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第15章 地质海洋(4)(1)

4.鲕粒。仅在现代浅海的两个地区,似乎非天然的圆形发亮的白色的碳酸钙的珠子正在形成着。这些沉积物的珠子被称为鲕粒。它们在古代的海洋环境中是常见的,但现在只能在巴哈马群岛和波斯湾形成。在迈阿密和佛罗里达岛部分的下伏地区,其下主要的地质体组成之一称作迈阿密鲡石(鲕粒岩)。鲕粒形成在温暖动荡的浅水中,水中碳酸钙过饱和。当潮流或波浪把海底小的颗粒掘起时,这些颗粒就被披上一层细小的文石针外衣,文石是碳酸钙的一种形式。时间流逝着,披上外衣的颗粒不断地被水流掘起,形成了一系列球形的结晶层。细菌通过促进碳酸钙从海水中沉淀,可以加速鲕粒的形成。另一方面,鲕粒的形成过程可能是一种严格的化学过程,源于周围水体的过饱和。因为波浪或潮流运动是鲡粒形成的先决条件,所以它们通常局限于小的珠子样的颗粒。在佛罗里达,脱盐工厂利用盐水生产淡水,有时会制造人工鲕粒来除去水中的矿物质。巴哈马群岛的鲕粒形成奇妙的铺满珠粒的沙滩,造出随时间长河流动的壮观的白色沙波。

5.珊瑚礁。礁被认为代表着生物占主导的环境,它拥有的群落是海里种类最多、数量最大、最美丽的一个。事实上,珊瑚礁只是一个表面的活的生物组织的薄层。下面是一块变硬的巨大的不断生长的岩石框架,这才是塑造复杂的水下地貌,为许多海洋生物提供生活和居所的部分。在活的表面下,一个珊瑚礁可能只有1~2米厚,或者正如许多地区一样,石灰石的分泌量相当多,有几百到几千米厚。在合适的海洋环境和适宜的海洋条件下,许多珊瑚礁都能建造一个大规模的碳酸钙框架。由其他生活在珊瑚礁里和珊瑚礁上的生物,例如绿色含钙藻——仙掌藻——产生的碳酸钙沉积物充满了珊瑚礁框架内的角落和空隙。产生珊瑚的藻类即结壳“植物”提供了一种很浓的碳酸钙胶合剂,把珊瑚礁紧紧粘合在一起。科学家利用在珊瑚礁上钻取的岩心来研究它们随着时间的流逝,其生长、历史和环境变化情况。而且,对在一个单独的珊瑚礁顶部获得的岩心,可以利用切片和x射线得到每年的密度成带情况,这些密度条带像树的年轮一样,通过计算密度条带能揭示出珊瑚礁生长的年龄和生长中的变化。科学家们还发现,把珊瑚礁暴露在“黑色的光”(紫外光)中,其骨架内显著的白层将发出荧光。现在认为这些亮条带反映了径流量很大的时期,大概是较大的暴风雨把大量的生物碎屑从陆地带人海中,这些碎屑又加入到珊瑚礁的骨架中造成的。佛罗里达岛的珊瑚礁岩心表明,在1965年以前的几十年中,飓风每几年袭击该地区一次,但从1965年至今,几乎没有几次飓风直接影响到该区。

沉积物堆积

在浅海和浅海的边缘,沉积物能以比较快的速率堆积,每1000年达5~30厘米,珊瑚礁生长得更快一些,达到每1000年10米。但在深海里,沉积物像水下连绵不绝的降雪一样,以非常慢的速率堆积着,每1000年1~25毫米。实际上,在开敞大洋的上部形成的物质大部分都不能到达底部。由于微小的壳体或粘土构成的大洋雪花沉降的非常缓慢,所以在表面形成的一个颗粒来到海底可能要花上50年。但是,正在寻找食物的食腐动物搅动颗粒确实能加速沉降。这些食腐动物把有营养的物质从颗粒中分离出来,把其余的通常是比较大的固结的小球作为废物排泄出来。虽然单独的颗粒沉降到海底可能要用几十年,但是粪团或排泄物的球粒沉降速度要快得多,可以在几天或几周内到达海底。颗粒结合到一个小球中,不但提高了颗粒的沉降速度,还为颗粒提供了一个生物粘液的保护层。大洋中排泄物的球粒对促进沉积物和有机物质从海面到达海底的过程以及营养物质的再循环过程中起着重要的作用。

另一个抑制大部分沉积物,尤其是碳酸钙和二氧化硅壳体,到达海底的因素是溶解作用。由于大洋中的化学性质,二氧化硅往往在近海面处溶解,碳酸钙则在更深一些的海水中溶解。而且,由于一些浮游生物如硅藻和翼足类动物的壳体很脆弱,所以很容易压碎,几乎不能保存下来。要堆积生物软泥,上层水体中必须有异常丰富的生物生活,而且海水的深度和化学性质必须有利于保存。

沉积物分布

绘制大洋沉积物的分布图最早开始于挑战者号探险,并持续至今。现在科学家们把低科技和高科技的方法结合起来,取得沉积物样品,研究并绘制出海洋沉积物的分布。沉积物采样还是利用海洋研究的早期阶段的方式——拖网或是从船上放下一个机械铲斗。沉积物采集也可以用斯库巴起落架、潜艇、遥控设备或沉积物捕集器。典型的沉积物捕集器是一个敞篷的漏斗样的头与其下的收集器相连构成的。这些简单但有效的设备被放在海底或悬吊在海水中一段时间,用来收集从上面落下的海洋沉积物。海洋地质学家也利用多种多样的钻孔设备穿透沉积物,来取得海底的样品。箱式取样器被用来收集一大块宽而浅的正方形海底的样品。这对研究生活在沉积物中的动物群以及对于在圆柱形窄钻的边缘易受破坏的层尤其有利。在浅水中,将岩心采样器推人沉积物中的方式可以是用手、利用重物、使用活塞,或者在岩心向下刺人时,用一种机械装置振动岩心。在深海,松软沉积物中岩心取样通常利用重力的作用(活塞和重物将有助于钻穿的更深),要穿过岩石,则利用轮转机。第一个大的海底岩心取样是由深海钻探计划(DSDP)完成的,现在正在被它的后继者——大洋钻探计划(ODP)执行。现在,ODP已经在全世界的大洋中打过钻了,包括在太平洋最古老的水域水深将近6000米处打钻,有的岩心达到海底以下大约2111米。

确定打钻地点、船的定位以及重新找到以前岩心的位置技术由于全球定位系统(GPS)的产生和应用而得到了极大的提高。GPS一开始是在军事上发展起来用于精确地确定在地球上的位置的,但它事实上差不多使海洋上每一项科学研究方法都发生了巨大的变化。GPS使科学家们能准确地绘出并能再次找到大洋中几乎任意一个采样点。全球定位基本上是通过测量地球表面任一个地点相对于几个地球卫星的距离和角度而工作的。使用一个地球表面的接受器,(GPS的精度有几米;而使用几个接受器,GPS就可以达到惊人的精确度——至几厘米。但是GPS不能在水下工作,因此必须先确定在海面的位置,然后再转换成海底的位置。

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