Характеристика акватории Мирового океана
Акватория Мирового океана, включающая Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый океаны; окраинные моря – Баренцево, Берингово, Охотское, Японское, Карибское и др.; внутриконтинентальные моря – Средиземное, Черное, Балтийское; а также, не имеющие связи с Мировым океаном, Каспийское и Аральское моря-озера — представляет собой главную часть гидросферы – водной оболочки Земли. Мировой океан покрывает водой 70,8% поверхности Земли, причем в северном полушарии сосредоточена, главным образом, суша (39%), а вода — в южном (81%). Мировой океан влияет на водный и тепловой баланс Земли – около 10% солнечной радиации, поглощенной поверхностью океана, расходуется на нагревание поверхностного слоя воды и нижних слоев атмосферы, а около 90% теплоты затрачивается на испарение. Огромная масса воды — 1,4 млрд км3, покрывающая 2/3 поверхности земного шара, оказывает определяющее воздействие на многие современные планетарные процессы и явления и является важным фактором геологического развития Земли.
Основными геологическими процессами, протекающими в Мировом океане, являются:
— разрушение, или абразия, массивов горных пород, слагающих берега и часть мелководья;
— перенос и сортировка продуктов разрушения, приносимых с суши;
— аккумуляция, или накопление, различных осадков;
— преобразование осадка в породу, или диагенез.
Рельеф дна океана.На земном шаре выделяются материки и океаны. На обобщенном профиле дна Океана в самом первом приближении выделяются следующие морфологические элементы: шельф, континентальный (материковый) склон и ложе Океана (рис. 1.20).
Рис. 1.20. Гипсометрическая кривая (А) и обобщенный профиль дня океана (Б)
Эти зоны отличаются по занимаемой площади: на шельф приходится — 5,5% (28 млн км2), континентальный склон— 10% (55 млн км2), а площадь ложа океанов— около 54,5% (277 млн км2). Из этих цифр видно, что ложе океанов охватывает большую часть не только океанической площади, но и всей поверхности Земли, затем следует материковый склон с его подводным продолжением — зоной шельфа. Типичными глубинами океанов считаются 3000—6000 м, и лишь Северный Ледовитый океан не попадает в эти границы. Северный Ледовитый океан по глубинам дна напоминает глубины Средиземного и Карибского морей. Океаны отличаются по размерам, глубине, а также и по содержанию механического материала – взвесей.
Шельф — это мелководная переходная зона от материков к океанам. Слой воды в этой зоне не превышает 200 м. Обычно переход постепенный, материки прослеживаются под водой на многие километры. Так, шельф Северо-Востока России имеет ширину около 1300 км и прослеживается в океан на 500 км, а в районе Тихоокеанского побережья шельф резко переходит в материковый склон, измеряясь первыми километрами. Средняя протяженность шельфа на Земле — 65 км, наиболее распространен шельф в Северном Ледовитом океане, здесь он занимает 44,3 площади Мирового океана. Поверхность шельфа местами осложнена подводными руслами рек, стекающих с материков, грядами, замкнутыми депрессиями, подводными террасами и коралловыми рифами.
Далее следует материковый склон — область океанического дна с глубинами от 200-300 м до 2000-4000 м. Средний угол наклона материкового склона 4-6°. Его ширина изменяется от 15 до 30 км. Постепенный склон от континента к ложу Океана характерен для Северного Ледовитого океана, Индийского океана, за исключением Зондской дуги, Северной и Южной Атлантики и антарктической окраины Тихого океана – так называемый атлантический тип пассивных континентальных окраин; в то время как континентальный склон западной части Тихого океана нарушается вытянутыми выступами островных дуг (Курильская, Японская и др.), глубоководных желобов и впадинами окраинных морей (Охотское, Японское и др.) – так называемый Западно-Тихоокеанский тип активных континентальных окраин, для которых характерна высокая сейсмичность и вулканическая деятельность; для восточной и юго-восточной частей Тихого океана характерен андский тип — переход от молодых горных сооружений Анд к ложу Мирового океана осуществляется через узкий шельф и крутой континентальный склон, переходящий в Перуанско-Чилийский желоб, через который и происходит переход к ложу Океана.
На континентальном склоне прослеживаются долины, которые называются подводными каньонами — ущелеобразные с крутыми стенками, глубоко врезанные (иногда до 1000 м) ложбины с крутыми бортами и плоским дном (рис. 1.21). Механизм образования их связывают с эрозионной деятельностью рек, текущих с берега, мутьевыми потоками, тектоникой и другими.
Рис. 1.21. Атлантическая подводная окраина Северной Америки
Ниже материкового склона располагается область океанического ложа (иначе эту область называют зоной океанических впадин). Глубины океанов колеблются от 3000 м до 10000 м и более. В области океанического ложа выделяются не только глубочайшие впадины Земли, такие, как Марианская (11034 м), Курило-Камчатская (10542 м), но и положительные формы подводного рельефа. Наибольшую известность среди последних получили срединно-океанические хребты. Высоты подводных поднятий достигают 3-4 км, ширина их достигает тысячи километров, а протягиваются они на десятки тысяч километров (60 тыс. км занимают 15% поверхности Земли). Такие хребты открыты во всех четырех океанах. Типичным примером срединно-океанического хребта служит Срединно-Атлантический хребет, на который приходится почти третья часть ширины Атлантического океана. В осевой части Срединно-Атлантического хребта местами прослеживаются узкие, шириной до нескольких десятков километров, глубокие ущелья. Глубина таких ущелий 1000 и более метров. Иначе эти ущелья называются рифтами. В центральной части срединно-океанических хребтов также встречаются вертикальные столбообразные структуры, названные черными курильщиками. Высота вулканических конусов черных курильщиков достигает 500-600 м. Обычно они встречаются группами. Они постоянно извергают клубы черной дымообразной массы, состоящей из газов и жидких высокоминерализованных мантийных растворов меди, цинка и других сульфидов (рис. 1.22).
Рис. 1.22. Строение «черного курильщика» — действующей «фабрики руды» на дне океана
Дно океана оказалось гораздо сложнее, чем думали о нем 35-40 лет назад. Здесь распространены гигантские островные дуги – протяженные (от 1500 до 3000 км) горные сооружения, выступающие над поверхностью моря (Командоро-Алеутская, Японская, Курильская и др.), глубоководные желоба – узкие (шириной около 100–150 км) и протяженные (несколько тысяч км) глубокие (от 7000–8000 до 11000 м) впадины (Японский, Марианский), океанические котловины (огромные депрессии овальной формы, глубиной 3-5 км), вулканические хребты, многочисленные разломы. На дне океана выделяют также вулканические постройки действующих и потухших вулканов типа Гавайских островов, а также разновидности возвышенностей: гайоты и атоллы. Гайоты — это подводные потухшие вулканы с плоскими размытыми водой вершинами, например, гайот Хораизн, расположенный в западной части Тихого океана (шириной — 66 км, длиной — 280 км и глубиной положения вершин около 200 м). Атоллы обычно возвышаются над океанической поверхностью в виде округлых коралловых и водорослевых рифов, окаймляющих внутренний водоем – лагуну. Для рельефа океанского дна характерны также одиночные горы, в большом количестве встречающиеся среди холмистых или выровненных пространств, занимающих днища крупных котловин.
По особенностям рельефа морские водоемы, примыкающие к океанам, подразделяются на водоемы с плоским дном, глубины которых близки к глубинам шельфа – эпиконтинентальные моря (Баренцево, Северное, Карское, Балтийское, Азовское и др.), которые образовались вследствие опускания суши и затопления ее морскими водами; котловинные моря, в рельефе дна которых присутствуют те же элементы, что и в океане (шельф, континентальный склон, глубоководные котловины), характерны для подвижных областей земной коры с высокой сейсмичностью и вулканической активностью (Японское, Охотское, Черное, Средиземное моря).
Температура океанических водв среднем от поверхности до дна равна 3,5°С. Характер изменения температуры вод следующий: у экватора на поверхности максимальная — 36°С, а в полярных областях снижается до 2°С, т.е. близка к замерзанию. Не замерзает вода на полюсе только благодаря растворенным в ней минеральным солям. Температура воды меняется не только на поверхности, но и с глубиной, причем до глубины 400 м она снижается быстро. На глубине 400 м температура составляет всего 4°С, а глубже изменение ее происходит очень медленно. В среднем температура воды от поверхности до дна на каждые 1000 м глубины уменьшается на 2°С. Но общие закономерности в распределении температур нарушаются поверхностными теплыми и холодными, а также донными течениями, проявлением подводного вулканизма вблизи активных срединных хребтов. Изливающиеся базальтовые лавы имеют температуру 1000–1200°С. Вода проникает в базальты и нагревается, причем масса нагретой до 10–20°С воды поднимается на большую высоту. Например, «факел» подводных извержений в восточной части Тихого океана Галапогосской рифтовой зоны поднимается на 2–3 км над дном океана и распространяется в длину на десятки и сотни километров. Температура воды в центре рифта Красного моря значительно выше температуры окружающих вод – из недр Земли по рифту поступает горячая вода — + 62°С и более.
Соленость.Вода морей и океанов содержит в себе разнообразные минеральные вещества, но больше всего в ней растворено хлоридов (88,6%), сульфатов (10,54%) и карбонатов (0,56%), бромиды составляют всего 0,3%. Суммарное содержание растворенных солей в морской воде называется соленостью и выражается в промилле (‰) — количество растворенных минеральных веществ, содержащихся в 1000 г воды. Суммарное количество солей, растворенных в водах всех морей и океанов, составляет около 50 тыс. млрд т. В среднем морская вода содержит 35 ‰. Соленость вод меняется как по поверхности, так и в глубину. В Черном море соленость воды составляет 17-22 ‰, в Азовском— от 10 до 12 ‰, в Финском заливе Балтийского моря — всего 2-5 ‰. Наибольшая соленость воды установлена в Красном море: на поверхности 38-41 ‰, а во впадине — 200-319 ‰. В этом типичном рассоле установлены золото, железо, серебро, медь и другие химические элементы. В морской воде наиболее распространены натрий, магний, кальций, калий, хлор, бром и йод. Наряду с этими элементами в воде присутствуют уран и медь— до 20 млрд т; цинк и молибден составляют около 15 млрд т; никель и ванадий — 3 млрд т; кобальт — 0,8 млрд т; серебро — 0,5 млрд т; ртуть — около 50 млн т; золото — 5-8 млн т. Запасы золота в океанической воде в несколько раз превышают запасы его на суше.
Соотношение солей в морской воде является своего рода геохимической константой – несмотря на колебание солености, соотношение главных ионов в водах морей и океанов остается постоянным. В морской воде масса растворенных веществ значительно превышает массу тонких взвесей, в то время как в речных водах имеет место обратное соотношение.
Газовый режим. В морской воде присутствуют растворенные газы: кислород, азот, аргон, углекислый газ и сероводород. Кислорода много в поверхностном слое. Значение кислорода очень важно — он является источником жизни в океане. С глубиной содержание кислорода резко уменьшается, а углекислого газа становится больше. В арктических водах углекислого газа мало, а воды экваториальные пересыщены им. В морях, где водообмен с открытым океаном затруднен, начиная с глубины 200 м, кислород исчезает и накапливается сероводород. Типичным примером застойных вод являются Черное море и Норвежские фиорды.
Давление в толще воды увеличивается на 1 атм с каждыми 10 м глубины. В глубоководных желобах оно достигает 800–1100 атм. Постепенное нарастание давления на глубине около 6 км обусловливает существенное изменение свойств воды и усиливает ее растворяющую способность. В результате на указанной глубине, т.е. в глубоководных желобах и впадинах, растворяются карбонаты кальция и магния, которые в поверхностном слое Океана практически нерастворимы.
Органическая жизнь. Органическая жизнь в морях и океанах связана со всей толщей воды, но главным образом она протекает в верхнем слое, богатом кислородом. Организмы, ведущие прикрепленный образ жизни или передвигающиеся по дну, называются бентосом (колониальные кораллы, известковые водоросли, мшанки, морские губки, брахиоподы – прикрепленный бентос; крабы, морские ежи, черви, моллюски и др. – подвижный бентос); организмы, обладающие способностью активного передвижения в воде, называются нектоном (рыбы, головоногие моллюски, морские млекопитающие и др.); а организмы, пассивно передвигаемые в воде волнами или течением, называются планктоном (фитопланктон – диатомовые водоросли, кокколитофориды; зоопланктон – фораминиферы, радиолярии, птероподы).
Жизнедеятельность организмов, населяющих моря и океаны, является весьма важным фактором, влияющим на солевой состав Мирового океана непосредственно через регулирование газового режима. Концентрация растворенных в морской воде химических соединений настолько мала, что по законам химии эти соединения не могут выпадать в осадок. Тем не менее, в морях и океанах осаждаются огромные массы карбонатов кальция и магния, оксидов кремния, фосфатов кальция и других соединений. Это происходит благодаря живым организмам, которые в процессе жизнедеятельности захватывают необходимые им вещества, переводят их из растворенного в нерастворимое состояние, а после отмирания выводят в осадок. Чем меньше организм, тем более краток его жизненный цикл, тем больше его многочисленных поколений и, следовательно, тем большая масса продуктов их отмирания поступает в осадок. Ежегодная продукция планктона (т.е. масса планктонных организмов, образующихся на протяжении года) во много раз превышает массу веществ, поступающих в Океан с речным стоком, вулканическими выбросами и эоловой пылью.
Движение воды в морях и океанах.Поверхность мирового океана никогда не бывает спокойной. Воды морей движутся в виде течений, волн, приливов и отливов. Волны то набегают на берег, то откатываются, обнажая прибрежную отмель. Высота волны в океане обычно 1,5-4 м, а при сильном шторме она может достичь величины 30-37 м. Скорость перемещения волн во время шторма достигает больших величин — 90-120 км/час. Во время сильных землетрясений, эпицентр которых находится на дне океана, или при извержении вулканов (подводных или находящихся на островах), возникают гигантские волны, движущиеся со скоростью до 500-700 км/ч, способные вызвать катастрофические разрушения при выходе на сушу.
Два раза в сутки в некоторых морях уровень воды повышается и два раза понижается, образуя приливы и отливы — море как бы «дышит». Причина отливов и приливов воды обусловлена притяжением Луны и Солнца дважды в сутки с периодом в 12 часов 26 минут. В открытом океане приливно-отливные движения почти не заметны, высота волны не превышает 1 метра, а в заливах, в устьях рек, в области шельфа они вызывают значительные колебания уровня воды. Высота волны достигает 20-21 метра. Так, в районе Пенжинской губы Охотского моря волны во время приливов поднимаются на высоту 11 метров, а в заливе Фунди, в Канаде, до 21 метра. Волны, возникающие в момент приливов, обладают большой энергией. Они передвигают вдоль берега обломки горных пород, разрушают берег.
Вода в Мировом океане перемещается. Горизонтальное перемещение масс воды в океане в виде огромных потоков, движущихся по определенным путям, называется океаническим течением. Оно может быть вызвано различными факторами, главными из которых являются различия в температуре и солености морской воды и влияние периодически дующих ветров. Холодные воды полярных областей имеют большую плотность, чем теплые воды тропиков, поэтому они, как более тяжелые, у полюсов погружаются на дно и движутся по направлению к экватору. Здесь воды сильно прогреваются, становятся менее плотными, поднимаются к поверхности и, как более легкие, направляются, соответственно, в сторону полюсов. Эти движения происходят постоянно, образуя замкнутый круговорот. Явление погружения более плотных охлажденных вод и подъема вверх менее плотных глубинных масс воды называется апвеллингом. В Мировом океане существует несколько стационарных апвеллингов – Канарский, Гвинейский, Бразильский, Бенгальский, Чилийско-Перуанский, Калифорнийский и др. Известны апвеллинги и в морях – Черном, Каспийском и др.
Течения бывают постоянные и периодические, теплые и холодные, поверхностные и глубинные. Одно из самых крупных течений земного шара зарождается у берегов Центральной Африки в Атлантическом океане. Отсюда воды, гонимые сильными ветрами, постоянно дующими от Африки к Центральной Америке, нагреваются и перемещаются в Мексиканский залив, вытекают из него со скоростью 9,3 км/ч гигантской «рекой в океане» — Гольфстримом, и далее вдоль берегов Сев. Америки устремляются к Европе. Из Северо-Ледовитого океана, мимо Гренландии проходит холодное течение Лабрадорское, а умеренную зону южных широт опоясывает медленное, но мощное холодное Антарктическое, или течение Западных ветров.
Геологическая работа донных течений.Главную роль в формировании донных водных масс играют антарктические воды. Например, Атлантико-Антарктическое донное течение в южной части Аргентинской котловины проходит через Фолклендский разлом, растекается в обе стороны и образует Западное Фолклендское донное течение. Скорость течения в среднем 13,5 см/с. Течение формирует придонные облака мути, так называемые нефелоиды. Результатом геологической деятельности Западно-Фолклендского течения является образование хребтов Ньюфаундленского и Блейк-Багамского. Морфологически эти хребты представляют собой гигантские аккумулятивные тела, сложенные илами и песчаниками. Мощность отложений 1,5-2 км. Накопление начало формироваться с конца палеоцена. Скорость накопления материала в антропогене составила 0,19 мм/год. В Тихом океане была выделена крупная аккумулятивная форма — Восточно-Тихоокеанский экваториальный вал между 6° и 12° с.ш.. Мощность вала составила более 500 м. Долина Вима, созданная донным течением и врезанная в дно прохода РидГранди, соединяет Аргентинскую и Бразильскую котловины Атлантического океана. Длина долины более 650 км, ширина 3-10 км, глубина врезания 700 м. Наряду с работой донных океанических течений осуществляется геологическая деятельность течений на поверхности океанов и морей, в океане и непосредственно у береговой линии.
Источник