洋中脊体积变化所引起的海平面变化为1cm/1000a,较之冰川型海面升降(约1cm/a)要慢得多。另外,洋中脊体积即海底扩张速率变化引起的海平面变化,所改变的是洋盆容积而不是海水的总质量;相反,在冰川型海平面变化中所改变的是海水的总质量而不是洋盆的容积。
平顶海山与洋底沉降:平顶海山的形成亦与洋底的边扩张、边沉陷有关。
海底火山通常在扩张中心附近升起,然后它们“乘坐”在运动板块上向两侧扩张推移,并渐趋平息、下沉。如果火山升起的高度和速率超过原有海水的深度和洋底的沉降速率,它就出露成火山岛,如南大西洋的圣赫勒拿岛;如果火山升起的高度和速率小于原有海水的深度和洋底的沉降速率②,则火山岛没入海中,其顶部可被波浪作用所削平,进而发育成为海底平顶山,即Guyot①(图4.28),赫斯认为这种平顶海山,实际上就是沉没了的古代岛屿。由于海底扩张,洋底岩石圈的漂移总是存在的,故这种沉陷也不是原地沉陷,而是一边漂移一边沉陷,最后随着板块漂移而倾没于海沟。太平洋皇帝海山北端的海山已处于海沟之中,海山顶部的水深明显增大,而顶部的平顶(山)也向着海沟轴倾斜。
更有趣的现象是在热带(亚热带)的适宜海域,那里的火山岛上往往生长有珊瑚礁,当火山岛随板块扩张并沉降时,珊瑚为保持它所适应的浅水环境以求得生存,则追随海面继续向上生长,生长速度大致与基底的沉降速度相当,最后在沉降的火山基底上构筑起厚几百米至千余米的珊瑚礁体,这就是早年达尔文所提出的珊瑚礁体沉降演化模式。
洋底一边扩张,一边沉降的现象在沉积层序上也有反映。中脊顶部水深较浅,一般位于碳酸钙补偿深度(CCD)①以上,故沉积了钙质沉积物。当洋底扩张并沉降至CCD以下时,就不再接受钙质沉积,并在原先钙质沉积物之上覆以硅质沉积或深海红粘土。深海钻探所揭示的海底沉积层序,即水深较浅的钙质沉积物被水深较深的沉积物所覆盖的事实即为洋底在扩张过程中沉降的结果。
海底不仅仅是在不断扩张,而且还在冷却结晶,在固结增厚,在向下沉降,也在接受沉积。岩石圈的加厚,水深的增大,以及热流的递减等对称而协调的海底地质图像,均与洋底岩石圈年龄的平方根有关。对此,板块扩张模式提供了比较合理的解释。
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① 海侵(transgression)也称海进,是在相对较短的地史时期内,由于海平面上升造成海水面积扩大,陆地面积减小,海岸线向陆地内部推进的地质现象。
② 洋底沉降速率与洋底年龄有关,在洋底岩石圈诞生后的第1个1000万年,平均每百万年下沉90m;在洋底年龄为1000~4000万年时,平均每百万年下沉33m;在4000~7000万年时,平均每百万年下沉20m,之后的沉降更加缓慢。
① 为纪念原普林斯顿大学地学教授Arnold Guyot,赫斯把平顶海山称为盖奥特(Guyot)。
① 碳酸钙补偿深度,简称CCD,指碳酸钙物质沉落海底的速度与其溶解速度相等的深度面。小于CCD的海底可接受钙质沉积,大于CCD的深度一般不接受钙质沉积。CCD的深浅在各海区并不一致,取决于各海区碳酸钙的供应量和溶解作用的强弱,通常为4000多米。