Курс лекций по инженерной геологии (стр. 38 )

Лекция 16. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ МОРЕЙ И ОКЕАНОВ

Система Мирового океана, включающая все сообщающиеся моря и океаны, — уникальное природное явление, существующее лишь на одной планете Солнечной системы. Огромная масса воды — около 1,4 млрд км3, покрывающая 2\3 поверхности земного шара, оказывает определяющее воздействие на многие современные планетарные процессы и является важным фактором геологического развития Земли.

Хотя людям издавна были знакомы прибрежные моря, они интуитивно ощущали величие Океана, которому придавали мистическое значение. Систематическое географическое познание системы Мирового океана было начато лишь в самом конце ХV в. и продолжалось более 400 лет. Особо важные открытия, позволившие понять геохимию Океана, геологическое строение его дна, динамику разнообразных процессов, протекающих в разных частях и на разных глубинах морей и океанов, приходятся на ХХ в., особенно на его вторую половину. В ХХ в. окончательно сложилась и быстро развивается особая наука — океанология, занимающая одно из ведущих мест среди наук о Земле.

Морфология дна Океана

В обобщенном профиле дна Океана в самом первом приближении выделяются следующие морфологические элементы: шельф, континентальный (материковый) склон и ложе Океана. Шельф, или континентальная отмель, представляет собой затопленную морем окраинную часть материка. Материковый склон простирается до глубины 2,5 км; в его основании выделяют материковое подножие (2,5—3,5 км глубины). Постепенный склон от континента к ложу Океана типичен для Атлантического океана, в то время как континентальный склон Тихого океана нарушается вытянутыми выступами островных дуг и впадинами окраинных морей. Большую часть площади занимает ложе Океана, располагающееся в интервале глубин от 3,5 до 6 км.

Каждому из перечисленных морфологических элементов соответствуют свои формы рельефа. Поверхность шельфа сохраняет рельеф суши, существовавший до затопления морем, вплоть до структуры гидрографической сети и очертаний отдельных речных долин, как это имеет место на шельфе Северного моря.

Континентальный склон расчленяют глубокие каньоны, врезанные в поверхность склона на многие сотни метров и распространяющиеся на подножие склона и соседние участки океанического дна.

Особенно сложно устройство поверхности океанического ложа. Срединно-океанические хребты, разделяющие обширные подводные равнины, представляют собой горные сооружения высотой 3—4 км при ширинё от 200—300 км до 1000 км. Они рассечены глубокими продольными разломами, ограничивающими протяженные рифтовые долины, занимающие осевые части хребтов.

Срединные хребты образуют сложную систему. Их общая протяженность оценивается в 60 тыс. км. Для Мирового океана также характерна система глубоководных желобов —наиболее глубоких депрессий океанического ложа. Система глубоководных желобов еще более протяженная, чем система срединных хребтов и составляет 80 тыс.  км.
На равнинах океанического ложа имеются крупные выступы — горы вулканического происхождения, местами образующие цепи. В частности, в центральной области Тихого океана протянулась цепь подводных вулканических выступов, выходящая в районе Гавайских островов на поверхность. Характерным элементом ложа океанов являются гайоты — высокие плосковершинные выступы вулканического происхождения, местами образующие крупные подводные плато.

Таковы основные черты морфологии дна океанов. Морфология морей различна. Выделяются котловинные моря, приуроченные к подвижным участкам земной коры материков, и эпиконтинентальные моря, представляющие собой покрытые морем поверхности континентов, расположение либо на их периферии, как, например, Северное море, либо на внутриматериковых участках, например Балтийское и Белое моря. Среди котловинных морей также имеются внутренние (например, Черное и Средиземное) и окраинные (Охотское, Японское и др.).

Химический состав морской воды

Характерная и всем известная черта морской воды — ее соленый вкус, чем она отличается от пресной воды рек. Соленость определяется количеством всех солей, присутствующих в растворенном состоянии в единице массы воды. Единицей измерения служит промилле (%o) — тысячная доля массы (или 0,1% массы).

Соленость морской воды изменяется на разных участках океанов от 32 до 39%, а во внутриконтинентальных морях еще больше: от 14—15% в опресненных морях типа Азовского, до 41—49% на разных участках Красного моря. Среднее значение солености принято равным З5%о.

Среди растворенных солей преобладают хлориды, сульфаты и бикарбонаты Nа, Мg, Са и К при доминировании хлоридов натрия. Суммарное количество солей, растворенных в водах всех морей и океанов, составляет около 5*1016 т (около 50 тыс. млрд. т).

Концентрация главных солей в морской воде далека от их пересыщения и выпадения из раствора. Лишь только в отдельных заливах, систематически пополняемых морской водой и находящихся в сухом и жарком климате, содержание солей достигает состояния пересыщенных растворов и происходит осаждение и кристаллизация солей.

Не следует думать, что соленая морская вода представляет собой испарявшуюся на протяжении миллионов лет речную воду. Действительно, все реки ежегодно приносят в Мировой океан около 4 млрд. т растворимых солей, но их состав совсем иной. Среди анионов в речных водах преобладают НСО3 и СO3, которые в морской воде находятся в наименьшем количестве. В то же время в морской воде сульфатов в 200 раз, а хлоридов в 3000 раз больше, чем в речной.

  Замечательная геохимическая особенность воды морей и океанов заключается в том, что несмотря на колебания солености, соотношение главных ионов остается постоянным.

Формирование солевого состава Мирового океана — сложный и сих пор еще не до конца выясненный процесс. Важную роль в нем играли процессы дегазации мантии — вынос паров и газов ее вещества. Вулканы беспрестанно выносят газообразные соединения серы, соляной кислоты, соединений фтора, брома, йода. Но главным компонентом вулканических газов являются пары воды. По-видимому, в результате такого выноса паров воды и кислот из недр Земли и был образован первичный океан. На протяжении длительного времени кислые воды  выщелачивали катионы из минералов, слагавших вулканические горные породы, и образовывали водорастворимые соли. В частности, соляная кислота превращалась в хлорид натрия и кислые воды первичного океана постепенно трансформировались в соленые.

Важное значение в поддержании существующего солевого режима Мирового океана имеет массообмен солей между морем и сушей. Известна роль ветра в образовании континентальных аэрозолей — мельчайших твердых частиц, захваченных ветром с поверхности суши и некоторое время удерживаемых в тропосфере. Не менее важную роль играет ветер в образовании морских аэрозолей: он захватывает брызги морских волн, которые моментально высыхают и превращаются в мельчайшие кристаллики солей, становящиеся ядрами аэрозолей. На протяжении года в тропосферу поступает около 5 млрд. т солей в виде морских аэрозолей. Большая часть их возвращается на поверхность морей и океанов, а оставшаяся часть переносится на сушу, где выпадает с атмосферными осадками, а затем выносится с речным стоком в систему Мирового океана. Аналогичный механизм действовал в период существования первичного океана, а кислые дожди способствовали выщелачиваванию катионов из горных пород на суше и образованию солей.
Весьма важным фактором, влияющим на солевой состав Мирового океана непосредственно и через регулирование газового режима, является жизнедеятельность организмов, населяющих моря и океаны.

В результате совместного действия перечисленных факторов произошло глубокое преобразование состава воды первичного океана и сформировался его существующий соленой состав.

Газовый режим морей и океанов

Газы, растворенные в воде Мирового океана, содержатся в соответствии с парциальным давлением газов, образующих атмосферу. Она в основном состоит из азота (75,5%), кислорода (23%) и аргона (1,28%). Эти газы соответственно растворены в морской воде. В среднем в 1 г морской воды содержится: азота — 13 см3, кислорода — от 2 до 8 см3, аргона — 0,32 см3.

Исключение составляет углекислый газ, которого в атмосфере всего 0,03 %, а в морской воде содержится больше. Это происходит потому, что этот газ при растворении вступает в химическое взаимодействие с водой, образуя угольную кислоту. Угольная кислота как двухосновная диссоциирует ступенчато. По этой причине в морской воде растворяется собственно углекислого газа 1 мг/л, а с продуктами диссоциации угольной кислоты его содержится до 45—50 мг/л.

Углекислый газ в большем количестве растворяется в холодных водах приполярных районов. Охлаждаясь, эти воды увеличивают свою плотность и опускаются на глубину. Перемещаясь к экватору, они постепенно нагреваются, поднимаются наверх и освобождаются от избытка СО2.

Водная толща Океана определенным образом стратифицирована, расслоена по глубине. В самом поверхностном слое, куда проникают солнечные лучи, активно развивается биогенный процесс фотосинтеза, сопровождающийся выделением кислорода. Этот слой буквально насыщен кислородом, который не только растворяется в воде, но также выделяется в виде мелких пузырьков. Перемешивание воды, вызванное волнениями на поверхности, распространяется глубже, но не более 200 м. Перенос кислорода в более глубокие слои Океана осуществляют мощные течения.

Распределение температуры поверхностного слоя подчиняется географической зональности. В тропическом поясе температура круглый год постоянная, незначительно отклоняясь от 27—28° С. В приполярных районах температура зимой 1—2°С, летом несколько повышается. В нижних слоях Океана температура постоянно низкая (1—3°С в придонном слое).

Отмеченные закономерности распределения температуры воды на глубине нарушаются проявлениями подводного вулканизма вблизи активных срединных хребтов и районов подводного вулканизма. Изливающиеся базальтовые лавы имеют температуру 1000— 1200°С. Вода проникает в базальты и нагревается. В результате мощных гидротерм вода также нагревается, причем масса нагретой до 10—20°С воды поднимается на большую высоту.