走进地理学-南京大学(精品课) 5.2.1-认识海洋。 #地理學 #知識 #課程

大家好 下面我介紹第五講 海洋地理與海洋科學 下面我想介紹第一部分內容 認識海洋 首先我們可以看一下海洋的 海底的地形地貌 如果大家經常去各地旅遊 就會很熟悉我們的 明川大山 平原 峽谷等各種地貌景觀 它們錯落有致 溝壑重立 美不勝收 當我們把目光投向 被海水覆蓋的廣袤海洋時 我們不禁會問 海底之下是什麼樣的情況呢 實際上海底並不是平坦的一片 陸地上發育的各種地貌景觀 在海底都能夠顯示 上個世紀五十年代完成的 全球海底地形調查 爲我們揭示了海底的其貌輪廓 它總體由大陸邊緣 深海洋盆和大洋中際三部分組成 每一部分還進一步可以 細分出不同的地貌單元 我們假定垂直於海岸帶 向深海方向行進 首先我們看到的是大陸邊緣 有時候我們也稱之爲海岸海洋 以便於後面我們的深海大洋 它是大陸向海底的延伸 陸地和海洋之間的過渡帶 由海岸帶 大陸架 大陸坡 和大陸龍等組成 其中海岸帶是我們 資源和環境最爲優越的地區 也是受到人類活動影響 最爲強烈的地區 這裏聚集了全球約50%的人口 和70%的都市 生態環境脆弱 災害衆多 緊接着是大陸架 大陸架的坡度比較平緩 一般平均坡度爲0.1度 水深的比較淺 在100米到200米之間 橫向延伸約百餘公里 上面又有豐富的油氣 天然氣水合物和礦沙等資源 大陸架下面進一步走下去 就是邊緣的坡度變大 平均坡度爲4度 水深也相應的增加 一般在1000米和2000米左右 這時候我們進入了 第二個地貌單元大陸坡 這裏發育海底峽谷 大陸坡的底部 我們也稱爲大陸籠 或者大陸紙 一般經河流搬運 和海水作用的陸原沉積物 在這裏完全堆積下來 發育深海上的沉積 過了大陸邊緣以後 就進入了深海大洋 深海大洋海底 發育一片平緩的深海平原 上面也聳立着規模不等的海山 和海底高原等地貌 這個景觀在西太平洋地區 是尤其發育的 我們還可以看到一條蜿蜒起伏 相互連接並高速周邊海底 2000米到3000米左右的山脈帶 它們就是著名的大洋中際 長度約8萬公里 可以繞整個地球兩週 洋中際的火山活動非常頻繁 岩漿噴發也很強烈 這裏邊形成了新的海底和島嶼 此外在合適的水深和溫度範圍之內 珊瑚圍着這些火山噴發形成的島嶼 生長成礁 依次形成岸礁 寶礁和環礁等銳性 比如說我們知道全球最著名的景點 澳大利亞的大寶礁 和冰島的南湖 都屬於這種島礁系統 與大西洋不同的是 太平洋兩側的大陸邊緣 還發育一種很深的海溝 類似於陸地上的峽谷 它們是大洋岩石圈板塊向大陸 俯衝消亡的地方 這裏的地質作用當然很強烈 所以火山地震活動非常頻繁 比較著名的海溝我們知道 包括西太平洋地區的馬里亞拉海溝 它是目前地球上最深的地區 中美洲地區的波多黎各海溝 南美的祕魯 智利海溝等 都是著名的海溝 相比於上面完整的 世界大洋海底地貌形態而言 我們中國海區 渤海 黃海 東海和南海的 海底地貌略有差異 其中渤海和黃海 都屬於發育在大陸架上面 這樣的陸架海 是具有一個非常寬廣的大陸架 而東海是大陸架以外 還發育大陸坡和海潮 以南海地區發育深海的海棚 和海山島鏈等深海地貌 這主要是因爲中國海的 特殊的地理環境有關係 那我們看完海底地貌以外 我們看看海底有什麼生物 既然有一個問題 既然海洋的海水如此之深 那海底下有沒有生命活動 或者生物 那答案是肯定的 可是人們對這個 深水之下的海底 是否存在生命的論識 卻經歷了較長的歷史 最早在海洋科學萌芽了 19世紀的早期 人們認爲海水之下 特別是600米以下的 就沒有生命活動 海底是黑暗寂靜的一片 直到1872年 湯姆森教授領導了 全球航海調查的時候 他們通過採集海底的 沉積物 樣品 其中數多物種 證實了海底和陸地上一樣 存在生命和生物活動 那海底生物的研究史 最重要的發現來自1977年 美國科學家搭載 阿爾文號的載能深淺器 進行深海調查 他們在太平洋陽中級附近的 Galapagos的熱液噴口 發現了大量的生物的種屬 比如說有一種圖片上顯示的 長達三米的管狀的乳蟲 還有藤核 貝類 螺類和蝦 而這些生物都聚集在 這個海底熱液噴口 也就是我們俗稱的 黑豔蟲的附近 這一發現引起了世界的關注 隨後熱液噴口的生物羣落了 成爲海洋生物學的研究的熱點 特別是隨着國際大洋專探計劃 也是我們熟悉的 IODP的實施了 科學家通過大洋的鑽孔和取心 分析海底沉積物中的 和岩石的樣品 發現了海底之下 還存在一個很特殊的生物羣落 這種極端條件下的生命活動 引起了科學家的極大的興趣 和廣泛的關注 比如說大洋專探計劃 第84號航池 在海水以下290米的深度 以及玄武岩頂面以下的54米處 採集了一段玄武岩的樣品 然後通過實驗室的分析 發現玻璃子裏面很細的黑線 還有蓮土中和玻璃 蓮土交界處的暗色區域 都是微生物作用下形成的氧化體 隨後多次大洋專探 都證實了這一極端條件下的生命現象 比如說有的細菌 可以在溫度高達100度的環境下存活 特別是最新的研究表明 在海底2500米以前的範圍內 都存在微生物的活動 海底生物的總數和數量 都超出了人們以前的認識 那標誌着一個新的生物時代的來臨 這類生物的生命活動 完全不同於陸地上的生物 比如說陸地上靠光和作用 而海底的生物 主要通過嗜取熱液硫化物 和地熱能獲得能量 其新陳代謝的速度非常之慢 那有的休眠的時間 可以爲數十年至數百萬年 我們把它稱爲黑暗生物羣落 對這類生物 生不生物的研究 具有十分重要的科學價值 它一方面可以揭示早期生命的演化 另外它們可以提供一個 巨大的生物基因資源庫 可以爲我們探索現代生命活動 提供一些材料和證據 那除了這些海底的生命活動以外 海底還存在豐富的礦產資源 這也是人們爲什麼 特別關注海洋的一個原因 我們知道海洋不僅作爲一個 豐富的資源倉儲 爲人類提供了大量的 各種資源和能源 那比如說我們知道的 雨夜 風能 潮汐能等 還能夠爲全球提供大量的油氣 多金屬礦牀和水荷物等礦產資源 那我們知道 目前世界上的能源消耗 依舊以化石能源爲主 這對油氣資源需求 提出了一個很艱鉅的任務 那除了傳統的陸地油氣勘探以外 大概是上個世紀60年代開始了 我們進一步深水油氣勘探 目前已經能夠在2000多米的深水中 進行油氣開採作業 世界上深水油氣資源最豐富的地區 包括美國的墨西哥灣 歐洲的北海海域 非洲大西洋兩大陸邊緣 和我國的南海海域 我們國家擁有26個海域沉積盆地 其面積非常之大 達到160萬平方公里 其中近海盆地大概有10個 面積約爲90萬平方公里 那目前的油氣勘探 主要集中在這7個盆地 南海雲寒豐富的油氣資源 其北部陸架區 比如說珠江口盆地 窮東南盆地和英格海盆地 是目前我國海洋天然氣的 主要的產區 而黃海盆地 目前尚沒有商業油氣的發現 除了油氣資源以外 海底還存在一種 重要的多金屬礦牀 它們是我們知道的 鐵蒙結核和鐵蒙結鞘 這類礦物富含豐富的 鐵 銅 鏈 鈷 稀土等 重要的金屬礦產 可是它們的形成機制 和分佈的特徵也不盡相同 比如說鐵蒙結鞘 它是由塵鹽和水塵作用而形成的 其沉積速率非常緩慢 一般建於水深4000米到6000米深的 深海平原區 比如說紅蓮土的沉積區比較常見 而鐵蒙結鞘 它就是海水裏面直接溶解 沉澱而成的 沉積速率也很低 一般聚集在 水深在800米到3000米左右的 海山的頂部 或者一個斜坡的基源區 一般來講 以1000米和2000米水深處的品位高 而分佈在赤道附近的低緯度地區 比如其中太平洋海山區的非常負極 我們國家通過13個航池 歷時12年 完成了太平洋等多金屬結合區的勘探 並確定了15萬平方公里的礦區 除了多金屬礦產以外 還有一種新的能源 我們叫它天然氣水合物 它也備受關注是一種清潔能源 它是在高壓低溫條件下 甲烷等天然氣分子 被水分子構成的一個籠狀的結構 所圈壁而成的一個結晶體 類似於我們的冰塊 所以我們也叫它可蘭冰 1立方米的水合物 可以轉化164立方米的甲烷氣體 所以我們可以看出它的能源潛力非常大 全球海底中的甲烷的總量 約爲地球大氣中的3000倍 所以它的溫室效應是二氧化碳的20倍 假如它泄露的話 不僅會造成海底沉積物的力學性質改變 誘發海底滑坡 還更能加劇全球的變化 我們知道全球95%以上的水合物 都儲存在大陸邊緣的水深在500米 1000米左右的海底沉積物中 國際上比如美國加拿大和日本等國 目前在天然氣水合物的勘探 開發上面處於領先的地位 而日本已經開始了商業開採水合物 我國南海北部海域 被認爲是水合物資源非常豐富的區塊 特別是2007年和2013年 連續兩次在南海北部海域 取得了水合物的實際樣品 使得我國成爲世界上第四個 取得水合物實物樣品的國家 海洋當然不僅是資源的倉庫 同時還是豐宇的故鄉 和各種海洋資源的孕育場所 比如說我們熟悉的地震 火山 海嘯 風暴潮和赤潮 是對我國經濟社會發展 具有重要影響的主要海洋災害 特別是我國東部的沿海地區 它既是經濟發達和人口衆多的地區 也是容易遭受海洋災害的地區 我們說這個防災減災的形勢非常嚴峻 我們也面臨巨大的挑戰 這裏頭比如說地震 地震是地球內部的硬粒 因活動斷裂突然釋放的一種質難現象 它具有非常強烈的破壞性 相比於陸域 中國海洋的地震活動相對來說比較稀少 但其中它的活動也具有很顯著的時空特徵 比如我們圖片展示的渤海海域的地震活動 它的活動相對來說比較多 1969年曾經發生過一次七點世紀的地震 那這些地震發生在什麼部位呢 我們可以看圖片能展示出來 它發生在多條斷層的交匯處 然後在時間尺度上面 似乎只有300年和400年的活動週期 當然了 這個資料還需要進一步新的來佐證 我們影響很深刻的是 2011年3月11號 日本東北部的仙台海域 發生了一次九級地震 隨後引發了海嘯災害 這是近年來最大的海洋地震 即海嘯災害 那地震使得佈設在日本海底的基準觀測點 向東移動了10米和20米的位移 那這個地震也是百年曆史來 地震排名第四的一個強的地震 地震活動非常強烈 那科學家在預測地震和防震減災方面 也開展了大量的研究工作 日本是世界上地震頻發的國家 那日本科學家在南海海底 南海的活動鍛鍊上面 佈設了很多海底的狀況 用來幹什麼呢 主要是監測海底深部的地層的硬力 應變的變化 然後可以監控可能發生的地震的活動 我們希望將來可以像天氣預報一樣 預報海洋地震的災害 相對地震而言 海嘯是另外一種非常嚴重的海洋地質災害 它主要表現爲一個巨大的海浪的襲擊 那歷史上海嘯頻發的地區 包括太平洋兩岸 比如說我們知道的日本 菲律賓和智利 多數是海底發生地震 火山噴發和滑坡等地質活動 引起的海水的運動 其浪高都在6米以上 那近期的海洋災害是2011年3月11號 日本東北部仙台地震引起的大海嘯 那海嘯使得日本福島核電站受到損失 並引起了核物質的泄露 至今仍存在影響 相對地震而言 海嘯災害可以較好的規避 特別是發生在大洋彼岸的所謂遠洋海嘯 那我們可以通過接收誘發海嘯的地震波的信息 然後可以研判並提前發佈海嘯的預警 進而可以做到監測海嘯波 行經時引起的海平面的時事的變化 然後估算海嘯波到達沿岸不同區域的可能的時間 進而做到防災減災 比如說我們的模擬分析表明 2011年的日本仙台海嘯 它到達南美地區的時間約爲19個小時 這樣子就爲南美地區規避海嘯災害了 贏得了足夠的時間 據瞭解2015年我國因各類海洋災害 引起的經濟損失約爲72.24億元 由此可以見科學合理的減輕海洋災害 損失是今後工作的重點