海洋学-第1章 地球与海洋

1、海洋学,第一章 地球与海洋,第一节 地球的基础知识 第二节 海与洋 第三节 海底地形 第四节 海陆变迁 第五节 海底矿物资源,本章主要内容,一、地球的宇宙环境 宇宙：由各种形态的天体和电磁波等物质组成 宇宙范围：半径约150亿光年 宇宙中的星系：约有10亿个星系 天体系统：天体常常聚集成一个个天体群 天体系统的级别：地-月系统、太阳系 、银河系,一、地球的宇宙环境 太阳系的范围：以冥王星轨道为边界，直径为118108km 太阳周围的星体： 类地行星：水星、金星、地球和火星。 类木行星：木星、土星、天王星和海王星。 地球自转、地球公转,地球自转速度：长期变慢 一个世纪内，每日的长度平均增加12m

2、s 科学家发现，13亿年前，每年有540天。 3.7亿年前，一年约有400天左右 国际天文组织测量发布：1984年6月30日增加1秒；1987年12月31日增加1秒。 19721989出现了14次闰秒，地球约每15个月就要转慢1秒。此数据不能用作预测闰秒。 1998年12月31日23时59分59秒闰秒 2005年12月31日23时59分59秒闰秒（相隔7年） 2008年12月31日23时59分59秒闰秒（相隔3年）,闰秒实施举例：零八年实施的一次闰秒 协调世界时： 23时59分59秒（2008年12月31日） 23时59分60秒（2008年12月31日） 00时00分00秒（2009年1月1日

3、） 北京时间： 7时59分59秒（2009年1月1日） 7时59分60秒（2009年1月1日） 8时00分00秒（2009年1月1日）,变慢原因：潮汐摩擦，引起地球自转角动量减少,二、地球的形状和大小,1地球的形状 20世纪60年代，两名英国大地测量学者根据27颗人造地球卫星速度变化资料，精确计算出地球的形状，表明地球实际上是一个梨状体，其北极外凸18.9km，南极凹进25.8km，赤道也不是圆形。,2地球的大小 赤道半径a 6378.160km; 极半径b 6356.755km; 地球扁平率 0.0033529 赤道周长 40075.24km 子午线周长 40008.08km; 表面面积 5

4、10 070 100平方公里(约五亿平方公里); 地球体积 1 083 l57 900 000立方公里(约一万亿立方公里),三、地球的外部圈层,太阳风：从太阳向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流，主要成分是电离氢和电离氦。 磁层：在地球磁场的反抗下，太阳风绕过地球磁场，继续向前运动，于是形成了一个被太阳风包围的、慧星状的地球磁场区域,磁层和大气层将对生命有害的高能辐射和带电离子阻挡或吸收。,极光现象： 地球磁场形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，进入地球的两极地区。两极的高层大气，受到太阳风的轰击后会发出光芒，形成极光。,四、地球的内部

5、结构,划分依据（地震波传播速度不连续，突然急剧减少） 第一个不连续界面（莫霍面）： 深度不一致，在大陆区较深，可达90+km以上； 在大洋区较浅，甚至不到5km 第二个不连续界面（古腾堡面）：深度在2898km处,四、地球的内部结构,1.地核 地球上层较重的铁、镍等物质逐渐熔融，并渗过硅酸盐物质向地心流动而形成地核 内核：固体 外核：液态,2.地幔 地内深处较轻的硅酸盐物质也相继熔融浮到地球上部，形成地幔 上地幔：由较重的橄揽岩层组成 下地幔：由金属硫化物、氧化物组成的铬、铁、镍层 上下地幔均能传播地震纵波和横波，所以为固态物质层 地热来源：地球内部放射性的物质衰变所产生的巨大热量，对地球的形

6、成与演化有重大意义,四、地球的内部结构,3.地壳 大洋地壳 较轻的硅镁质岩浆上移至地壳下层凝结，构成玄武岩地壳 大陆地壳 最轻的硅铝质岩浆升到地球最上层，构成花岗岩地壳,五、 地球的起源与地质时代 1.地球的起源,约在5060亿年前,存在一个巨大的气体尘埃星云，叫做太阳云 太阳云不稳定地自转, 在自身引力作用下进行收缩，使大量物质聚集于中心部分(图A),体积缩小导致自转速度加快，离心力随之加大，太阳云逐渐变成圆盘状 太阳云在收缩过程中，密度、压力加大，导致温度急剧上升，产生氢聚变为氦的核反应，产生了光芒四射的原始太阳(图B),五、 地球的起源与地质时代 1.地球的起源,原始太阳抛出的物质参加到

7、围绕它旋转的圆盘中去。 尘埃物质作为气体凝聚的核集结成一个个大小团块，并沿赤道下沉，形成一圈一圈有规律间隔的尘环。 环内物质在不均匀引力作用下，大质点吸引小质点，逐渐聚结成为行星胚胎(图C)，最终形成行星。,五、 地球的起源与地质时代 1.地球的起源,2.地球的地质年代 绝对地质年龄 代、纪、世 相对地质年代,A、绝对年代的确定方法（同位素法）,根据岩石中存在的微量放射性元素蜕变规律测定。 当矿物岩石一旦形成，它们中所含的放射性同位素便按一定规律衰变，即从母体变为子体，这两者含量直接与衰变时间有关，而且不受环境变化影响。 铀235变铅207的半衰期是7.04亿年，铀238变成铅206是45亿年

8、，钾40变成氩40是125亿年，而碳14半衰期为5730年. 现今测得的地球上最古老的岩石年龄为42亿年。 推断原始地球形成的年龄为46亿年。 测得的陨石年龄为45.5亿年。,利用地层中所含化石来确定地层的年代。 生物演化是由简单到复杂，由低级到高级，生物种属由少到多，而且这种演化和发展是不可逆的。 时代越老，所具有的生物类别越少，生物越低级，构造越简单；时代越新，所具有的生物类别越多，生物越高级，构造越复杂。 在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较低级，构造较简单；在时代较新的岩石中保存的生物化石相对较高级，构造较复杂。,B、相对年代的确定方法（古生物法）,古生代 三叶虫,中生代 菊石,两亿

9、年前,一亿年前,第一节 地球的基础知识 第二节 海与洋 第三节 海底地形 第四节 海陆变迁 第五节 海底矿物资源,本章主要内容,一、地表海陆分布,二、海水起源 1.水的组成 海水97%，冰川2.25%，河水、湖水及地下淡水1% 大气中的汽态水，比例极小 2.当量水深 海水的当量深度应为27002800m 大气中水汽的当量深度3cm,3.海水的形成 (1) 海水水体来源：来自地球内部地下的岩石 地壳增温，岩石结晶水变成产生水汽。 岩浆活动或火山爆发，水汽跑到地球的外部，变成汽态水， 以雨滴的形式降落到地球表面上来，形成原始的水圈。 (2) 海水中盐分来源： 基岩的溶解提供给海水的盐分； 海底火山

10、的喷发活动不断增加海水中的氯化物和硫酸盐的含量； 陆地上大量的火成岩和矿物质风化、侵蚀和溶解后形成的盐由河流输送到海洋里。 海水的平均盐度：35,(3)形成特点：逐渐积累 原始海洋中的海水约为目前海水的1/10。现在地球上有这样多的海水，无疑是经过十几甚至几十亿年的逐渐积累而成的。 一方面因地表上河水最后的归宿是大海，而河水流经陆地时总带有一定量的盐分；另一方面，大面积海水的唯一去路是蒸发，而蒸发出去的总是淡水。这就是海水中的盐分在太阳能和重力的作用下逐渐积累的过程。,三、海洋的划分,三、海洋的划分,海与洋对比,3. 洋的划分 地理位置划分：太平洋、大西洋、印度洋 、北冰洋 主要从这七个方面进

11、行比较： 地理位置、 面积、形状、水深、温度、海岸特点、岛屿数量,北：经白令海峡与北冰洋连接 白令海峡 宽：约85公里 深：3050米 位于亚洲最东点的迭日涅夫角和美洲最西点的威尔士王子角之间。 在海峡中，有两个分别属于俄、美的小岛，日界线便从两岛之间通 过，因此，在两个相距仅有4公里的地方，却隔着一天的日期。 威尔士王子角所在的阿拉斯加半岛，是白令于1741年发现的，以后俄国皮毛商人还在这里建立了村落。但是，这片当年十分荒凉的冰天雪地，被沙皇于1867年以720万美元的价格卖给了美国。现在的阿拉斯加州，已经成了“能源的源泉”而身价倍增。,东：经巴拿马运河和麦哲伦海峡、德雷克海峡沟通大西洋 巴

12、拿马运河 长：81.3Km, 深:1315m, 宽:150304 m 整个运河的水位高出两大洋26m 设有6座船闸 船舶通过运河一般需要9个小时 西：经马六甲海峡通印度洋 马六甲海峡 长：约l080公里 宽：西北部最宽达370公里 东南部最窄处:37公里。,西南: 以通过非洲南端好望角的经线(东经2O) 同大西洋分界 好望角： 惊涛骇浪常年不断，常常有“杀人浪”出现，这种海浪前部犹如悬崖峭壁，后部则像缓缓的山坡，波高一般有1520米，航行到这里的船舶往往遭难，因此，这里成为世界上最危险的航海地段。 东南:以通过塔斯马尼亚岛的经线（东经147）与太平洋分界 南部:向南极洲敞开。,四大洋系统的有关

13、参数,4. 海的分类,1) 按海所处的位置,陆 间 海,4. 海的分类,1) 按海所处的位置,内 海,4. 海的分类,1) 按海所处的位置,边 缘 海,2) 按其连通性,有一些海湾名为湾，实为海，如墨西哥湾、比斯开湾、孟加拉湾等。 有一些海湾名为海，实为湾，如马尔马拉海、亚速海等。,世界主要海峡,第一节 地球的基础知识 第二节 海与洋 第三节 海底地形 第四节 海陆变迁 第五节 海底矿物资源,本章主要内容,一、海岸带 二、大陆边缘 三、大洋盆地 四、大洋中脊 五、无震海岭,一、海岸带 1. 定义 海岸线：把海平面升到最高处时与陆地的交线。 为测绘，统计方便，地图上的海岸线是人为规定的。一般地图

14、上的海岸线是现代平均高潮线。 海岸带：海陆之间的界限，水位升高便被淹没，水位降低便露出的狭长地带。 组成：海岸(潮上带)、海滩(潮间带)、水下岸坡(潮下带),海岸：高潮线以上狭窄的陆上地带，仅在特大高潮或暴风浪时才被淹没，又称潮上带。 海滩：高低潮之间的地带，高潮时被水淹没，低潮时露出水面，又称潮间带。 水下岸坡：低潮线以下直到波浪作用所能到达的海底部分，又称潮下带。,2. 海岸的基本类型,1). 基岩海岸,1). 基岩海岸 特点： 由坚硬的岩石组成，它是陆地山脉或丘陵延伸入海的边缘； 地势陡峭，坡陡水深，多岛屿、礁石； 海岸分布着向海突出的海岬和深入陆地的海湾，海岸线曲折，多天然深水港湾 分

15、布： 山东半岛、辽东半岛、杭州湾以南的浙、闽、粤、桂、琼、台 利用： 天然良港、旅游开发,2). 砂砾质海岸,2).砂砾质海岸 特点： 通常为堆积性海岸； 主要由砂和砾岩组成堆积物颗粒，通常较粗； 经海水冲刷和搬运形成向海洋缓缓倾斜的沙滩，往往形成沙堤、沙坝、沙丘等 分布： 海南、广西 利用： 海滨浴场,3). 淤泥质海岸,3).淤泥质海岸 特点： 主要由粘土和粉砂等组成； 主要分布在河口或平原地区； 海岸带宽大、海岸坡度小、海岸线平直 分布： 江苏、山东（黄河三角洲）、长江三角洲、河北等地 利用： 滩涂养殖,4). 生物海岸红树林,红树林的生态特性 a.胎生现象 种子还没有离开母体的时候就已

16、经在果实中开始萌发，长成棒状的胚轴。胚轴发育到一定程度后脱离母树，掉落到海滩的淤泥中，几小时后就能在淤泥中扎根生长。未能及时扎根在淤泥中的胚轴则可随着海流在大海上漂流数个月，在几千里外的海岸扎根生长。 b.特殊根系 很多支柱根自树干的基部长出，牢牢扎入淤泥中形成稳固的支架，使红树林可以在海浪的冲击下屹立不动。 c.呼吸系统 红树林植物具有呼吸根，呼吸根外表有粗大的皮孔，内有海绵状的通气组织，满足了红树林植物对空气的需求。每到落潮的时候，各种各样的支柱根和呼吸根露出地面，纵横交错，使人难以通行。 d.泌盐现象 热带海滩阳光强烈，土壤富含盐分，红树林植物多具有盐生和适应生理干旱的形态结构。红树林植

17、物具有可排出多余盐分的分泌腺体，叶片则为光亮的革质，利于反射阳光，减少水分蒸发。,4). 生物海岸珊瑚礁,由珊瑚虫的遗骸和分泌物堆积而成,4).生物海岸,二、大陆边缘 定义：大陆与海洋连通的边缘地带，包括大陆架、大陆坡、 大陆基以及海沟与岛弧。 分类：稳定型、活动型。 1.稳定性大陆边缘（大西洋型大陆边缘） 特点：无活火山，极少地震，构造上稳定 分布：以大西洋西侧的美洲和欧洲、非洲大陆边缘较典型 组成：大陆架、大陆坡、大陆隆,海底峡谷,2. 活动型大陆边缘（太平洋型大陆边缘） (1) 岛弧亚型 岛弧：岛屿在平面分布上多呈弧形凸向洋侧。 分布区域：西太平洋，如阿留申群岛、日本群岛、琉球群岛等。

18、最大特点：一般缺失大陆隆，海沟-岛弧-边缘海盆地。,2. 活动型大陆边缘（太平洋型大陆边缘） (1) 岛弧亚型 海沟：岛弧靠大洋一侧往往发育着呈长条状的巨大凹地，深度在六千米以上。 边缘海：在岛弧与大陆之间的海域，因位于岛弧后方，又叫弧后盆地。 海沟、岛弧和弧后盆地具有伴生联系，从而构成沟-弧-盆体系。 海沟与岛弧都不在大洋盆地中间，而是在大陆边缘分布着,2. 活动型大陆边缘（太平洋型大陆边缘） (2) 安第斯亚型 分布区域：太平洋东侧的中美-南美洲陆缘。 特征：大陆架和大陆坡都较狭窄，大陆隆被深海沟所取代，形成全球高差(15km以上)最悬殊的地带。,三、大洋盆地 定义：海洋的主体，其中主要部

19、分是水深40005000m的开阔水域，占海洋总面积的45%。,深海平原 Abyssal Plain 深海盆地中最平坦的部分，坡度小于l，平均深度4877m。 海底山 Ridge 在深海平原中地形比较突出，范围又不太大的孤立高地。 海峰 Crest 有一类特别突出的海底呈锥状，且比其四周海底高1000m以上，有的隐没于水下,有的露出海面。 海底平顶山：有一部分海底山顶部被海浪作用削平。 海盆：面积大，形状多少带盆状的洼地。 海槽：长而宽，且两侧坡度平缓的海底洼地。,1.定义： 大洋底部很重要的地势特征是呈线状分布的，具全球规模的海底隆起，它像屹立在大洋底部的巨大“山脉”，延伸四大洲，连绵数万里，

20、称为洋中脊或洋脊。,四、大洋中脊,2.特点： 洋脊上有火山、地震活动，还有很高的热流值。但震源浅、强度小。,四、大洋中脊,3.范围： 北端在各大洋分别延伸上陆，南端互相连接。顶部水深大多在2-3km，高出盆地1-3km，宽数百至数千千米。面积占洋底面积32.8%，全长7万余公里,四、大洋中脊,4.中央裂谷 轴部发育延其走向延伸的断裂谷地，向下切入1-2km，宽数十至一百多千米； 海底扩张中心和海洋岩石圈增生的场所； 其上有横向断裂，如罗曼奇断裂带，大西洋脊错移1000km以上。,四、大洋中脊,五、无震海岭 1.定义： 大洋盆地中还有一些比较开阔的隆起区，高差不大，顶部有较小的起伏，没有火山和构

21、造活动，是个比较宁静的地区，称为海底高地或海底高原。若分布是呈长条状的，则称为海岭。 与大洋中脊的区别： (l)其轴部无中央裂谷； (2)无横断海岭的转换断层； (3)现代火山局限于海岭的一个端点； (4)无地震活动或仅有火山活动引起的微弱地震,2. 无震海岭实例 北太平洋天皇-夏威夷海岭 天皇海岭几乎全在水下，整体呈西北偏北向。天皇海岭在屋久海山附近发生转折，转折后的这段称为夏威夷海岭，海岭上出露的岛屿即为夏威夷群岛。,3. 成因：热点-地幔柱假说 (1)热点假说 指板块内部现代火山活动的小区域; 热点相对于地球自转轴是固定的; (2)地幔柱假说 源于地幔深处呈圆柱状涌升的热地幔物质流。 热

22、点的岩浆直接源于地幔柱。,热点处的岩浆烧穿岩石圈板块，于其表面形成火山； 先形成的火山随板块运动移出热点，停止活动成为死火山； 在后面热点处又生成新火山;形成一串沿海底扩张方分布的由新到老的死火山链； 这种火山链位于稳定的板块内部，无地震活动，往往被称为无震海岭,Maui（毛伊岛、茂伊岛）,4.地幔柱一热点在研究板块运动学和动力学中的意义 地幔柱热点可作为确定板块绝对运动的参照系统; 无震海岭代表板块绝对运动的方向； 可求得当时板块绝对运动的线速度。 根据海岭上火山岩的年龄以及经过测年的火山之间的距离，以求得当时板块绝对运动的线速度。,第一节 地球的基础知识 第二节 海与洋 第三节 海底地形

23、第四节 海陆变迁 第五节 海底矿物资源,本章主要内容,一、地表形态的变化 二、大陆漂移假说 三、海底扩张说 四、板块构造学说,喜马拉雅山海洋生物的化石,一、地表形态的变化,二、大陆漂移假说,魏格纳Wegener,1,2,3,4,5,1. 大陆漂移说的证据： 古生物地理分布：有亲缘关系； 地质构造：大西洋两岸的岩石、地层和褶皱也相吻合； 古气候：两极地区有热带沙漠的征兆，而且在赤道森林中找到了冰盖。,2.大陆漂移说基本内容： 漂移层序： 轻的花岗岩(硅铝质)地壳，漂浮在较重的玄武岩(硅镁质)基底之上； 移动力： 由于地球自转离心力的作用和潮汐力的作用，到中生代之后，“泛大陆”就开始由东向西漂移。

24、,3.学说的作用： 解释大洋形成原因： 因漂移速度不同，就分裂成几块大陆，其间就形成了各个大洋。 解释山脉形成原因： 大陆漂移前缘，则受基底阻碍就被挤压，形成褶皱山脉。,4.大陆漂移说的缺陷： 着眼于地壳的水平运动 对引起漂移的驱动力论据还不够充分,1.对流说的证据：海面重力资料 2.对流说基本内容： 地幔对流 对流体被地核加热后上升到地壳下面，顺着地壳下层水平流动； 当一部分热通过地壳逐渐散失后，对流体变冷下沉，如此产生地幔对流。,三、对流说,3.学说的作用： 解释地壳水平运动： 对流体在水平方向流动时可以带动地壳底部，使地壳也跟着作缓慢移动。 解释海沟形成原因： 在大陆边缘部分，对流体下沉

25、牵动硅铝物物质下降，形成深海沟又叫地槽。 解释山脉形成原因： 当地幔上部的热流温度达到均一时，则停止对流。而被拉向深处的硅铝物质就遭到揉皱和局部熔化，此时便逐渐上升，形成山脉。 解释了地壳水平运动和升降运动的相互关系 解释了地壳运动的周期性,4.对流说的缺陷： 对大陆上各种构造形态的成因未能做出很好的解释。,1.海底扩张说证据： 洋脊两旁地磁异常正向和逆向条带是对称的； 海洋沉积物的地质年龄在洋脊两侧越远越老。,四、海底扩张说,2.海底扩张说基本内容 大洋中脊是新地壳产生地带。 洋脊带中央部位被一个坳陷很深的裂谷分成两排峰脊，而这洋脊轴部的裂谷是地壳张裂的结果。 地幔中的物质不断从这裂谷的裂缝

26、涌出来，并推动旧海底向两侧扩张，形成了新的海洋地壳。 早期形成的海底岩石圈又在海沟地方插入地下，退回地幔下部的软流圈中，被周围的高温熔化成岩浆，造成物质循环。 海底扩张的半速度，即每边的速度，每年约为 l5cm 大约每二、三亿年就使洋底岩石圈更新一次,五、板块构造学说,1.学说证据：许多学科的最新成果 2. 内容： 固态岩石圈漂浮在塑性的软流圈之上，在地球自转运动以及重力作用和热力作用的影响下，岩石圈产生断裂，遭到破坏，形成若干块体。,3. 板块的划分及特点 太平洋板块几乎全部是海洋，其余板块既包括大陆，又包括海洋。 板块的内部比较稳定，板块和板块交界的地带，地壳活动比较活跃，多火山地震。 板

27、块相向运动，碰撞挤压：相反方向运动，则张裂拉伸。,4. 大陆板块断裂形成大洋中脊,大陆板块发生深断裂，形成裂谷（如东非大裂谷，孕育新的大洋）,大陆板块发生深断裂，形成裂谷（如东非大裂谷，孕育新的大洋）,裂谷持续扩大，海水涌入，形成狭长的“年轻的海”（如红海）,4. 大陆板块断裂形成大洋中脊,大陆板块发生深断裂，形成裂谷（如东非大裂谷，孕育新的大洋）,“中年”大洋（如大西洋），比较宽阔，最初断裂处，上涌的岩浆形成典型的大洋中脊,裂谷持续扩大，海水涌入，形成狭长的“年轻的海”（如红海）,4. 大陆板块断裂形成大洋中脊,第一节 地球的基础知识 第二节 海与洋 第三节 海底地形 第四节 海陆变迁 第五

28、节 海底矿物资源,本章主要内容,一、滨海砂矿 二、海底石油和天然气 三、磷钙石和海绿石 四、锰结核和富钴结壳 五、海底热液硫化物 六、天然气水合物,一、滨海砂矿 1. 分类 非金属砂矿 重金属砂矿 宝石 稀有金属砂矿 2.我国砂矿概况 我国是世界上滨海砂矿种类较多的国家之一，矿种多达60多种，总探明储量达数亿吨。具有工业开采价值的主要有钛铁矿、锆石、金红石、磷钇矿、铌铁矿、钽铁矿及石英砂等。,第五节 海底矿物资源,二、海底石油和天然气 1.石油的成因 (1) 动植物遗体被埋葬 (2) 形成有机质 (3) 有机质转变成各种碳氢化合物的混合物原始油气 (4) 原始油气迁移，遇储油岩层，形成油气藏,第五节 海底矿物资源,2.我国的海上石油概况 中国沿海有广阔的大陆架，沉积层厚达数千米，估计油气储藏量可达数百亿吨，很有希望成为未来的“石油之海”。 目前中国近海已发现的大型含油气盆地有七个，它们分别是渤海盆地、南黄海盆地、东海盆地、台湾浅滩盆地、南海珠江口盆地、南海北部湾盆地和南海的莺歌海盆地。 东海石油储量约250亿吨,按目前每年消耗3亿吨计,可用80年。,第五节 海底矿物资源,我国蕴藏石油和天然气资源的海域有：渤海、 东