Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ОК)"

Океан (Мировой океан)

Океан, Мировой океан (от греч. Ōkeanós – Океан, великая река, обтекающая Землю).

I. Общие сведения

  О. – непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. Составляет большую часть гидросферы (94%) и занимает около 70,8% земной поверхности. В понятие «О.» часто включают подстилающие массу его вод земную кору и мантию. По физическим и химическим свойствам и качественному химическому составу воды (см. Морская вода) О. представляет собой единое целое, но по количественным показателям гидрологического и гидрохимического режима отличается большим разнообразием. Как часть гидросферы О. находится в непрерывном взаимодействии с атмосферой и земной корой, определяющими многие существенные его особенности.

  О. представляет собой огромный аккумулятор солнечного тепла и влаги. Благодаря ему на Земле сглаживаются резкие колебания температуры и увлажняются отдалённые районы суши, что создаёт благоприятные условия для развития жизни. О. – богатейший источник продуктов питания, содержащих белковые вещества. Он служит также источником энергетических, химических и минеральных ресурсов, которые частично уже используются человеком (энергия приливов, некоторые химические элементы, нефть, газ и др.).

  С древнейших времён О. и его моря использовались для установления связей между народами. Это создало предпосылки для Великих географических открытий, а также для освоения отдалённых от центров культуры территорий, чему способствовал технический прогресс в транспортных средствах. По океанским путям осуществляется около ⁴/₅ мирового грузооборота (см. Морской транспорт).

  Роль О. в жизни человечества быстро возрастает. Проблема использования О. в различных отраслях экономики стран мира (судоходство, рыболовство, рациональная эксплуатация ресурсов О., освоение шельфа, прокладка межконтинентальных кабелей, опреснение воды, а также охрана и предотвращение загрязнения морской среды и др.) носит глобальный характер и связана с разрешением важных экономических, политических и правовых вопросов.

  По физико-географическим особенностям, находящим своё выражение в гидрологическом режиме, в Мировом океане выделяются отдельные океаны, моря, заливы, бухты и проливы. В основе наиболее распространённого современного подразделения О. лежит представление о морфологических, гидрологических и гидрохимических особенностях его акваторий, в большей или меньшей степени изолированных материками и островами. Границы О. отчётливо выражены лишь береговыми линиями суши, омываемой им; внутренние границы между отдельными океанами, морями и их частями носят до некоторой степени условный характер. Руководствуясь спецификой физико-географических условий, некоторые исследователи выделяют также в качестве отдельного Южный океан с границей по линии субтропической или субантарктической конвергенции (см. Конвергенции зоны) или по широтным отрезкам срединно-океанических хребтов. Основные морфометрические показатели отдельных океанов с входящими в них морями и Мирового океана в целом даны в таблице 1.

Табл. 1. – Основные морфометрические показатели океанов

¹По другим данным – 91, 14, 338, 3332 соответственно. ²По другим данным – 14, 7, 16,7, 1130 соответственно.

  В Северном полушарии вода занимает 61% поверхности земного шара, в Южном – 81%. Севернее 81° с. ш. в Северном Ледовитом океане и приблизительно между 56° и 63° ю. ш. воды О. покрывают земной шар непрерывным слоем. По особенностям распределения воды и суши земной шар делится на океаническое и материковое полушария. Полюс первого расположен в Тихом океане, к Ю.-В. от Новой Зеландии, второго – на С.-3. Франции. В океаническом полушарии воды О. занимают 91% площади, в материковом – 53%.

  II. Геологическое строение и рельеф дна

  Рельеф дна и строение земной коры. Общее представление о распределении глубин О. даёт гипсографическая кривая, согласно которой большая часть площади дна (73,8%) располагается на глубине от 3000 до 6000 м. Планетарные морфоструктуры дна О. выделяются на основе различий в строении и истории развития отдельных участков земной коры. Части дна О., прилегающие к материкам, характеризуются материковым типом коры и составляют подводную окраину материков, в которой по особенностям рельефа выделяют шельф, материковый склон и материковое подножие. Последнее граничит с ложем океана или с ложем котловин краевых морей (если подводная окраина материка обрамляется зоной островных дуг). Ложу свойственна сравнительно тонкая кора океанического типа, состоящая из трёх слоев: верхнего слоя рыхлых осадков (или «первого» сейсмического), «второго» («надбазальтового») и нижнего – «базальтового». Рельеф ложа О. представлен плоскими аккумулятивными (абиссальными) равнинами и сложнорасчленёнными холмистыми поверхностями, на которых сохранился вулканический рельеф. Развиты также отдельные вулканические горы и цепи гор, а также широкие сводовые (валы) и блоковые (асейсмические хребты) поднятия. Относительные глубины в пределах ложа О. колеблются от 2000—4000 до 11000 м. Из числа отрицательных форм на ложе О. выделяются узкие желоба, приуроченные к гигантским разломам и прогибам земной коры (глубина до 7000 м и более).

  На большей части периферии Тихого океана, в северо-восточной части Индийского океана, а также в районах морей Карибского и Скоша (Скотия) между подводной окраиной материка и ложем океана располагается переходная зона. Основные элементы рельефа здесь – котловины окраинных морей (глубина до 4000—5000 м), островные дуги (подводные хребты с цепочкой островов вдоль гребней) и глубоководные желоба, к которым приурочены наибольшие глубины О. (например, Марианский жёлоб глубиной 11 022 м). В пределах зоны островных дуг сложно сочетаются участки материковой, субматериковой, субокеанической и океанической земной коры, которой свойственна высокая сейсмичность и проявление современного вулканизма. Четвёртой планетарной морфоструктурой дна О. являются срединноокеанические хребты – система крупнейших сильно расчленённых подводных поднятий, пересекающих все океаны и отличающихся особым типом земной коры. Характерные черты рельефа срединно-океанических хребтов – рифтовые долины, обрамляющие их рифтовые хребты, поперечные разломы, а также крупные вулканические массивы, например Азорский.

  Выделенные планетарные морфоструктуры соответствуют крупнейшим структурно-тектоническим категориям земной коры. Подводные окраины материков в тектоническом отношении представляют собой затопленные части материковых платформ и характеризуются относительно спокойным тектоническим режимом с преобладанием медленных отрицательных движений земной коры, с изометрическими очертаниями геофизических полей и слабыми положительными аномалиями силы тяжести. У внешнего края шельфа и материкового склона часто отмечаются линейные положительные магнитные и гравитационные аномалии. Переходная зона – современная геосинклинальная область с резкой дифференциацией и высокими скоростями вертикальных движений земной коры, сложным рисунком геофизических полей, причём глубоководным желобам обычно свойственны резко выраженные отрицательные, а котловинам окраинных морей – значительные положительные аномалии силы тяжести. Срединно-океанические хребты в геотектоническом отношении соответствуют георифтогеналям и являются, как и переходная зона, областями высокой сейсмичности, вулканизма и горообразования. Для срединных хребтов характерно чередование линейно-вытянутых положительных и отрицательных магнитных аномалий. Ложе О., соответствующее в структурно-тектоническом отношении понятию талассократон, отличается довольно широким распространением особого типа вулканизма, разломной тектоники, слабой сейсмичностью и медленными регионального характера отрицательными движениями земной коры. Геофизические поля в пределах ложа О. большей частью имеют изометрические очертания, преобладают положительные аномалии силы тяжести. Многие районы обладают полосчатым распределением магнитного поля.

  Донные осадки. До недавнего времени знания о геологическом возрасте, вещественном составе и истории формирования осадочного чехла О. ограничивались данными о самых верхних горизонтах слоя рыхлых осадков («первого» сейсмического слоя). Начиная с 1968 в результате систематического глубоководного бурения, проводимого с корабля «Гломар Челленджер» (см. Морская геология), в ряде районов были достигнуты вулканические породы «второго» («надбазальтового») слоя коры. На основе геологических исследований и сейсмического зондирования установлено, что мощность неуплотнённых осадков меняется от 2000—3000 и более м в приматериковых зонах О. до первых десятков м и даже до нуля на гребнях срединных океанических хребтов, крутых склонах поднятий и уступах материкового склона.

  В центральных, удалённых от суши (пелагических) частях О. выявлено три широтных пояса максимальных мощностей осадочного чехла (более 2000 м) – вдоль экватора, к С. от 40° с. ш. и к Ю. от 40° ю. ш. Стратиграфический объём осадочной толщи увеличивается от срединных хребтов (плейстоцен – плиоцен) к краевым частям О. (до верхней юры). Более древние океанические осадки бурением не обнаружены, но не исключена вероятность их нахождения в породах «второго» слоя (например, в Тихом океане).

  Среди донных осадков О. выделяются терригенные, биогенные (известковые, кремнистые), вулканогенные и осадки смешанного происхождения (полигенные), к которым относятся глубоководные красные глины. Терригенные осадки тяготеют к подводным окраинам материков, периферии ложа О. и глубоководным желобам. Среди них распространены отложения мутьевых потоков – турбидиты. Характерна относительная обогащённость органическим веществом, разложение которого создаёт восстановительную обстановку и обусловливает серую окраску осадков. Известковые осадки наиболее распространены в тёплых и умеренных зонах О. (от 50° с. ш. до 50° ю. ш.); в пределах океанического ложа они представлены фораминиферовыми и кокколитово-фора-миниферовыми отложениями, а на мелководьях – ракушечными и коралловыми отложениями. На глубине более 4500—5000 м вследствие растворения СаСО₃ известковые осадки отсутствуют. Кремнистые осадки (радиоляриевые и диатомовые) образуют 3 пояса, соответствующих зонам высокой продуктивности фитопланктона, – два субполярных и один экваториальный. Красная глубоководная глина характерна для котловин с глубиной 4500—5000 и более м в зонах низкой биологической продуктивности. В областях О., примыкающих к зонам активного субаэрального вулканизма, формируются вулканические осадки. Наибольшие площади дна современного О. занимают карбонатные осадки (около 150 млн. км²), глубоководные красные глины (свыше 110 млн. км²) и кремнистые илы (около 60 млн. км²). Современная зональность распределения различных типов осадков, наблюдаемая в поверхностном слое, далеко не всегда выдерживается в более глубоких (древних) горизонтах. Материалы бурения свидетельствуют об изменении условий океанического осадконакопления в прошлые геологические периоды.

  Поступление эндогенного вещества на дно О. не ограничивается районами надводных вулканов. Оно отмечается близ срединных хребтов и крупных разломов. К ним приурочено образование металлоносных, а в некоторых случаях – рудоносных (Красное море) пластов с высокой концентрацией Fe (до 20—40%), Mn, Co, Ni, Pb, Zn, Ag, Se, Hg и др. элементов. Другой тип океанического рудообразования связан с осадочными процессами, ведущими к накоплению железомарганцевых конкреций. Они приурочены к поверхностному слою осадков, но иногда обнаруживаются и в глубоких горизонтах осадочной толщи.

  Для океанических осадков, в отличие от морских отложений, характерна малая скорость накопления. Она не превышает 1 мм в 1000 лет для красных глубоководных глин, а для известковых и диатомовых осадков колеблется от 1 до 30 мм в 1000 лет. Максимальная скорость отмечается у основания материкового склона в зоне накопления терригенных осадков (часто более 100 мм в 1000 лет).

  Основная масса материала океанических осадков поступает с материков в виде взвесей и в растворённой форме. Количественное распределение осадочного материала и типы осадков связаны с климатической, вертикальной, горизонтальной и циркумконтинентальной зональностью, а также с тектоническим режимом. Климатическая зональность и тектонический режим определяют массу и состав терригенного и биогенного материала; вертикальная зональность – растворение карбонатов с глубиной и погрубение материала на поднятиях; циркумконтинентальная зональность – образование ареалов терригенных осадков близ материков.

  Отложения, близкие к океаническим осадкам, предполагаются в составе геосинклинальных толщ древних складчатых систем материков. Их образование вероятно в геологических формациях ранних стадий развития краевых геосинклиналей (например, францисканская формация на Тихоокеанском побережье США), а также на океанических островах (Тимор, Барбадос и др.)

  Происхождение и геологическая история. Согласно современным представлениям, воды О. – продукт дифференциации вещества мантии Земли. Имеются различные гипотезы о происхождении впадин О. и направленности их эволюции. По одной из них, впадины О. – более древние образования, чем материки; развитие земной коры и рельефа Земли идёт по пути постепенного сокращения О. и наращивания материков, переработки океанической коры в материковую в пределах геосинклинальных поясов (гипотеза «континентализации»). Согласно противоположной точке зрения, впадины О. – сравнительно молодые образования, возникшие благодаря процессам преобразования материковой коры в океаническую (гипотеза «океанизации»). В 60-х гг. 20 в. приобрела большое число сторонников третья гипотеза – разрастания океанического дна, или гипотеза «тектоники плит». Согласно этой гипотезе, вся земная кора состоит из ограниченного числа подвижных плит, границами которых служат срединные хребты и глубоководные желоба. В рифтовых зонах срединных хребтов происходит подъём глубинного вещества, которое затем растекается в обе стороны и, постепенно остывая и уплотняясь, снова погружается в зонах глубоководных желобов. Предполагается, что этот процесс протекает с середины мезозоя и постепенно ведёт ко всё большему раздвижению противоположных бортов О. Ряд фактов подтверждает эту гипотезу, однако она ещё мало увязывается с огромным материалом, накопленным в ходе изучения геологии суши.

  О. в виде современных глубоководных бассейнов существуют, по крайней мере, с юрского периода, т.к. более древние породы на дне О. пока не обнаружены. В течение мела и кайнозоя происходило дальнейшее их углубление и развитие абиссального осадкообразования. Несомненным является недавнее наращивание окраин материков за счёт замыкания окраинных геосинклинальных бассейнов. Огромные мощности осадков в котловинах геосинклинальных морей свидетельствуют о древности О. При образовании крупных форм рельефа дна О. существ. роль играли вертикальные и горизонтальные движения земной коры (см. Земля).

  III. Геохимия вод

  Океаническая вода представляет собой раствор солей со средней концентрацией около 35 г/л. Всего в О. содержится 5·10²²г растворённых солей. В их составе преобладают ионы Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl^– и , составляющие 99% от суммы солей. Мн. другие элементы содержатся в миллионных и миллиардных долях (таблица 2).

Табл. 2. – Среднее содержание химических элементов в морской воде*

* Солёность S=35,00 ‰' (г/кг), хлорность Cl = 19,375 ‰'.

  Состав солевой массы О. регулируется растворимостью, сносом осадков с материков, процессами обмена с атмосферой и осадками дна (в основном карбонатными и силикатными равновесиями), а также жизнедеятельностью морских организмов. Одна группа ионов (Na⁺, Mg²⁺, Li⁺, CI^–, SO₄^2– и др.) не образует в существенных количествах нерастворимых соединений и накапливается в океанских водах в значительно более высокой степени, чем в речных. Вторая группа ионов сравнительно быстро осаждается в виде труднорастворимых соединений. Так, в тропических морях сильно нагретые поверхностные слои воды оказываются пересыщенными СаСО₃, который осаждается на дно как химическим, так и биогенным путём. Также может осаждаться Ва в виде труднорастворимой соли BaSO₄. Ионы некоторых металлов – Ti, Mn, Zr и др. в результате гидролиза коагулируют и осаждаются в форме гидроокислов. Целый ряд микроэлементов морской воды – Cu, Pb, Мо, Hg, Zn, U, Ag, редкие земли и др. осаждается путём адсорбции различными природными сорбентами – органическим веществом, гидроокислами железа и марганца, фосфатами кальция, силикатами. Вследствие этого концентрации тяжёлых металлов в воде О. значительно ниже, чем это следует из растворимости их соединений. В целом О. – динамическая система, в которой количество поступающих веществ (речной сток, атмосферная пыль, продукты вулканизма) приблизительно равно количеству убывающих из неё (осаждение, вынос в атмосферу). Стационарное состояние О. определяется отношением массы каждого компонента, находящегося в данный момент в О., к его массе, прошедшей через О. Величина этого отношения зависит от среднего времени пребывания элемента в О. Для большинства элементов (кроме Na и Cl) оно мало по сравнению с длительностью существования О.