Table of Contents

Оригинальное название: The Hidden Mountain Ranges of the Deep Ocean

Дно океана не плоская, безликая равнина. Вместо этого в нем преобладает непрерывная сеть подводных горных хребтов — океанических хребтов — которые охватывают более 65 000 километров. Эти хребты являются самыми обширными геологическими особенностями на Земле, но они остаются в значительной степени скрытыми под тысячами метров воды. Далеко не просто любопытными, океанические хребты являются основными местами, где рождается новая океаническая кора, движущая тектоника плит, формирующая циркуляцию океана и поддерживающая уникальные экосистемы. Понимание их динамики имеет важное значение для понимания того, как наша планета работает как интегрированная система.

Что такое океанические переезды? определение и масштаб

Океанический хребет — длинная, приподнятая цепь гор, проходящая вдоль дна океана, как правило, отмечающая границу между двумя расходящихся тектонических плит. Эти хребты поднимаются на 2000—3000 метров над окружающими абиссальными равнинами и характеризуются центральной рифтовой долиной, где сосредоточена вулканическая активность. Наиболее известным примером является Среднеатлантический хребет, который разделяет Атлантический океан с севера на юг, но почти в каждом океанском бассейне есть такая система. Вместе глобальная система среднего океанического хребта образует единый, взаимосвязанный вулканический пояс, который окружает планету.

Океанические хребты отличаются от континентальных горных хребтов не только местоположением, но и происхождением. В то время как континентальные горы, такие как Гималаи, построены путем столкновения и сжатия, океанические хребты создаются расширением и апвеллингом мантийного материала. Это фундаментальное различие делает хребты ключом к пониманию распространения морского дна и утилизации литосферы Земли.

Формирование океанических переездов: двигатель распространения морского дна

Образование океанических хребтов является прямым следствием тектоники плит. При расходящихся границах плит тектонические плиты удаляются друг от друга. Получающийся разрыв позволяет горячей мантии подниматься, разлагаться и частично таять. Эта магма вторгается в кору и извергается на морское дно, быстро охлаждаясь, образуя новые магматические породы — в первую очередь базальт. Со временем повторяющиеся извержения наращивают ось хребта. Этот процесс, известный как распространение морского дна, был впервые предложен Гарри Гессом в 1960-х годах и позже подтвержден данными магнитной аномалии.

Распределение ставок и ридж-морфология

Скорость, с которой плиты расходятся, сильно варьируется, и эта скорость напрямую влияет на форму и структуру хребта.Ридджес классифицируют по скорости распространения:

  • Быстрораспространяющиеся хребты (например, Восстание в Восточной части Тихого океана) распространяются со скоростью более 80 мм в год. Они имеют гладкую топографию, приглушенную центральную рифтовую долину (часто глубиной менее 200 метров) и частые извержения вулканов, которые производят лаву подушки и листовые потоки.
  • Медленно распространяющиеся хребты (например, Среднеатлантический хребет) распространяются со скоростью 20–40 мм в год. Они демонстрируют видную рифтовую долину глубиной до 2000 метров, более грубую местность и более эпизодическую вулканическую активность. Глубокая рифтовая долина является отличительной чертой медленного распространения и, как полагают, является результатом неспособности магмы поставлять, чтобы идти в ногу с разделением плит.
  • Ультрамедленно-распространяющиеся хребты (например, хребет Гаккеля под Северным Ледовитым океаном) распространяются менее чем на 20 мм в год и производят чрезвычайно прочное морское дно с небольшим вулканическим выбросом, часто подвергая непосредственно мантийные породы.

Эти различия в скорости распространения оказывают глубокое влияние на гидротермальную активность, толщину коры и типы экосистем, обнаруженных в каждом сегменте хребта.

Роль магматических камер

Под быстрораспространяющимися хребтами находится в нескольких километрах под морским дном устойчивая магматическая камера, которая подпитывает лаву на поверхность, а также производит покрытый листами дайк-комплекс, лежащий в основе лавы подушки. При медленнораспространяющихся хребтах магматические камеры являются переходными и расплав могут храниться в меньших карманах. Эта изменчивость влияет на химию извергающихся базальтов и распределение гидротермальных вентиляционных отверстий.

Типы и классификация океанических переездов

Хотя все океанические хребты имеют общее происхождение на расходящихся границах, их можно дополнительно классифицировать на основе тектонических установок и структурных особенностей.Понимание этих типов помогает исследователям прогнозировать месторождения полезных ископаемых, сейсмическую активность и биологические сообщества.

Среднеокеанские ридджесы

Это классические хребты, находящиеся в середине океанских бассейнов, вдали от любой зоны субдукции. Они характеризуются центральной рифтовой долиной (или осевым максимумом на быстро распространяющихся хребтах) и являются первичными локусами распространения морского дна. Срединно-Атлантический хребет и Восхождение в Восточной части Тихого океана являются наиболее известными примерами. Срединно-океанические хребты содержат самые энергичные гидротермальные системы и являются предметом обширных геологических и биологических исследований.

Преобразование зон разломов и разломов

Океанические хребты не являются непрерывными прямыми линиями; они смещены разломами преобразования. Это разломы скольжения, когда две пластины горизонтально скользят друг мимо друга. Активный разлом лежит между двумя отрезками хребта, в то время как неактивные расширения за хребтом называются зонами разломов. Разломы преобразования являются местами частых землетрясений, а смещение в гребнях хребта может создать драматическую топографию. Разлом Сан-Андреас — это континентальное преобразование, но его океанические аналоги гораздо более многочисленны.

Центры распространения Back-Arc

Эти хребты возникают за вулканическими дугами в зонах субдукции. Когда нисходящая плита тонет, она может заставить перекрывающую плиту растягиваться и разрежаться, создавая небольшой океанский бассейн с собственным центром распространения. Примерами являются бассейн Лау в Тихом океане и Марианская впадина. Расширяющиеся хребты задней дуги химически отличаются от среднеокеанических хребтов, поскольку они включают жидкости и плавления из субдукционной плиты, что приводит к более обогащенным базальтам и различной вентиляционной фауне.

Распространяющие рифты и микропластины

В некоторых регионах хребет может распространяться на более старую кору, создавая распространяющийся разлом, который постепенно расщепляет пластину. Этот процесс оставляет за собой след из вращающихся блоков и магнитных аномалий. Микропласты — это небольшие фрагменты коры, которые становятся изолированными между конкурирующими сегментами хребта, такими как пасхальная микропластина в юго-восточной части Тихого океана.

Геофизические процессы, управляемые океаническими переездами

Океанические хребты не являются пассивными объектами, они активно управляют несколькими фундаментальными геофизическими процессами, которые формируют поверхность Земли и ее внутреннюю часть.

Тектоника плит и распространение морского дна

Внешнее движение плит от хребтов является основным драйвером тектоники плит. По мере создания новой литосферы на хребте старая литосфера удаляется и в конечном итоге погружается обратно в мантию в зонах субдукции. Это движение, подобное конвейерному поясу, отвечает за континентальный дрейф, горообразование и глобальное распределение землетрясений и вулканов. Без хребтов пластины не будут двигаться.

Магнитные полосы и палеомагнетизм

Поскольку новообразованный базальт охлаждается на хребте, он фиксирует направление и интенсивность магнитного поля Земли в то время. Поскольку магнитное поле периодически меняет полярность, морское дно приобретает полосы нормальной и обратной полярности симметрично по обе стороны оси хребта. Эти магнитные полосы обеспечивают «записывающий регистратор» движения плит и использовались для определения скорости распространения в течение последних 200 миллионов лет. Открытие этих магнитных аномалий было ключевым доказательством теории распространения морского дна.

Геотермальный тепловой поток

Океанические хребты выделяют огромное количество тепла из недр Земли. Проводящий тепловой поток через кору наиболее высок вблизи оси хребта и уменьшается с расстоянием по мере охлаждения и утолщения пластины. Это тепло приводит к гидротермальной циркуляции, которая является основным путем химического обмена между корой и океаном. По оценкам глобального теплового потока, примерно треть от общего теплового потока Земли происходит через океаническую кору, большая часть которой находится на хребтах.

Гидротермальная циркуляция и Vent Fields

Холодная морская вода просачивается вниз через трещины и трещины в хребте. По мере приближения к горячей магматической камере она нагревается до 400 °C, химически изменяется, а затем выбрасывается обратно в океан через гидротермальные вентиляционные отверстия. Эти вентиляционные отверстия создают эффектных «черных курильщиков», которые осаждают минеральные сульфиды и поддерживают процветающие микробные сообщества. Гидротермальные жидкости переносят растворенные металлы, сера и водород, которые являются внеосевыми минералами, которые способствуют образованию массивных сульфидных отложений. Гидротермальная активность на хребтах также влияет на глобальную химию океана, включая концентрацию магния, кальция и железа.

Влияние на циркуляцию океана и климат

Физическая структура океанических хребтов прерывает и перенаправляет глубокие океанские течения, играя значительную роль в глобальной термохалинной циркуляции.Это влияние распространяется на распределение питательных веществ и регулирование климата.

Топографическое управление нижними течениями

Глубокие океанские течения текут по морскому дну, а хребты выступают в качестве барьеров, которые направляют или блокируют эти потоки. Например, юго-западный Индийский хребет раскалывает поток Антарктической Дноводной воды, заставляя ее проходить через узкие зоны разломов. Это топографическое рулевое управление, где холодные, плотные воды могут распространяться в Атлантический, Тихий и Индийский бассейны. Получающиеся схемы циркуляции влияют на смешивание океана и хранение углерода и тепла в глубоком море.

Обострение и повышение питательных веществ

Там, где топография хребта заставляет глубокие течения подниматься, она создает местные зоны апвеллинга. Они приносят богатые питательными веществами воды на поверхность, заправляя цветение фитопланктона и поддерживая рыболовство. Среднеатлантический хребет, например, влияет на Североатлантический ток и способствует богатым рыболовным угодьям, найденным в регионе. Обстановка, связанная с хребтом, особенно важна в Южном океане, где антарктический циркумполярный ток взаимодействует с системой хребта.

Влияние на климат через вулканические выбросы

Извержения вулканов на хребтах выделяют в океан углекислый газ и другие газы. В то время как общий поток невелик по сравнению с антропогенными выбросами, устойчивый вулканический вклад в течение геологического времени помог сохранить парниковый эффект Земли. Однако растворение вулканических газов в морской воде также способствует подкислению океана в локализованных районах вокруг жерл.

Экологическое значение океанических переездов

Сложные условия на океанических хребтах — экстремальное давление, темнота и токсичные химические вещества — привели к появлению некоторых из самых необычных экосистем на Земле. Эти сообщества существуют полностью независимо от солнечного света, полагаясь вместо этого на хемосинтез.

Гидротермальные Vent экосистемы

В гидротермальных жерлах теплые, химически богатые жидкости поддерживают плотные скопления организмов. Трубчатые черви (Riftia pachyptila) могут вырастать до двух метров в длину, опираясь на симбиотические бактерии, окисляющие сероводород. Гигантские моллюски, мидии, креветки и крабы образуют сложные пищевые сети. Эти вентиляционные сообщества встречаются на хребтах по всему миру, каждый из которых имеет уникальные виды, адаптированные к местной химии. Открытие глубоководных жерл в 1977 году произвело революцию в биологии, доказав, что жизнь может процветать без фотосинтеза.

Горячие точки биоразнообразия на проселочных участках

Различные сегменты хребта имеют различные биологические сборки. В Восточно-Тихоокеанском подъеме находится быстрорастущая вентиляционная фауна, в то время как в Средне-Атлантическом хребте преобладают креветки. В Центральном индийском хребте есть свои собственные эндемичные виды. Биогеографические барьеры, такие как глубина хребта или разрывы, создаваемые разломами трансформации, ограничивают распространение между регионами. В результате каждая провинция хребта является уникальной горячей точкой биоразнообразия, многие виды еще предстоит описать.

Не-постоянные места обитания: осадочные риджи и подводные горы

Не все места обитания хребтов гидротермальные. Осадочные хребты накапливают органическое вещество из надводных вод, поддерживая инородные сообщества. Морские горы, связанные с хребтами, выступают в качестве ступеньки для мигрирующих видов и обеспечивают твердые субстраты для холодноводных кораллов. Общая топографическая сложность систем хребтов создает мозаику мест обитания, которая усиливает региональное богатство видов.

Вызовы и угрозы экосистемам океанических хребтов

Несмотря на свое удаленное местоположение, океанические хребты сталкиваются с растущим давлением со стороны человеческой деятельности и глобальных изменений окружающей среды.

Изменение климата и окисление океана

Потепление температуры океана изменяет тепловые градиенты, которые приводят к глубоководным течениям, потенциально нарушая доставку питательных веществ в экосистемы хребта. Подкисление снижает доступность ионов карбоната, что может нанести вред организмам, которые строят карбонатные оболочки кальция, такие как мидии и кораллы, связанные с вентиляционными отверстиями. Изменения уровня кислорода также угрожают глубоководной жизни вблизи хребтов. Мониторинг долгосрочных данных о температуре и pH на контрольных участках хребта является приоритетом исследований.

Глубоководная добыча

В океанических хребтах находятся обширные залежи полиметаллических сульфидов, богатых медью, цинком, золотом и серебром. Интерес к коммерческой добыче этих месторождений растет по мере сокращения запасов полезных ископаемых на суше. Операции по добыче полезных ископаемых будут включать удаление больших объемов морского дна, создание отложений, которые могут задушить сообщества вентиляционных отложений, и введение шума и легкого загрязнения. Международное управление морского дна выпустило контракты на разведку, но экологические правила остаются в стадии разработки. Защита репрезентативных мест обитания хребта через морские охраняемые районы (МОР) является активной областью политических дебатов.

Загрязнение и морские мусорные баки

Пластик и другие обломки могут достигать даже самых глубоких хребтов через океанские течения. Микропластики были обнаружены в кишечниках вентиляционных организмов, а выброшенные рыболовные снасти запутывают кораллы. Химические загрязнители из отдаленных источников, такие как ПХБ и пестициды, накапливаются в отложениях хребта и могут поглощаться бентосной фауной. Учитывая медленный рост и ограниченное распространение многих видов хребта, восстановление от загрязнений может занять десятилетия или столетия.

Биотраление и контактный дон рыбалка

В то время как глубоководный промысел обычно избегает осевой вершины хребтов из-за пересеченной местности, траление по флангам хребта и подводным горам может повредить хрупкие коралловые сады и агрегации губок. В настоящее время правила в некоторых региональных рыбохозяйственных организациях ограничивают донное траление в известных уязвимых морских экосистемах, но обеспечение соблюдения остается сложной задачей.

Будущие направления исследований и технологические достижения

Многое остается неизвестным об океанических хребтах. Достижения в океанографической технологии открывают новые границы.

Автономные подводные транспортные средства и AUV-картирование

Многолучевой гидролокатор высокого разрешения, развернутый с автономных подводных аппаратов (AUV), теперь позволяет ученым картировать сегменты хребта с точностью до метра. Эти карты показывают подробные потоки лавы, трещины и вентиляционные поля. AUV также несут химические и физические датчики для обнаружения гидротермальных шлейфов, что позволяет открывать новые вентиляционные участки.

Долгосрочные обсерватории

Кабельные обсерватории, такие как Инициатива по обсерваториям океана (OOI) в Axial Seamount, предоставляют непрерывные данные в реальном времени о вулканической активности, сейсмичности, гидротермальном вентиляции и динамике экосистем. Эти сети имеют решающее значение для понимания циклов извержений и реакции сообществ вентиляционных отверстий на возмущения.

Глубоководное бурение и исследования подповерхностной биосферы

Международная программа по исследованию океана (IODP) пробурила хребты и осевые долины, раскрывая масштабы подповерхностной биосферы. Микробная жизнь существует в пористой базальтовой коре, и эти глубоководные сообщества могут влиять на глобальные биогеохимические циклы. Будущие цели бурения будут сосредоточены на самых глубоких гидротермальных системах.

Генетическая связь и биогеография

Достижения в геномике позволяют исследователям проследить, как личинки видов вентиляционных отверстий рассеиваются по системам хребта. Понимание связи помогает прогнозировать восстановление после добычи и информирует о морском пространственном планировании. Исследования показали, что, несмотря на в значительной степени непрерывную систему хребта, многие виды генетически изолированы, подчеркивая необходимость множественных охраняемых участков.

Вывод: Жизненная роль океанических переездов в науке о системе Земли

Океанические хребты намного больше, чем подводные горные хребты. Они являются родиной океанической коры, двигателей тектоники плит и центров хемосинтетических экосистем. Их влияние простирается от магнитных полос, которые регистрировали историю полярности Земли до глубоких течений, которые модулируют климат. По мере того, как человеческая деятельность все больше достигает глубокого моря, понимание и защита экосистем хребта становится неотложным приоритетом. Продолжающееся исследование в сочетании с надежным экологическим управлением имеет важное значение для сохранения динамизма и разнообразия этих скрытых ландшафтов. Для дальнейшего чтения программа NOAA Ocean Exploration предоставляет интерактивные карты особенностей хребта, а Международное управление морского дна предлагает обновления правил глубоководной добычи. Исследователи также могут проконсультироваться с проектом EarthByte для тектонических реконструкций плит, которые включают динамику хребта.