海沟

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主要海沟分布图
汤加-克马德克海沟剖面图

  海沟汉语拼音:hɑiɡou;英语:trench),邻接大陆坡并为急斜的斜面围绕的巨大狭长的深海凹地。又称边缘海沟。一般与岛弧相伴。二者大致平行,既不重叠,又不相交,存在着明显的共轭关系。是岩石圈板块的汇聚型边界(消亡边界)和大洋岩石圈板块俯冲、消亡的场所。

地形特征

  边缘海沟通常长500~4,500千米,宽40~120千米,水深多为6~11千米,横剖面呈不对称的“V”形。沿纵轴的凹陷部分呈窄而平缓的底部,宽约1~2海里(1海里=1,852米),有时甚至不到1千米,呈地堑结构。坡面平均陡度在5°~7°,陆侧的斜面陡,海侧的斜面稍缓。沟坡的上部较缓,下部较陡。汤加-克马德克海沟的沟坡陡达45°。海沟斜坡地形复杂,切割强烈,多见有峡谷、台阶、地滑、断层、堤坝、洼地、剥蚀的基岩露头等。其中,阶梯的倾斜度很大,而阶梯间的平台倾角则很小,显现了由张力引起的正断层作用的特点。海沟与洋盆之间,常有宽缓的海底高地,随海沟走向延伸,高出洋盆底部300~500米,称为外缘隆起。海沟底可被沉积物充填,沉积物厚度大多不超过1千米,有红黏土和硅质沉积,也有来自相邻大陆或岛弧的浊流沉积滑塌沉积

  环太平洋边缘海沟的基岩,与岛弧地区的基岩差异甚大。在汤加海沟采集到了沸石化了的碱性玄武岩、玄武岩、玄武质凝灰岩、凝灰块集岩、绿岩化了的辉长岩、蛇纹石化的橄榄岩和纯橄榄岩,亦曾采到安山岩、玄武岩和火山沉积岩。在马里亚纳海沟采集到的基岩,亦属基性和超基性岩性质,其海沟底部发现有侵入的基性和超基性岩(橄榄岩和纯橄榄岩)岩屑。这些从玄武岩到超基性岩岩石在海沟的直接显露,显然是这里深断裂深切岩石圈的结果。

分布

  海沟分布在活动大陆边缘,主要见于环太平洋地区。在太平洋西部,海沟与岛弧平行排列;在太平洋东缘,海沟与陆缘火山弧相伴随。大西洋印度洋也有少数海沟。

  海沟与岛弧紧密共生构成统一的弧沟系。大多数海沟位于岛弧向洋一侧;也有少数海沟见于岛弧陆侧的边缘盆地中,如南海东缘的马尼拉海沟所罗门海新不列颠海沟珊瑚海新赫布里底海沟等。这些海沟除长度较小外,其他形态特点与一般海沟无异。

地壳与地球物理特征

  1.地壳结构 海沟靠洋一侧是大洋盆地岩石圈的直接延续,地壳结构一般属于正常的大洋地壳。其轴部仍具有大洋地壳的3层结构。但由于层3的增厚而使轴部地壳明显增厚。有的海沟轴部莫霍面的深度超过海面之下20千米,如千岛-堪察加海沟汤加海沟。但也有轴部地壳无明显增厚的,如琉球海沟阿留申海沟

  2.地震活动 海沟及其伴生的火山弧有强烈的地震活动。地震源通常自洋侧向陆侧加深,构成海沟附近向大陆方向倾斜的震源带,即贝尼奥夫带。海沟本身主要为浅源地震带,发生于海沟陆侧坡一带。其震源机制多数显示为逆断层。中、深源地震则主要分布在火山弧弧后盆地

  3.重力与磁异常 海沟是明显的重力负异常带。其外缘隆起伴有不大的重力正异常。自由空间异常与均衡异常最低值位于海沟轴部或略偏陆侧。自由空间异常低达-200毫伽以下,即显示出海沟地区的地壳均衡状态遭到剧烈破坏。有的海沟未发现磁异常,或仅有微弱的正或负的磁异常。有的海沟(如阿留申海沟或日本海沟)已发现条带状磁异常与海沟轴斜交,条带状磁异常越过海沟轴,延伸入海沟内壁下数十千米,异常幅度向陆侧逐渐降低。

  4.热流 海沟的热流值低,在1微卡/(厘米2·秒)以下。而海沟向火山弧的方向,热流值却显著升高。海沟本身缺乏火山活动,海沟深部可出现高压低温变质作用。

  根据上述特征,可以在造山带中识别古海沟。蛇绿岩套、高压低温变质带和混杂堆积,是古海沟的重要鉴定标志。

成因

  芬宁·梅因纳斯根据海沟的重力负异常,提出海沟是地幔对流下降流导致地壳下弯的结果。即密度较小的大陆地壳受地幔对流的影响而向下弯曲,在海沟靠陆的一侧聚集了很厚的轻物质,因而造成了重力不足的地壳。20世纪40年代前后提出的岛弧与海沟演化理论,概括起来大部分是“向下弯曲”的观点与H.贝尼奥夫的冲断层的观点相结合的产物。俯冲作用说是这一见解的进一步发展。

  20世纪50年代以后,M.塔尔沃尼根据海底地球物理新资料,经大量计量后,也认为下拉作用可能是存在的。但是要使大陆地壳下弯,不得不设想在地球内部存在一种拉力。地幔对流说认为这种拉力是地下深处的下降流产生的。这就是说,海沟是冷却的岩石圈板块俯冲的结果。但是,也有人主张,在海沟地区主要的不是压缩力而是张力。这样就使海沟成因论复杂化了。因此,海沟的成因问题仍待进一步研究。