第3章海洋沉積

第三章海洋沉積海洋沉積海洋沉積物：指一些巖石侵蝕下來(lái)的碎屑顆粒以及灰塵及其它來(lái)源的碎屑通過(guò)各種途徑最終在海底沉積下來(lái)的堆積體。定義及意義海洋的記憶庫(kù)：可以包含著沉積時(shí)的環(huán)境信息即地質(zhì)時(shí)期海洋和地球的環(huán)境變化的信息，如古氣候、古洋流、大洋地理位置、古海洋生態(tài)系統(tǒng)、海底擴(kuò)張信息等一、海底沉積物獲取方式獲取沉積物樣品深海鉆探重力挖泥器“抓斗”取樣底部拖網(wǎng)取表層沉積物樣采取顆粒比較大的沉積物物取得表層沉積物以下淺層的樣品1983~2003年，深海鉆探項(xiàng)目開(kāi)始變成了有20多個(gè)國(guó)家參加的‘大洋鉆探項(xiàng)目’（ODP）1964年5月，海洋學(xué)地球深部取樣聯(lián)合機(jī)構(gòu)成立。1968年，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的用于深海鉆探的鉆探船‘Glomar挑戰(zhàn)者號(hào)’下水，可以將鉆頭放到6000m的深水海底進(jìn)行鉆探。由美國(guó)和日本主導(dǎo)的IODP（聯(lián)合大洋鉆探）（/）深海鉆探

（/）JOIDESODP計(jì)劃IODP目前約有2000個(gè)鉆孔JOIDESResolution鉆探船鉆孔管的剖面直徑有9.5m，長(zhǎng)度達(dá)8200m，鉆探到海底下面2100m深海鉆探成果與目標(biāo)證實(shí)了大洋海底的擴(kuò)張深海海底的微觀生物地球演化與氣候變化海底巖石中記錄了地球磁極的倒轉(zhuǎn)從大洋中脊向兩側(cè)，海底巖石的年齡越來(lái)越老從大洋中脊向兩側(cè)，沉積物的厚度越來(lái)越厚研究古地球提供了最寶貴的資料地震形成機(jī)制二、海洋沉積物分類(lèi)海洋沉積可根據(jù)其來(lái)源劃分為四大類(lèi)：陸源沉積、生物源沉積、自生沉積、宇宙源沉積。每一類(lèi)都有其特殊的化學(xué)組成、來(lái)源及主要分布區(qū)域。海洋沉積物可根據(jù)其沉積的海底地形及位置劃分：海灘沉積（近岸沉積）、大陸架沉積、大陸坡沉積、洋盆沉積等根據(jù)水深深淺和距離遠(yuǎn)近分為深海沉積和淺海沉積三陸源沉積物的主要特征問(wèn)題：陸源沉積物是什么？（what）出現(xiàn)在什么地方？（where）怎么沉積在海底？（How?)Why?陸源沉積物——來(lái)源來(lái)源：主要來(lái)自早已存在的巖石物質(zhì)，其次則是大洋當(dāng)中的火山島嶼。風(fēng)化作用后巖石破碎成顆粒陸源沉積物——組成巖石碎屑顆粒（大部分都是石英顆粒）陸地或島嶼巖石——風(fēng)化作用（機(jī)械風(fēng)化或化學(xué)風(fēng)化）——碎屑顆?！采w在原來(lái)巖石上。怎樣從原來(lái)陸地位置搬運(yùn)到海洋？搬運(yùn)過(guò)程沉積物特性發(fā)生怎樣變化？陸源沉積物——搬運(yùn)方式（作用力）大量陸地沉積物通過(guò)河流、風(fēng)、冰川甚至重力搬運(yùn)到海洋中。在遠(yuǎn)離大陸的深海盆地中也可以發(fā)現(xiàn)大量的陸源顆粒，這主要是由盛行風(fēng)從亞熱帶沙漠地區(qū)帶來(lái)的。（a）河流搬運(yùn)（b）風(fēng)力搬運(yùn)（c）冰川搬運(yùn)（d）重力搬運(yùn)顆粒可從大到小劃分成：漂石（粒徑最大>256mm）、鵝卵石、小鵝卵石、礫石(>2mm)、沙(0.0039-2mm)、泥或者黏土（<0.0039mm粒徑最小）。陸源沉積物——顆粒大小分類(lèi)陸源沉積物——搬運(yùn)過(guò)程起動(dòng)——搬運(yùn)——力——沉積環(huán)境顆粒越大，所需要的力越大，搬運(yùn)的動(dòng)力減弱，不再能搬運(yùn)得起一定大小沉積物時(shí)，該沉積物沉積下來(lái)。動(dòng)力強(qiáng)，能量大的海域，只能沉積粗顆粒的沉積物沉積物的大小與海洋沉積環(huán)境的能量大小成正比。在波浪作用強(qiáng)烈的地方，主要沉積一些粒徑很大的顆粒如漂石、鵝卵石。而細(xì)顆粒的物質(zhì)主要沉積在能量很低、流速很小的地方。動(dòng)力分選作用，粗—中砂—細(xì)沙——泥陸源沉積物——搬運(yùn)過(guò)程沉積物的分選性隨搬運(yùn)距離越來(lái)越好分選性是衡量堆積在一起的沉積物大小的均勻程度沉積物（泥沙）所組成的顆粒大小都一致的話(huà)，其分選性就非常好。分選性差的沉積物，是指其組成顆粒大小非常不均勻，也指示當(dāng)初沉積前的搬運(yùn)過(guò)程是將漂石、黏土等大小顆粒一起搬運(yùn)，比如冰川搬運(yùn)，其消融后殘留下來(lái)的就是分選性很差的沉積物。動(dòng)力分選——沉積物的選擇性搬運(yùn)過(guò)程。陸源沉積物——搬運(yùn)過(guò)程-磨圓度從左到右，隨著搬運(yùn)距離的增加，沉積物顆粒磨圓度越好，分選性越好，成熟度越高根據(jù)其搬運(yùn)動(dòng)力和來(lái)源，陸源沉積物應(yīng)分布在什么位置？海岸——淺海陸架——陸坡——陸麓——洋盆在海洋中陸源沉積無(wú)處不在：幾乎在所有的洋底，都發(fā)現(xiàn)了小部分的陸源沉積物。陸源沉積物又可分為淺海陸源沉積和遠(yuǎn)洋陸源沉積（深海陸源沉積）。淺海沉積一般是指大陸架及島嶼附近的沉積，而深海沉積一般是指深海盆地的沉積。陸源沉積物——空間分布

絕大部分淺海沉積都是陸源沉積。主要沉積在陸架、陸坡、陸麓，沉積物厚度最厚。包括：海灘沉積，陸架沉積、濁流沉積和冰川沉積等。陸源沉積物——分布特征陸源沉積物—分布——海灘沉積海灘沉積物主要是由通過(guò)河流搬運(yùn)過(guò)來(lái)的富石英沙組成，其大小變化大.如礫石灘、沙灘、泥灘等陸架沉積包括現(xiàn)代陸架沉積物和陸架殘留沉積物陸源沉積物—分布——陸架沉積物陸架殘留沉積：在末冰期（18000年以前），冰川消融，海平面上升。結(jié)果，世界上大部分河流攜帶其沉積物沉積在現(xiàn)代沉溺河口，而不再象之前那樣沉積在陸架上。在現(xiàn)在大陸架的大部分區(qū)域，海平面未上升到該處時(shí)的陸地沉積物在海平面上升后依舊殘留在該處，且未未曾被現(xiàn)代沉積所覆蓋，這些沉積物稱(chēng)為陸架殘留沉積。殘留沉積占世界陸架沉積的70%以上。而在剩下的一些陸架區(qū)域，則是一些現(xiàn)代的沙脊、沙波、沙灘沉積。陸源沉積物—分布——陸架殘留沉積陸源沉積物—分布——冰川沉積分布：高緯度的陸架地區(qū)，如南極洲和格林南島的陸架區(qū)域廣泛分布著這類(lèi)沉積物。特征：冰川沉積物分選性很差，從漂石到黏土，各種粒徑的顆粒混雜在一起。這些沉積物形成于冰后期的冰川完全消融后的殘留物。分布：大陸麓濁流是指水底沿大陸坡周期性滑動(dòng)的滑坡、塌方，并切割形成海底峽谷的高含沙水流。濁流帶著大量的陸架沉積物向深海流動(dòng)，形成大陸麓。特征：分選性差、成扇狀沉積，其厚度從陸坡底向深海盆地逐漸減少，具有典型的層狀結(jié)構(gòu)。陸源沉積物—分布——濁流沉積陸源沉積物—分布——深海陸源沉積物深海陸源沉積物的來(lái)源有：火山爆發(fā)所形成的火山灰；風(fēng)攜帶的灰塵以及深海洋流所帶來(lái)的細(xì)顆粒物質(zhì)。大陸麓上的濁流所帶來(lái)的淺海沉積物也可以溢出到深海盆地。陸源沉積物—分布——深海黏土深海黏土至少由70%以上的陸源細(xì)顆粒物質(zhì)組成這些陸源沉積物由風(fēng)或者大洋環(huán)流經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離的搬運(yùn)，然后沉積在深海盆地。特征：顆粒極細(xì)，深海黏土含有大量氧化鐵，其顏色多呈紅褐色或者淺黃色。深海盆地中深海黏土占主導(dǎo)地位的原因并不是因?yàn)橛凶銐蚨嗟酿ね脸练e在海底，而是因?yàn)槠渌艹练e在深海海底的物質(zhì)太少。四、生物源沉積來(lái)源：主要是有機(jī)生物體死亡后的固體殘余部分。從微小的珊瑚蟲(chóng)到魚(yú)、鯨魚(yú)的尸體。當(dāng)有機(jī)體死亡后，其固體部分沉積在海底，形成生物沉積。來(lái)源及分類(lèi)按顆粒大小，生物沉積可劃分為大型生物沉積和微型生物沉積——生物軟泥硅質(zhì)軟泥——生物殼類(lèi)物質(zhì)為二氧化硅、含量超過(guò)30%的海底泥狀物質(zhì)生物軟泥鈣質(zhì)軟泥——生物殼類(lèi)物質(zhì)為碳酸鈣組成、、含量超過(guò)30%的海底泥狀物質(zhì)生物軟泥是指海底生物殼類(lèi)物質(zhì)的含量超過(guò)30%、粒徑非常小的泥狀物質(zhì)。硅質(zhì)軟泥的生物來(lái)源微型海藻（即硅藻屬）微型生物散線(xiàn)蟲(chóng)類(lèi)（放射蟲(chóng)類(lèi)）海藻（硅藻屬）——死亡——聚集成泥——巖化（硅藻土）海藻通過(guò)光合作用釋放出硅單細(xì)胞原生動(dòng)物海藻（硅藻屬）大部分海藻類(lèi)都有連在一起的兩部分外殼，這些小外殼上都有一些小洞,用來(lái)從外界吸取營(yíng)養(yǎng)和排放自身的垃圾.這類(lèi)浮游動(dòng)物有著硅質(zhì)的長(zhǎng)穿刺，體形非常對(duì)稱(chēng)，經(jīng)常被當(dāng)作活著的海洋‘雪花’硅藻屬外殼、放射蟲(chóng)類(lèi)以及其它分泌硅質(zhì)物的海洋生物的堆積體（含量超過(guò)30%）統(tǒng)稱(chēng)為硅質(zhì)軟泥鈣質(zhì)軟泥的生物來(lái)源球形藻：?jiǎn)渭?xì)胞海藻微型生物有孔蟲(chóng)類(lèi)海藻（硅藻屬）——死亡——聚集成泥——巖化（白堊）要進(jìn)行光合作用單細(xì)胞原生動(dòng)物20或30個(gè)海藻一起構(gòu)成一個(gè)球形的形狀球石軟泥有孔蟲(chóng)軟泥圖a球形藻上圖為英國(guó)南部的白色峭壁就是由這種在洋底形成的碳酸鈣軟泥巖石化后，白堊層隨著地殼運(yùn)動(dòng)上升露出水面，并經(jīng)過(guò)侵蝕切割形成的峭壁有孔蟲(chóng)類(lèi)、球形藻類(lèi)及其它分泌鈣質(zhì)的海洋生物的堆積體（含量超過(guò)30%）統(tǒng)稱(chēng)為鈣質(zhì)軟泥鈣質(zhì)軟泥和硅質(zhì)軟泥的分布生物生產(chǎn)力破壞程度稀釋過(guò)程分布在生物生產(chǎn)力高的深海海盆你在海洋什么位置能發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)軟泥或硅質(zhì)軟泥？？Where？WHY？硅質(zhì)軟泥的分布及成因在海洋中，所有深度上硅含量都是不飽和的，海水持續(xù)緩慢地溶解硅質(zhì)生物。海底的硅質(zhì)軟泥又是如何形成的呢？硅質(zhì)軟泥主要形成于冷水區(qū)，特別是上升流海區(qū)，深海的冷水被帶到海表，營(yíng)養(yǎng)鹽含量高，生物生產(chǎn)力極高。成因：一是海水中聚集硅的速度超過(guò)溶解硅的速度。例如在同一時(shí)間，大量的硅質(zhì)外殼同時(shí)下沉，就會(huì)在海底形成硅質(zhì)軟泥堆積。二是這些硅質(zhì)生命體沉積在海底上被其它硅質(zhì)外殼或沉積物覆蓋，就不再被海水溶解。所以，硅質(zhì)軟泥只會(huì)出現(xiàn)在富硅質(zhì)有機(jī)體的生產(chǎn)力特別高的海域。如圖所示，硅質(zhì)軟泥只會(huì)出現(xiàn)在富硅質(zhì)有機(jī)體的生產(chǎn)力特別高的海域淺海沉積和深海沉積在世界海洋中的分布硅質(zhì)軟泥主要分布在南極海及赤道太平洋海域鈣質(zhì)軟泥的分布及成因CCD溶解躍面海水中鈣溶解的影響因素CCD深度下不會(huì)出現(xiàn)鈣質(zhì)軟泥，如果在ccd深度下發(fā)現(xiàn)鈣質(zhì)軟泥，原因何在？鈣質(zhì)軟泥形成限制條件：CCD在大洋的一定深度，海水壓力的增加以及海水中二氧化碳的含量的增加都達(dá)到一定值時(shí)，碳酸鈣開(kāi)始溶解，這個(gè)臨界面就稱(chēng)為溶解躍面。海水溫度、壓力海水鈣補(bǔ)償深度（CCD）是指鈣開(kāi)始溶解的深度（溶解躍面）之下的某一深度，在這個(gè)深度，碳酸鈣的溶解速度增加極大，鈣類(lèi)物質(zhì)很快就被海水溶解掉，超過(guò)此深度的海底其沉積物中基本上不會(huì)含有鈣質(zhì)物。相對(duì)溫暖的海水上層及淺海區(qū)域，海水的鈣含量完全飽和，所以在該深度之上碳酸鈣并不溶解。若海底未低于該深度（CCD)，鈣質(zhì)死亡有機(jī)體聚集沉積在海底形成鈣質(zhì)軟泥。海底擴(kuò)張而后被其它沉積物覆蓋分布CCD深度及鈣質(zhì)軟泥的空間分布大洋平均CCD深度約是海面下4500m在大西洋中，該深度達(dá)到6000m，而在太平洋中，CCD平均深度僅為3500m。TitleAddyourtext鈣質(zhì)軟泥，則主要出現(xiàn)在溫暖的大洋淺水區(qū)域（深度高于CCD的海域）。鈣質(zhì)軟泥的高含量（甚至超過(guò)80%）區(qū)主要是在大洋中脊，而在深度超過(guò)CCD的海盆中很小發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代鈣質(zhì)軟泥的分布鈣質(zhì)軟泥的分布范圍最廣，整個(gè)大洋中，鈣質(zhì)軟泥的分布占主導(dǎo)地位，其覆蓋面積約占世界大洋海底面積的48%，深海黏土占38%，而硅質(zhì)軟泥占14%。三、自生礦物沉積（HydrogenousSediment）來(lái)源是海水中的溶解物質(zhì)。海水中含有很多的溶解物質(zhì)。海水中的化學(xué)反應(yīng)促使一部分礦物結(jié)晶、沉淀。當(dāng)海域環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，比如海水的溫度或壓力或者其它可導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，海水礦物析出沉淀就會(huì)發(fā)生。自生礦物只占海底沉積物的很小一部分，但它卻具備不同的成分，能反應(yīng)不同的沉積環(huán)境。五、自生礦物沉積錳結(jié)核磷酸鹽碳酸鹽金屬硫化物蒸發(fā)鹽自生礦物沉積物溶解物質(zhì)析出、沉淀自生礦物只占海底沉積物的很小一部分以結(jié)核塊狀分布在陸架上以及水深小于1000m海底磷酸鹽可用做肥料自生碳酸鈣沉積物是直接由海水進(jìn)行析出沉淀，在熱帶淺海環(huán)境中，結(jié)晶出2mm左右的文石晶體沉積在地?zé)峥诩按笱笾屑?包含有鐵、鎳、銅、鋅、銀及其它金屬礦物。深海平原等出現(xiàn)的原因：海底擴(kuò)張陸地出現(xiàn)的原因：構(gòu)造抬升蒸發(fā)析出；巖鹽（這類(lèi)蒸發(fā)礦物比較咸）硬石膏和石膏（由硫酸鈣類(lèi)礦物組成）含30多種金屬元素:錳25%,鐵14%,鎳1.9%，銅0.5%，鈷0.4%大洋底的寶藏之一----錳結(jié)核結(jié)構(gòu):團(tuán)塊----以巖石碎屑，動(dòng)、植物殘骸的細(xì)小顆粒，鯊魚(yú)牙齒等為核心，呈同心圓一層一層成的，像一塊切開(kāi)的蔥頭。由此被命名為“錳結(jié)核”，又稱(chēng)它為多金屬團(tuán)塊。大小尺寸變化從幾微米到幾十厘米，重量最大的有幾十公斤。生存:海洋2000-6000米水深海底的表層，4000-6000米水深海底的品質(zhì)最佳?？們?chǔ)量:估計(jì)在30000億噸以上。其中以北太平洋分布面積最廣，儲(chǔ)量占一半以上，大約17000億噸。錳結(jié)核密集的地方，每平方米面積上有100多公斤。生長(zhǎng)速度:平均每千年長(zhǎng)1毫米，每年增加1000萬(wàn)噸。

六、宇宙源沉積此類(lèi)沉積物僅占海洋沉積中很少很少的部分，主要由兩部分構(gòu)成：微型小球體以及大型的流星碎片。微型球體是很小的宇宙塊狀體。90%以上的微隕石在其進(jìn)入地球大氣圈時(shí)由于摩擦生熱而被摧毀掉，估計(jì)每年仍有300000噸的太空灰塵（微隕石）到達(dá)地球表面。這類(lèi)富鐵的太空灰塵掉入到海洋中后常常被海水溶解掉。而未被溶解掉的微隕石就逐漸沉積在海底，成為海底沉積物中很少的一部分。大型的流星碎片在地球上很少發(fā)現(xiàn)，但可以發(fā)現(xiàn)很多大型的隕石坑。實(shí)際海洋的沉積物是多來(lái)源的混合沉積物需要說(shuō)明的是海洋沉積物沒(méi)有一種是單獨(dú)存在的，而是相互混雜在一起，每一類(lèi)沉積物中都包含著其它類(lèi)沉積物。也即是說(shuō)，海洋沉積物是多種類(lèi)型沉積物的一個(gè)混合體。只是根據(jù)占主導(dǎo)地位的某一類(lèi)型的沉積物，將海洋沉積物劃分成以上四個(gè)類(lèi)型。七人類(lèi)可利用資源的其它海洋沉積物

海底沉積中包含大量的人類(lèi)可利用的或潛在的礦物和有機(jī)資源。石油和天然氣早期沉積在海底的微型有機(jī)體——在其被完全分解前就被后來(lái)的海底沉積物掩埋，即是現(xiàn)在石油沉積的來(lái)源。海洋非生命的資源中，超過(guò)95%的價(jià)值是海洋石油創(chuàng)造的開(kāi)采量在近代迅增，1930年少量，2000年達(dá)30%主要的石油蘊(yùn)藏區(qū)：