中洋脊

中洋脊

大洋中脊又稱為中央海嶺,是指貫穿世界四大洋、成因相同,特徵相似的海底山脈系列。中洋脊為地球上最長、最寬的環球性洋中山系。在太平洋,其位置偏東,稱東太平洋海隆海嶺)。大西洋中脊呈“S”形,與兩岸近於平行,向北可延伸至北冰洋印度洋中脊分3支,呈“入”字形。

基本介绍

  • 中文名:中洋脊
  • 外文名:mid-ocean ridge
  • 別名:大洋中脊,中隆或中央海嶺
  • 板塊構造:分離型板塊邊界
  • 長度:總長約8萬公里
  • 每邊速度:擴張的半速度多為1~5厘米/年
簡介,發現,分布,形態,特徵,地殼結構,地質運動,熱流,特點,成因,重力和磁異常,

簡介

中洋脊隆起于洋底中部,並貫穿整個世界大洋,為地球上最長、最寬的環球性洋中山系。在太平洋,其位置偏東,稱東太平洋海隆(海嶺)。大西洋中脊呈“S”形,與兩岸近於平行,向北可延伸至北冰洋。印度洋中脊分3支,呈“入”字形。三大洋的中脊在南半球互相連線,總長達8萬公里,面積約1.2億公里2,占世界海洋總面積的1/3。其脊部通常高出兩側洋盆底部1~3公里,脊頂水深多為2~3公里,少數山峰出露于海面形成島嶼,如冰島亞速爾群島等。洋中脊常被一系列與其正交或斜交的斷裂帶錯開(稱斷錯帶),其中大西洋中脊在赤道附近的羅曼什斷帶(Romanche gap),東西錯動距離達1000多公里。沿斷裂帶有狹長的溝槽、海脊和崖壁。在大西洋和印度海中脊的軸部,一般有深約1~3公里、呈縱向分布的中央斷裂谷地。洋中脊是現代地殼最活動的地帶,經常發生火山活動、岩漿上升和地震,水平斷裂(轉換斷層)廣布。根據海底擴張和板塊構造學說,洋中脊是洋底擴張的中心和新地殼產生的地帶。熱地幔物質(熔融岩漿)沿脊軸不斷上升,凝固成以超基性基性岩組成的新洋殼,並不斷向兩側擴張推移。擴張的半速度(即每邊速度)多為1~5厘米/年。
中洋脊地貌圖中洋脊地貌圖
伴有地震和火山活動的巨大海底山系。它縱貫太平洋、印度洋、大西洋和北冰洋,彼此相連,總長約8萬公里,為地球上最長最大的山系。在板塊構造模式中,大洋中脊頂部標出了海底擴張軸線,屬分離型板塊邊界。它既是巨大的海底地形單元,也是最重要的海底構造單元之一。
中洋脊中洋脊

發現

19世紀70年代,英國“挑戰者”號調查中,利用測深錘測量深度,已發現大西洋中部有一條南北向的山脊。1925~1927年間,德國“流星”號用電子回聲測深法對大西洋中脊進行了詳細的測繪。20世紀30年代末,又相繼發現了印度洋中脊和東太平洋洋脊。50年代晚期,進一步獲知這些海嶺是相互連線的巨大環球山系。70年代,由、美聯合實施的法摩斯計畫和法、美、墨西哥實施的里塔計畫,分別對大西洋中脊和東太平洋洋脊進行了包括潛水器考察在內的地質、地球物理綜合調查,對大洋中脊的地殼性質、火山活動和構造運動有了新的詳細的認識。載入深潛器在東太平洋洋脊發現了正在噴涌的海底熱泉和富含銅、鉛、鋅等多金屬海底熱液礦床。這些發現不僅對地質科學研究有重大的理論意義,而且有重大的經濟意義。80年代國際岩石圈計畫正在以大洋中脊為主要對象,積極進行海洋岩石圈性質和動力過程的研究。但關於大洋中脊形成機制及動力學問題的研究尚待深入。
中洋脊示意圖中洋脊示意圖

分布

大洋洋脊在大西洋位置居中,走向與大西洋東西兩岸大體平行,呈S形展布,稱為大西洋中脊。印度洋的洋脊也大體居中,分成三支,呈入字形展布,通稱印度洋中脊;三條分支分別稱為:中央印度洋海嶺,西南印度洋海嶺和東南印度洋海嶺。太平洋的洋脊分布則偏東,且兩坡比較平緩,故稱東太平洋海隆。三大洋洋脊的南端彼此相連,北端則伸進大陸或島嶼。大西洋中脊向北延伸,穿過冰島,與北冰洋中脊相連線。

形態

中洋脊地貌圖中洋脊地貌圖
大洋中脊體系環球綿延數萬公里,寬數百至數千公里。其面積約占世界大洋總面積的33%,可與全球大陸面積相比。大洋中脊高於兩側洋底,其相對高度為2000~3000米左右。各大洋中脊頂部的平均水深大多在2500~2700米之間。局部露出水面成為島嶼(如冰島)。脊頂上覆蓋的沉積物極薄或缺失,其地形崎嶇不平,常有次一級嶺脊與谷地相間排列,並與中脊走向平行延伸。翼部多由海山群深海丘陵組成。自脊頂向兩緣地帶,隨著沉積層逐漸增厚,地形起伏也逐漸平緩,向下過渡為深海平原。就總體來說,大西洋中脊印度洋中脊的地形比較崎嶇,東太平洋海隆則較寬緩。
中洋脊剖面圖中洋脊剖面圖
大洋中脊高於兩側洋底 ,其相對高度為2000~3000米左右。脊頂上覆蓋的沉積物極薄或缺失,地形崎嶇不平。縱向延伸的中央裂谷和橫向斷裂帶(又稱轉換斷層)是大洋中脊最突出的特徵。大洋中脊軸部地震和火山活動頻繁,故又稱活動海嶺
大洋中脊是海洋深處的巨大山脈,那裡同時也是生成新的海洋洋殼的地方。在洋中脊火山口,灼熱的岩漿地幔向上涌,逐漸冷卻,結合周圍已軟化的岩石形成新的洋殼,新生成的洋殼擠壓洋中脊兩邊已有的地殼,不斷向外擴張,最終在板塊的交界邊緣俯衝回地幔去。因此,洋殼在洋中脊 出生,在板塊與板塊的撞擊中消亡,這樣代謝不止。

特徵

縱向延伸的中央裂谷和橫向斷裂帶是大洋中脊最突出的特徵。裂谷是沿正斷層經過顯著錯斷所形成的,伴有地震和火山活動的巨型凹地。沿大洋中脊頂部發育的裂谷稱中央裂谷。谷寬約25~50公里,深約1~3公里。裂谷兩側為突起的裂谷山脊。中央裂谷是地球上最大的張裂帶。其正斷層的走向與中脊及其裂谷平行;斷層面多向中脊軸部傾斜;橫斷面呈U字或V字形。谷深和谷寬與海底擴張速度有關。慢速擴張的中脊,其裂谷深達1.5~3公里,斷距約200餘米,谷地外形清晰。大西洋和印度洋中脊大多發育這種裂谷。中速擴張的中脊上裂谷較淺,斷距僅50米。快速擴張的中脊一般不見裂谷的痕跡,只有斷距小於50米的斷崖,如東太平洋海隆。
中洋脊中洋脊
大洋中脊上廣泛地發育與中脊走向垂直或斜交的橫向斷裂帶(即轉換斷層)。斷裂帶在海底地形上表現為海槽、斷崖和海嶺。海槽的深度可超過相鄰的中央裂谷。被斷裂帶截斷的各段中脊呈錯開狀。沿斷裂帶的錯動只限於脊頂之間的段落,其錯動方向與中脊的視錯開方向相反。

地殼結構

洋盆的標準大洋地殼相比,大洋中脊頂部的地殼較薄,僅2~6公里。其殼下有異常地幔存在。各大洋中脊的地殼結構不盡相同。如北大西洋中脊頂部缺失層3,層2(地震縱波速度5.0~5.8公里/秒,厚度為2~3公里)直接覆蓋在異常地幔上。異常地幔的縱波速度為7.2~7.6公里/秒,小於正常地幔的速度值(8.1公里/秒)。大洋中脊翼部的地殼構造類似於兩側洋盆,但向著脊頂方向,有層3變薄而層2增厚的趨勢。在東太平洋海隆頂部,層3連續越過海隆並覆於異常地幔之上,層3的厚度減至3公里左右;中脊處層1(沉積層)極薄或缺失,因而造成整箇中脊地區地殼變薄,中脊軸部的莫霍面抬升。
中洋脊中洋脊
中脊頂部及裂谷有裸露的玄武岩 。它是洋殼層2(基底層)的組成岩石。沿著裂谷和斷裂帶的崖壁常出露洋殼深部岩石,拖網採集到大量輝長岩輝綠岩角閃岩橄欖岩蛇紋岩等。故大洋中脊是研究洋殼岩石學性質的重要場所。

地質運動

大洋中脊軸部地震和火山活動頻繁,故又稱活動海嶺,以別於不活動的無震海嶺地震分布在中脊軸部或中央裂谷,也分布在脊軸之間的斷裂帶活動段落,它們構成大洋中脊地震帶震級一般不大,為淺源地震震源機制顯示為垂直於中脊走向的引張作用。
現代火山活動通常限於脊軸1~2公里寬的範圍內。此處出露新鮮的玻璃質熔岩流沉積蓋層極薄或缺失。火山經多次噴發而形成火山鏈,與中脊走向平行延伸。其形態及噴發周期與海底擴張速度有關。慢速擴張脊軸的中央火山鏈是不連續的,具新鮮枕狀玄武岩,每5000~10000年噴發一次;中速擴張的脊軸,其火山鏈比較連續,常見席狀玄武岩,每300~600年噴發一次;快速擴張的脊軸,其火山鏈是連續的,多半為席狀玄武岩,每50年噴發一次。一般認為,中脊軸部的火山活動是中脊下岩漿房噴出岩漿的結果。
中洋脊剖面圖中洋脊剖面圖

熱流

大洋中脊的熱流值大於周圍洋盆,由脊頂向兩側熱流值逐漸降低。高熱流值見於脊頂或中央裂谷帶,熱流平均值可達 2~3HFU以上。翼部區的熱流值接近大洋平均值。在脊頂或裂谷帶附近實測的熱流值高低變化很大,甚至在短距離內便相差幾個數量級。這可能與熱水對流作用有關。冷海水順脊頂張裂隙滲入洋殼內部,逐漸受熱,然後以熱泉形式從海底排出。由於在冷、熱兩種海水對流的過程中要釋放出大量的熱,故在某些地點測得的熱流值明顯偏低(海底熱流計測得的熱流值只是總熱流量中的傳導部分)。在東太平洋海隆北緯21°和加拉帕戈斯海嶺頂部,由深潛器直接觀察到的海底熱泉,其溫度高達380°C,這進一步說明脊頂是熱地幔物質上涌之處,其下可能有熾熱的岩漿房。深潛器還發現熱泉周圍棲息著各種奇異的動物,包括長達3米的巨大管棲蠕蟲。

特點

在大西洋,中脊位居中央,延伸方向與兩岸平行,邊坡比較陡,稱為大西洋中脊印度洋中脊也大致位於大洋中部,但分歧分三支。呈“入”字型搌布:在太平洋內,中脊居東側且邊坡平緩。

成因

關於大洋中脊的成因,大多採用海底擴張說和板塊構造說來解釋。此說認為:中脊軸部是海底擴張的中心,熱地幔物質沿脊軸不斷上升形成新洋殼,故中脊頂部的熱流值甚高,火山活動頻繁。中脊的隆起地形實際上是脊下物質熱膨脹的結果。在地幔對流帶動下,新洋殼自脊軸向兩側擴張推移。在擴張和冷卻的過程中,軟流圈頂部物質逐漸冷凝,轉化為岩石圈,致使岩石圈隨遠離脊頂而增厚。冷卻凝固伴隨著密度增大、體積縮小,洋底岩石圈在擴張增厚的過程中逐漸下沉,於是形成軸部高兩翼低的巨大海底山系。長時間後,再變成另外的樣子。

重力和磁異常

大洋中脊重力異常的分布特徵是:自由空間異常與兩側洋盆相近,一般在+20~+40毫伽之間,無明顯的均衡異常。這表明大洋中脊大體上處於均衡狀態。但軸部的布格異常值約在+130~+200毫伽之間,明顯低於兩側洋盆的異常值(+400毫伽)。這說明中脊之下有低密度層,結合地震探測資料得知,布格異常低值是由低密度的異常地幔引起的。
大洋中脊通常顯示出清晰的條帶狀磁異常。正、負磁異常條帶相間平行排列。並以脊頂為軸,其兩側磁條帶大致對稱。異常幅值在軸部較大,向兩側逐漸減小。據海底條帶狀磁異常的年齡可測出各大洋中脊的擴張速率;大西洋和印度洋中脊的擴張速率多為 1~5厘米/年;東太平洋海隆的擴張速率大多在5厘米/年以上,有的超過10厘米/年。無裂谷的大洋中脊的擴張速率通常大於有裂谷的中脊。

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