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海洋歷史的起源

海洋,覆蓋了地球表面70.78%的相互連接的大量鹽水,通常被稱為世界海洋。它被細分為四個(或五個)主要單元,在大多數情況下,這些單元被大陸塊相互分開。參見海洋學。

世界海洋

在組成世界海洋的主要單元中,有三個——大西洋、印度洋和太平洋——從南極洲向北延伸,形成巨大的“海灣”,將各大洲分隔開來。第四個是北冰洋,幾乎被歐亞大陸和北美洲所包圍,輪廓幾乎呈圓形,覆蓋著北極地區。南大洋(也稱為南極洋)現在通常被認為是第五個獨立的大洋,從南極洲海岸向北延伸到南緯60度。主要的大洋進壹步細分為更小的區域,大致稱為海洋、海灣或海灣。其中壹些海洋,如北大西洋的馬尾藻海,只有模糊的定義,而其他海洋,如地中海或黑海,幾乎完全被陸地包圍。像裏海這樣的大型完全內陸的鹹水湖實際上是鹽湖。

海洋之間的邊界通常由與其接壤的大陸塊或洋底的洋脊來劃定,它們也作為地理邊界。在沒有這些特征的地方(例如南極洋北部邊界不明確),邊界多少是由逆流的波動帶任意確定的,成為兩個相鄰海洋之間混合的部分障礙。

海洋不是均勻分布在地球表面的。大陸和海洋盆地往往是對跖的,或者彼此完全相反,也就是說,大陸位於地球上與海洋盆地相反的壹側。例如,南極洲與北冰洋正相反;南太平洋與歐洲相對。此外,地球陸地面積的三分之二以上位於北半球,而海洋占南半球的80%以上。

世界海洋的面積約為361萬平方公裏,平均深度約為3730米,總體積約為1 . 347億立方公裏。每立方英裏的海水重約47億噸,含有166萬噸溶解固體。海水的壹個最獨特和引人註目的方面是它的鹽度,或溶解鹽的含量。鹽度的測量實質上是確定1 kg海水中溶解鹽的量,用千分之幾(‰)表示。海洋鹽度壹般在33‰~ 38‰之間,平均約為35 ‰。千分之三十五的鹽度相當於重量的3.5%。六種元素(氯、鈉、鎂、硫、鈣和鉀)構成了溶解在海洋中的總鹽的90%以上。由於上覆水的重量,海水中的壓力隨著深度的增加而增加。每10米(33英尺)的深度,壓力以1大氣壓的速率增加(1大氣壓=15磅/平方英寸)。或每平方厘米1.016達因)。海洋的平均溫度是3.9攝氏度(39華氏度)。

現在看來,構成現在海洋的水(以及構成現在大氣的氣體)並非來自宇宙,也就是說,不存在於原始大氣中。相反,它們是在地球形成後的第壹個10億或20億年中的某個時候從地球內部獲得的。現在人們也普遍認為,在過去的至少2億年裏,壹個新的洋殼壹直在或多或少地不斷形成,這是沿著由壹系列水下山脈組成的大洋中脊系統(見海底擴張)的火山活動過程。根據目前的知識,似乎很有可能所有的海水和大氣氣體都是通過火山活動從地殼和上地幔的矽酸鹽巖石中分離出這些揮發性成分而逐漸釋放出來的。(眾所周知,熔巖含有大量的水和其他在凝固時釋放的揮發物。隨著時間的推移,火山活動釋放的水逐漸填滿了海洋窪地。

大陸架、斜坡和海隆

事實上,所有的大陸都被稱為大陸架的緩坡水下平原所包圍,大陸架是沿海平原的水下延伸。大陸架是最著名的海洋區域,也是商業開發最多的區域。正是這個地區發現了幾乎所有的石油、商業用沙礫和漁業資源。它也是廢物傾倒的場所。海平面的變化交替地暴露和淹沒了部分大陸架。大陸架的寬度從幾乎為零到1,500公裏(930英裏)寬的北冰洋西伯利亞大陸架不等。它們的平均寬度為78公裏(48英裏)。陸架邊緣的深度範圍為20至550米(66至1,800英尺),平均深度為130米(430英尺)。大陸架由大量的沙子、泥漿和礫石構成,覆蓋在結晶巖或巨大厚度的固結沈積巖上。盡管陸架特征差異很大,但非冰川陸架通常非常平坦,向海坡度平均約為205米/公裏(10英尺/英裏),或小於1度。大陸架的邊緣稱為大陸架界限,其坡度突然增加,平均約為4°。

大陸坡從陸架斷裂處開始,向下延伸到大洋盆地深處。深海底峽谷,有些在大小上可與科羅拉多河的大峽谷相比,有時被發現橫跨大陸架和斜坡,通常從陸地河流的河口延伸。剛果河、亞馬遜河、恒河和哈德遜河都有海底峽谷的延伸。據推測,大陸架上的海底峽谷最初是在冰河時期海平面較低的時期形成的。它們的大陸坡延伸部分是由濁流雕刻而成的,最近又被濁流改變了,濁流是壹種由水和沈積物組成的稠密泥漿的海底“滑坡”。

許多大陸坡以平緩傾斜、表面光滑的地貌結束,稱為大陸隆起。大陸隆起的傾斜度通常小於1/ 2。人們發現它們由厚厚的沈積物組成,推測是由於滑塌和濁流將沈積物帶離大陸架和斜坡而沈積的。大陸架、陸坡和海隆統稱為大陸邊緣。

戰壕、平原和山脊

早期海洋學家最令人驚訝的發現之壹是,海洋的最深處並不像他們預期的那樣位於中心,而是事實上非常靠近大陸的邊緣,特別是在太平洋。進壹步的勘探表明,這些深海位於與火山島弧向海邊緣接壤的長V形海溝中。這些海溝是太平洋海底最顯著的特征之壹。海溝實際上環繞著太平洋盆地的邊緣。海溝有數千公裏長,通常有數百公裏寬,比周圍的海底深3到4公裏(1.9–2.5英裏)。馬裏亞納海溝的挑戰者深淵測得了最大的海洋深度,距離海平面以下10,911米(35798英尺)。

深洋底從大陸隆起或邊緣海溝(如果有的話)的向海邊緣開始,向海延伸到水下洋中山脈的底部。這個地區有許多非常重要的地形特征。廣闊的abyssa l平原覆蓋了深海盆地的大部分。這樣的平原偶爾會被低矮的橢圓形深海丘陵打破。深海平原覆蓋了約30%的大西洋和近75%的太平洋海底。它們是地殼中最平坦的部分,似乎是由濁流攜帶的細沈積物沈積而成,濁流覆蓋並撫平了海底的不規則性。

海洋盆地最重要的特征之壹是洋中脊。挑戰者號探險隊在大西洋首次發現了它的地形特征,德國流星1925–26號探險隊對其進行了進壹步研究。到1960年代早期,已經證實大西洋中脊只是貫穿大西洋、印度洋、南太平洋和北冰洋的55,000公裏(34,000英裏)的連續地貌的壹部分。洋脊是海底的壹個寬闊隆起,比鄰近的深海平原高出1到3公裏(0.6-2英裏)。它的可變寬度平均超過1,500公裏(約900英裏)。它被許多斷裂帶(轉換斷層)穿過,並顯示出壹個寬37至48公裏(23-30英裏)的深裂谷,其最頂部深約1.6公裏(1英裏)。

海洋和大氣層的關系

大氣影響海洋,反過來也受海洋的影響。風吹過海洋表面的動作產生了波浪和海洋的巨大洋流系統。當風強大到足以產生浪花和白浪時,微小的海水水滴被拋入大氣層,其中壹些蒸發,留下微小的鹽粒被湍流的空氣浮起。這些微小的顆粒可能成為水蒸氣凝結形成霧和雲的核。

反過來,海洋對大氣起作用——以尚不清楚的方式——影響和改變世界的氣候和天氣系統。當水蒸發時,熱量從海洋中帶走,並通過水蒸氣分子儲存在大氣中。當凝結發生時,儲存的熱量被釋放到大氣中,以產生運動的機械能。大氣從蒸發的海水凝結中獲得近壹半的循環能量。

因為與大氣相比,海洋具有極高的熱容量,海洋溫度的季節性波動比大氣溫度小得多。出於同樣的原因,當空氣吹過水面時,它的溫度趨向於水的溫度,而不是相反。因此,海洋性氣候比大陸內部的氣候變化要小。

這種關系並不簡單。大氣環流的模式在很大程度上決定了海洋表面環流的模式,而海洋表面環流的模式又決定了釋放到大氣中的熱量的位置和數量。此外,大氣環流模式在壹定程度上決定了雲的位置,從而影響海洋表面的加熱位置。

洋流和海洋環流

海面環流

海洋的表面環流與大氣的盛行風環流密切相關。當行星風在水面上流動時,摩擦應力產生,推動巨大的水流經過。這些表面海流的壹般模式是壹個近乎封閉的海流系統,稱為渦旋,大約集中在馬緯度(兩個半球大約30°緯度)。這些環流中水的主要循環在北半球是順時針方向,在南半球是逆時針方向。在北太平洋和北大西洋,部分由於大陸的存在,形成了較小的逆時針環流。中心位置位於北緯50度附近。南大洋最主要的海流是西風漂流,它向東環繞南極洲。北半球和南半球的環流被向東流動的赤道逆流分開,赤道逆流基本上沿著無風帶流動。這種逆流是由沿赤道海東部堆積的水的回流引起的,其回流不受無風帶的弱而不穩定的風的抑制。對海流記錄的分析表明,壹些主要海流,如墨西哥灣流,其下有強大的快速流動的海流,其方向與表面海流相反。這種潛流,或逆流,似乎和表層水流壹樣重要和普遍。在1952年,發現克倫威爾海流在太平洋南赤道海流之下向東流動。1961年,在大西洋發現了類似的水流。參見潮汐。

溫鹽環流

溫鹽環流是指海洋中的深水環流,主要是由不同區域的水之間的密度差異引起的。這主要是壹個對流過程,在極地形成的寒冷、稠密的水下沈並緩慢流向赤道。大多數深水在南極c區和挪威海獲得其特征。南極底層水是海洋深處密度最大、溫度最低的水。它在南極洲大陸斜坡附近形成並下沈,沿著海底緩慢漂移,直到北大西洋中部,在那裏與其他水匯合。海水的循環對於在全球散發熱能至關重要。總的來說,熱量在表面流中流向兩極,而被轉移的冷水在更深的海洋層中流向赤道。

作為生物環境的海洋

海洋掌握著許多關於地球發展和地球生命史的重要問題的答案。例如,在海底的巖石和沈積物中,記錄了地球的地質歷史。沈積物中的化石記錄了地球生物歷史的壹部分,至少可以追溯到大約140,000,000年前結束的侏羅紀時期。地球上生命的第壹次出現被認為是在20或30億年前的海洋中。現代海洋環境根據與其相關的生態特征和海洋生物分為兩個主要領域:海底和海洋。參見海洋生物學。

海底世界

海底世界指的是從高潮線延伸到海洋最深處的海底。生活在海底的生物叫做底棲生物。海底世界根據深度分為沿岸區和深海區,沿岸區從高潮延伸到大約200米(660英尺)的深度。底棲生物既有固著的(附著的)也有活動的(移動的)。它們分布在從近岸的沿海地區到海洋深處,在食物鏈中起著重要的作用。壹些底棲生物靠捕食為生,另壹些從水中篩選有機物,還有壹些在海底搜尋沈積在那裏的有機碎片。底棲植物只能生活在透光層,即海洋最上層100-200米(330-660英尺)處,陽光可以穿透這裏。生活在透光層以下的底棲動物通常必須依靠來自上方的大量有機碎屑來滿足它們的食物需求,因此,除了在熱液噴口周圍的化學合成提供了替代食物來源的區域之外,底棲領域的深層區域人口並不多。

遠洋領域

遠洋領域包括覆蓋海底領域的所有海水。它在水平方向上分為淺海區或肥沃的近岸區和海洋區。在垂直方向上,它被分為透光層和無光層。被稱為浮遊生物的漂流的、自由漂浮的生物和移動能力差的生物分布在透光層。大多數浮遊生物都是微小或接近微小的。浮遊植物是合成細菌和浮遊藻類,如矽藻、甲藻和顆石藻。異養浮遊生物(浮遊動物)是海洋中的漂浮動物和原生動物,依靠浮遊植物作為食物來源。有孔蟲和放射蟲是主要的原生動物,它們分泌測試物(殼),成為海底沈積物的壹部分。許多幼年形式的遊泳動物(如蝦)或海底動物(如藤壺)都經歷浮遊階段。能夠自我移動的海洋生物被稱為遊泳生物。魚、魷魚和鯨魚是海洋遊泳動物的例子。

海洋的重要性

縱觀歷史,人類壹直直接或間接地受到海洋的影響。海水是食物和貴重礦物的來源,是商業的高速公路,也是娛樂和廢物處理的場所。越來越多的人轉向海洋獲取食物供應,要麽直接消費,要麽間接捕撈魚類,然後加工成牲畜飼料。據估計,多達10%的人類蛋白質攝入量來自海洋。然而,海洋生產糧食的潛力只得到部分實現。其他海洋生物產品也有商業用途。例如,取自牡蠣的珍珠被用於珠寶,貝殼和珊瑚被廣泛用作建築材料的來源。

海水被加工以提取有商業價值的礦物質,如鹽、溴和鎂。雖然已經發現有近60種有價值的化學元素溶解在海水中,但大多數元素的濃度都很低,商業提取無利可圖。在世界上壹些幹旱地區,如阿森松島、科威特和以色列,海水被淡化以生產淡水。

淺海大陸架已經被開發成為沙礫的來源。此外,在近海地區,特別是在美國的墨西哥灣和加利福尼亞海岸以及波斯灣,已經開采了大量的含油砂礦床。在深海海底,錳結核是由錳氧化物和其他金屬鹽沈澱在巖石或殼核周圍形成的,是壹種潛在的豐富和廣泛的資源。目前正在進行研究,探索結核開采和金屬提取技術。如果核聚變反應堆被開發出來,海水本身可以被證明是壹種無限的能源,因為海洋含有大量的氘。

隨著每年越來越多的人被遊泳、釣魚、水肺潛水、劃船和滑水運動所吸引,海洋也變得越來越重要。與此同時,海洋汙染急劇升級,因為那些將海洋用於娛樂和商業目的的人,以及那些生活在附近的人,在那裏處理了越來越多的廢物。

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