地球海沟及其基本特征（3）
胡经国
三、海沟的一般特征
海沟是岩石圈板块的汇聚型板块边界（消亡边界），大洋岩石圈板块在此俯冲消减。它主要分布于环太平洋地区，也见于印度尼西亚以西的印度洋和加勒比海域。在太平洋西部和印度洋，海沟与岛弧平行排列；在太平洋东部，海沟与陆缘火山链相伴随。
海沟有以下一般特征：
㈠、形态特征
海沟长一般为500～4500千米，宽40～120千米。地球上最深的马里亚纳海沟最大深度达11034米。海沟在平面上大多呈弧形向大洋凸出；横剖面呈不对称的V字型，近陆侧陡峻，近洋侧略缓。
㈡、地质特征
海沟两侧普遍具有阶梯状的地貌，地质结构复杂，发育蓝闪石片岩相高压低温变质带。海沟中的沉积物一般较少，主要是深海、半深海相浊积岩。海沟是大洋地壳与大陆地壳之间的接触过渡带。
㈢、沟坡特征
海沟的两面峭壁大多呈不对称的V字型；沟坡上部较缓，下部较陡峭。平均坡度为5～7度；偶尔也会遇到45度以上的斜坡。
㈣、地球物理特征
海沟为重力负异常带，自由空间重力异常值可低至-200毫伽以下。其热流值仅为1HFU左右，低于地壳平均热流量。
自由空间重力异常值，简称空间重力异常值，是指一种经高度改正（或称自由空间改正）后的重力异常值。也就是将地球表面的重力观测值，换算成大地水准面上的相应点的重力值，然后减去该点的正常重力值的差值。它用于研究地球内部的质量分布。
热流值是指每秒钟从地下通过每平方厘米面积的地面所释出的热。某一区域的热流值是通过求得岩石的导热率和地温梯度的乘积而得出的，其单位是微卡/海底热流平方厘米·秒。海底热流值不仅与地球的热活动有关，而且也是构造活动的一个指标。海底大地形是构造运动的直接反映，因此不同的海底地形单元有着不同的热流值特征。
㈤、地震特征
沿海沟分布的地震带是地球上最强烈的地震活动带。震源通常自洋侧向陆侧加深，一系列震源构成自海沟附近向大陆方向倾斜的震源分布带（贝尼奥夫带）。
四、海沟地形特征
海沟常呈弧形或直线形展布；长500～4500公里，宽40～120公里，水深多为6～11公里。
大多数海沟具有不对称的V字形横剖面。其洋侧坡（外壁）较缓，陆侧坡（内壁）较陡；沟坡的上部较缓，下部较陡，平均坡度为5～7°。但是，汤加海沟的沟坡坡度可达45°。海沟斜坡地形复杂，切割强烈，多见峡谷、台阶、堤坝和洼地等。
海沟沟底可被沉积物填充成不宽的平底。沟底的沉积物不厚，大多不超过1公里。有红粘土和硅质沉积，也有来自相邻大陆或岛弧的浊流沉积和滑塌沉积。
海沟与洋盆（大洋盆地）之间，常有宽缓的海底高地，沿海沟走向延伸。这种高地高出洋盆底部300～500米,称为外缘隆起。外缘隆起靠海沟一侧坡度较陡，靠洋盆一侧坡度较缓。
五、海沟结构特征
㈠、地壳结构
海沟洋侧坡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。
海沟轴部地壳开始增厚，但是仍然具有洋壳的3层结构。轴部地壳增厚主要是由于层3增厚的结果。层3厚度可达7～9公里，比标准洋壳的层3（4～5公里）厚。有的海沟轴部莫霍面的深度超过海面之下20公里，如千岛－堪察加海沟和汤加海沟。但是，也有海沟轴部地壳无明显增厚的，如琉球海沟和阿留申海沟。
自海沟轴部向陆一侧，地壳厚度普遍急剧增大。海沟大体上是大洋地壳与大陆地壳（或过渡型地壳）之间的接触过渡带。
㈡、地震活动
海沟及其伴生的火山弧，位于板块俯冲边界，具有强烈的地震活动。
震源通常自洋侧向陆侧加深，由此构成的自海沟附近向大陆方向倾斜的震源带，称为贝尼奥夫带；其形成与板块俯冲作用有关。
海沟本身主要为浅源地震带。大量的浅源地震发生于海沟陆侧坡一带。其震源机制多数显示为逆断层型，反映了俯冲板块与上覆板块之间的汇聚挤压作用。
浅源地震也见于海沟轴部和洋侧坡。在洋侧坡和外缘隆起，地震震源机制多显示为引张作用。这可能是由于大洋板块俯冲下弯，使弯曲部凸面的板块表层处于伸张状态所致。
而中、深源地震则主要分布在火山弧及弧后地区。
㈢、重力与磁异常
20世纪20～30年代，荷兰学者F.A.芬宁·梅因纳斯，首先发现海沟是重力负异常带。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，显示出海沟地区的地壳均衡状态遭到剧烈破坏。负重力异常表明，在均衡调整作用下，该带具有上浮而使海沟地形消失的趋势。但是，板块的俯冲沉潜作用与均衡上浮力相对抗，从而使深邃的海沟地形得以维持。俯冲作用使海底岩石圈下陷，并代之以增厚的水层，必然会导致重力值降低。故负重力异常的存在也为俯冲作用的存在提供了佐证。而外缘隆起则伴有不大的重力正异常。
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（如阿留申海沟和日本海沟）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公里，其异常幅度向陆侧逐渐降低。这可能是大洋板块向陆侧俯冲的反映。
㈣、热流
海沟是冷板块的下潜处，其热流值可低至1微卡/(厘米2·秒）以下。由于岩石的热导率极低，俯冲的速度却较快，下插板块的温度就比同深度的地幔的温度低得多，海沟及海沟内壁附近出现很低的地温梯度和热流值。所以，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。
而海沟向火山弧的方向，热流值却显著升高。
六、海沟的建造
在地球的建造和演变过程中，有大量的小行星、彗星和流星体等小天体轰击地球。这些小行星、彗星和流星体的尺度大到数十千米、数百千米，小到数十厘米、数厘米；甚至还有那弥漫于太空的砾石和砂尘颗粒。这些小天体在长达千百万年、甚至数亿年轰击地球的过程中，逐渐地建造出来了陆地、山脉、山峰和陆性岛屿，小天体带来的水冰融化形成了海洋。
小天体对地球的轰击导致大陆区域的矿物岩石数量剧增，并且大陆被撞击下沉建造出来了“大陆根”。同时，与大陆相对的大洋底被撞开了大裂缝，地下的岩浆从这里涌出来形成了大洋中脊。在小天体长期的轰击过程中，大洋中脊又多次向两侧扩张，形成了海底扩张的壮丽景观。在大陆被小天体撞击并下沉的同时，在剪切力及振动力的作用下，又建造出来了环洋海沟、环岛海沟、岛弧和环洋火山地震带。
七、海沟地理分布
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。环太平洋的地震带也都位于海沟附近。
大西洋和印度洋也有少数海沟。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、所罗门海的新不列颠海沟和珊瑚海的新赫布里底海沟等。这些海沟除长度较小以外，其他形态特征与一般海沟无异。
2020年5月27日编写于重庆
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