书城科普读物海洋(科学探究丛书)
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第2章 海洋的形成(2)

沉积物法:海滨的拍岸浪,不断猛烈地拍击着海岸,起着破坏岩石的作用,把大量的碎裂物质卷入海洋中;注入大海的江河,每年也把大量的泥沙运往海里去。这样就不断地增加着海洋沉积物的厚度。海底的沉积物受到强大的压力作用,渐渐转变为沉积岩。在一般的海洋中,平均1000年海底沉积岩厚度增加0.267米。据勘测,原始沉积岩的厚度约有101500米,这样就可计算出原始海洋的年龄差不多有3.8亿年。

地层鉴定法:层层累叠构成地壳的岩石,好像记载地史资料的书页,一定的岩层,标志着地球生活史中的一定时期,根据海底地层的结构,也能鉴定海洋生成的相对年龄。

放射性同位素法:前些年,科学家发现了铀、钍、镭等元素的放射性。这些元素的原子核在现代情况下是不稳定的,其中会不断地放射出一些特殊的物质来,这一过程叫元素的蜕变。在蜕变过程中,该元素在每一步骤中都会形成一种新元素。例如铀、钍、镭等元素蜕变的结果,总是变成金属铅的同位素和氦气。在天然的条件下,元素的蜕变过程是相当长的,蜕变的进行速度也是极其稳定的。因此,知道了岩石中含有多少铀、氨或铅,就可以计算出该岩层存在的年龄。根据放射现象的理论来分析沉积岩存在的年龄,就可以科学地推算该海洋生成近似年龄。科学家们普遍认为:用放射性同位素法计算海洋的年龄不超过25亿年。

盐度法:1715年天文学家哈雷提出以海水含盐度来测定海洋年龄的方法。哈雷的论点是,江河不仅把溶解状态的岩石碎屑带到海洋里去,而且把各种溶液状态的盐类带到海洋去,而盐类一定会在海洋里慢慢地积累起来。如果说海洋中的盐类是完全来自大陆的话,那么有了海洋中盐类总量的资料,又知道每年由江河带到海洋中的盐类数量,便可推算出海洋的年龄。现代海水中每年钠的增加量,平均是1.6×105吨,而海洋中钠的总量是1.5×1013吨。依上述法计算,得出海洋年龄约是9000万年,其他学者算出是8000万年至17000万年。但是采用这种方法会犯许多错误:第一,海洋里的水从生成时起,就含有溶解的盐类。第二,海洋里盐类的来源,不仅仅依靠海洋深处岩浆的分泌,并且很难算出它的数量。

总之,多种计算方法都有待继续完善探讨,要准确地计算海洋的年龄,目前还很困难。海洋是地球上广大连续的海水的总称。海和洋是有区别的。海洋的中心主体部分称为洋。它远离大陆,为深邃而浩瀚的水域,约占海洋总面积的89%。深度通常在3000米以上,盐度及温度不受大陆影响,盐度平均为35%。洋的水色清,透明度大,并有独特的潮汐系统和强大的洋流系统。其沉积物多为钙质软泥、硅质软泥和红粘土等海相沉积。洋是地球水体的主体。海的面积约占海洋总面积的11%,按所处位置的不同又分为边缘海、地中海(或称陆间海)和内陆海。边缘海位于大陆边缘,它靠近大陆一边,受大陆影响显著,而靠大洋一边受大洋的影响较大。地球海洋中有54个海。1967年,在联合国教科文组织颁布的国际海洋资料交换手册中,规定了将地球海域分为四大洋的方案:这就是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。

太平洋是世界上最大、最深及边缘海和岛屿最多的大洋。它的东西最大宽度约1.99万千米,南北长为1.59万千米,总面积17968万平方千米,超过地球上所有大陆和岛屿面积的总和。太平洋的平均深度是4028米,而且有一半以上深度超过5000米。位于太平洋西部的马里亚纳海沟深达11034米,它比世界上最高的山峰——珠穆朗玛峰8844米的高度,还要多出2100多米。太平洋上较大的岛屿有2650多个,面积达440多万平方千米,约占世界岛屿总面积的45%。横亘于太平洋和印度洋之间的马来群岛、千岛群岛、日本群岛、琉球群岛、台湾岛、菲律宾群岛,南北伸展6500千米。众多的岛屿把西部浅水域分割成17个边缘海:白令海、鄂霍次克海、日本海、东海、黄海、南海、珊瑚海、阿拉斯加湾、加利福尼亚湾等。珊瑚海是世界上面积最大和深度最深的海,面积为479.1万平方千米,最深深度达9165米;世界上平均深度最大的海为苏拉威西海,也在太平洋,平均深度为3645米。大西洋位于欧洲、非洲与南、北美洲之间,南接南极洲,北面以冰岛附近的威维亚、汤姆逊海岭为界与北冰洋分开;西南以通过南美洲南端合恩角的经线与太平洋分界,东南以通过南非厄加勒角的经线与印度洋分界。大西洋的面积为9336.3万平方千米,约占世界海洋总面积的26%,相当于太平洋面积的一半,为世界第二大洋。该洋的平均深度3626米;最深处位于西部北亚美利加海盆南缘的波多黎各海沟,达9218米。大西洋包括巴芬湾、哈得逊湾、波罗的海、北海、黑海、地中海、亚速海等12个海。世界上面积最小的海——马尔马拉海在大西洋,面积为1.1万平方千米。深度最小的海——亚速海,也在大西洋,平均深度只有9米,它的最深处也没有超过13米。

印度洋介于亚洲、南极洲、非洲和大洋洲之间。西南以通过南非厄加勒角的经线与大西洋分界;东南则以通过塔斯马尼亚岛东南角至南极大陆的经线为界与太平洋相连。面积为749l万平方千米,约占世界海洋总面积的1/5,在世界各大洋中排行“老三”。印度洋平均深度2897米,爪哇海沟为洋中最大深度,达7450米。印度洋整体洋面都在东半球,洋中的岛屿和边缘海都很少。无法与太平洋相比。北冰洋是世界上最小的洋。它大致位于北极圈内,为亚洲、欧洲和北美洲所环抱。北冰洋通过挪威海、格陵兰海和加拿大北极群岛之间的海峡与大西洋相连。并以狭窄的白令海峡沟通太平洋。北冰洋的面积只有1310万平方千米,占世界海洋总面积的3.6%,它平均深度1200米,最大深度5449米,北冰洋面积最小,却有广阔的大陆架,面积竟占整个大洋面积的一半。加拿大学者J·T·威尔逊,根据大洋发展阶段所显示的种种迹象,作出一个惊人的预言:若干年后,除了太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋以外,非洲大陆内部将出现第五大洋,把完整的大陆分裂为东西两部分。

英国地质学家格雷戈里早在19世纪末就描述过非洲大陆东部巨大裂谷的情景。该裂谷位于东经30度至40度间,北部是狭长的红海和尼罗河。向南往卢多尔夫湖、维多利亚湖、坦噶尼喀湖、尼亚萨湖等湖泊。南北长达5000千米,东西宽50千米,沿断裂带有广泛的火山和岩浆活动,来自地壳深处的玄武岩和碱性——超基性岩浆,通过这条通道上涌,把断裂两侧的大陆地块推向外侧,使裂谷不断扩大。目前北部已扩大成为狭长的红海。红海海底1500米处有一条长3000米的凹地,其中有两个火山口,周围覆盖着凝固了的火山熔岩,海底覆盖一层含大量硫化物的软泥。大裂谷南部是一些伴有火山岩的湖泊。这一切是否预示新大洋将在此诞生?威尔逊等认为,大洋的形成是中央海岭裂谷活动的结果,而处于东非大裂谷的红海、亚丁湾是全球大洋中的巨大裂谷——中央海岭的一个分支,因而将来很可能扩展成为大洋。那时地中海将结束目前的封闭状态与新大洋相通,共同结成世界第五大洋。不过,目前世界上已发现不少与东非大裂谷规模不相上下的裂谷,如莱茵裂谷、贝加尔裂谷、菲律宾大裂谷等,有些与大洋的中央海岭也有联系,它们有的以湖泊形式出现,有的为断裂山谷,有的一部分为边缘海,那么它们是否也将发展成为世界大洋呢?所以关于东非大裂谷将成为第五大洋的预言还有待于作进一步研究。

海底峡谷是怎样产生的,这一直是海洋科学家探索的课题。1936年,美国学者德利认为是浊流的侵蚀作用造成了海底峡谷。所谓浊流就是携带大量泥沙的海底潜流。

不过,由于当时还从未有人观察过海底浊流侵蚀现象,因而人们对浊流能造成海底峡谷的说法将信将疑。从20世纪40年代起,荷兰著名的海洋地质学家奎年在水槽中进行试验。他用人工方法制造出一股浊流,使之在清水底下流动,从而得出浊流的确具有较强的侵蚀力,能够造成海底峡谷的结论。1952年美国海洋学家希曾等人,深入研究了1929年纽芬兰岸外海底电缆在不到一昼夜之间沿陆坡向下依次折断的事件,判定肇事者正是强大的海底浊流。根据海底电缆依次折断的时间,计算出这股浊流在坡度最大处流速高达每秒28米,在流到水深6000米的深海平原时流速仍有每秒4米。这些浊流从陆坡至深洋底,流动达数千千米。

海洋底部分布着各种不同形态的山脉。规模最大的是隆起在大洋底部的连绵的山脉,称为大洋中脊。还有一些深海底部的相对孤立的高地,有的呈锥状,由火山喷发而形成的,叫做海底火山;有的虽也是由火山喷发物堆积而成,但顶部平坦。海底火山常呈链条状组成海岭,海岭有的部分露出水面构成岛屿。

大洋中脊是海底扩张的中心,板块的边界,一般由两条平行峰脊和中间峡谷组成,宽在1000千米以上,中间的裂缝深达1000到2000米。大洋中脊是地球上最大的山脉体系,它从北冰洋开始,穿大西洋经印度洋,入太平洋,绵延7万余千米。大西洋中脊呈弓字形,印度洋中脊呈人字形,太平洋中脊位置偏东。三大洋中脊在南部相互连接,在北部伸入大陆。如东太平洋中脊北端伸入加利福尼亚湾,印度洋中脊伸入亚丁湾、红海,与东非裂谷相接,大西洋中脊经冰岛进入了北冰洋。

海岸是海陆相互作用的地带,一般有岩岸、沙岸和泥质海岸等几种类型。

岩岸由岩石组成,一般比较陡峭曲折,在海浪的拍击下,会形成许多奇异的海蚀地貌,如海蚀穴、海蚀柱、海蚀桥、海蚀崖及海蚀阶地等。

沙岸由沙子和磨圆度很好的五颜六色的砾石组成,一般平坦开阔。沙子和砾石由波浪带到岸边堆积起来形成海滩,还会形成一条条沙堤,在海中形成沙坝、沙咀等。

泥质海岸由粉沙和淤泥组成,海岸平直,海滩宽广,还常见由贝壳碎屑和粉沙、细沙组成的贝壳堤。这种海岸多分布在大河口和海湾中。

另外,还有由生物作用形成的红树林海岸、珊瑚礁海岸;由冰川作用形成的峡湾型海岸;以及按地质构造走向划分的纵向海岸和横向海岸等。

岛屿是四面环水的陆地,它们有的位于河、湖中,有的分布在海里。最大的格陵兰岛面积有218万平方千米。根据岛的成因、分布情况与地形特点,岛屿可以分成堆积岛、大陆岛和大洋岛等几种。

堆积岛一般分布在河口或离岸不远的地方,由松散堆积物组成,是由河流泥沙堆积而成的。大陆岛原来是大陆的一部分,以后因地壳下沉或海面上升与大陆分离才形成岛屿,它的特点是与大陆的地形特点相似。大洋岛分布在广阔的海洋中,在地质构造上与大陆关系不大。这些岛屿或是由海底火山爆发出海面形成,如夏威夷群岛;或是由珊瑚礁堆积而成。环太平洋岛屿的地质活动尤其剧烈。

日本海洋科学技术中心于20世纪90年代使用潜水调查船“深海6500号”,对日本海沟进行了调查,首次发现了因板块下沉而出现的海底裂缝。

这个海底裂缝很可能是在1933年发生三陆地震时产生的。那次地震曾造成3000余人死亡。“深海6500号”调查船所调查的海域是,在太平洋板块一侧的岩手县宫古市东侧海面约240千米的日本海沟。调查船在深度为6000米左右的海底中发现了3条南北走向的裂缝,裂缝的宽度是1米至15米,裂缝深度为2至3米。最长的一条裂缝的长度超过100米。

在日本北部联结北美板块处,太平洋板块下沉的地方是日本海沟。可以认为,这个裂缝是由于太平洋板块的拉力而导致的。裂缝的断面很新,裂缝内没有沉淀物。这是世界上第一次在大洋底部发现板块的裂缝。

洋流是海洋中以水平方向,有规律、稳定地流动着的巨大水体,也称之为海流。它有冷、暖流之分。环南极洋流,是在西风推动下自西而东环绕非洲、南美洲和澳大利亚大陆与南极间的广阔海域流动的洋流,属寒流。因为不受大陆的阻拦,随风漂流,所以又称西风漂流。宽约300~2000千米,表层流速为0.9~1.9千米/小时,相当于墨西哥湾流流量的8倍以上,因此西风漂流是世界大洋中规模最大的寒流,也是最大的洋流。墨西哥湾暖流也叫湾流,是世界上最强大,影响最深远的一支暖流。墨西哥湾暖流由南、北赤道暖流在墨西哥湾汇合以后,从佛罗里达海峡流出,形成佛罗里达暖流,以后又汇合了安的列斯暖流,再沿北美洲的东海岸自西南向东北流去,形成著名的北大西洋暖流。

墨西哥湾暖流的流势很盛,在流经佛罗里达海峡时,流速可达每昼夜130~150千米,宽约150千米,深约800米,表层水温达27~28℃。墨西哥湾暖流的总流量每秒钟达7400万~9300万立方米,比太平洋最大的黑潮暖流约大1倍,几乎相当于全世界河流总流量的60倍。墨西哥湾暖流及其起源北大西洋暖流,拥有巨大的热量,使得北美洲东部沿海一带和欧洲西北部的气候变得温暖湿润。如西北欧纬度较高的英国、挪威等国的港口,能够终年不封冻,甚至使位于寒冷的北极圈以内的俄罗斯港口摩尔曼斯克也成为不冻港。对墨西哥湾流的研究,对全球气象具有特别的意义。