大洋中脊

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  大洋中脊汉语拼音:Dɑyɑng Zhongji;英语:Mid-oceanic Ridge),伴有地震火山活动的巨大海底山系。又称中央海岭大洋洋脊。纵贯太平洋印度洋大西洋北冰洋,彼此相连,总长约8万千米,宽数百至数千千米,面积约占世界大洋总面积的33%,可与全球大陆面积相比,为地球上最长最大的山系。在板块构造模式中,大洋中脊轴部为海底扩张中心,属离散型板块边界,它既是巨大的海底地形单元,也是重要的海底构造单元。纵向延伸的中央裂谷和横向断裂带(又称转换断层)是大洋中脊最突出的特征。大洋中脊轴部地震和火山活动频繁,故又称活动海岭。

简史[编辑 | 编辑源代码]

  19世纪70年代,英国“挑战者”号船环球考察中,利用测深锤测量海洋水深,发现大西洋中部有一条南北向的山脊。1925~1927年,德国“流星”号利用电子回声测深法对大西洋中脊进行了详细的测绘,证实了中脊的存在。20世纪30年代末,又相继发现了印度洋中脊和东太平洋海隆。50年代晚期,进一步获知这些海岭是相互连接的巨大环球山系。70年代末,由法、美联合实施的法摩斯计划(FAMOUS)和法、墨和美合作进行的里塔计划(RITA),分别对大西洋和东太平洋海隆进行了包括深潜器考察在内的地质、地球物理综合调查,对大洋中脊的地壳性质、火山活动和构造运动有了新的认识。“阿尔文”号潜水器在东太平洋海隆发现了正在喷涌的海底热泉和“黑烟囱”,以及富含铜、铅、锌等金属的热液硫化物矿床。在热液喷口周围还发现了奇异的蠕虫和贝类生物。这些发现不仅对地球科学生命科学有重大理论意义,而且有重大经济意义。80年代国际岩石圈计划以大洋中脊为主要研究对象,积极进行了海洋岩石圈性质和动力过程的研究。90年代,“国际洋中脊计划”从物理、化学、生物和地质等多方面进行洋中脊物质、能量循环过程及其资源环境效应的研究。但是,关于大洋中脊形成机制及动力学过程等科学问题尚需深入探讨。

分布[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊在大西洋的位置居中,走向与大西洋东西两岸大体平行,呈“S”形展布,称为大西洋中脊。在印度洋,洋中脊也大体居中,分成三支,呈“人”字形展布,分别称为中央印度洋海岭、西南印度洋海岭和东南印度洋海岭,统称印度洋中脊。太平洋的洋中脊分布偏东,且两坡较大西洋和印度洋的平缓,故称东太平洋海隆。三大洋洋脊的南段彼此相连,但北段则伸进大陆岛屿。东太平洋海隆的北段伸入到北美大陆,而大西洋中脊则向北延伸,穿过冰岛,与北冰洋中脊相连。

形态特征[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊体系环球绵延数万千米,宽数百至数千千米,其总面积约占世界大洋总面积的33%,可与全球大陆面积相比。大洋中脊高于两侧洋底,其相对高度为2,000~3,000米左右,顶部大部分平均水深在2,500~2,700米。其地形崎岖不平,常有次一级岭脊与谷地相间排列,并与中脊走向平行延伸。局部露出水面成为岛屿,如冰岛。翼部多由海山群和深海丘陵构成。脊顶上覆盖的沉积物极薄或缺失,自脊顶向两翼,随着沉积层逐渐增厚,地形起伏也渐趋平缓,向下变为深海平原。总体上讲,大西洋中脊和印度洋中脊的地形比较崎岖,东太平洋海隆则较宽缓。

裂谷与断裂带[编辑 | 编辑源代码]

  纵向延伸的大洋裂谷和横向展布的断裂带是大洋中脊的最突出的特征。裂谷是沿着中脊轴线的正断层经过显著错断所形成的,伴有地震和火山活动的巨型凹地,又称中央裂谷(图2)。谷宽约25~50千米,深约1~3千米。裂谷两侧为突起的山脊。中央裂谷是地球上最大的张裂带。正断层的走向与中脊及其裂谷平行,断层面多向中脊轴部倾斜,横断面呈“U”形或“V”形。谷深和谷宽与海底扩张速度有关。慢速扩张的中脊,裂谷深达1.5~3千米,断距约200余米,谷地外形清晰。大西洋和印度洋中脊大多发育这种裂谷。中速扩张的中脊上裂谷较浅,断距仅50米。快速扩张的中脊一般不见裂谷的痕迹,只有断距小于50米的断崖,如东太平洋海隆。

  大洋中脊上广泛发育与中脊走向垂直或斜交的横向断裂带,即转换断层。这种断裂带地形上表现为海槽、断崖和海岭。海槽的深度可超过相邻的中央裂谷。被断裂带截断的各段中脊呈错开状。

地壳结构[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊上每年生成约20立方千米的新洋壳。中脊顶部地壳与标准的洋壳相比,比较薄,只有2~6千米。洋壳下有异常地幔存在。如北大西洋中脊顶部缺失层3,而层2(地震纵波速度为5.0~5.8千米/秒,厚度为2~3千米)直接覆盖在异常地幔上。异常地幔的纵波速度为7.2~7.6千米/秒,小于正常地幔的速度值(8.1千米/秒)。大洋中脊翼部的地壳结构类似于两侧洋盆,但向着脊顶方向,有层3变薄而层2增厚的趋势。在东太平洋海隆顶部,层3连续越过海隆覆于异常地幔之上,层3的厚度减至3千米左右,中脊处层1(沉积层)极薄或缺失,因而造成整个中脊地区地壳变薄,中脊轴部的莫霍面抬升。

  中脊顶部及裂谷内有裸露的玄武岩,它一般由拉斑玄武岩组成,这种产于洋中脊的拉斑玄武岩通常叫作大洋中脊型玄武岩,它是洋壳层2的组成岩石。沿着裂谷和断裂带的崖壁常出露洋壳深部岩石,拖网采集到大量辉长岩、辉绿岩、角闪岩、橄榄岩和蛇纹岩等。

地震和火山活动[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊轴部地震和火山活动频繁,故又称活动海岭,以别于不活动的无震海岭。地震主要发生在中脊轴部和中央裂谷,也发生在转换断层带上,它们构成大洋中脊地震带。震级一般不大,为浅源地震,发震机制显示为垂直于中脊走向的引张作用(见海底地震)。

  现代火山活动通常限于中脊轴部1~2千米宽的范围内。此处出露有新鲜的玻璃质熔岩流,沉积盖层极薄或缺失。火山经多次喷发而形成火山链,与中脊走向平行延伸。其形态及喷发周期与海底扩张速度有关。慢速扩张脊轴的中央火山链是不连续的,具新鲜枕状玄武岩,每5,000~10,000年喷发一次;中速扩张的脊轴的火山链比较连续,常见席状玄武岩,每300~600年喷发一次;快速扩张的中脊的火山链是连续的,多为席状玄武岩,每50年喷发一次。一般认为,中脊轴部的火山活动是中脊下岩浆房的岩浆喷出的结果。

热流[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊热流值大于周围洋盆,并由脊顶向两侧逐渐降低。高热流值见于脊顶或中央裂谷带,热流平均值可达2~3HFU〔微卡/(厘米2·秒)〕以上。中脊翼部的热流值接近大洋平均值。在脊顶或裂谷带附近实测的热流值高低变化很大,甚至在短距离内便相差几个数量级。可能与热液对流作用有关。大洋中脊通过海水输送着大洋岩石圈1/3的热通量。冷海水顺着脊顶裂隙渗入洋壳内部,逐渐受热,然后以热泉形式从海底排出。近年来,深潜器在东太平洋海隆和加拉帕戈斯海岭多处观察到海底热泉,有的水温达摄氏400多度。说明大洋中脊脊顶是地幔物质上涌之处,其下有炽热的岩浆房。

重力和磁力异常[编辑 | 编辑源代码]

  大洋中脊重力异常的分布特征是:自由空间异常与两侧洋盆相近,一般在+20~+40毫伽,无明显的均衡异常,这表明大洋中脊大体上处于均衡状态。但轴部的布格异常值约在+130~+200毫伽,明显低于两侧洋盆的异常值(400毫伽)。这说明大洋中脊之下有低密度层,结合地震探测资料得知,布格异常低值是由低密度的异常地幔引起的。

  大洋中脊通常显示出清晰的条带状磁异常,正、负磁异常条带相间平行排列,并以脊顶为轴,其两侧磁条带大致对称。异常幅值在轴部较大,向两侧逐步减小。据海底条带状磁异常的年龄可测出各大洋中脊扩张速度,大西洋和印度洋的扩张速度为1~5厘米/年以上,东太平洋海隆的扩张速度多为5厘米/年以上,有的超过10厘米/年。无裂谷的大洋中脊的扩张速度通常大于有裂谷的中脊。

成因[编辑 | 编辑源代码]

  关于大洋中脊的成因,多数用海底扩张和板块构造说来加以解释,认为大洋中脊轴部是海底扩张中心,热地幔物质沿轴部不断上涌形成新洋壳,故脊顶的热流值很高,火山活动和地震频繁。中脊的隆起地形实际上是脊下物质热膨胀的结果。在地幔对流驱动下,新生洋壳自脊轴向两侧扩张推移、冷却,在扩张、冷却过程中,软流圈上部物质逐渐冷凝、转化为岩石圈,致使岩石圈随着远离脊顶而增厚并下沉,于是形成轴部高两翼低的巨大海底山系。