Геологическая деятельность морей и океанов

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт недропользования, кафедра прикладная геология

 

 

 Допускаю к защите:

                                                                            Руководитель: Доц. Кононов Е.Е

 

Тема работы:

Геологическая деятельность морей и океанов

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

Геология и литология

 

 

 

Выполнил студент группы НДб-14-3 Шелопугин А.О

                                                                    

Нормоконтроль _______________   Доц. Кононов Е.Е

                                        подпись

Курсовой проект защищен с оценкой______________________

 

 

 

 

Иркутск 2014г

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

 

По курсу «Геология и литология»

Студенту НДб-14-3 Шелопугину А.О

 

Исходные данные: учебники, журналы, учебные пособия, лекционный материал.

 

Тема работы : Геологическая деятельность морей и океанов.

Рекомендуемая литература:__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дата выдачи задания: 22.10.2014 г.

Дата представления проекта руководителю «_____»_____________2014 г.

Руководитель курсовой работы: Доц. Кононов Е.Е                                                          

 

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Ежесекундно и на протяжении многих миллионов лет на нашей планете и в ее недрах совершаются геологические процессы. Влияние на эти процессы оказывают различные геологические факторы.  Один из факторов, который мы сегодня рассмотрим-это геологическая деятельность морей и океанов.

Мировой океан занимает около 361 млн км, или 70.9% всей поверхности земли. В мировой океан входят моря и океаны. Среди океанов выделяют четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Моря подразделяют на окраинные и внутриконтинентальные. К окраинным морям относятся моря, имеющие более или менее свободную связь с океаном: Это Охотское, Берингово, море Лаптевых, Баренцево, Карское, Японское и др. Внутриконтинентальные моря имеют связь с океаном лишь через узкие проливы: Средиземное, Черное, Азовское. Или же не имеют этой связи вообще: Каспийское море, Аральское море.

Занимая такие значительные пространства, моря и океаны играют важную роль в геологической жизни нашей планеты. Разобраться в том, какую геологическую работу совершают эти моря и океаны-цель моей курсовой работы. Для рассмотрения геологической работы океана потребуется выполнить следующие задачи:

1. Изучить рельеф дна мирового океана
2. Выделить химические и физические свойства вод Мирового океана
3. Изучить органический мир морей и океанов
4. Изучить динамику водной среды мирового океана
5. Узнать о разрушительной и аккумулятивной работе морей и океанов

6.         Рассмотреть образование осадков в морях и океанах

7.         Рассмотреть Мировой океан в роли источника добычи различных полезных ресурсов.

 

 

 

1. Общие черты рельефа мирового океана

 

Характер строения дна мирового океана практически ничем не отличается от рельефа суши. Так же, как и на суше, на рельеф океанического дна большое влияние оказали экзогенные (внешние) и эндогенные (внутренние) процессы. Внутренние вызывают вертикальные и горизонтальные перемещения участков земной коры, землетрясения и извержения вулканов. Они создают, как и на суше, крупные формы рельефа.

К внешним процессам, формирующим дно океана, относится осадкообразование, то есть оседание и накопление продуктов разрушения горных пород. Распределение и перемещение их происходит под влиянием океанических течений в Мировом океане.

В зависимости от глубины океаны обычно разделяют на батиметрические зоны: литоральную (прибрежную), которая ограничена глубинами в несколько метров; неритовую - до 200 м; батиальную – до 3000 м; абиссальную – от 3000 до 6000 м; гипабиссальную – более 6000 м.

1. Строение дна океана

             По современным представлениям, дно океана по наиболее характерным чертам своего строения принято разделять (Рис.1) на:

1. Подводные континентальные окраины
2. Переходная зона
3. Ложе океана
4. Срединно океанические хребты

Подводные континентальные окраины, в свою очередь, делятся на:

• Шельф
• Материковый склон
• Материковое подножье

                          Рис.1. Рельеф дна мирового океана.

 

1.1.1 Подводные континентальные окраины

 

Шельф

Шельф (материковая отмель) примыкает к суше, распространяясь до глубины 200м. Это мелководная часть моря с относительно выровненной поверхностью, уклон которой в основном составляет около 1 градуса. Часто на поверхности шельфа наблюдаются подводные продолжения речных долин, затопленные морские террасы и древние береговые линии. Шельфы обладают земной корой континентального типа, для которой характерно трехслойное строение (осадочный, гранитно-гнейсовый и базальтовый слои). Общая площадь шельфов составляет около 32 миллионов км². Наиболее обширен шельф у северной окраины Евразии, где его ширина достигает 1,5 тыс. километров, а также в Беринговом море, Гудзоновом заливе, Южно-Китайском море, у северного побережья Австралии.

Материковый склон

Материковый (континентальный склон) распространяется от внешнего края шельфа, называемого бровкой, до глубин 2-2,5 км, а местами до 3 км. Уклон поверхности склона в среднем составляет 3-7 градусов. Рельеф отличается ступенчатым строением, характеризующимся чередованием уступов с крутыми уклонами с субгоризонтальными ступенями.

Материковое подножье

Материковое подножье выделяется в качестве промежуточного элемента рельефа между материковым склоном и ложем океана и протягивается до глубин 3,5 км и более. Оно представляет собой наклонную холмистую равнину, окаймляющую основание материкового склона и местами характеризующуюся осадками большой мощности за счет выноса материала мутьевыми потоками и периодически возникающими крупными оползнями.

 

1.1.2 Переходная зона

Переходная зона расположена с океанской стороны подводных материковых окраин и включает в себя котловины окраинных морей, отделяющие их от открытого океана, островные дуги и вытянутые вдоль их внешнего края глубоководные желоба. Отличаются эти зоны обилием вулканов, резкими контрастами глубин и высот. Максимальные глубины приурочены именно к глубоководным желобам переходных зон, а не к собственному ложу океана.

Подводные континентальные окраины по особенностям рельефа и тектонической активности делятся на следующие типы:

• Атлантический (пассивный) тип
• Западно-тихоокеанский тип (активный) тип
• Андийский (активный) тип

 

1.1.3 Ложе Мирового океана

Ложе Мирового океана представлено обычно плоскими или холмистыми равнинами, расположенными на глубине 3500-6000 м. Они осложнены мелкими и крупными отдельными возвышенностями и подводными горами до больших вулканических построек типа Гавайских островов. В Тихом океане особенно много подводных вулканических гор и, в частности, своеобразных плосковершинных гор различной размерности, называемых гайотами. Вершины некоторых гайотов, по данным А. Аллисона, достигают в ширину свыше 60 км и в длину 280 км. Большинство исследователей считают, что гайоты представляют собой вулканические горы, которые в прошлом подвергались интенсивной волновой абразии (лат. "абрадо" - брею, соскабливаю) , о чем свидетельствует наличие на их срезанных вершинах скатанной волнами крупной гальки и остатков мелководной фауны. Вершины гайотов располагаются сейчас на глубинах 1000-2000 м, что, по-видимому, связано с тектоническим опусканием океанического дна. Аналогичная картина опускания подтверждается и данными бурения на атоллах, где породы коралловых рифов встречены на глубинах 1200-1400 м при нормальном жизненном развитии кораллов до 50-60 м.

 

1.1.4 Срединно-океанические хребты

Срединно-океанские хребты образуют единую глобальную систему общей протяженностью свыше 60 000 км. Вдоль осевой части Срединно-Атлантического и Индийского хребтов протягивается крупная депрессия - долинообразное понижение, ограниченное глубинными разломами и названное рифтовой долиной или рифтом (англ. "рифт" - расселина, ущелье). Дно рифтов опущено до глубин 3,5-4,0 км, а окаймляющие хребты находятся на глубинах 1,5-2,0 км (Рис.2). Срединно-океанские хребты пересечены многочисленными трансформными (поперечными) разломами с вертикальным смещением до 3-5 км. Они смещают в горизонтальном направлении части осевых рифтов иногда на первые сотни километров. Срединно-океанские хребты отличаются интенсивной сейсмичностью, высоким тепловым потоком и вулканизмом.

Рис.2 Срединно-океанический хребет.

 

1. Химические и физические свойства морей и океанов

 

Вода — простейшее химическое соединение водорода с кислородом, однако океанская вода — универсальный однородный ионизированный раствор, в состав которого входят 75 химических элементов. Это твердые минеральные вещества (соли), газы, а также взвеси органического и неорганического происхождения.

Вода обладает множеством различных физических и химических свойств. Прежде всего они зависят от давления и температуры окружающей среды. Дадим краткую характеристику некоторым из них.

 

2.1 Соленость и солевой состав

В морской воде содержится большое количество растворенных веществ, суммарное содержание которых определяет соленость морской воды, выражаемую обычно в промиллях (в тысячных долях весовых единиц) - S . За среднюю соленость вод океана принимается величина около 35 или 3,5 % (35 г/л). Существенные отклонения от указанной величины связаны с климатической зональностью - степенью испарения или количеством пресной воды, приносимой реками. Крайние значения солености океанической воды составляют от 32 до 37 . Обычно же она колеблется от 34 до 35 . В широких пределах меняется соленость внутриконтинентальных морей: в Средиземном море она составляет 35-39 . в Красном море увеличивается до 41-43 , а в морях гумидных областей она значительно меньше средней величины: в Черном море - 18-22 , в Каспийском - 12-15, в Азовском - 12 .

           В водах океанов и морей присутствуют почти все химические элементы периодической системы, но лишь немногие из них определяют солевой состав (Табл.1)

Катионы			Анионы
	Кол-во, г/кг	Эквивалент,		Кол-во, г/кг	Эквивалент,
Na+	10,7596	38,64	Cl -	19,3529	45,06
Мg2+	1,2965	8,81	SO42-	2,7124	4,66
Са2+	0,4119	1,69	HCO-3	0,1412	0,20
К+	0,3991	0,84	Br -	0,0674	0,07
Sr2+	0,0078	0,01

 

                   Таблица 1. Ионный состав морской воды.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что в океанской воде резко преобладают хлориды и, в первую очередь, NaCl (около 78 %), затем MgCl2 (>9 %), KCl (около 2 %), на втором месте сульфаты - MgSO4 (свыше 6,5 %), CaSO4 (около 3,5 %), а на гидрокарбонаты и другие; соединения падает менее 1%.

Высокая концентрация солей и их состав обуславливают некоторые свойства морской воды: низкую химическую активность, что проявляется в ее слабой растворяющей способности; возрастание удельного веса воды из-за насыщенности солями приводит к увеличению ее транспортирующей способности; увеличение удельного веса приводит к возникновению гравитационных течений.

 

2.2 Газовый состав

Кроме различных солей, в водах Мирового океана растворены разные газы: азот, кислород, диоксид углерода, сероводород и др. Самыми распространенными из них являются кислород и углекислый газ. Содержание кислорода в воде более чем в 1.5 раза превышает его содержание в воздухе. Такое высокое содержание кислорода в воде резко повышает ее химическую активность, выражающуюся в окислительно-восстановительном потенциале. Наличие кислорода в воде Мирового океана играет огромную роль, потому как кислород участвует во всех биохимических и геохимических процессах в океане. Кислород поступает из атмосферы, частично в процессе фотосинтеза, а также в результате глобальной океанической циркуляции океанических вод.

Углекислый газ находится в морской воде частью в растворенном, свободном состоянии, частью в химически связанной форме бикарбонатов или карбонатов. Растворимость углекислого газа в морской воде возрастает с понижением температуры, отсюда следует, что высокое содержание его отмечается на глубинах ниже 4000-5000 м. Углекислый газ определяет другой химический показатель агрессивности среды – щелочно-кислотный. Углекислый газ поступает в океан из атмосферы в результате жизнедеятельности организмов, при извержениях вулканов и поствулканических процессах.

Сероводород содержится в морской воде благодаря гниению отмерших морских организмов, что в свою очередь приводит к заражению воды сероводородом, при этом его содержание достигает 5-6 см/л. Это вызывает нарушение нормальной вертикальной циркуляции воды и ее расслоение. Такое заражение воды приводит к возникновению на больших глубинах, обычно превышающих 200 м, восстановительной обстановки и появлению в осадках сульфидов железа, образующихся при взаимодействии оксидных соединений железа с сероводородом.

 

2.3 Температура

Температура поверхностных вод океана тесно связана с климатической зональностью. Среднегодовая температура в высоких широтах изменяется от 0 до -1,8-2,0 С и достигает максимального значения порядка 25-28 С (31 С) близ термического экватора. В то же время температура воды изменяется с глубиной, достигая в придонных частях 2-3 С, а в полярных областях опускается даже до отрицательных значений порядка -1- -2 С.

 

2.4 Давление и плотность

Гидростатическое давление в океанах и морях соответствует весу толщи воды. Наибольшей величины оно достигает в глубоководных желобах и в котловинах ложа Мирового океана. Плотность морской воды в среднем составляет примерно 1,025г/см3 , в холодных полярных водах она увеличивается до 1,028, а в теплых тропических уменьшается до 1,022 г/см3 . Такие колебания обусловлены изменением солености, температуры и давления.

 

2. Органический мир морей и океанов

 

По условиям обитания и образу жизни все представители органического мира делятся на три основные группы: планктон, нектон и бентос.

Планктон обитает в воде во взвешенном состоянии и перемещается только с помощью течения. Планктон разделяют на зоопланктон и фитопланктон. Большинство организмов относящихся к зоопланктону имеют карбонатную раковину, которые образуют основную массу органических илов, также к зоопланктону относятся радиолярии с кремниевым скелетом, которые участвуют в формировании различных кремнистых пород. К фитопланктону относят диатомовые водоросли, имеющие кремниевый панцирь, и кокколитофориды, обладающие карбонатным скелетом.

Бентоносные организмы обитают на морском дне, бывают как подвижными, так и неподвижными.. Бентос подвижный-моллюски, морские ежи, морские звезды, черви и др., развит на небольших глубинах дна сублиторальной зоны. Бентос прикрепленный - неподвижный, имеющий большое значение в формировании специфических осадков. Особо важную роль играют колониальные кораллы, известковые водоросли, мшанки и др., т.е. образующие сообщество, называемое биоценозом. Наибольшее развитие они имеют в области шельфа на глубинах от первых метров до 50-80 м. Помимо описанных морских организмов, следует указать на большое значение бактерий, играющих огромную роль в физико-химических условиях водной среды морей и океанов и создании новых соединений, как определенные катализаторы реакций, особенно в процессе перерождения осадка в осадочные горные породы.

Нектонные организмы объединяют большую группу свободно плавающих животных - рыб, головоногих моллюсков, морских млекопитающих и др.

Места обитания различных представителей органического мира, их видовое разнообразие и численность в большей мере определяются динамикой среды обитания, ее соленостью и температурой.

 

3. Динамика водной среды Мирового океана

 

Мировой океан представляет собой одну из наиболее динамичных сред на планете. Воды морей и океанов находятся в постоянном движении, которое разнообразно по своему происхождению: волновые движения под действием ветра, морские течения, приливы и отливы. Причины, вызывающие такие движения воды, многочисленны и многообразны: это центробежная и отклоняющая сила вращения земли (силы Кориолиса), ветры, изменение солености, плотности и температуры воды, влияние Солнца и Луны и результат эндогенных процессов – землетрясений и извержений вулканов.

 

4.1 Приливы  и отливы

Периодические колебания уровня воды в море или океане, называемые приливами и отливами, вызваны притяжением Луны и в меньшей степени Солнца. Приливные волны достигают наибольшей высоты, когда Луна и Солнце находятся на одной прямой с Землей (в новолуние и полнолуние) и оказывают на неё совместное действие. Такие приливы называются сизигийными (рис.3).

Высота волны становится минимальной, если Земля находится в вершине прямого угла, образуемого направлениями на Луну и Солнце (в первую и третью четверть Луны), и воздействие их на Землю компенсируется - это квадратурные приливы (рис.3). Теоретически величина сизигийного прилива почти в три раза больше квадратурного. Когда Луна находится непосредственно над экватором, то есть имеет нулевое склонение, возникают полусуточные приливы. Даже незначительное отклонение Луны от этого положения вызывает суточные приливы.

 

Рис.3. Схема возникновения приливов и отливов; 1 - солнечный прилив, 2 - лунный прилив, С - Солнце, Л - Луна, З - Земля, а - взаимное расположение Земли, Луны и Солнца в сигизии, б - в квадратуре

В открытом океане приливно-отливные колебания уровня воды почти незаметны, а при приближении к берегу высота приливной волны достигает нескольких метров. Наиболее высокий подъем уровня воды характерен для заливов, проливов, узких бухт открытого моря. Скорость волны может достигать 7 - 8 м/с. В некоторых районах приливы настолько высоки, что можно использовать приливную энергию (пролив Ла-Манш, Ирландское море, побережья Северной Америки и Австралии, отдельные участки Белого и Баренцева морей). Приливные движения почти не отмечаются во внутренних морях.

Приливно-отливные движения затрагивают всю толщу воды до глубоких придонных участков и поэтому играют важную роль в перемещении и распределении осадочного материала на дне морей и океанов.

 

4.2 Волновые движения

Волновые движения развиваются на поверхности воды и возникают под действием и по направлению ветра. Частицы воды на поверхности глубокого моря под действием энергии ветра двигаются по замкнутым круговым орбитам. Волновые движения с глубиной затихают и уже на глубине, равной половине длины волны, волнение практически прекращается. При движении к прибрежным участкам моря, где глубина его меньше глубины волновых движений, ветровые волны преобразуются в волны мелководья. Вместо круговых, характерных для открытого моря, орбиты становятся эллипсоидальными и по мере удаления от поверхности становятся все более плоскими. Частицы воды в придонном слое совершают уже не вращательные, а возвратно-поступательные движения. Наряду с деформацией орбит происходит изменение и поперечного профиля волн - передний склон волны становится круче, а задний выполаживается (рис.4).

 

Рис. 4. Внутреннее строение волны (1 - на глубоком открытом море, 2 - на мелководье, 3 - в момент разрушения, 4 - прибойный поток)

Волны характеризуются определенной регулярностью и имеют общие характеристики: размеры (длину, высоту) и период. Состоят волны из чередующихся валов и впадин (Рис.5):

Рис.5. Характеристики волны.

Цунами – это гигантские волны, вызываемые подводными землетрясениями, сопровождающимися заметными подвижками коры, также крупными взрывными извержениями вулканов, падением крупных небесных тел или мощными взрывами, вызванными деятельностью человека. Чаще всего цунами возникает в водах Тихого океана в пределах активных окраин. Скорость волны около 500-700 км/ч. В открытом океане эти волны заметить трудно. Увеличение высоты цунами происходить, когда волна натыкается на отмели и берега, особенно в узких заливах и бухтах, и совершает торможение о дно, в результате высота волны становится около 20-30 м, образуя при этом гигантский пенистый вал, разрушительная сила которого колоссальна. Риску последствий появления цунами больше других подвергаются побережья Камчатки, Курил, Сахалина, Японии.

Цунами своей мощной разрушительной силой наносит огромный урон прибрежным территориям, в результате которого может погибнуть много людей. Так, например, сильнейшее землетрясение магнитудой 9,0 с эпицентром, находящимся в 373 км северо-восточнее Токио, вызвало цунами с высотой волны, превышавшей 40 метров. По полученным данным, гипоцентр землетрясения находился на глубине 32 км[13]. Очаг землетрясения находился к востоку от северной части острова Хонсю и простирался на расстояние около 500 км, что видно из карты афтершоков. Кроме того, землетрясение и последовавшее за ним цунами стали причиной аварии на АЭС Фукусима I. По состоянию на 2 июля 2011 года официальное число погибших в результате землетрясения и цунами в Японии составляет 15 524 человек, 7 130 человек числятся пропавшими без вести, 5 393 человек ранены.

Рис.6. Последствия обрушения цунами, на побережье одного из японский городов.

4.3 Течения

Морские течения представляют собой движения огромных масс воды, возникающие под влиянием нескольких факторов - господствующих ветров, различной плотности морской воды, зависящей от температуры и солености, а также центробежной силы и отклоняющей силы вращения Земли. Течения бывают временными и постоянными. Постоянные течения вызываются пассатами (сильными, устойчивыми ветрами, круглый год дующими в тропиках вдоль экватора с востока на запад). Под их действием образуются северное и южное пассатные течения по обе стороны от экватора в Тихом и Атлантическом океанах (в Индийском океане имеется только южное пассатное течение), совпадающие по направлению с пассатами.

Для компенсации переносимой пассатными течениями массы воды возникают экваториальные противоречия, направленные с запада на восток и разделяющие северную и южную ветви пассатных течений. Океанские воды, направляемые пассатными течениями, при столкновении на западе с континентами отклоняются на север и на юг и дают начало теплым течениям - Гольфстрим (северное полушарие) и Бразильское (южное полушарие) в Атлантике, Куросио и Восточно-Австралийское в Тихом океане.

На востоке возникают холодные компенсационные течения - Канарское и Бенгельское в Атлантическом океане, Калифорнийское и Перуанское - в Тихом. Все направления течений указаны в рисунке 7.

Постоянные западные ветры умеренных широт вызывают образование постоянных течений с запада на восток - Северо-Атлантическое и Северо-Тихоокеанское в северном полушарии и гигантское Антарктическое циркумполярное течение на 50-х широтах южного полушария. Скорость постоянных течений достигает 1,1 - 1,5 м/с и увеличивается к экватору до 3 м/с. Некоторые постоянные мощные течения, например Гольфстрим, несут очень большой объем воды, превышающий объем воды таких крупных рек, как Миссисипи и Амазонка.

 

море океан вода геологический

Рис. 7. Карта основных постоянных течений Мирового океана.

          По глубине различают поверхностные (250-750 м), промежуточные (до 2-2,5 км), глубинные (до 4-5 км) и придонные морские течения. Глубинные течения имеют обычно компенсационное происхождение. С глубиной скорость течений снижается - на глубине 500 м в 3 - 4 раза, а в придонных водах до 10 раз. Потоки вод, которые затрагивают в основном глубинные и придонные водные толщи, связаны с перемешиванием вод различной температуры, солености и плотности. В полярных областях охлажденная вода опускается вниз, образует нисходящие вертикальные потоки. В экваториальной области интенсивно нагретая вода, наоборот, приводит к активному образованию восходящих потоков. В умеренных широтах глубинные конвективные течения направлены в сторону экватора, а поверхностные - к полюсам (рис.8).

 

Рис. 8. Схема движения глубинных течений.

 

С периодическими ветрами (муссоны, бризы) связаны временные течения, которые меняют свое направление с сезонной и суточной периодичностью. Развитые главным образом в тропических областях муссонные течения зимой, когда барический максимум располагается над сушей, направлены в сторону моря, а летом - наоборот. Бризовые течения днем направлены к суше, которая разогревается сильнее, а ночью - к морю.

Постоянные и периодические поверхностные и придонные морские течения производят большую геологическую работу в океанах и морях. Они взмучивают и перемещают значительное количество обломочного материала, захватывают и транспортируют обитающих в водах различных животных и растительные организмы.

 

4. Разрушительная и аккумулятивная работа морей и океанов

 

Разрушительная деятельность вод морей и океанов носит названия абразия. С наибольшей силой и мощностью она проявляется на берегах под действием волн, береговых течений, приливов, отливов и цунами. Разрушение горных пород складывается из нескольких факторов: