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海洋地质作用,谢建成合肥工业大学 资源与环境工程学院,1.海洋概述,海洋和陆地,是二大截然不同的地理单元:陆地占地表面积29%,海洋71%。海水的物理化学性质，海洋生物，海洋环境分区和海水的运动等，这四方面的特征对海洋地质作用的过程和产物有重要影响。,海水的物理性质,温度（光照；水深）:与热传导方式有关。底部稳定2-3度，表面随纬度变化而变化，洋流除外。密度:（1.02-1.03，略大于蒸馏水）比热容(3.9)：最大 1m3海水降低1c可使3千m3空气升高1c 压力（每下降10米增加一个大气压，岩石每3.7米增加一个大气压）。,海水的化学组成NaCl、MgCl2；MgSO4、CaSO4、KSO4；CaCO3，痕量元素，气体与氧等，含盐量33-38。0-200米水域富含O2(海洋植物的光合作用),较深水域动物吸入O2,呼出CO2;且有机物腐烂要消耗O2,故深水域缺O2富CO2。海水中CO2随压力及盐度增大而增大。,海水的化学组成,种类（浮、游泳、底栖）数量（海-陆比：69与54；20与2.5），分布（礁生态系-海洋绿洲）,作用（陆地：1/3只占1%面积）,海洋生物,海洋的环境分区,1.滨海区:低潮线与最大高潮线之间的海陆交互地带。2.浅海区，低潮线至水深200米地带。3.半深海区，200-2000米的地带。4.深海区，大于2000米的地带。,海洋共分为滨海（潮上，间，下带）、浅海、半深海、深海四种类型的环境空间。它们的水动力条件与运动方式；地形；水温、光照与生态特征都有所不同，因此其地质作用的过程和产物也各有差异。,海洋地质作用与海洋分区的关系,海与洋的区别,1.时代新(50Ma至今);2.基底多为陆壳(日本海与南海除外);3.面积小,水深小(日本海与南海除外);4.含盐度低、水温略高。,2.海水的运动,海水不能将自身的势能转化为动能而运动，从这一意义上讲，一般认为海水不是流水，而是静水。故海水只能在外界的影响下获得运动的能量并产生相应的运动方式，具体可以划分为海浪（或波浪），潮汐和洋流三种。,海 浪,海浪是海洋中波浪现象的总称。它是指海水在外力作用下，由于水质点离开平衡位置作周期性运动，从而向一定方向传播而形成起伏扩展的波状现象。波浪包括波峰、波谷、波长和波高四要素。海浪可以细分为风浪，潮波，海啸，气压波和船行波等多种类型。,波浪的成因类型与能量特征,波浪要素与浪基面,浪基面=1/2波长(波浪运动停止面),故波浪向下变小且传导的深度只能1/2波长。,波高,平均海平面,海底,波峰,波谷,风 浪,深水波：在深海或大洋形成的风浪，波的传播只是海水质点在平衡位置上作周期性圆周运动。,在水深不超过1/2波长的浅水区，波浪会因与海底之间的磨擦而逐渐变形直至破碎。,浅水波,波浪 倾浪 破浪,底流,激浪 洗浪,波形分类,进流,浅水区,深水区,后 滨 近 滨 前 滨倾浪带 破浪带 激浪带 冲洗带,海滩地形与波浪分带,陡岸激浪,浅滩洗浪,激浪和洗浪,岸流,波浪到达岸边后会形成方向不同的三种岸流：,海洋中沿固定方向以相对稳定的速度流动的水体洋流主要成因为：1.季风或信风及温差引起表层洋流。2.盐度和温差引起深层环流。3.浊流：是海洋中载有大量悬浮物质的高密度水下重力流。发生于特殊的部位大陆斜坡。,洋 流,洋流是海洋中大规模的海水所作的定向流动。地球上的洋流分布主要受盛行风、海水密度不均匀、地转偏向力、海底地形、海岸轮廓和岛屿等影响。流动方向既有水平方向的，也有垂直方向的。其中能循环起来的称为海洋环流。,洋 流,大西洋深海洋流循环,由月球和太阳的引潮力作用引起的海面周期性升降现象称为潮汐。潮汐引起的海水的周期性水平流动称潮流。,潮 汐,潮汐要素：,潮汐有四个位相,涨潮 平潮 落潮 停潮 涨潮,大潮,小潮,涨潮：海面升高，海水涌上海岸。落潮：海面下降，海水从海岸退回。高潮：涨潮时海水面最高处。低潮：落潮时海水面最低处。潮差：高潮与低潮的高差。大潮spring初一、十五；小潮 neap初八、二十二。,定义：海水对海底或海岸岩石的破坏作用。分为机械侵蚀和化学溶蚀两种。根据海岸地形及岩石出露情况分为：基岩海岸、沙质海岸、泥质海岸等。,3.海洋的剥蚀作用,基岩海岸的特点：海底地形坡度大，海浪的能量未耗损，可形成动能强大的拍岸浪，机械侵蚀作用十分强烈，是海蚀作用最强烈的地区。,基岩海岸的海蚀作用,基岩海岸的平衡剖面及其形成过程,波筑台,波切台,海蚀崖,海蚀礁,海蚀洞,海蚀柱,岸边激浪的强烈冲刷作用形成高度大致相同的凹槽，宽度大于深度的称海蚀穴；深度比宽度大的称为海蚀洞。冲入洞中的浪流及其对空气的压缩作用，可将洞顶击穿，称为海蚀窗。海蚀穴顶的岩石因下部掏空而不断崩塌，这样形成的悬崖称为海蚀崖。,海蚀地貌,海蚀崖不断后退，在陡崖的前方留下一个向海微倾斜的基岩平台，称为海蚀平台或波切台。由于岩性和构造的差异，波切台表面遍布几十厘米高的岩脊，称岩脊滩。向海突出的岬角同时遭受两个方向波浪的作用，可使两侧海蚀穴蚀穿成拱门状，称海蚀穹。在平台上残留成突立的岩柱，称海蚀柱。,海蚀地貌,波切台,海蚀崖,海蚀(洞)穴,海蚀阶地（古波切台）,（岩脊滩）,波浪对海岸线的破坏与重建,1,2,波脊线,海湾 海岬 海湾,海蚀,海蚀,波浪折射对海岬两侧强烈侵蚀,基岩海岸的侵蚀与海岸线后退,海蚀洞穴贯穿形成海蚀窟窿,窟窿顶部垮塌形成海蚀礁(柱),海蚀礁破坏消失，海岸线后退,海蚀地形,北戴河小东山海滨波切台,4.海洋的搬运作用,波浪、潮流和洋流是海洋搬运作用的主要动力。,滨海区：,以波浪为主，潮汐辅之 当波浪垂直海岸时，碎屑物作往复运动，其较大颗粒向岸运动，较小颗粒向海运动。由岸至海，搬运物由粗到细。当波浪与海岸斜交时，颗粒作之字型运动,进流和底流在沙、泥质沉积物上常常留下气泡沙和流痕。流痕有树枝状，辫状，菱形等形状。,浅海区：以流向海洋的潮流为主要搬运介质，随着离岸距离的增加搬运物由粗到细（细沙-粘土）半深海-深海区：以洋流搬运为主，因远离陆地碎屑物少，且洋流流速缓慢，仅能搬运悬浮物质。,基本特点：海洋是地球表面最大和最终的积水盆地和沉积场所，沉积岩中绝大部分是海洋环境下形成的。海洋沉积物大部分为陆源物质（碎屑物、溶解物），其次为海洋内源物质（生物碎屑、海洋化学物）及火山喷发物等。海洋沉积作用受海水运动、海底地形、海洋生物分布以及海水的物理、化学性质等因素影响，在不同的海洋环境中，其沉积作用方式和沉积物各异。,5.海洋的沉积作用,滨海沉积作用海滩（泥、沙-波痕、砾）；沿岸堤+沙坝+沙咀；潮坪（双向斜层理；盐沼Sabkha）；泻湖 浅海沉积作用碎屑沉积；化学沉积-元素可溶性序列：生物沉积（碎屑与礁）半深海沉积作用陆源、泥质：红-热；绿-海绿石；蓝-还原 深海沉积作用机械：陆源浊积物+冰川+风运物；生物软泥：深海（红）粘土；锰结核与多金属软泥,滨岸带沉积作用类型,滨岸带：特大高潮线至低潮线之间(包括前-后滨)，陆-洋相互作用带。(海滩沉积：海蚀崖或沙丘平均低潮线之间，主要受波浪和潮汐控制),沉积物粒度：粉沙沙砾巨砾沉积结构：以破浪带为中心（沙、砾），向海、岸同时变细；且岬粗湾细。,海积地貌,海积作用形成各种海积地貌。潮汐周期性的升降改变海岸带波浪作用的强度，同时也搬运泥沙，对海岸带地貌有显著的影响。,连岛沙坝 沙嘴,海滩及其分类,海滩是滨海区最主要的沉积地形。位于前滨。按其组成碎屑物的种类，可以进一步分为砾滩、沙滩和泥滩。,砾石滩 沙滩 泥滩,砾滩：基岩海岸区，砾石磨圆、分选好，长轴平行海岸，扁平面向海倾斜。沙滩：陆源物质较丰富的地区，沙粒分选、磨圆好、具明显的分带现象（近潮上带粗、潮下带细）。成分以石英为主，可达90%以上，次为长石、白云母、生物碎屑等。表面具有波痕、气孔、生物遗迹等构造，内部具交错层理构造,泥滩和潮坪沉积,潮坪指以潮汐作用为主要动力、坡度在0。03-0。17度之间，由细粒碎屑物（粉砂，粘土）组成的近岸带。多呈带状分布，在开阔海边缘规模大，河口、海湾与泻湖周边小。宽度与潮差正比。,泥坪：地形平坦，沉积物主要为潮流带来的悬浮物（泥质），波浪作用微弱，由岸向海沉积物由细（泥）变粗（粉沙、细沙），具反分带现象。干旱地区则可发育盐类沉积，称萨布哈。,由碎浪形成、大致与海岸线平行的长条形水下泥沙堆积体称为水下沙坝。海面大幅度的迅速下降还可以使水下沙坝转变为露出海面的离岸堤。离岸堤与陆地之间是封闭或半封闭的浅水泻湖。由激浪流形成、与陆地相连的砂砾堆积体是沙滩。若进流越过滩顶流向陆坡上，而退流很弱，形成双坡型海滩，这种海滩在形态上表现为沿岸堤。,滨岸带的其它海积地形,三角洲的分类有多种方式按形态进行的分类：鸟足状（密西西比）；尖头状（意大利波河）；扇状或弧形（黄河）；岛屿三角洲（长江崇明岛）按成因进行的分类：河控型（密西西比与黄河）；潮控型（湄公河）；浪控型（尼罗河与海南岛南渡江）；河-潮综合型（长江）,河口湾与三角洲,河口湾 是与开阔海洋自由沟通的半封闭沿岸水体，与河流相连并与径流淡化。三角洲是河流携带的泥沙等物质在河口湾等滨岸地带形成的堆积体，由陆上和水下两部分组成。,上：密西西比三角洲 左：长江三角洲,浅海：水深200米的连续水体区。浅海水域较宽阔，水深较浅，海底平缓，生物繁盛，靠近大陆，是海洋中最主要的沉积区。大量的碎屑物、化学物质及生物遗体通过机械和化学的方式在浅海区内沉积。具体有碎屑沉积，生物沉积和化学沉积三大类型。浅海沉积带的特征：水动力作用较强,有动荡的海流作用；含氧高，光线充足；生物丰富（该带聚集了90%的海洋生物）；稳定的盐度（3.5）。,浅海的沉积作用,1).碎屑沉积:由近岸到远岸由粗到细,以石英沙粒和粘土为主,含有大量生物遗体,沉积物具有良好的分选性和磨圆度。表面发育波痕、生物遗迹等构造，内部构造种类繁多，有交错层理、波状及水平层理、生物扰动构造等。同粒级碎屑常平行海岸呈带状排列。,1.砾石；2.粗砂；3.细砂；4.粉砂；5.泥质,2).化学沉积:浅海的化学沉积作用主要发育于低纬度、陆源物质较少的海域，因盐度、压力、温度、P H 值等变化，化学搬运物通过过饱和、胶体电性中和、微粒吸附和生物浓缩等方式沉积。,碳酸盐沉积:主要为CaCO3和MgCO3,温度升高或压力降低可导致Ca(HCO3)2过饱和,动荡海水中可形成鲕状沉积物,炎热气候条件下可使MgCO3沉积。通常沉积在碎屑沉积物外侧。,铝、铁、锰沉积:在湿热气候区大量的Al、Fe、Mn的氧化物和氢氧化物以胶体状态带入大海,在近岸地带遇电解质而凝聚沉积,常因海水动荡而形成鲕状、豆状或肾状。主要沉积矿物为铝土矿、赤铁矿、硬锰矿等。,硅质沉积:SiO2胶体在水温较低、偏碱性环境下以胶体凝聚方式沉积形成蛋白石,经脱水后形成燧石。磷质沉积:富磷质生物富集而使磷质发生沉积形成胶磷石,3).生物沉积：浅海环境光线充足、水体流动、富氧，生物种类繁多。在其生长过程中产生的排泄物、分泌的有机质、死亡后遗留的骨骼、贝壳等都能形成沉积物。生物沉积主要有以下几类：贝壳和生物碎屑沉积。如生物碎屑灰岩。生物礁沉积。如生物礁灰岩。有机质沉积。如油页岩。,软泥沉积:主要分布于半深海区,有蓝色、红色和绿色等种类。锰结核:主要沉积于深海区,是一种黑褐色,外表呈球形或椭球形,内部具同心圈层结构的锰、铁氧化物团块。除富锰铁外,还含有铜铅锌等30多种元素,具有较高的经济价值。碳酸钙沉积补偿线CCD:碳酸钙全部溶解不能沉淀的深度线，其深度4500-5000米。这就是为什么钙质软泥沉积在浅部，硅质软泥在深部的原因：深度增加，CO2含量增高，所有碳酸钙质点下沉到该深度即被全部溶解。太平洋4500米，大西洋5000米。对确定古海洋的位置,形态,水深,海底升降有意义。浊流沉积:主要发育于大陆坡及以下地区,主要由粘土和沙组成,发育递变层理。,半深海沉积作用,海平面是指海洋水体表面。一般是高潮与低潮之间的平均海面。从测量学角度看，全球海平面指全球平均海平面，即通常所说的大地水准面。局部海平面是指某一具体地点（如塘沽、吴淞）的平均海平面。海平面变化主要由下列原因造成：,6.海平面变化,冰川消长造成海洋水体积变化海盆容积变化天文因素的变动,世界上50%以上的人口生活在距海50千米以内的海岸地区，海岸地区的平均人口密度较内陆高出10倍。荷兰学者估计如果今后一个世纪海平面上升1m，直接受影响的土地将有500万km2，人口约10亿，耕地占世界的1/3。中国大陆海岸线长约17 714 km，沿海地区是改革开放的前沿，经济发展的重心，又有黄河、长江和珠江三大三角洲和低平的海岸平原，极易受将来海平面上升的危害。,海平面变化对人类社会的影响,7.海洋环境污染,海洋污染物循环模式：吸附，扩散，分解,吸附成颗粒物,化学分解,水污混合物,细菌降解,扩散,底栖生物降解及同化,污染物,植物同化,碳循环,平流与扩散,海洋赤潮生活及工业污水中富含磷酸盐成分，刺激褐（红）藻类大量繁殖，使海水呈现红色假像，其它海洋生物所需的营养物成分也因此被过度繁殖的藻类所消耗，从而可导致后者急剧减少甚至全部死亡。,