標籤:沉積物

海洋沉積物(marine sediments)是指各種海洋沉積作用所形成的海底沉積物的總稱。以海水為介質沉積在海底的物質。引 沉積作用一般可分為物理的、化學的和生物的3種不同過程,由於這些過程往往不是孤立地進行,所以沉積物可視為綜合作用產生的地質體。 傳統上,按深度將沉積物劃分為:近岸沉積(0~20米),淺海沉積(20~200米),半深海沉積(200~2000米),深海沉積(大於2000米)。

1研究簡史

1872~1876年英國「挑戰者」號考察,揭開了海洋沉積物調查研究的序幕,特別是有關深海沉積物的分類至今仍有重要意義。1899~1900年,荷蘭船「西博加」號進行的調查在沉積物的分佈及組成等方面也取得重要成果。
第二次世界大戰後,隨著軍事的需求和海底石油等礦產資源的勘探開發,海洋沉積物的研究獲得長足進展。人們開始對特定海域和重大理論課題開展專題調查研究。40年代末期,F.P.謝潑德和M.B.克列諾娃的海洋地質學專著相繼問世,系統地總結了當時對海洋沉積的認識。50年代末和60年代初期,由於大規模的國際合作和新技術、新方法的運用,使海洋沉積物的研究提高到一個新水平。尤其是海底沉積礦產、濁流沉積、現代碳酸鹽沉積和陸架沉積模式的研究取得了不少新認識。
60年代末期開始實施的深海鑽探計劃,使海底沉積的研究進入新的階段,特別是在深海沉積物的類型與分佈以及成岩作用的研究方面獲得了大量重要資料。
70年代以來,海洋沉積的研究更加深入全面,並派生出一些新的研究方向。如沉積動力學的研究已為很多國家所重視,它的主要目的是解決碎屑物質在不同水動力條件下的搬運過程,以及海底的沉積和侵蝕機制,強調現場觀測,在海上使用沉積動力球,可同時測定含砂量、底層流速、流向等多種參數,使研究由靜態階段向動態方向發展。
中國在20世紀50年代末開展了大規模的海洋調查,這是中國海洋沉積研究的開端。60年代以來,又先後對渤海、黃海、東海、南海的沉積類型,物質組成,沉積速率以及陸架沉積模式和沉積發育歷史進行了深入的專題調查。在海岸和海底沉積物的搬運及其動力過程的研究方面也有很大進展,同時還開展了深海遠洋沉積的調查研究。

2物質來源

不同成因觀點
①陸源沉積物,是大陸侵蝕的產物被河水、冰川及風力的搬運作用在海底的沉積物,如石英、長石、雲母、角閃石、輝石、磁鐵礦、鋯石、石榴子石、榍石等陸源碎屑礦物及岩屑和陸地生物碎屑;②生物成因沉積物,是海洋生物碎屑和遺體在海底沉積而成,如有孔蟲軟泥(抱球蟲軟泥)、硅藻軟泥、放射蟲軟泥、顆石藻軟泥及貝殼碎屑等;③化學成因或自生沉積物,是海水溶液中的物質經化學反應沉澱在海底,又包括沉積成因和成岩作用的兩種,前者的自生礦物有方解石、鎂方解石、文石、鐵氫氧化物(針鐵礦)、水錳礦、鈉水錳礦、鋇鎂錳礦、硫化鐵、裂谷中重金屬軟泥及硅的氫氧化物等,後者的自生礦物包括鐵錳氫氧化物、碳酸鹽(方解石、白雲石)、鐵綠泥石、磷酸鹽礦物、浮石、鈣十字沸石、蒙脫石及坡縷石等;④火山成因的沉積物,有火山玻璃、角閃石、輝石、榍石、綠簾石等;⑤宇宙成因的物質,是隕石等天體物質隕落到海底沉積的,含量很少,偶見於紅粘土和生物軟泥中,如宇宙塵粒或球粒。
上述類型均受組分的供給速率、環境能量、生物活動程度、氧氣供給、氫離子濃度及二氧化碳等各種因素的控制,而這些因素皆為水深、距大陸距離、洋底地形、海水運動、水化學特徵及上覆水體生物生產率的函數,故研究時必須考慮諸因素的影響。

3物質搬運

在不同海域,物質搬運的動力條件不同。陸源物質入海主要是河流的搬運,其次是浮冰和風力等地質作用的搬運。由河流搬運入海的陸源碎屑很少達到深海,主要是在近岸河口區和內陸架沉積下來,只有少量細粒物質被帶到外陸架及更遠處。在高緯度海域,由於冰川作用和浮冰搬運,形成了大量粗碎屑沉積。
在大陸邊緣,特別是陸架海的物質搬運主要受潮流、密度流、風海流和風浪等作用控制。如歐洲北海,潮差達3米以上,潮流的表面流速可超過2米/秒。沉積物的搬運受潮流作用控制。有的陸架沉積作用主要受風海流與暴風浪控制,天氣好時風海流懸移細粒物質散布到陸架各地,風季時暴風浪對粗粒物質進行搬運。但是,陸架水流往往是由綜合因素形成的,在同一陸架的不同部位其流場也不相同。在近岸帶一般以波浪和潮流的作用為主。在內陸架往往是由溫、鹽、密度差與風形成的海流所控制,它們常沿海岸或向外海流動,致使某些大河搬運入海的細粒物質沿海岸擴展或被搬運至遠海區,這種模式在中國東海和南海較為典型。外陸架及大陸坡處往往是由與海岸平行的洋流所控制,如黑潮暖流。上升流對物質搬運所起的作用雖屬局部性的,但具有特色,一些磷酸鹽沉積往往與上升流活動有關。
大陸坡沉積物可因滑坡作用向深海運動;或由於碎屑物質與水混合形成高密度水流即濁流,濁流是將沉積物從陸緣搬運到深海區的主要機制,特別是在冰期低海位時,由河流輸送到陸架外緣的沉積物隨即以濁流形式進入深海。切割陸架外緣和陸坡的海底峽谷就是輸送沉積物的重要通道。另外,底層流(包括等深線流)在深海區沉積物的搬運中起著重要作用。它可以搬運粘土、粉砂甚至細砂,在海脊、海山和深海平原上造成侵蝕。
在高緯度地區,浮冰是搬運沉積物的重要方式。它們目前主要分佈在極地至南、北緯 55°左右;在更新世冰期曾遠達南、北緯35°左右。正是由於物質搬運營力的特殊性而使高緯度地區的沉積類型別具一格。
風對海洋沉積物的搬運也有一定作用,如沿大西洋東岸的撒哈拉大沙漠一帶,熱帶風可搬運大量微塵入海。某些深海和淺海沉積物中的粘土和火山灰等也與風的搬運作用有關。
搬運海洋沉積物的營力雖然複雜多變,但就整體來說,起主導作用的仍然是海水的動力條件。

4沉積速率

海洋沉積物的沉積速率在海底不同的部位相差甚大。沉積速率的不均一性反映了沉積環境的差異性,從而在沉積類型和沉積厚度上表現出很大的差別。影響沉積速率的主要因素有物質來源狀況、氣候、構造作用等。在物質來源充足,海洋生物作用產物十分豐富的海域,沉積速率很高,反之則低。由於快速沉積期常與慢速沉積、無沉積或侵蝕期相互交替,故通常使用平均值來表達不同環境中沉積速率的大小。
世界大型三角洲和河口區的沉積速率,最高可達到50000 厘米/千年左右。在陸坡和陸隆最高可達100厘米/千年。而深海區一般只有 0.1~10厘米/千年左右。由於深海沉積速率低,加之洋底年齡不老於侏羅紀,故深海洋底的沉積厚度小,平均不過0.5公里。各大洋的沉積速率也有所不同。大西洋沉積速率較高。太平洋不少海域距陸甚遠,大洋周緣被海溝環繞,陸源物質難以越過海溝到達大洋區,故沉積速率較低。北冰洋由於覆冰沉積速率也低。
現代淺海環境中有時會出現無沉積區,可看作是短期的沉積間斷;深海鑽探揭示,深海沉積中沉積間斷也十分常見。這就為某些海洋組分,如自生礦物的大量形成提供了有利條件。

5沉積類型

淺海帶沉積物
淺海沉積物(20~200米):淺海帶占海洋麵積的25%,但這一海域的沉積物卻占海洋全部沉積物的90%。淺海沉積物有3類:碎屑沉積物主要是沙質級的,由於波浪隨海深的增加而減弱,所以碎屑沉積物的粒徑一般是從淺水往深水變小。但是因潮流、洋流,以及海底的起伏和大陸的剝蝕強度等的影響,現代的淺海帶的沉積物的粒度,並非都是近岸粗,遠岸細。生物沉積主要是生物遺體形成的沙和泥,它們成分主要為碳酸鈣質。在熱帶、亞熱帶的溫暖海洋中,還有以珊瑚骨骼為主,其他生物的骨骼和殼體為輔所構成的生物礁堆積,叫珊瑚礁。化學沉積物主要是來自大陸的鐵、錳、鋁、硅的氧化物和氫氧化物的膠體,與海水電解質相遇時,絮凝成鮞狀或豆狀的沉積物。
深海沉積物
深海沉積物(2000米以上):通常以浮游生物遺體為主,而極少陸源物質。沉積速率極為緩慢。深海區生物源沉積物通常為各種生物軟泥;包括硅藻軟泥和放射蟲軟泥的硅質軟泥;包括有孔蟲(又稱抱球蟲)軟泥、翼足類軟泥和顆石軟泥的鈣質軟泥。此外,還有深海褐色粘土和少量陸源物質等。有時發育於大陸坡的濁流沉積可延入深海平原。
概括地說,可以將海洋沉積劃分為大陸邊緣沉積和深海沉積。陸隆沉積則介於兩者之間。在大陸隆處常見到具有交錯紋層的粉砂沉積物,呈透鏡體分佈,可能由等深線流形成,所以稱為「等深線流沉積」。這是近年在陸隆處發現的一種新的沉積類型。
大陸邊緣的沉積物主要來自陸源碎屑,可根據沉積物的粒度大小及級配狀況劃分出礫石、砂、粉砂和泥等沉積類型。生物作用在深海沉積物中居重要地位,因此,可根據生物種類及其含量將深海沉積物劃分為有孔蟲軟泥、顆石軟泥、硅藻軟泥、放射蟲軟泥等類型。此外尚有濁流沉積物、火山沉積物、褐粘土以及自生沉積物等非生源沉積物。

6沉積分帶

海洋沉積物的分佈受氣候、距陸地遠近和深度等的控制,從而呈現出緯度分帶、環陸分帶等分帶現象。海洋沉積物的分帶性是一種具全球規模的宏觀現象。各種分帶同時存在,相互交織在一起,加以存在有濁流、上升流以及火山活動等區域性現象,致使海洋沉積物呈現出十分複雜的分佈格局。
環陸分帶
在陸緣淺海,以陸源碎屑沉積為主;在半深海海域,既有陸源物質,也有生物和化學作用形成的沉積;至深海區,則主要是生物和化學作用形成的深海沉積。自陸緣向遠洋方向,沉積速率和沉積厚度明顯降低;沉積物從偏灰綠色逐漸過渡為紅褐色。

7研究意義

海洋沉積物及其土力學性質的研究可為海底電纜和輸油管道的鋪設、石油鑽井平台的設計和施工等海洋開發前期工程提供重要科學依據。
海底沉積物的形成環境的研究,可為石油等海底沉積礦產的生成和儲集條件提供重要資料,有關現代三角洲和碳酸鹽沉積相的研究,日益受到重視。
海底沉積物是地質歷史的良好記錄,運用「將今論古」原則對它加以研究,對認識海洋的形成和演變具有重要意義。

  北京時間2月25日消息,據國外媒體報道,眾所周知,深海拖網捕魚作業對於海洋生態環境能產生毀滅性的影響,在科學家們最近公布的衛星照片中,人們能夠清楚地看到拖網捕魚激起的海洋沉積物,其中一條沉積物痕迹長達27公里,由此可見拖網捕魚產生的嚴重生態破壞。
  美國科學促進協會最近在波士頓舉行年會,夏威夷大學動物學家瓦特林在會上公布了這些讓人觸目驚心的衛星照片。瓦特林稱,海底拖網捕魚作業指的是拖著裝有重型漁具的大網,橫掃過海底捕捉深海魚類,目前在全球各地均有使用。這種捕魚作業使得大量的近岸魚類被過度捕撈一光。大量研究顯示,底拖網捕魚作業對生態系統造成了災難性傷害,珊瑚、海綿、魚類和其它動物都受到捕殺。最新發布的衛星圖像表明,大量的海洋沉積物都被海底拖網捕魚作業激起,同時,一個海底視頻也揭示了拖網作業對水下世界的干擾。使用拖網在深海捕魚的大型船隊引擎龐大,能夠在海上補充燃料,在船上加工捕獲的魚類並冷藏,同時還有先進的電子導航、海底地質結構及動植物地圖及魚群搜尋技術。這些船上掛著的拖網從海底拖過,不分青紅皂白將那裡的生物一網打盡。
  瓦特林說:「海底拖網捕魚作業是人類海洋作業中破壞性最大的一種行為。10年前,我就曾與海洋保護生物學研究所的艾略特-諾斯一起計算過,每年,全球底拖網捕魚作業激起的海域就相當於美國下48個州面積的兩倍。由於絕大部分底拖網作業都是在深海區進行的,因而我們無法看見。但是,目前我們可以通過衛星觀察海底羽狀沉積物,清楚地看到底拖網作業對海洋所產生的巨大影響。」由於大網要從海底拖曳而過,拖動海底的大石頭,因此珊瑚礁就會被碾碎,原本不打算抓捕的魚類和動物也會被網住。所有這些活動都會激起海底的沉積物,因而捕魚船后總是會尾隨一道道羽狀沉積物。瓦特林及其同事表示,從衛星圖像上來看,這些羽狀沉積物像是「冰山一角」,因為海域中絕大部分拖網作業都非常深,所以沉積物常常會掩藏在水面下。
  另外一位參與此項研究的科學家約翰-阿莫斯說:「海底拖網捕魚作業不斷地干擾著海洋中大面積的海底世界。」 科學研究表明,鑒於海底拖網捕魚作業對生態系統的影響,許多國家和地區都對這一作業方式進行了限制。2005年,地中海漁業總會禁止對1000米深以下海域進行拖網作業。2006年,美國明令在阿拉斯加大範圍深海海域,全面禁止這種捕撈作業。同年,許多南太平洋國家也紛紛頒布禁令,禁止海底拖網捕魚作業,同時,聯合國也開始考慮禁止在公海進行這種捕撈方式。儘管如此,在墨西哥灣、拉丁美洲國家沿岸、非洲西岸、中國海域和北海中,仍有成千上萬條拖撈船在不斷地作業。
  科學家們還警告說,深海捕魚正在破壞眾多海洋生物的棲息地——海山,對海洋生態系統造成無法彌補的損失。科學家們表示,海底火山擁有大量的深海珊瑚,同時也是數千種海洋生物的家園。大部分海山都處於無人管控的地區。由於一些國家對鱈魚等傳統魚類的過度捕撈使得它們的數量驟減,而如今捕魚船隊又將罪惡之手伸向橙連鰭鮭、金眼鯛、長尾鱈魚等棲息在深海的魚類,這不僅使這些魚類的數量減少,還破壞了太平洋、大西洋、印度洋等易受捕魚影響的地區生物多樣性和海山。由英國科學家領導的此項研究報告將呈遞聯合國,聯合國正在討論一項禁止在無人管控地區進行深海海底捕魚的計劃。該項研究還揭示了海山以及在其上面繁衍的生物的許多新發現。全球大型海山的準確數量目前還是個未知數,科學家估計有10萬座左右,但僅對其中40座有較為完善的科學信息。
  聯合國此前公布的數據顯示,在深海海底進行拖網捕魚的捕獲量每年佔全球漁業捕獲量的不到0.5%,但這種捕魚作業對深海寶貴的生態環境造成的破壞卻是巨大而不可逆轉的。聯合國組織科學家們利用對海山的珊瑚記錄、有關環境因素的全球數據及電腦模型,描繪出海山及特別容易受到深海捕撈影響地區的多石珊瑚在全世界的潛在分佈情況。調查顯示,捕魚船在南印度洋中東部、南大西洋和太平洋中南部一些地區對橙連鰭鮭、金眼鯛的大規模商業捕撈有可能對海山生態系統造成無法估量的消極影響。調查還顯示,11個國家應對全球95%的深海海底拖網捕魚負責。其中擁有世界上最多捕魚船的西班牙在深海海底進行拖網捕魚量最多,其次是俄羅斯、葡萄牙、愛沙尼亞、挪威等。
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