Дно океана: структура, экология и влияние человека

Введение

Дно океана

Морское дно (также известное как морское дно, океанское дно и океаническое дно) — это нижняя часть океана. Все участки дна океана называются «морским дном». Структура морского дна Мирового океана определяется тектоникой плит. Большая часть океана очень глубока, где морское дно известно как абиссальная равнина. Расширение морского дна создает срединно-океанические хребты вдоль центральной линии основных океанических бассейнов, где морское дно немного мельче, чем окружающая абиссальная равнина. От абиссальной равнины морское дно поднимается к континентам и последовательно переходит в континентальный склон, шельф и вал. Глубина внутри самого морского дна, например, глубина, измеренная в керне осадочных пород, называется «глубина ниже морского дна». Экологическая среда морского дна и самых глубоких вод, как среда обитания для живых существ, называется «бентос». Большая часть морского дна в мировом океане покрыта слоями морских отложений. В зависимости от источника материала или состава, эти отложения классифицируются как: терригенные (от земли), биогенные (от биологических организмов), гидрогенные (от химических реакций) и космогенные (от космоса). По размеру эти отложения варьируются от очень мелких частиц, называемых глиной и илом, известных как ил, до более крупных частиц — от песка до валунов. Особенности морского дна определяются физикой переноса отложений и биологией организмов, обитающих на морском дне и в океанических водах над ним. С физической точки зрения, отложения на морском дне часто образуются в результате эрозии материалов на суше и других, более редких источников, таких как вулканический пепел. Морские течения переносят отложения, особенно в мелководье, где энергия приливов и волн вызывает повторное взвихление донных отложений. С биологической точки зрения, микроорганизмы, обитающие в отложениях морского дна, изменяют химический состав морского дна. Морские организмы создают отложения как на морском дне, так и в воде над ним. Например, фитопланктон с кремнеземными или карбонатными раковинами обильно размножается в верхних слоях океана, и когда они умирают, их раковины опускаются на морское дно, превращаясь в морские отложения. Воздействие человека на морское дно разнообразно. Примеры воздействия человека на морское дно включают разведку, загрязнение пластиком и эксплуатацию посредством добычи полезных ископаемых и дноуглубительных работ. Для картографирования морского дна корабли используют гидроакустические технологии для измерения глубины воды по всему миру. Подводные аппараты помогают исследователям изучать уникальные экосистемы морского дна, такие как гидротермальные источники. Загрязнение пластиком — глобальная проблема, и поскольку океан является конечным пунктом назначения для глобальных водных путей, большая часть пластика в мире попадает в океан, и часть его опускается на морское дно. Эксплуатация морского дна включает извлечение ценных минералов из сульфидных месторождений посредством глубоководной добычи, а также дноуглубление песка в прибрежных районах для строительства и восстановления пляжей.

The seabed (also known as the seafloor, sea floor, ocean floor, and ocean bottom) is the bottom of the ocean. All floors of the ocean are known as 'seabeds'. The structure of the seabed of the global ocean is governed by plate tectonics. Most of the ocean is very deep, where the seabed is known as the abyssal plain. Seafloor spreading creates mid ocean ridges along the center line of major ocean basins, where the seabed is slightly shallower than the surrounding abyssal plain. From the abyssal plain, the seabed slopes upward toward the continents and becomes, in order from deep to shallow, the continental rise, slope, and shelf. The depth within the seabed itself, such as the depth down through a sediment core, is known as the "depth below seafloor". The ecological environment of the seabed and the deepest waters are collectively known, as a habitat for creatures, as the "benthos". Most of the seabed throughout the world's oceans is covered in layers of marine sediments. Categorized by where the materials come from or composition, these sediments are classified as either: from land (terrigenous), from biological organisms (biogenous), from chemical reactions (hydrogenous), and from space (cosmogenous). Categorized by size, these sediments range from very small particles called clays and silts, known as mud, to larger particles from sand to boulders. Features of the seabed are governed by the physics of sediment transport and by the biology of the creatures living in the seabed and in the ocean waters above. Physically, seabed sediments often come from the erosion of material on land and from other rarer sources, such as volcanic ash. Sea currents transport sediments, especially in shallow waters where tidal energy and wave energy cause resuspension of seabed sediments. Biologically, microorganisms living within the seabed sediments change seabed chemistry. Marine organisms create sediments, both within the seabed and in the water above. For example, phytoplankton with silicate or calcium carbonate shells grow in abundance in the upper ocean, and when they die, their shells sink to the seafloor to become seabed sediments. Human impacts on the seabed are diverse. Examples of human effects on the seabed include exploration, plastic pollution, and exploitation by mining and dredging operations. To map the seabed, ships use acoustic technology to map water depths throughout the world. Submersible vehicles help researchers study unique seabed ecosystems such as hydrothermal vents. Plastic pollution is a global phenomenon, and because the ocean is the ultimate destination for global waterways, much of the world's plastic ends up in the ocean and some sinks to the seabed. Exploitation of the seabed involves extracting valuable minerals from sulfide deposits via deep sea mining, as well as dredging sand from shallow environments for construction and beach nourishment.

Структура

Большинство океанов имеют общую структуру, созданную общими физическими явлениями, главным образом тектоническими движениями и отложениями из различных источников. Структура океанов, начиная с континентов, обычно начинается с континентального шельфа, продолжается к континентальному склону – крутому спуску в океан, пока не достигается абиссальная равнина – топографическая равнина, начало морского дна и его основная часть. Граница между континентальным склоном и абиссальной равниной обычно имеет более пологий спуск и называется континентальным валом, который образуется из-за обрушения отложений вниз по континентальному склону. Срединно-океанический хребет, как следует из названия, представляет собой горный хребет, проходящий через середину всех океанов, между континентами. Обычно вдоль края этого хребта проходит рифтовая зона. Вдоль краев тектонических плит обычно располагаются океанические желоба – глубокие впадины, образованные движением мантийной конвекции от срединно-океанического хребта к океаническому желобу. Вулканические островные цепи горячих точек создаются вулканической активностью, периодическими извержениями, когда тектонические плиты проходят над горячей точкой. В районах вулканической активности и в океанических желобах находятся гидротермальные источники – выбрасывающие под высоким давлением чрезвычайно горячую воду и химические вещества в обычно замерзающие воды вокруг них. Глубоководные воды океана разделены на слои или зоны, каждая из которых характеризуется типичными значениями солености, давления, температуры и морской жизни в зависимости от глубины. Над абиссальной равниной располагается абиссальная зона, нижняя граница которой находится на глубине около 6000 м (20 000 футов). Хадальная зона, включающая океанические желоба, простирается от 6000 до 11 000 метров (20 000–36 000 футов) и является самой глубокой океанической зоной.

Глубина под морским дном

Глубина ниже морского дна – это вертикальная координата, используемая в геологии, палеонтологии, океанографии и петрологии (см. океанское бурение). Аббревиатура "mbsf" (означающая "метры ниже уровня морского дна") – общепринятое обозначение для глубин, отсчитываемых от морского дна.

Осадочные породы

Осадки на морском дне различаются по происхождению: от материалов, вынесенных с суши реками или ветром, отходов и останков морских организмов, а также от осаждения химических веществ непосредственно в морской воде, включая вещества космического происхождения. Существует четыре основных типа осадков морского дна:
Терригенные (также литогенные) – это осадки, образованные из разрушенных под воздействием дождей, рек и ледников пород континентов, а также из материалов, занесенных в океан ветром, таких как пыль и вулканический пепел. Биогенные осадки состоят из твердых остатков морских организмов, преимущественно фитопланктона, накапливающихся на дне океана. Гидрогенные осадки – это вещества, выпадающие в осадок в океане при изменении его условий, или вещества, образующиеся в гидротермальных источниках. Космогенные осадки имеют внеземное происхождение.

Терригенные и биогенные

Терригенные отложения – наиболее распространенные отложения, встречающиеся на морском дне. Терригенные отложения формируются из материалов с континентов. Эти материалы вымываются с континентов и переносятся ветром и водой в океан. Флювиальные отложения, такие как глина, ил, шлам и ледниковая мука, доставляются с суши реками и ледниками. Эолические отложения, такие как пыль и вулканический пепел, переносятся ветром. Биогенные отложения – второй по распространенности материал на морском дне. Биогенные отложения образуются биологически живыми организмами. Отложения, состоящие как минимум на 30% из биогенного материала, называются "оолитами". Существует два типа оолитов: известковые и кремнистые. Планктон растет в океанических водах и создает материалы, которые становятся оолитами на морском дне. Известковые оолиты преимущественно состоят из кальциевых раковин, содержащихся в фитопланктоне, таком как коколитофоры, и зоопланктоне, таком как фораминиферы. Эти известковые оолиты никогда не встречаются на глубинах более 4000–5000 метров, поскольку на больших глубинах кальций растворяется. Аналогично, кремнистые оолиты состоят в основном из кремнистых раковин фитопланктона, такого как диатомовые водоросли, и зоопланктона, такого как радиолярии. В зависимости от продуктивности этих планктонных организмов, материал раковин, накапливающийся после их гибели, может образовываться со скоростью от 1 мм до 1 см за 1000 лет.

Классификация по размеру

Другой способ описания отложений – их описательная классификация. Эти отложения различаются по размеру, от 1/4096 мм до более 256 мм. Различные типы: валун, галька, щебень, гравий, песок, пыль и глина, каждый из которых имеет более мелкую зернистость. Размер зерна указывает на тип отложения и среду, в которой оно образовалось. Более крупные зерна оседают быстрее и могут переноситься только быстрым течением воды (высокоэнергетическая среда), в то время как мелкие зерна оседают очень медленно и могут оставаться во взвешенном состоянии даже при слабом движении воды, накапливаясь в условиях, где вода движется не так быстро. Это означает, что более крупные зерна отложений могут собираться в условиях высокой энергии, а более мелкие – в условиях низкой энергии.

Топография

Топография морского дна (топография океана или морская топография) относится к форме рельефа (топографии) на границе суши и океана. Эти формы отчетливо видны вдоль береговых линий, но также значительно проявляются и под водой. Эффективность морских сред обитания частично определяется этими формами, включая их взаимодействие с океаническими течениями и влияние на их формирование, а также ослабление солнечного света с увеличением глубины. Приливные системы зависят от баланса между седиментационными процессами и гидродинамикой, однако антропогенное воздействие может превосходить влияние любых природных факторов. Морская топография включает в себя прибрежные и океанические формы рельефа, от прибрежных эстуариев и береговых линий до континентальных шельфов и коралловых рифов. В открытом океане она включает подводные и глубоководные образования, такие как океанические хребты и подводные горы. Погруженная поверхность характеризуется горными образованиями, включая глобальную систему срединно-океанических хребтов, а также подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Масса океанов составляет приблизительно 1,35 × 10^18 метрических тонн, или около 1/4400 от общей массы Земли. Океаны покрывают площадь в 3,618 × 10^6 км² со средней глубиной 3682 м, что соответствует приблизительному объему 1,332 × 10^9 км³.

Особенности

Каждая область морского дна характеризуется типичными особенностями, такими как общий состав осадочных пород, типичная топография, соленость водных слоев над ней, морские организмы, магнитное направление горных пород и процессы осадконакопления. К числу особенностей морского дна относятся абиссальные равнины, срединно-океанические хребты, глубоководные желоба и гидротермальные источники. Топография морского дна выравнивается там, где слои осадков покрывают тектонические структуры. Например, абиссальные равнины океана относительно плоские и покрыты многочисленными слоями осадков. Осадочные породы в этих равнинных районах поступают из различных источников, в том числе: продукты эрозии суши, приносимые реками, химически осажденные породы из гидротермальных источников, деятельность микроорганизмов, морские течения, разрушающие морское дно и переносящие осадки в более глубокие части океана, а также раковины фитопланктона. В районах активного расхождения морского дна и незначительного осадконакопления, например, в северной и восточной частях Атлантического океана, первоначальная тектоническая активность отчетливо видна в виде прямых "трещин" или "разломов" протяженностью в тысячи километров. Эти подводные горные хребты известны как срединно-океанические хребты. Крупные глубоководные сообщества морских организмов были обнаружены вокруг "черных" и "белых" курильщиков – источников, выбрасывающих химические вещества, токсичные для человека и большинства позвоночных. Эти морские организмы получают энергию как от экстремальной разницы температур (обычно падение на 150 градусов), так и от хемосинтеза, осуществляемого бактериями. Соленые озера – еще одна особенность морского дна, обычно связанная с холодными просачиваниями. В прибрежных зонах морское дно может содержать осадочные породы, образованные морскими организмами, такими как кораллы, рыбы, водоросли, крабы, морские растения и другие организмы.

Разведка

Морское дно исследовали с помощью батискафов, таких как "Альвин", и, в некоторой степени, аквалангисты со специальным оборудованием. Гидротермальные источники были открыты в 1977 году исследователями, использовавшими подводную камерную платформу. Эти карты, полученные со спутников, широко применяются при изучении и исследовании морского дна.

Загрязнение пластиком

В 2020 году ученые создали, возможно, первую научную оценку количества микропластика, который в настоящее время находится на морском дне Земли, после исследования шести участков глубиной около 3 км, расположенных примерно в 300 км от побережья Австралии. Они обнаружили, что сильно варьирующееся количество микропластика пропорционально количеству пластика на поверхности и углу наклона морского дна. Рассчитав среднюю массу микропластика на см³, они оценили, что морское дно Земли содержит около 14 миллионов тонн микропластика – примерно вдвое больше, чем было оценено на основе данных более ранних исследований, хотя обе оценки были названы "консервативными", поскольку известно, что в прибрежных районах содержится гораздо больше микропластикового загрязнения. Эти оценки в один-два раза превышают объем пластика, который, по данным Jambeck et al. (2015), ежегодно попадает в океан.

В искусстве и культуре

Некоторые детские игровые песни включают такие элементы, как "На дне моря дыра" или "Моряк отправился в море, но всё, что он видел, – это дно глубокого синего моря". На морском дне и под ним расположены археологические объекты, представляющие исторический интерес, такие как кораблекрушения и затонувшие города. Это подводное культурное наследие охраняется Конвенцией ЮНЕСКО об охране подводного культурного наследия. Конвенция направлена на предотвращение разграбления, уничтожения или утраты исторической и культурной информации посредством создания международно-правовой основы.