170 м вода значительно
обеднена кислородом и ниже появляется
сероводород, количественное содержание
которого значительно увеличивается в
придонной части.
Температура поверхностных вод океана
Температура поверхностных вод тесно
связана с климатической зональностью.
Среднегодовая температура в высоких
широтах изменяется от 0 до -1,8-2,0ºС и
достигает максимального значения порядка
25-28ºС (31ºС) близ термического экватора.
В то же время температура воды изменяется
с глубиной, достигая в придонных частях 23 ºС, а в полярных областях опускается даже
до отрицательных значений порядка -1- -2
ºС.
Давление и плотность
Гидростатическое давление в океанах и
морях соответствует весу толщи воды.
Наибольшей величины оно достигает в
глубоководных желобах и в котловинах
ложа Мирового океана. Плотность морской
воды в среднем составляет примерно
1,025г/см3 , в холодных полярных водах она
увеличивается до 1,028, а в теплых
тропических уменьшается до 1,022 г/см3 .
Такие колебания обусловлены изменением
солености, температуры и давления.
ОРГАНИЧЕСКИЙ
МИР ОКЕАНОВ И
МОРЕЙ
Развитие органического мира тесно связано
с указанными выше планетарными
формами рельефа дна Мирового океана, где
выделяются зоны, каждая из которых
характеризуется определенной фауной и
флорой и особенностями осадконакопления.
К ним относятся зоны:
1) прибрежная, или литоральная (лат. "литорализ" - берег) (приливноотливная), подверженная сильному воздействию волн. Здесь трудные
условия для развития жизни. Встречаются организмы камнеточцы, крепко
прикрепленные ко дну,
2) сублиторальная, или неритовая (по названию встречаемого здесь
моллюска Nerita), соответствующая области шельфа, где создаются
благоприятные условия для развития большого числа разнообразных видов
морских организмов;
3) батиальная (греч. "батис" - глубокий), отвечающая континентальному
склону и его подножью. В соответствии с увеличением глубины и
отсутствием света существенно изменяются условия для жизни на дне,
поэтому в осадках здесь присутствуют главным образом раковины
отмерших организмов, живущих в поверхностной части вод океанов;
4) абиссальная (греч. "абисос" - бездонный, глубокий), соответствующая
ложу Мирового океана, и субабиссальная - глубоководным желобам. На этих
глубинах вследствие низкой придонной температуры нет условий для
развития растительности и, возможно, там существуют лишь
высокоспециализированные организмы, не требующие растительной пищи.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ ОКЕАНА
Изящный высокотемпературный
черный курильщик (21° с.ш., ВосточноТихоокеанское поднятие).
Исключение составляют районы
выходов на дне термальных вод.
Примером тому является богатый
мир животных (гигантские
двустворчатые моллюски, крабы,
актинии, губки и др.),
обнаруженных на глубине 2,5 км в
зоне рифтов ВосточноТихоокеанского поднятия, где
выходят горячие источники и
целые гидротермальные поля,
вокруг них и развивается жизнь.
Колония вестиментифер-рифтий (Riftia
pachyptila); на трубках комменсальные
полихеты полиноиды (Гуаймас, 2000 м).
По условиям обитания и образу жизни морские
организмы подразделяются на три основных
группы:
 планктон,
 нектон,
 бентос.
Из них наибольшее значение в осадкообразовании
имеют планктон и бентос.
Планктонные организмы
(греч. "планктон" блуждающие) обитают в
поверхностном слое
воды в пелагической
зоне на глубинах 100-200
м. Они не имеют
способов передвижения
и держатся в воде во
взвешенном состоянии.
Обычные представители летнего
черноморского планктона: гидроидная
медуза, веслоногие рачки; крупные
одноклеточные водоросли динофлагелляты,
динофитовые водоросли.
Ceratium tripos - одна из самых
крупных динофлагеллят
Среди них выделяются:
1) фитопланктон (греч.
"фитос" - растения) растительные организмы, к
которым принадлежат
диатомовые водоросли с
кремнистым панцирем,
особенно интенсивно
развивающиеся в холодных
водах высоких широт, а также
микроскопические
одноклеточные известковые
водоросли - кокколитофориды
(наннопланктон - от греч.
"наннос" - карлик), живущие
в теплых водах;
Кокколитина сиракосфера
Syracosphaera sp
Колония диатомей,
Achnanthes brevipes
2) зоопланктон (греч. "зоон"
- животное), к которому
относятся простейшие
одноклеточные организмы,
представленные
фораминиферами с
известковой раковиной,
наиболее широко
распространенными в
пределах от 55º с.ш. до 55º
ю.ш., и радиоляриями с
кремнистой раковиной,
массовое развитие которых
наблюдается в
приэкваториальной зоне. К
зоопланктону относятся
также птероподы (морские
бабочки) с известковой
раковиной.
Фораминиферы
Птеропод Clio pyramidata,
фото: www.eurekalert.org
Радиолярии
Нектонные организмы
(греч. "нектон" плавающие)
объединяют большую
группу свободно
плавающих животных
- рыб, головоногих
моллюсков, морских
млекопитающих и др.
Киты-касатки
Рыба-шар
Осьминог
Морской еж
Морские звезды
1)
2)
Бентосные организмы (греч.
"бентос" - глубина) по условиям
передвижения подразделяются на
две группы:
бентос подвижный - моллюски,
морские ежи, морские звезды,
черви и др., развит на небольших
глубинах дна сублиторальной
зоны;
бентос прикрепленный неподвижный, имеющий большое
значение в формировании
специфических осадков.
Кораллы
Зеленая известковая
водоросль
Особо важную роль
играют колониальные
кораллы, известковые
водоросли, мшанки и др.,
т.е. образующие
сообщество, называемое
биоценозом. Наибольшее
развитие они имеют в
области шельфа на
глубинах от первых
метров до 50-80 м.
Мшанки
Помимо описанных морских организмов,
следует указать на большое значение
бактерий, играющих огромную роль в
формировании физико-химических условий
водной среды морей и океанов и создании
новых соединений, выступающих как
определенные катализаторы реакций,
особенно в процессе перерождения осадка в
осадочные горные породы.