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深海沉积
/ z% p& \' e' z/ ^9 L6 u 深海(Deep sea) 是位于洋底上的水域。深海底水体平静,沉积物供应量少,沉积速度缓慢。有三种沉积类型:
! f& [# t& L+ j" k& ]' Z1 o 软泥
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粒度介于粉砂级与泥质级之间的沉积物,分布最为广泛。按其组成主要有以下两种:
; C* Y; o' L( J+ V. [ (1)生物软泥(ooze)
# C0 _2 w3 ~& V- x 含有丰富的(常占50%以上)生物骨骼,主要是浮游生物骨骼,以及泥与粉砂物质。生物骨骼的成分或为钙质、硅质,前者如有孔虫、翼足虫,后者如放射虫及硅藻。
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(2)红色粘土(red mud)
; K, L- V7 V" U3 n0 U" H0 G 主要由黏土构成,含大量火山碎屑,生物很少,CaCO3含量微弱,不同成分软泥的分布与气候有明显关系。
2 d6 g. D; A \( `* g" J 硅藻软泥主要分布在寒带的海洋,放射虫软泥主要分布于热带的海洋,钙质软泥则与热带及温带气候有关。太平洋洋底沉积物的分布表明了这一特点。
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1 V- p. E/ [2 E* ]& {) E+ i2 q 放射虫软泥
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另外,各类软泥的分布面积与分布深度不同。钙质软泥主要分布在各大洋底的较浅部位,不含或很少含CaCO3的红色黏土与硅质软泥则占据着洋底的最深部位。
5 P" g( k4 ]2 c1 h, d) _+ | 这是因为随着海水深度增加,海水中CO2含量增高,当海水深度超过一定范围时,CaCO3即难以在洋底存在,从海水表层中凝聚成的CaCO3固体质点沉入这一深度后均被富含CO2的海水所溶解。
# p; _/ P+ j) j7 H$ ?1 {# P 只有当沉积速度超过溶解速度时,才能有少量CaCO3沉积和保存下来。这一深度称为碳酸钙的补偿深度(calcium carbonate compensation depth,简称CCD)。太平洋中这一深度约4500m,大西洋中约为5000m。
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' U* b' N/ n+ A 云南钙华池(碳酸钙沉淀)
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浊流沉积及等深流沉积
) l1 ]7 ^$ J7 b 浊流沉积是由砾、砂、粉砂等碎屑物与泥质物组成的韵律交互层,具有清楚的递变层理及印模等构造,由它固结而成的岩石,称为浊积岩(turbidite)。
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太平洋四周的海沟中都充填着浊流沉积物。在其他大洋中,浊流沉积构成陆隆的主体,并分布到深海平原之中。
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鲍马层序示意
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德国Becke-Oese泥盆纪砂岩中完整的鲍马序列
) W% W6 a! I/ X ]' M 一个完整的浊流沉积称鲍马层序(Bouma sequences),是由下列五个沉积单元组成的。自下而上为:
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①粗粒递变层(砾-砂岩,发育冲刷面及印模);
8 @, x# }1 p2 @! p ②平行纹层状砂岩,具粒序性;
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③丘状波纹层状粉砂岩,发育前积层理(斜层理);
; G( m: h: G3 f5 T* _9 o ④水平纹层状粉砂-页岩,可含生物化石;
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⑤块状泥岩。
& O: K& {: I# ~2 ^3 Y# {, I) W 等深流沉积(contour deposit)是细砂、粉砂与泥质物互层层序。砂质物分选良好,水平层理普遍发育,有时也有通变层理和内部侵蚀的痕迹。由它固结而成的岩石称为等深积岩(contourite)。等深流沉积在大西洋陆隆上有广泛分布。
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金属泥和锰结核
2 }4 r' a$ I9 T$ L9 r 金属泥和锰结核是在深海底堆积的具有经济意义的矿产资源。
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金属泥(metallic mud) 是富含重金属元素的泥状沉积物。其产出部位的海水都具有温度高、含盐度高、重金属含量高的特点。
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金属泥的形成可能有两种途径:
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一是地幔物质沿裂谷带上升,从上升的岩浆中分泌出含重金属元素的热水溶液,其温度可达400℃,如东太平洋洋隆上从玄武岩裂隙中流出的热水溶液;
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另一是沿裂隙下渗的海水受热后,从岩石中溶滤出重金属离子。由于金属泥中有用元素含量很高,许多国家已着手金属泥的开采。
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1965 年首先在红海海底约2000m深处发现了金属泥,随后在大西洋、太平洋、印度洋的洋脊上陆续发现了许多类似的金属泥。红海底有三个洼地产出金属泥,其中大西洋II号深渊中金属泥厚度100m厚,从上层10m取样分析,估计Mn储量为2.9×106t,CuO储量为1.1×106t。
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厄瓜多尔西部加拉帕戈斯附近的东太平洋洋隆上发现有厚约30-40m的金属泥,总体积达8.0×106m3,含丰富的Cu、Ag、Cd、 Mo、Pb、V、Zn等元素。
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锰结核(manganese module) 锰结核呈浑圆状、不规则球状或土状,直径由小于1cm到20cm,平均约为8cm。一般为淡褐色至土黑色,软而多孔,密度为2.1-3.1g/cm3。
; s5 ?& l z: ~ N 其内部通常围绕核心呈同心圈状构造,核心为生物骨骼、 微陨石、红黏土、矿物或岩石碎片等。有时锰呈皮壳状覆盖在海底岩石上,厚约数厘米。锰结核中经常含有Cu、Cd、Co、Ni、Mo等元素。采自太平洋的54个样品分析的结果是:Mn 8%-41.1%,Fe 2.4%-26.6%,Co 0.01%-2.3% ,Ni 0.1%-2.0% ,Ca 0.03%-1.6%。其中Mn、Ca、Co、 Ni等元素已达到工业开采含量的要求。
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锰结核
3 W9 @6 ^+ X) o6 I: j Q 锰结核广泛分布在太平洋、 大西洋、印度洋底沉积物的表层。估计太平洋中锰结核7.5×1012t,而且每年以1.4×105t的速度在形成中。如夏威夷以西约1×107km2的范围内普遍发现有富含Co的锰结核,估计储量达5.7×1010t,其样品含Mn 31%、Co 2%、Ni 0.8%。又如东南太平洋中部发现富含Ni、Cu的锰结 样品含金属的储量,远远超出大陆上同类金属的储量。有人估计这些储量可供人类开采使用1000-10000年,经济潜力极大。
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