海洋水文学
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第三节 海洋地形

一、海岸地形

(一)海岸带

由潮汐、风等因素引起的增水使水位升高被淹没,水位降低时露出的海陆相互作用区,称为海岸带。该区发生海岸轮廓演变、海底地形变化和海底沉积物运移等现象最为频繁迅速。也有将海岸带的范围划得很宽。

(二)海岸

指高出浪涛作用以上的陆地,其范围向内陆深入。海岸轮廓形状常发生演变。据1993年中国科学院考察报告,海平面正在持续上升。预期到2050年,全球性海平面上升约为20~30cm。我国海平面上升幅度更大,珠江三角洲为40~60cm,以上海为中心的长江三角洲和天津地区还要大些。海平面的上升,加重海岸带侵蚀,改变海岸形状。

(三)海岸线

陆地与海面的交线,或海岸与海滩的分界连接线,称为海岸线。由于潮汐和风引起的增水和减水作用,海岸线在垂直方向可升降10~15m,水平方向有时移动达几十千米。

(四)海滩

从平均低潮位向上至浪涛可及处之间的区域,称为海滩。它分为前滩和后滩。前滩是受潮汐和风浪影响较大的滩面;后滩是自前滩至海岸线之间的滩面。

(五)潮间带

指满潮时的海岸线与干潮时的海岸线之间的带状区域。海岸坡度愈小,或潮差愈大,潮间带就愈宽。潮间带内水温和盐度变化剧烈,适合于广温性和广盐性生物栖息,与渔业关系密切。

海岸地形见图1-3。

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图1-3 海岸地形(据郭琨,1984)

二、海底地形

在水深100~200m范围内,海底平缓。接着海底坡度显著增大,至2000余m深度处坡度又转缓,直到约5000~6000m处又急转直下。根据海底地形的特点,可分为大陆边缘、洋中脊、大洋盆地或洋盆。

(一)大陆边缘

从大陆至大洋底之间的过渡地带称为大陆边缘,它是淹没在海平面以下的大陆地壳岩块的水下边缘部分。

1.大陆边缘组成

大陆边缘由大陆架(亦称大陆浅滩或陆棚,简称陆架)、大陆坡(简称陆坡)、大陆基(简称陆基,又称大陆裙或大陆隆)、海沟和岛弧组成。

(1)大陆架。大陆边缘比较平坦的浅水带,从海岸带低潮线开始到海底坡度显著增大的深度为止。大陆架的坡度一般较小,平均坡度0.1°。大陆架边缘的深度一般为100~200m,平均深度为132m;宽度从几海里到200n mile以上,平均宽度为75km。大陆架的地形与附近陆地地形有密切的联系。平原之下大陆架广阔,如北冰洋大陆架宽度超过540n mile,欧洲北部和西伯利亚海岸达320~430n mile。高山之下大陆架狭窄,如日本群岛的太平洋沿岸,大陆架宽度仅8~25n mile。我国沿岸大陆架很宽广。黄海南部宽达400n mile、东海大陆架最宽处超过270n mile。南海的大陆架宽达540n mile。珠江三角洲堆积型大陆架,珠江口外宽150n mile,东侧宽90n mile,西侧宽130n mile。

世界大陆架的面积为0.275亿km2,占地球陆地总面积的18%,海洋总面积的7.6%。大陆架的面积,四大洋中以太平洋最大,七大洲中以亚洲最大。大陆架面积超过100万km2的有加拿大、澳大利亚、中国、美国、苏联、印度尼西亚和阿根廷。

(2)大陆坡。大陆坡是大陆架外缘陡倾的部分,平均坡度:太平洋为5°21′,大西洋为3°05′,印度洋为2°55′。各大洋大陆坡平均坡度为3°~7°,局部区域可达20°~30°,甚至更大。通常大陆坡上部比下部陡些。坡度突然变小的地方,即为大陆坡的下界。大陆坡在各大洋中的宽度从几海里到几百海里不等。大陆坡的面积约占全部海洋面积的15.3%。

大陆坡具有复杂的海底谷,横切于坡麓,深几米到几百米,往往从大陆架边缘开始向下延伸到千米深处。有的具有支脉,把大陆坡切割成复杂的断层、长岗和沟洼。大陆坡的沉积物主要是大陆江河带来的。在坡度大的地带,由于滑坡和浊流使沉积物滑向深处。大陆坡海域离大陆较远,水文状况一般比较稳定。

(3)大陆基。从大陆坡下界向大洋底缓慢倾斜的过渡带称为大陆基(或大陆隆、大陆裙),简称陆基。它是由于浊流等作用在大陆坡基部形成的陆源物质的沉积区,一般包括水深2500~4000m的范围,可横贯洋底延伸1000km。陆基通常较平坦,有时出现一些小丘和较浅的谷沟。陆基的面积约为2500万km2,约占大洋底总面积的5.3%。大西洋和印度洋的陆基比太平洋发达。在大西洋,陆基绵延不断,其宽度通常超过大陆架和大陆坡宽度的总和。

(4)海沟。水深从5000~6000m到11000m的狭长的海底陷落深洼地称为海沟。沟底宽度仅十几公里,上部宽100~200km,两壁陡峭,平均坡度5°~7°,最大达20°~30°。海沟长几百公里到1000~2000km。通常呈弧形,平均弯曲度22°。沟底由海槛所分开的纵向平坦洼地组成。海沟的近大陆斜坡一侧属于下沉的大陆边缘,靠大洋的斜坡属于大洋的海床。全世界海沟有29条。其中太平洋19条,太平洋的马利亚纳海沟最深,达11034m。大西洋4条,印度洋6条。

《联合国海洋法公约》第76条规定:沿海国的大陆架包括其领海以外依其陆地领土的全部自然延伸,扩展到大陆边外缘的海底区域的海床和底土;大陆边包括沿海国陆块没入水中的延伸部分,由陆架、陆坡和陆基的海床和底土构成。如果从测算领海宽度的基线量起到大陆边外缘的距离不到200n mile,则扩展到200n mile的距离。因此,该公约规定的大陆架,包括上面阐述的大陆架、大陆坡和大陆基在内的全部海底区域的海床和底土。

2.大陆边缘分类

按构造活动性可将大陆边缘分为稳定型和活动型两大类。

(1)稳定型大陆边缘。稳定型大陆边缘没有活火山,也极少地震活动,反映了近代在构造上是稳定的,以大西洋两侧的美洲和欧洲、非洲大陆边缘比较典型,故也称大西洋型大陆边缘,此外也广泛出现在印度洋和北冰洋周围。稳定型大陆边缘由大陆架、大陆坡和大陆隆三部分组成,见图1-4。

(2)活动型大陆边缘。活动型大陆边缘与现代板块的汇聚型边界相一致,是全球最强烈的构造活动带,集中分布在太平洋东西两侧,故又称太平洋型大陆边缘。太平洋型大陆边缘的最大特征是具有强烈而频繁的地震(释放的能量占全世界的80%)和火山(活火山占全世界80%以上)活动,有环太平洋地震带和太平洋火环之称。

太平洋型大陆边缘又可进一步分为岛弧亚型和安第斯亚型两类,两者都以深邃的海沟与大洋底分界,见图1-5。

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图1-4 稳定型大陆边缘的组成

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图1-5 活动型大陆边缘

(左为西太平洋岛弧亚型,右为安第斯亚型)

岛弧亚型大陆边缘主要分布在西太平洋,其组成单元除大陆架和大陆坡外一般缺失大陆隆,以发育海沟-岛弧-边缘海盆地为最大特点。这类大陆边缘的岛屿在平面分布上多呈弧形凸向洋侧,故称岛弧,大都与海沟相伴存在。在岛弧与大陆之间以及岛弧与岛弧之间的海域称为边缘海,其中的深水盆地往往具有洋壳结构,深达数千米。因位于岛弧后方(即陆侧),又叫弧后盆地。海沟、岛弧和弧后盆地具有成生联系,从而构成沟-弧-盆体系。

安第斯亚型大陆边缘分布在太平洋东侧的中美-南美洲陆缘,高大陡峭的安第斯山脉直落深邃的秘鲁智利海沟,大陆架和大陆坡都较狭窄,大陆隆被深海沟所取代,形成全球高差(15km以上)最悬殊的地带。

(二)大洋中脊

大洋中脊又称中央海岭、洋中脊,是指贯穿世界四大洋、成因相同、特征相似的海底山脉系列。它全长6.5万km,顶部水深大都在2~3km,高出盆底1~3km,有的露出海面成为岛屿,宽数百至数千千米不等,面积占洋底面积的32.8%,是世界上规模最巨大的环球山系。见图1-6。

大洋中脊体系在各大洋的展布各具特点。在大西洋,中脊位居中央,延伸方向与两岸平行,边坡较陡,称为大西洋中脊;印度洋中脊也大致位于大洋中部,但分三支,呈“入”字形展布;在太平洋内,因中脊偏居东侧且边坡平缓,故称东太平洋海隆。

大洋中脊的北端在各大洋分别延伸上陆,如印度洋中脊北支延展进入亚丁湾、红海,并与东非大裂谷和西亚死海裂谷相通;东太平洋海隆北端通过加利福尼亚湾后潜没于北美大陆西部;大西洋中脊北支伸入北冰洋的部分成为北冰洋中脊,在勒拿河口附近伸进西伯利亚。太平洋、印度洋和大西洋中脊的南端互相连接,东太平洋海隆的南部向西南绕行,在澳大利亚以南与印度洋中脊东南支相接,印度洋中脊的西南分支绕行于非洲以南与大西洋中脊南端相连。

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图1-6 洋中脊系统(据Tchernia,1980)

大洋中脊的轴部都发育有沿其走向延伸的断裂谷地,称为中央裂谷,向下切入的深度约1~2km,宽数10~100多千米。中央裂谷是海底扩张中心和海洋岩石圈增生的场所,沿裂谷带有广泛的火山活动。中脊地形比较复杂,纵向呈波状起伏形态,横向呈岭谷相间排列。

大洋中脊体系在构造上并不连续,而是被一系列与中脊轴垂直或高角度斜交的断裂带切割成许多段落,并错开一定的距离,如罗曼奇断裂带,把大西洋中脊错移1000km以上,沿该断裂带形成7856m的海渊。这种断裂表现为脊槽相间排列的形态。

大洋中脊体系是一个全球性地震活动带,但震源浅、强度小,所释放的能量约占全球地震释放能量的5%。

(三)大洋盆地

大陆边缘与洋中脊之间分布着广阔的大洋盆地,又称大洋床或海床。它是海洋的主要部分。大洋盆地的面积,印度洋、太平洋和大西洋分别占它们本身面积的一半左右。洋盆倾斜度小,约0.3°~0.7°。深度从大陆隆起一直延伸到6000m左右。常见的洋盆次一级的地形有海槽、海底谷、破裂带等凹洼的负地形,以及海山、海丘、海岭等隆起的正地形。

海丘是圆形海底隆起,高度可达500m,直径达5km,分布很广,有时呈线状分布。海岭是长条状海底隆起,侧坡陡峭,往往由海底火山链作用生成。海山是高度500m以上的孤立锥形隆起,具有1~3个水下山峰,为正规火山锥体。某些海山顶峰平坦,直径可达20n mile,称为平顶海山,为一度露出海面的海山,山顶被海浪夷平,随后又随地壳下沉没入海中而构成。