地球表麵是崎嶇不平的,我們可以用海陸起伏曲線表示陸地各高度帶和海洋各深度帶在地表的分布麵積和所占比例。地球上的海洋,不僅麵積超過陸地,而且它的深度也超過了陸地的高度。深度大於3000m的海洋約占海洋總麵積的75%;而高度不足1000m的陸地占其總麵積的71%。海洋的平均深度達3795m,而陸地的平均高度卻隻有875m,兩者形成強烈對比(4.26∶1)。如果將高低起伏的地表削平,則地球表麵將被約2646m厚的海水均勻覆蓋。
海洋的劃分
地球上互相連通的廣闊水域構成統一的世界海洋。根據海洋要素特點及形態特征,可將其分為主要部分和附屬部分。主要部分為洋,附屬部分為海、海灣和海峽(圖2—7)。洋或稱大洋,是海洋的主體部分,一般遠離大陸,麵積廣闊,約占海洋總麵積的90.3%;深度大,一般大於2000m;海洋要素如鹽度、溫度等不受大陸影響,鹽度平均為35,且年變化小;具有獨立的潮汐係統和強大的洋流係統。
世界大洋通常被分為四大部分,即太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋,各大洋的麵積、容積和深度如表2—3所示。太平洋是麵積最大、最深的大洋,其北側以白令海峽與北冰洋相接;東邊以通過南美洲最南端合恩角的經線與大西洋分界;西以經過塔斯馬尼亞島的經線(146°51′E)與印度洋分界。印度洋與大西洋的界線是經過非洲南端厄加勒斯角的經線(20°E)。大西洋與北冰洋的界線是從斯堪的納維亞半島的諾爾辰角經冰島、過丹麥海峽至格陵蘭島南端的連線。北冰洋大致以北極為中心,被亞歐和北美洲所環抱,是世界最小、最淺、最寒冷的大洋。
表2—3世界各大洋的麵積、容積和深度
太平洋、大西洋和印度洋靠近南極洲的那一片水域,在海洋學上具有特殊意義。它具有自成體係的環流係統和獨特的水團結構,既是世界大洋底層水團的主要形成區,又對大洋環流起著重要作用。因此,從海洋學(而不是從地理學)的角度,一般把三大洋在南極洲附近連成一片的水域稱為南大洋或南極海域。聯合國教科文組織(UNESCO)下屬的政府間海洋學委員會(IOC)在1970年的會議上,將南大洋定義為:“從南極大陸到南緯40°為止的海域,或從南極大陸起,到亞熱帶輻合線明顯時的連續海域。”
海是海洋的邊緣部分,據國際水道測量局的材料,全世界共有54個海,其麵積隻占世界海洋總麵積的9.7%。海的深度較淺,平均深度一般在2000m以內。其溫度和鹽度等海洋水文要素受大陸影響很大,並有明顯的季節變化。水色低,透明度小,沒有獨立的潮汐和洋流係統,潮波多係由大洋傳入,但潮汐漲落往往比大洋顯著,海流有自己的環流形式。
按照海所處的位置可將其分為陸間海、內海和邊緣海。陸間海是指位於大陸之間的海,麵積和深度都較大,如地中海和加勒比海。內海是伸入大陸內部的海,麵積較小,其水文特征受周圍大陸的強烈影響,如渤海和波羅的海等。陸間海和內海一般隻有狹窄的水道與大洋相通,其物理性質和化學成分與大洋有明顯差別。邊緣海位於大陸邊緣,以半島、島嶼或群島與大洋分隔,但水流交換通暢,如東海、日本海等。
海灣是洋或海延伸進大陸且深度逐漸減小的水域,一般以入口處海角之間的連線或入口處的等深線作為與洋或海的分界。海灣中的海水可以與毗鄰海洋自由溝通,故其海洋狀況與鄰接海洋很相似,但在海灣中常出現最大潮差,如我國杭州灣最大潮差可達8.9m。
需要指出的是,由於曆史上形成的習慣叫法,有些海和海灣的名稱被混淆了,有的海叫成了灣,如波斯灣、墨西哥灣等;有的灣則被稱作海,如阿拉伯海等。世界上主要的海和海灣如表2—4所示,其中麵積最大、最深的海是珊瑚海。
表2—4世界主要的海和海灣(資料來源同表2—3)
海峽是兩端連接海洋的狹窄水道。海峽最主要的特征是流急,特別是潮流速度大。海流有的上、下分層流入、流出,如直布羅陀海峽等;有的分左、右側流入或流出,如渤海海峽等。由於海峽中往往受不同海區水團和環流的影響,故其海洋狀況通常比較複雜。
海水的起源與演化
海水的形成與地球物質整體演化作用有關。一般認為海水是地球內部物質排氣作用的產物,即水汽和其它氣體是通過岩漿活動和火山作用不斷從地球內部排出的。現代火山排出的氣體中,水汽往往占75%以上,據此推測,地球原始物質中水的含量應當較高。地球早期火山作用排出的水汽凝結為液態水,積聚成原始海洋,還有些火山氣體溶解於水,從而轉移到原始海洋中,而另一些不溶或微溶於水的氣體則組成了原始大氣圈。
在漫長的地球演化過程中,海水因地球排氣作用不斷累積增長,最初的原始海洋體積可能有限,深海大洋的形成也要晚些。根據對海洋動物群種屬的多樣性分析,至少在寒武紀以前就出現了深海大洋。
海水的化學成分,一是來源於大氣圈中或火山排出的可溶性氣體,如CO2,NH3,Cl2,H2S,SO2等,這樣形成的是酸性水;二是來自陸上和海底遭受侵蝕破壞的岩石,受蝕破壞的岩石為海洋提供了鈉、鎂、鉀、鈣、鋰
遠超過從岩石中吸取出的數量。因此,海水中鹽類的陰離子主要是火山排氣作用的產物,而陽離子則由被侵蝕破壞的岩石產生,其中有很大部分是通過河流輸入海洋的。另外,受蝕的岩石也為海洋提供了部分可溶性鹽。
前寒武紀晚期以來,盡管地球上的海水量繼續增加,特別是各種元素和化合物從陸地或通過火山活動源源不斷地輸入海洋,然而,海洋生物調節著海水的成分,促使碳酸鹽、二氧化矽和磷酸鹽等沉澱下來,硫酸鹽、氯化物的含量相對增加,鈣、鎂、鐵等大量沉澱,鈉則明顯富集,於是海水的成分逐漸演變而與現代海水成分相近。根據對動物化石的研究,在顯生宙期間,海水的鹽度變化不大。這說明,由於海洋生物的調節作用,世界大洋水的成分自古生代以來已處於某種平衡狀態中。
總之,大洋海水的體積和鹽分的顯著變化發生在前寒武紀的漫長地球曆史時期,自古生代(距今約6×108年)以來,大洋水的體積和鹽度已大體與現代相近。
海底的地貌形態
海岸帶
世界海岸線全長44×104km,它是陸地和海洋的分界線。由於潮位變化和風引起的增水—減水作用,海岸線是變動的。水位升高便被淹沒,水位降低便露出的狹長地帶即是海岸帶。目前,世界上約有2/3的人口居住在狹長的沿海地帶,海岸帶的地貌形態及其變化對人類的生活和經濟活動具有重大意義。
海岸帶是海陸交互作用的地帶。海岸地貌是在波浪、潮汐、海流等作用下形成的。現代海岸帶一般包括海岸、海灘和水下岸坡三部分(圖2—8)。海岸是高潮線以上狹窄的陸上地帶,大部分時間裸露於海水麵之上,僅在特大高潮或暴風浪時才被淹沒,又稱潮上帶。海灘是高低潮之間的地帶,高潮時被水淹沒,低潮時露出水麵,又稱潮間帶。水下岸坡是低潮線以下直到波浪作用所能到達的海底部分,又稱潮下帶,其下限相當於1/2波長的水深處,通常約10~20m。
海岸發育過程受多種因素影響,交叉作用十分複雜,故海岸形態也錯綜複雜,國內外至今沒有一個統一的海岸分類標準。中國海岸帶和海塗資源綜合調查《簡明規程》將中國海岸分為河口岸、基岩岸、砂礫質岸、淤泥質岸、珊瑚礁岸和紅樹林岸等六種基本類型。
大陸邊緣
大陸邊緣是大陸與大洋之間的過渡帶,按構造活動性分為穩定型和活動型兩大類。
一、穩定型大陸邊緣
穩定型大陸邊緣沒有活火山,也極少地震活動,反映了近代在構造上是穩定的,以大西洋兩側的美洲和歐洲、非洲大陸邊緣比較典型,故也稱大西洋型大陸邊緣,此外也廣泛出現在印度洋和北冰洋周圍。穩定型大陸邊緣由大陸架、大陸坡和大陸隆三部分組成。
大陸架簡稱陸架,亦稱大陸淺灘或陸棚。根據1958年國際海洋法會議通過的《大陸架公約》,大陸架定義為“鄰接海岸但在領海範圍以外深度達200m或超過此限度而上覆水域的深度容許開采其自然資源的海底區域的海床和底土”,以及“鄰近島嶼與海岸的類似海底區域的海床與底土”。依自然科學的觀點,大陸架則是大陸周圍被海水淹沒的淺水地帶,是大陸向海洋底的自然延伸。其範圍是從低潮線起以極其平緩的坡度延伸到坡度突然變大的地方為止。坡度陡然增加的地方稱為陸架坡折或陸架外緣,因此陸架外緣線不是某一特定深度。大陸架最顯著的特點是坡度平緩,平均坡度隻有0°07′,其內側比外側更緩。大陸架的寬度與深度變化較大,如北冰洋陸架寬度可超過1000km;其深度取決於陸架坡折處的深度,如北冰洋的西伯利亞和阿拉斯加陸架寬達700km以上,外緣深度不足75m,但其東麵的加拿大岸外陸架寬約200km,陸架外緣深度卻超過500m。東海大陸架是世界較寬的大陸架之一,最大寬度達500km以上,其外緣深度130~150m。在漫長的地質時期中,大陸架曾屢經滄桑,如第四紀冰期的末次亞冰期,全球海麵平均下降130m左右。冰後期氣候轉暖,海平麵又逐漸回升,距今約6000年,海平麵與現代接近。海麵下降時大陸架成為陸地,海麵上升時成為海底。現代大陸架是經過陸上和海洋各種營力交替作用的地區,並留下這些作用產生的地貌形態。大陸架表麵常見的地形主要有:(1)沉沒的海岸階地;(2)中、低緯地帶沉溺的河穀和高緯地帶沉溺的冰川穀;(3)海底平坦麵,如大西洋陸架上可劃分出6~9級海底平坦麵;(4)水下沙丘、丘狀起伏和冰磧灘等微地貌形態。
大陸坡是一個分開大陸和大洋的全球性巨大斜坡,其上限是大陸架外緣(陸架坡折),下限水深變化較大。大陸坡的坡度一般較陡,但不同海區差別很大,Sherpard(1973)計算的世界大陸坡的平均坡度為4°17′。穩定型陸緣的大陸坡一般寬度大、坡度小,如大西洋為3°05′,印度洋為2°55′,坡度均小於世界平均值;但全球陸坡最陡的海域卻分布在穩定型陸緣,如斯裏蘭卡岸外陸坡達35°~45°。多數大陸坡的表麵崎嶇不平,其上發育有複雜的次一級地貌形態,最主要的是海底峽穀和深海平坦麵。海底峽穀是陸坡上一種奇特的侵蝕地形,它形如深邃的凹槽切蝕於大陸坡上,橫剖麵通常為不規則的“V”型,下切深度數百米甚至上千米,穀壁最陡40°以上,與陸上河穀極為相似。關於海底峽穀的成因目前還有爭論,多數人認為是由於濁流侵蝕作用所致,它是把陸源物質從陸架輸送到坡麓及深海區的重要通道。深海平坦麵是大陸坡表麵坡度接近水平(<0°30′)的麵,寬數百米至數千米,長數十千米。大西洋大陸坡上可識別出三個較大的平坦麵,水深分別是550m,1650m和2950m,呈階梯分布。其成因可能是陸坡發育過程中岩性差異侵蝕或夷平麵斷陷所致。
大陸隆又叫大陸裾或大陸基,是自大陸坡坡麓緩緩傾向洋底的扇形地,位於水深2000~5000m處。它跨越陸坡坡麓和大洋底,是由沉積物堆積而成的沉積體。大陸隆表麵坡度平緩,沉積物厚度巨大,常以深海扇的形式出現。大陸隆的巨厚沉積是在貧氧的底層水中堆積的,富含有機質,具備生成油氣的條件。地震探查證實富含沙層的大陸隆很可能是海底油氣資源的遠景區。
二、活動型大陸邊緣
活動型大陸邊緣與現代板塊的彙聚型邊界相一致,是全球最強烈的構造活動帶,集中分布在太平洋東西兩側,故又稱太平洋型大陸邊緣。太平洋型大陸邊緣的最大特征是具有強烈而頻繁的地震(釋放的能量占全世界的80%)和火山(活火山占全世界80%以上)活動,有環太平洋地震帶和太平洋火環之稱。
太平洋型大陸邊緣又可進一步分為島弧亞型和安第斯亞型兩類,兩者都以深邃的海溝與大洋底分界(圖2—10)。海溝是由於板塊的俯衝作用而形成的深水(>6000m)狹長窪地,往往作為俯衝帶的標誌。海溝長數百至數千千米,寬數千米至數十千米,橫剖麵呈不對稱的“V”形,一般是陸側坡陡而洋側坡緩。全球已識別的海溝20多條,絕大多數分布在太平洋周緣,其中深度超過萬米的6條海溝也全部在太平洋(表2—5)。
表2-5全球溝-弧體係
注:①括號裏的名稱是別稱或以前曾用過的名稱。
②據“海洋測繪”(1996年第4期),世界最深的馬裏亞納海溝為10920±10m。此前最大深度通用11034m。
島弧亞型大陸邊緣主要分布在西太平洋,其組成單元除大陸架和大陸坡外一般缺失大陸隆,以發育海溝-島弧-邊緣海盆地為最大特點。這類大陸邊緣的島嶼在平麵分布上多呈弧形凸向洋側,故稱島弧,大都與海溝相伴存在。在島弧與大陸之間以及島弧與島弧之間的海域稱為邊緣海,其中的深水盆地往往具有洋殼結構,深達數千米。因位於島弧後方(即陸側),又叫弧後盆地。海溝、島弧和弧後盆地具有成生聯係,從而構成溝-弧-盆體係。
安第斯亞型大陸邊緣分布在太平洋東側的中美-南美洲陸緣,高大陡峭的安第斯山脈直落深邃的秘魯-智利海溝,大陸架和大陸坡都較狹窄,大陸隆被深海溝所取代,形成全球高差(15km以上)最懸殊的地帶。
大洋底
位於大陸邊緣之間的大洋底是大洋的主體,由大洋中脊和大洋盆地兩大單元構成。
一、大洋中脊
大洋中脊又稱中央海嶺,是指貫穿世界四大洋、成因相同、特征相似的海底山脈係列。它全長6.5×104km,頂部水深大都在2~3km,高出盆底1~3km,有的露出海麵成為島嶼,寬數百至數千千米不等,麵積占洋底麵積的32.8%,是世界上規模最巨大的環球山係。
大洋中脊體係在各大洋的展布各具特點。在大西洋,中脊位居中央,延伸方向與兩岸平行,邊坡較陡,稱為大西洋中脊;印度洋中脊也大致位於大洋中部,但歧分三支,呈“入”字型展布;在太平洋內,因中脊偏居東側且邊坡平緩,故稱東太平洋海隆。
大洋中脊的北端在各大洋分別延伸上陸,如印度洋中脊北支延展進入亞丁灣、紅海,並與東非大裂穀和西亞死海裂穀相通;東太平洋海隆北端通過加利福尼亞灣後潛沒於北美大陸西部;大西洋中脊北支伸入北冰洋的部分成為北冰洋中脊,在勒拿河口附近伸進西伯利亞。太平洋、印度洋和大西洋中脊的南端互相連接,東太平洋海隆的南部向西南繞行,在澳大利亞以南與印度洋中脊東南支相接,印度洋中脊的西南分支繞行於非洲以南與大西洋中脊南端相連。