十七、海洋地质：海岸-1(水深)

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1.介绍

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在距离最近陆地1000公里的地方，两名科学家和一名领航员蠕动着进入潜水器“阿尔文”(Alvin)的舱门中，准备进行一次到海底的巡航。“阿尔文”由一个嵌入在雪茄形管中的超强金属球体组成。球体保护船员不受深海巨大水压的影响，管子里装着发动机和氧气罐。

在密封舱盖后，领航员松开系在“阿尔文”号上的缆绳，这艘潜艇就像石头一样沉了下去。大部分的旅程都是在完全黑暗的环境中进行的，因为光只向下延伸了几百米。

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在到达4.5km深的海底时，探险者们打开聚光灯，凝视着具有疏松的沉积物、黑色岩石和偶尔出现的海洋生物的荒凉景象。在接下来的5个小时里，他们拍摄照片并使用机械臂收集样本。当采样完毕后，它们释放出一些压舱物，“阿尔文”号像气泡一样升起，大约2小时后到达水面。

“阿尔文”号从母船“亚特兰蒂斯”号上沉入大海；只有这个小舷窗可以看到外面的景色

在21世纪，像“阿尔文”号这样的载人潜水器只是众多用来收集隐藏在海水下的地球表面数据的工具之一。轨道卫星可以概括地描述区域尺度的测深(海底形状)，船载声纳可以详细地描述局部尺度的测深。由船只拖曳的仪器，以及可以在深海航行而不冒生命危险的潜水机器人，可以研究海底的物理特性，如温度变化或磁场强度的变化。

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北大西洋区域测深学，制作这幅谷歌地球™图像所用的数据来自卫星对地球引力强度变化的测量

声纳可以测量出详细的水深情况，这张斜视图显示的是夏威夷西北的Turnif海山，红浅蓝深

船载工具还可以生成地震反射剖面和横断面图像，这些图像可以显示海底下分层的变化。地震反射剖面有助于描述海底下沉积物和岩石的分层。地震信号由气枪产生，并由一串水听器记录下来。生成的剖面文件揭示了分层。

通过拖网(沿着海底拉一张网)和取芯(将空心管插入海底)，研究人员可以收集海底沉积物的样本。通过使用能够钻孔的钻探船，研究人员已经从海底下4km深处获得了海洋地壳岩石。

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地质学家使用许多相同的工具来研究海岸。但在海岸，他们也可以进行直接的实地观测。所有这些研究的结果提供了海洋地质学的知识基础，即研究海洋的底部和边缘。

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深海钻探和取芯会从海底下面带来沉积物和岩石：JOIDES Resolution在海底钻洞；岩芯可以被保留以备将来分析之用；在这些岩芯部分可以看到明显的沉积层

2.什么控制着海洋的深度？

如果地壳在所有地方都处于同一海拔高度，目前海洋中的水将均匀地覆盖地球表面，深度约为2.5km。但是地球表面的高度并不均匀，它由高海拔地区(大陆)和低海拔地区(海洋盆地)组成，平均海拔相差4.5km。由于重力的作用，水向下坡流动，所以它从大陆流入海洋盆地填充海洋，使大陆表面成为干燥的陆地。

海平面以上不同高度或海平面以下深度所占地球表面百分比的图表

为什么会有不同的海洋盆地存在？大洋岩石圈和大陆岩石圈在成分和厚度上存在显著差异。大洋岩石圈的最大厚度为100km，包括一个7-10km厚的相对致密地壳，而大陆岩石圈厚度达到约150km，包括一个25-70km厚的相对低密度的地壳。由于这些差异，海洋岩石圈的表面比大陆岩石圈的表面更深，海洋岩石圈之下的更低的区域就是海洋盆地。

大陆岩石圈的地壳部分与海洋岩石圈的地壳部分有明显的差异

为了描绘这种对比，想象两块木头：一块较厚的由较松的松树组成，代表一个大陆；另一块较薄的由较密的橡树组成，代表海底。如果你把两个木块放在一盆水里，当两个木块达到平衡时，橡木块的表面低于松树块的表面。在这个模型中，水流走了，所以这些块可以达到它们的平衡位置。在地球的情况下，塑性软流圈的流动使不同类型的岩石圈达到它们的平衡位置。

你有没有想过如果所有的水都蒸发掉，海底会变成什么样子？测深研究表明，海底可以划分为不同的水深省(Bathymetric Province)。

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南大西洋水深省

海洋的示意图显示了主要的地质特征

2.1较浅的领域：大陆架

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想象一下，你正乘坐潜水艇，从北美海岸向东进入北大西洋。从海岸向外移动大约150到500km，你就会到达大陆架的上方，这是环绕大陆的海洋中相对较浅的部分。在大陆架上，水深不超过200m，在大陆架的宽度上，洋底向海倾斜，角度仅为0.3°。

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在向海的方向，大陆架过渡为大陆坡，大陆坡的表面以2°角下降，从深度200m到近4km。从大约4km下降到大约4.5km，坡度角减小，形成了一个称为大陆隆的区域。在4.5km深的地方，你置身于一个巨大的、近乎水平的表面之上，这个表面被称为深海平原。

被动边缘的大陆架

宽阔的大陆架，如北美东部的大陆架，沿着被动大陆边缘形成。被动边缘产生于裂谷作用成功地将一个大陆一分为二之后。当一个新的洋中脊形成和海底扩展开始时，裂谷作用就停止了。

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在这个时期，曾经是裂谷的被拉伸的大陆岩石圈形成了一个过渡区域，介于新形成的海洋岩石圈和未拉伸的大陆岩石圈之间。

随着时间的推移，被拉伸的岩石圈冷却，变得更密集、更厚。其表面慢慢下沉，就像当沉重的货物被放置在船上时，甲板下降。当它下沉，裂谷变成了一个低区域，聚集了从大陆冲走的沙子和泥浆，以及浮游生物和其他海洋生物的外壳。

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沉积物的沉积与下沉的速度是同步的，所以几千万年后，一层非常厚的沉积物覆盖在伸展的大陆地壳上。该沉积坳陷为被动缘盆地(Passive-Margin Basin: PMB)，沉积层的平坦表面构成陆架。在某些情况下，被动式边缘盆地的沉积层厚度可达15-20km。

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被动边缘盆地的形成，PMB的顶部表面是大陆架

被动边缘盆地下沉的原因与较重的船相对较轻的船向下移动的原因相同

如果你带着你的潜水器到南美洲的西海岸，然后巡航到太平洋地区，你会发现一个活跃的大陆边缘，太平洋地区的洋底在大陆下面俯冲。

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南美洲的西海岸，狭窄的大陆架

这种边缘看起来与被动大陆边缘非常不同。在穿过一个相对狭窄的大陆架之后，你会发现自己在一个大陆坡上，大陆坡以3.5°的相对陡峭的角度向下延伸，进入一个深海沟，其底部的深度超过8km。在这个位置，大陆坡是一个增生棱柱的表面，这是一个从海床上刮下来的楔形沉积物。狭窄的大陆架由一个沉积带构成，它在一个增生楔的顶部伸展开来。

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横剖面显示了在汇聚边界的沟槽旁发育的增生楔

在大陆架和深海平原或海沟底部之间是大陆坡，在那里偶尔发生海底崩坏作用。巨大的海底滑坡可能携带着大量的岩屑沿着大陆坡向下坠落，这些运动可能会引发海啸。海底崩塌，即所谓的浑浊流，将悬浮沉积物冲下大陆坡。

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在许多地方，这些浊流集中在一个相对狭窄的凹槽中，随着时间的推移，在水下形成了深深的山谷，称为海底峡谷。一些海底峡谷开始于河口的近海，因为当海平面较低时大陆架暴露出来，河流切入大陆架，产生一个槽，当海平面上升时，可以将浊流集中到海底峡谷的源头。

新泽西州海岸外的一个海底峡谷。浊流沿峡谷而下，将沉积物带到深海平原上的海底扇

当浊流到达海底峡谷口底部的大陆坡，其流速降低，所携带的沉积物产生分级的浊流。一层又一层的浊流形成了海底扇，分布在深海平原上的楔形沉积物或海沟底部的楔状沉积物。这些海底扇是大陆崛起的基础。世界上最大的海底扇是孟加拉扇，它形成于印度洋东北部的恒河河口(约3000km长，1000km宽)。

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2.2深海平原和海山

随着海洋地壳远离洋中脊的轴线并逐渐变老，它变冷变厚，在这个过程中，它的表面下沉，斜率减小。因此，海底表面变成了一个几乎水平的深海平原。沉积物逐渐堆积并覆盖在大洋壳的玄武岩上。

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这种覆盖层主要由微小的浮游生物壳和粘土薄片(来自火山灰或风吹灰尘)组成，这些粘土薄片像雪一样从海水中慢慢飘落到海底。海底越古老，上层沉积物累积的时间就越长，因此在海底平原较古老的海洋岩石圈上，它变得足够厚(高达0.6km)，足以掩盖海底玄武岩地壳的不规则性。沉积物层的顶部形成了深海平原几乎毫无特征的表面。

深海平原的起源和性质：海底随着远离脊轴而逐渐下沉。它被沉积物掩埋，这些沉积物在远离脊轴的地方变厚

深海平原的表面覆盖着一层细而松散的远洋沉积物

海岛(其山峰高于海面)和海山(其山峰被淹没)高于深海平原或洋中脊。这些特征是由热点火山造成的。一些热点火山并没有高的突出到海面之上，还有些海岛沉没到海平面之下。它们为什么会下沉？

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在一个海岛上的火山活动期间和结束之后，岛屿遭到侵蚀和滑坡，随着时间的推移，它下面的海底老化和下沉。在热点火成岩活动特别丰富的地方，形成了一个由厚达3km的玄武岩层组成的广阔的海洋高原。大洋高原代表海底大的火成岩省。

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海岛和海山：从太平洋突出的一个海岛

毗邻东太平洋隆起((112°W 18°S)的海山

位于巴布亚新几内亚(PNG)北部的Ontong-Java高原(OJP)。橙色代表浅水，蓝色代表更深的水

在某些情况下，当海山的顶峰达到海平面时，它的顶部可能会因为侵蚀而变平坦。或者该岛在下沉时可能被珊瑚礁覆盖。当这些岛屿下沉到海平面以下，它们就变成了平顶的海山，被称为平顶海山(Guyots)。