Океанские бассейны покрывают более 70 % поверхности Земли и представляют собой самую большую единственную среду обитания на планете.Эти обширные подводные ландшафты не плоские, пустые равнины, а вместо этого пересеченные местности, сформированные тектоническими силами, вулканической активностью и осадочными процессами на протяжении миллионов лет.Понимание геологических особенностей океанических бассейнов имеет важное значение для реконструкции истории Земли, расшифровки движений тектонических плит и оценки природных ресурсов.Современное батиметрическое картирование выявило потрясающее разнообразие подводных рельефов, от возвышающихся горных хребтов до самых глубоких пропастей на планете.

Что такое океанские бассейны?

Океанские бассейны — большие, вытянутые впадины на земной коре, которые удерживают морскую воду. Они образуют основу Мирового океана и ограничены континентальными окраинами. Образование бассейна обусловлено в первую очередь тектоникой плит: когда континентальные плиты разлетаются, новая океаническая кора образуется в срединно-океанических хребтах, и бассейн расширяется с течением времени. И наоборот, зоны субдукции могут закрывать бассейны по мере сближения плит. Основные океанские бассейны — Тихий, Атлантический, Индийский, Южный и Арктический — каждый имеет уникальные геологические истории и характерные особенности. Средняя глубина глобального океана составляет около 3700 метров, но каждый бассейн содержит регионы намного глубже и ниже, создавая сложную трехмерную географию.

Основные геологические особенности океанских бассейнов

Морское дно далеко от однородного. Оно состоит из множества рельефов, многие из которых больше и драматичнее, чем что-либо на континентах. В следующих разделах подробно описаны наиболее заметные подводные рельефы, обнаруженные в океанских бассейнах.

  • Среднеокеанские ридджесы
  • глубоководные траншеи
  • Морские горы
  • Гайоты
  • Континентальные шельфы
  • Абиссальные равнины
  • Гидротермальные жилые помещения
  • Океанические плато

Среднеокеанские ридджесы

Среднеокеанские хребты — самые длинные в мире горные цепи, простирающиеся на 65 000 км по дну океана. Они образуются на расходящихся границах плит, где тектонические плиты раздвигаются, позволяя магме подниматься из мантии и создавать новую океаническую кору. Этот процесс, известный как распространение морского дна, непрерывно обновляет дно океана. Горные хребты характеризуются центральной рифтовой долиной, параллельными трещинами разломов и обильной вулканической активностью.

Скорости распространения варьируются вдоль системы хребта. Быстрораспространяющиеся хребты, такие как Восхождение в Восточно-Тихоокеанском регионе, имеют более гладкую топографию и менее выраженную рифтовую долину. Медленнораспространяющиеся хребты, такие как Среднеатлантический хребет, демонстрируют глубокую осевую долину и пересеченную местность. Гидротермальные жерла распространены вдоль хребтов, где морская вода просачивается через трещины, нагревается и выбрасывается в виде богатых минералами жидкостей. В этих жерлах находятся уникальные экосистемы, основанные на хемосинтезе, в том числе гигантские трубчатые черви, моллюски и специализированные бактерии. Изучение средних океанических хребтов предоставило критические доказательства тектонической теории плит и продолжает освещать процессы образования коры.

Для получения более подробной информации о распространении морского дна см. Обзор распространения морского дна National Geographic .

глубоководные траншеи

Глубоководные траншеи — это самые глубокие участки океана, образованные на сходящихся границах плит, где одна тектоническая плита подводит под другую. Эти линейные впадины могут превышать 10 000 метров в глубину. Марианская впадина, самая глубокая из известных, достигает примерно 11 034 метров в глубине Челленджера. Впадины связаны с интенсивной геологической активностью, включая землетрясения и вулканические дуги на пересеченной плите.

Окружающая среда в траншеях экстремальна: вечная тьма, почти заморозка, давление сокрушительного давления, превышающее 1000 атмосфер, и ограниченное питание. Несмотря на эти условия, жизнь процветает. Специализированные организмы, такие как амфиподы, улитки и экстремофильные микробы, адаптировались к зоне гадал. Накопления органических осадков или «осадков траншей», поддерживают уникальное бентическое сообщество. Траншеи также играют ключевую роль в глобальном углеродном цикле, секвестрируя органический материал, который помещается в мантию.

Известные траншеи включают в себя Тонгскую впадину, Филиппинскую впадину и Перу-Чилискую впадину. Текущие исследования с использованием глубоководных транспортных средств продолжают раскрывать новые виды и геологические процессы в этих отдаленных средах. Узнайте больше об экосистемах траншей из NOAA Ocean Exploration.

Морские горы

Морские горы — изолированные подводные горы, которые поднимаются с морского дна, но не достигают поверхности океана. Они обычно вулканического происхождения и могут быть тысячи метров в высоту. Морские горы часто встречаются в цепях, образованных в виде тектонической плиты, движущейся над стационарной горячей точкой. Гавайско-императорская цепь подводных гор — классический пример, простирающийся на более чем 6000 километров через Тихий океан.

Морские горы являются горячими точками биоразнообразия. Их крутые склоны создают восходящие течения, которые приносят питательные вещества на поверхность, поддерживая плотные сообщества кораллов, губок, рыб и беспозвоночных. Многие морские горы имеют уникальные, эндемичные виды. Они также служат навигационными путями для мигрирующих видов, таких как киты и черепахи. Геологически, морские горы обеспечивают записи прошлой вулканической активности и движения плит. Со временем некоторые морские горы могут стать гайотами (плоскими) через эрозию или оседание.

Количество подводных гор, превышающих 1 километр в высоту, оценивается в более чем 100 000, но мало кто был исследован подробно. Для получения дополнительной информации об экологии подводных гор, обратитесь к каталогу Seamount в Университете Сан-Диего.

Гайоты

Гайоты — плоскодонные подводные горы, усеченные волновой эрозией за всю свою геологическую историю. Как вулканический остров, образованный горячей точкой, он испытывает оседание, когда плита удаляется и остывает, в конечном итоге опускаясь ниже уровня моря. Плоская вершина указывает на то, что вершина когда-то стояла над поверхностью воды и была выровнена волновым действием. Со временем коралловые рифы могут расти на этих плоских вершинах, образуя карбонатные шапки.

Гайоты важны для понимания истории уровня моря и тектонических движений плит. Их высота и скорость оседания создают ограничения на тепловую эволюцию океанической литосферы. Цепь Императорского Симора содержит многочисленные гиоты, в том числе Детройт Симаун и Мейдзи Гайот. Буровые проекты, такие как Программа океанского бурения, восстановили ядра гиотов, обнаружив осадочные слои, которые фиксируют изменения климата и вулканические эпизоды.

Континентальные шельфы

Континентальные шельфы — это затопленные удлинители континентов, образующие мягко наклонный обод вокруг большинства суши. Они простираются от береговой линии до континентального склона, как правило, на глубинах до 200 метров, хотя некоторые шельфы глубже. Ширина континентальных шельфов широко варьируется: от активных окраин, таких как тихоокеанское побережье Южной Америки, полки узкие; вдоль пассивных окраин, таких как восточные Соединенные Штаты, они могут быть сотни километров в ширину.

Эти шельфы являются биологически богатыми зонами. Солнечный свет проникает на морское дно, поддерживая продуктивные экосистемы, включающие фитопланктона, рыб и бентических беспозвоночных. Континентальные шельфы также экономически значимы: они содержат огромные запасы нефти и природного газа, песка и гравия, являются основными рыболовными угодьями. В ледниковые периоды уровень моря падает, обнажая большую часть шельфа как сухую землю, что повлияло на пути миграции человека и палеоокружение. Осадочные отложения на континентальных шельфах сохраняют записи о прошлом климате и изменениях уровня моря.

Абиссальные равнины

Абиссальные равнины являются самыми плоскими и самыми обширными областями на Земле, покрывающими примерно 40% дна океана. Они лежат на глубинах от 3000 до 6000 метров, между континентальным подъемом и Срединно-океаническими хребтами. Эти равнины образованы осаждением мелкозернистых осадков — терригенной глины и биогенного ооза, — которые медленно покрывают прочную базальтовую кору. Результатом является удивительно плоская поверхность с градиентами менее 1 метра на километр.

Абиссальные равнины не совсем бесхарактерны; они перемежаются подводными горами, абиссальными холмами и незначительными разломами. Скорости накопления осадков чрезвычайно медленные, часто миллиметры на тысячу лет. Глубоководная среда здесь холодная, темная и под высоким давлением. Жизнь редкая, но включает в себя организмы, питающиеся отложениями, такие как морские огурцы, полихетовые черви и фораминиферы. Абиссальные равнины также содержат марганцевые узелки - концентрические конкреции железа и оксидов марганца - которые представляют потенциальный экономический интерес. Эти узелки растут со скоростью миллиметров на миллион лет и содержат микрометаллы, такие как кобальт, никель и медь.

Гидротермальные жилые помещения

Гидротермальные вентиляционные отверстия представляют собой локализованные особенности морского дна, где из трещин в океанической коре выходит геотермально нагретая вода. Они чаще всего встречаются вдоль среднеокеанических хребтов и заполярных бассейнов. Когда морская вода просачивается в кору, она нагревается магмой, становится плавучей и поднимается обратно на морское дно, растворяя по пути минералы. При контакте с холодной океанской водой эти минералы осаждаются, образуя дымоходоподобные структуры, называемые черными курильщиками, которые испускают шлейфы темной, богатой металлом сульфидной жидкости. Белые курильщики испускают более холодные, светлые жидкости.

Эти вентиляционные отверстия создают оазисы жизни в глубоком море. Химиосинтетические бактерии окисляют сероводород для получения органического вещества, образуя основу пищевой сети, включающей гигантских трубчатых червей, моллюсков, крабов и рыб. Биомасса вокруг вентиляционных отверстий может быть чрезвычайно высокой. Вентские сообщества изолированы и часто эндемичны, с видами, адаптированными к высоким температурам и токсичной химии. Гидротермальные жерла также влияют на глобальную океаническую химию и являются объектами, представляющими интерес для изучения происхождения жизни на Земле и потенциала жизни на других планетах.

Для всестороннего обзора вентиляционных экосистем см. Страница Океанографического института Вудс-Хоул по гидротермальным вентиляционным отверстиям .

Океанические плато

Океанические плато — большие, относительно плоские области утолщенной океанической коры, которые поднимаются над окружающим морским дном. Они образованы массивными вулканическими извержениями, связанными с мантийными плюмами, создавая большие магматические провинции (ЛПИ). Плато Онтонг Ява в юго-западной части Тихого океана является одним из крупнейших, покрывая площадь размером с Монголию и достигая толщины более 30 километров. Другие примеры включают плато Кергелен и Шацкий подъем.

Эти плато могут оказывать значительное влияние на циркуляцию океана, климат и биоразнообразие. Их замещение часто совпадает с периодами глобальных изменений окружающей среды, включая океанические аноксические явления и массовые вымирания. Вулканическая дегазация углекислого газа и диоксида серы может изменить химию атмосферы. Подводные плато также выступают барьерами для глубоководных течений и обеспечивают мелководные места обитания в открытом океане. Их геология изучается путем дноуглубительных работ и бурения, чтобы понять динамику мантии и сроки вулканических событий.

Процессы формирования океанических бассейнов

Формирование и эволюция океанических бассейнов контролируются серией тектонических и магматических процессов. Основным драйвером является тектоника плит, которая описывает движение жестких литосферных плит над лежащей в основе астеносферой. При расходящихся границах пластины разделяются, позволяя магме подниматься и создавать новую океаническую кору на средних океанских хребтах - процесс, называемый распространением морского дна. Это создает широкую базальтовую основу океанских бассейнов.

При сходящихся границах сталкиваются плиты, и более плотная океаническая плита вынуждена под более светлой континентальной или океанической плитой образовывать зоны субдукции. Это создаёт глубоководные траншеи и вулканические дуги. Подводящая плита переносит осадок и воду в мантию, подпитывая вулканизм и вызывая землетрясения. Преобразовывать границы, где плиты скользят горизонтально друг мимо друга, создают зоны разломов, которые компенсируют отрезки хребта.

Помимо распространения и субдукции, другие процессы формируют бассейны. Тепловое оседание заставляет океаническую литосферу охлаждаться, сжиматься и опускаться по мере удаления от хребта, углубляя бассейн с течением времени. Осадок с континентов и биологическая продуктивность постепенно покрывает базальтовую кору, строя абиссальные равнины. Мантийные плюмы могут производить горячие точки, создавая цепи подводных гор и океанические плато. Взаимодействие этих процессов на протяжении десятков-сотней миллионов лет производит сложную топографию современных океанических бассейнов.

Важность изучения океанических бассейнов

Изучение геологических особенностей океанских бассейнов дает фундаментальные знания по нескольким научным дисциплинам. Геологически дно океана записывает историю движений плит, конвекции мантии и вулканических эпизодов. Магнитные аномалии морского дна и ядра осадков были жизненно важны для установления временной шкалы магнитных разворотов Земли и прошлых климатических условий.

Океанские бассейны также содержат огромные природные ресурсы. Запасы углеводородов лежат под континентальными шельфами и глубоководными окраинами. Марганцевые узелки, богатые кобальтом корки и массивные сульфиды морского дна из гидротермальных жерл являются потенциальными источниками металлов для будущей добычи. Понимание распределения и формирования этих ресурсов имеет решающее значение для устойчивого управления.

Климатология опирается на исследования океанических бассейнов, поскольку океан хранит и переносит тепло и углерод. Осадки на абиссальных равнинах хранят записи о прошлой температуре, циркуляции океана и биологической продуктивности. Подводные формы суши влияют на океанские течения, которые, в свою очередь, влияют на глобальные климатические модели. Более того, глубокое море является основным поглотителем углерода; процессы, такие как биологический насос, транспортируют органический углерод на морское дно, где он может быть похоронен на протяжении тысячелетий.

Наконец, уникальные экосистемы, связанные с такими особенностями, как гидротермальные жерла, подводные горы и траншеи, представляют собой одни из самых экстремальных и наименее изученных мест обитания на Земле. Они предлагают возможности для открытия новых видов, новых биохимических соединений и понимания эволюционной адаптации. Защита этих хрупких сред от деятельности человека является новым приоритетом сохранения.

Заключение

Геологические особенности океанских бассейнов — срединно-океанических хребтов, траншей, подводных гор, гиот, континентальных шельфов, абиссальных равнин, гидротермальных жерл и океанических плато — являются продуктами динамических земных процессов, действующих в огромных временных масштабах. Каждый рельеф суши рассказывает историю движений плит, вулканической активности, эрозии и осадочных пород. По мере развития технологий с автономными подводными аппаратами, глубоководным бурением и спутниковой альтиметрией наше понимание этих подводных ландшафтов продолжает углубляться. Изучение океанских бассейнов не только раскрывает историю нашей планеты, но и информирует об ответственном использовании океанских ресурсов и управлении морской средой для будущих поколений.