1 Foto Factory/ShutterStock, Ic.
ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΙ ΣΤΟΧΟΙ Να εξοικειωθείτε με την ιστορία της εξερεύνησης των ωκεανών και την ωκεανογραφία. Να αποκτήσετε την ικανότητα ανάγνωσης γραφημάτων και μετατροπής μονάδων. Να αξιολογήσετε κριτικά τη φύση και τις δυνατότητες της επιστημονικής μεθόδου. Wave: lala/shutterstock.com, Ic. ΠΡΟΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ Μιά ολοκληρωμένη ιστορική αφήγηση της ωκεανογραφικής εξερεύνησης και έρευνας θα ήταν ένα τεράστιο εγχείρημα. Το ιστορικό τους εκτείνεται αρκετές χιλιετίες πίσω, στην εποχή που αρχαίοι θαλασσοπόροι κατασκεύαζαν πλοία και επιχειρούσαν τολμηρά ταξίδια στη θάλασσα, για να εξερευνήσουν το άγνωστο. Ωστόσο, μια σύντομη περιγραφή της ιστορίας είναι απαραίτητη σε ένα βιβλίο που ασχολείται με τις φυσικές, χημικές, γεωλογικές και βιολογικές διεργασίες του ωκεανού με έναν αυστηρά επιστημονικό τρόπο. Ο κυριότερος λόγος που έχει τόσο μεγάλη σημασία είναι διότι μας υπενθυμίζει ότι για αιώνες έχουν υπάρξει άνθρωποι στο πεδίο της «ωκεανογραφίας» άνθρωποι με μια ακόρεστη επιθυμία να κάνουν το άγνωστο γνωστό. Η γνώση που σήμερα είναι κοινότυπη απαίτησε επίπονες έρευνες και αιώνες εξερεύνησης πολυάριθμων θαλασσοπόρων. Πολλοί σκόπευαν να γίνουν πλούσιοι με την εκμετάλλευση πόρων και τον έλεγχο θαλασσίων οδών για εμπόριο. Όλοι οδηγούνταν από έναν πόθο να κατανοήσουν τα μυστήρια της Γης και των θαλασσών της. Οι σημερινοί ωκεανογράφοι (σύγχρονοι θαλάσσιοι εξερευνητές) που συνεχίζουν αυτή την αναζήτηση, για να ικανοποιήσουν την περιέργεια της ανθρωπότητας, οφείλουν τεράστιο χρέος στο θάρρος και στη διορατικότητα των προηγουμένων θαλασσοπόρων, καθώς με μικρά βήματα αντικατέστησαν την άγνοια και τον μύθο με τη γνώση.
Εικόνα 1-1. ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΧΗΜΕΙΑ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ ΩΚΕΑΝΟΓΡΑΦΙΑ ΓΕΩΧΗΜΕΙΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ Εικόνα 1-1 Το πεδίο της ωκεανογραφίας. Αυτό το διάγραμμα οργανώνει την ωκεανογραφία σε τέσσερις κύριες κατηγορίες βιολογική, γεωλογική, φυσική και χημική ωκεανογραφία που συνδέονται μεταξύ τους μέσω διεπιστημονικών κλάδων. (biology) Tiburi Studios/ShutterStock, Ic (chemistry) Photodisc (geology) Horia Bogda/Shutterstock, Ic (physics) Photodisc. 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
. (Εικόνα 1-2), Η ανάπτυξη της ωκεανογραφίας 5
4000 3000 2000 1000 BCE CE 1000 1100 1200 1300 περίπου 4000 π.χ. Αιγύπτιοι αναπτύσουν τις τέχνες της ναυπήγησης και της παράκτιας πλοήγησης. περίπου 2000-500 π.χ. Τα περισσότερα νησιά του Ειρηνικού αποικούνται από Πολυνήσιους. Ευγενική παραχώρηση από NOAA Cetral Library περίπου 1000-600 π.χ. Οι Φοίνικες εξερευνούν ολόκληρη τη Μεσόγειο θάλασσα, πλέουν στον Ατλαντικό μέχρι την Κορνουάλη, στην Αγγλία, ενώ πιθανότατα κάνουν και τον περίπλου της Αφρικής. Πλοηγούσαν με βάση τόσο γνώριμα χαρακτηριστικά των ακτών όσο και με βάση τη γνώση των άστρων. 450 π.χ. Ο Έλληνας Ηρόδοτος κατάρτισε έναν χάρτη του γνωστού κόσμου που επικεντρωνόταν στη Μεσογειακή περιοχή (βλ. Εικόνα 1-3). 325 π.χ. Ο Έλληνας Πυθέας εξερεύνησε τις ακτές της Αγγλίας, της Νορβηγίας και ίσως της Ισλανδίας. Ανέπτυξε μέθοδο προσδιορισμού του γεωγραφικού πλάτους από τη γωνιακή απόσταση του Πολικού Αστέρα και πρότεινε μια σύνδεση ανάμεσα στις φάσεις της Σελήνης και στις παλίρροιες. Ο Αριστοτέλης δημοσίευσε τα Μετεωρολογικά, στα οποία περιέγραψε τη γεωγραφία και τη φυσική δομή του ελληνικού κόσμου, και το Περί ζώων ιστορίας, την πρώτη γνωστή πραγματεία που αφορά τη θαλάσσια βιολογία. Photos.com 276-192 π.χ. Ο Έλληνας Ερατοσθένης, λόγιος στην Αλεξάνδρια, προσδιόρισε την περιφέρεια της Γης με αξιοσημείωτη ακρίβεια, χρησιμοποιώντας τριγωνομετρία και σημειώνοντας τη συγκεκριμένη γωνία των ηλιακών ακτίνων στην Αλεξάνδρεια και στην Ασουάν (τότε γνωστή ως Συήνη) στην Αίγυπτο. 54 π.χ. 30 μ.χ. Ο Ρωμαίος Σένεκας επινόησε τον υδρολογικό κύκλο, για να δείξει οτι, παρά την εισροή του νερού του ποταμού, το επίπεδο του ωκεανού παραμένει σταθερό εξαιτίας της εξάτμισης. περίπου 150 μ.χ. Ο Έλληνας Πτολεμαίος κατάρτισε έναν χάρτη ολόκληρου του ρωμαϊκού κόσμου που έδειχνε γεωγραφικά πλάτη και μήκη. 673 735 μ.χ. Ο Άγγλος μοναχός Βέδας δημοσίευσε το De Temporum Ratioe, στο οποίο συζητά για τον σεληνιακό έλεγχο των παλιρροιών και αναγνωρίζει μηνιαίες παλιρροιακές διαφορές και την επίδραση της οπισθέλκουσας του αέρα στο παλιρροιακό ύψος. 982 μ.χ. Stock Motage Ο Βόρειος Έρικ ο Ερυθρός ολοκλήρωσε την πρώτη διάσχιση του Ατλαντικού και ανακάλυψε τη νήσο Μπάφιν στην Αρκτική περιοχή του Καναδά. 995 μ.χ. Ο Λέιφ Έρικσον, γιός του Έρικ του Ερυθρού, εγκατέστησε την βόρεια αμερικανική αποικία του Βίνλαντ, στην περιοχή που σήμερα είναι το Νιουφάουντλαντ. Π.Κ.Ε. Πριν την Κοινή Εποχή Κ.Ε. της Κοινής Εποχής 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
Υδρόσφαιρα (4 χμ) (α) Η ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΓΗΣ εύθραστη αρκετά πλαστική Ηπειρωτικός φλοιός 0,4% 35 50 χμ Μανδύας 68,1% Εξωτερικός πυρήνας Εσωτερικός πυρήνας (β) ΔΙΑΣΤΡΩΜΑΤΩΜΕΝΗ, ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Ατμόσφαιρα (~ 30+ χμ) Ωκεανικός φλοιός (3 10 χμ) Λιθόσφαιρα Μεσόσφαιρα Εξωτερικός πυρήνας Εικόνα 2-1 Η δομή της Γης. (α) Η εσωτερική μάζα της Γης είναι διατεταγμένη σε ομόκεντρα περιβλήματα. Αυτά αποτελούνται από έναν εξωτερικό φλοιό, έναν ενδιάμεσο μανδύα και ένα κεντρικό πυρήνα (συντιθέμενο από έναν στερεό εσωτερικό πυρήνα που περικλείεται από έναν τηγμένο εξωτερικό πυρήνα). Οι εκατοστιαίες τιμές βασίζονται στον όγκο. Η στερεή Γη περιβάλλεται από ένα στρώμα νερού (την υδρόσφαιρα) και ένα στρώμα αέρα (την ατμόσφαιρα). (β) Βασιζόμενο σε φυσικά χαρακτηριστικά, το εσωτερικό της Γης μπορεί να χωριστεί σε μια άκαμπτη, εύθραυστη λιθόσφαιρα μια πιο ανίσχυρη, υποκείμενη ασθενόσφαιρα, η οποία είναι αρκετά πλαστική και έναν πιο άκαμπτο μανδύα ονομαζόμενο μεσόσφαιρα. Η λιθόσφαιρα συμπεριλαμβάνει τον εξωτερικό φλοιό και το ανώτερο τμήμα του μανδύα μέχρι έναν βάθος 100 έως και 200 χιλιομέτρων. Η ασθενόσφαιρα περιλαμβάνει το μερικώς λιωμένο άνω τμήμα του μανδύα μέχρι έναν βάθος 350 χιλιομέτρων υπό την επιφάνεια της Γης. Κάτω από αυτό είναι ο πιο άκαμπτος μανδύας, ονομαζόμενος μεσόσφαιρα. Εικόνα 2-1β Ο πλανήτης Ωκεανός 33
2-2 Εικόνα 2-2 Πίνακα 2-1 Πίνακας 2-1 Εικόνα 2-3α > ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗ ΥΦΑΛΟΚΡΗΠΙΔΑ 34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
Εικόνα 2-2 Ωκεάνια βαθυμετρία. Αυτός ο χάρτης δείχνει τα κύρια βαθυμετρικά χαρακτηριστικά των ωκεάνιων λεκανών του Ειρηνικού ωκεανού, του Ατλαντικού ωκεανού και του Ινδικού ωκεανού. Το κίτρινο δείχνει το ρηχό νερό των ηπειρωτικών περιθωρίων και των κορυφογραμμών των μεσο-ωκεάνιων ραχών, και το βαθύ μπλε δείχνει το βαθύ νερό του ωκεάνιου πυθμένα και τις τάφρους της βαθιάς θάλασσας. Ευγενική παραχώρηση: NOAA 2 1 Τυπικές διαστάσεις Χαρακτηριστικό Πλάτος Ανάγλυφο Βάθος νερού Διαβάθμιση πυθμένα Ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα <300 km <20 m <150 m <1:1.000 (~0,5 ) * Ηπειρωτική κατωφέρεια <150 km locally >2 km drops from 100+ ~1:40 (3 6 ) 2.000+ m Ηπειρωτική ανύψωση <300 km <40 m 1,5 5 km 1:1.000 1:700 (0,5 1 ) Υποθαλάσσιο φαράγγι 1 15 km 20 2.000 m 20 2.000 m <1:40 (3 6 ) Τάφρος βαθιάς θάλασσας 30 100 km >2 km 5.000 12.000 m Αβυσσικοί λόφοι 100 100.000 m (100 km) 1 1.000 m μεταβλητή Υποθαλάσσια όρη 2 100 km >1.000 m μεταβλητή Αβυσσικά πεδία 1 1.000 km 0 >3 km 1:1.000 1:10.000 (<0,5 ) Πλάγια μεσο-ωκεάνιας ράχης 500 1.500 km <1 km >3 km Κορυφογραμμή μεσοωκεάνιας ράχης 500 1.000 km <2 km 2 4 km *Μια διαβάθμιση πυθμένα 1:1000 σημαίνει ότι η κλίση αυξάνεται 1 m κατακόρυφα κατά μήκος μιας οριζόντιας απόστασης των 1000 m. Προσαρμοσμένο από Heeze, B. C., και Wilso, L., Submarie Geomorphology, i Ecyclopedia of Geomorphology, Fairbridge, R. W., ed. (New York: Reihold, 1968) και Oliver, C. D., Tectoics ad Ladforms (New York: Logma, 1981). Ο πλανήτης Ωκεανός
> ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΗ ΚΑΤΩΦΕΡΕΙΑ > ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΟΣ ΠΡΟΠΟΔΑΣ Εικόνα 2-3β 36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
Ύφαλος Yποβρύχιο φαράγγι Υφαλοπρανές Κατωφέρεια Πρόποδας (α) ΗΠΕΙΡΩΤΙΚΟ ΠΕΡΙΘΩΡΙΟ Στρώματα ιζήματος Yποβρύχια ηφαίστεια Τάφροι βαθιάς θάλασσας Αβυσσικό πεδίο Αβυσσικοί λόφοι Υποθαλάσσια όρη Τραπεζοειδή όρη (β) ΒΑΘΙΑ ΩΚΕΑΝΙΑ ΛΕΚΑΝΗ Ωκεάνιος φλοιός Στρώματα ιζήματος Ωκεάνια ράχη Ρηξιγενής ζώνη Τεκτονική τάφρος Στρώσεις ιζημάτων (γ) ΜΕΣΟΩΚΕΑΝΙΑ ΡΑΧΗ Ωκεάνιος φλοιός Εικόνα 2-3 Τοπία του ωκεάνιου πυθμένα. (α) Το ηπειρωτικό περιθώριο αποτελείται από την ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα, το υφαλοπρανές, την ηπειρωτική κατωφέρεια και την ηπειρωτική ανύψωση. Οι υποθαλάσσιες τάφροι διακόπτονται στα ηπειρωτικά περιθώρια. (β) Ο πυθμένας της λεκάνης βαθιάς θάλασσας αποτελείται από αβυσσικά πεδία, αβυσσικούς λόφους, υποθαλάσσια όρη, ωκεάνιες τράπεζες και τάφρους βαθιάς θάλασσας. (γ) Τα πρανή και οι κορυφογραμμές των μεσο-ωκεάνιων ραχών διακόπτονται από ένα σύστημα ρηγμάτων και μεταπτώσεων. Όλα αυτά τα διαγράμματα είναι παραμορφωμένα ως προς τον κατακόρυφο άξονα (βλ. Παράρτημα IV). Ο Πίνακας 2-1 απαριθμεί τις πραγματικές διαστάσεις κάθε χαρακτηριστικού. Ο πλανήτης Ωκεανός
3-2 Ρήγματα μετασχηματισμού Ρηξιγενής ζώνη Τεκτονική τάφρος Εξάπλωση του θαλάσσιου πυθμένα (α) ΚΑΤΕΤΜΗΜΕΝΟΣ ΩΚΕΑΝΙΟΣ ΦΛΟΙΟΣ Κανονικά ρήγματα Πτυχωμένα πετρώματα Ρήγμα (β) ΣΥΝΘΛΙΨΗ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΣΥΜΠΙΕΣΗ Εικόνα 3-2 Μετακινήσεις του φλοιού. (α) Η τεκτονική τάφρος στην κορυφογραμμή των μεσο-ωκεάνιων ραχών σχηματίζεται εξαιτίας τάσεων. Η ρηγμάτωση στον άξονα της ράχης αποτελείται από κανονικά ρήγματα της τεκτονικής τάφρου και ρήγματα μετασχηματισμού που αντισταθμίζουν την κορυφογραμμή της ράχης. (β) Η συμπίεση συνέθλιψε επίπεδα ιζηματογενή πετρώματα, δημιουργώντας ρηγματωμένα και πτυχωτά βουνά στη χέρσο. 54 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
Εικόνα 3-2β Εικόνα 3-3 Νεαρά ηφαιστειακά πεδία Υψηλές τιμές μαγνητικού πεδίου Ισλανδία Ράχη Κορυφογραμμής Reykjaes Τεκτονική τάφρος Εικόνα 3-3 Ζώνες μαγνητικής ανωμαλίας. Οι ζώνες μαγνητικής ανωμαλίας διατρέχουν παράλληλα και ταξινομούνται συμμετρικά και στις δύο πλευρές του άξονα της μεσο-ωκεάνιας ράχης. Για παράδειγμα, οι ανωμαλίες Β και C στην ανατολική πλευρά της ράχης έχουν τις αντίστοιχές τους Β και C στη δυτική πλευρά, οι οποίες έχουν την ίδια απόσταση από την ανωμαλία Α της κορυφογραμμής. Προσαρμοσμένο από Heirtzler, J. R., et al., Deep Sea Research 13 (1966): 427-433. Η προέλευση των ωκεάνιων λεκανών
Γεωγραφικός Βόρειος Πόλος Γεωμαγνητικός Βόρειος Πόλος Μαγνητισμός Ηλικία (ΕΧΠΠ*) Κανονική Αντίστροφη Κανονική (α) ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΛΑΒΑΣ Αλληλουχίες λάβας στοιβαγμένες η μία πάνω στην άλλη Κανονική πολικότητα Αντίστροφη πολικότητα *ΕΧΠΠ = εκατομμύρια χρόνια πριν το παρόν Κανονική πολικότητα Αντίστροφη πολικότητα Γεωγραφικός Βόρειος Πόλος Γεωμαγνητικός Βόρειος Πόλος Γεωγραφικός Βόρειος Πόλος Γεομαγνητικός Νότιος Πόλος (β) ΓΕΩΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΣ ΠΟΛΙΚΟΤΗΤΑΣ Γεομαγνητικός Βόρειος Πόλος Εικόνα 3-4 Παλαιομαγνητισμός. (α) Οι αλληλουχίες λάβας στις περιοχές Α, Β και C παρουσιάζουν εναλλασσόμενες κατευθύνσεις στον μαγνητισμό του πετρώματος. Οι λάβες σε κάθε τοποθεσία στοιβάζονται η μία πάνω στην άλλη, με την παλαιότερη λάβα στον πυθμένα και την νεαρότερη στην κορυφή της αλληλουχίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα ηφαιστειακά πετρώματα της ίδιας ηλικίας σε όλες τις περιοχές είναι είτε όλα κανονικά είτε όλα αντιστρόφως μαγνητισμένα. Αυτό το φαινόμενο προέρχεται από το γεωμαγνητικό δίπολο που αναστρέφει την πολικότητά κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου. (β) Κατά την κανονική πολικότητα, ο μαγνητικός Βόρειος Πόλος βρίσκεται κοντά στον γεωγραφικό Βόρειο Πόλο. Κατά την αντίστροφη πολικότητα, ο μαγνητικός Βόρειος Πόλος ανταλλάσσει πολικότητα με τον μαγνητικός Νότιο Πόλο ώστε να γειτνιάζει με τον γεωγραφικό Νότιο Πόλο. 56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΟΙ ΩΚΕΑΝΙΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑ Η Ερυθρά θάλασσα Η Ερυθρά θάλασσα (Εικόνα Β3-1α) είναι, σε γενικές γραμμές, ορθογώνια λεκάνη μήκους περίπου 1.900 χιλιομέτρων και πλάτους περίπου 300 χιλιομέτρων (Εικόνα Β3-1β). Στη μεγαλύτερη έκτασή της είναι αρκετά ρηχή, με μέσο βάθος τα 490 μέτρα και μέγιστο βάθος τα 2.850 μέτρα. Μία τάφρος διέρχεται από το κέντρο της Ερυθράς θάλασσας με μέσο βάθος περίπου 1.000 μέτρα. Ο βασάλτης νέος ωκεάνιος φλοιός εισάγεται σε αυτή τη βαθιά αξονική τάφρο, καθώς η Αραβία Βάθος ωκεανογράφου Αραβική πλάκα Αξονική λεκάνη Βύθισμα «Atlatis II» Αφρικανική πλάκα Βύθισμα Discovery Διεύρυνση θαλάσσιου πυθμένα (β) ΚΕΝΤΡΟ ΔΙΕΥΡΥΝΣΗΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ Δύση Αφρικανική πλάκα Θαλασσινό νερό Αξονική λεκάνη Ίζημα Ανατολή Αραβική πλάκα Παλαιός Προκάμβριος φλοιός Παλαιός Προκάμβριος φλοιός Μανδύας (α) ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΕΙΚΟΝΑ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΗΣ ΕΡΥΘΡΑΣ ΘΑΛΑΣΣΑΣ (γ) ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ (ΔΥΣΗ-ΑΝΑΤΟΛΗ) ΔΙΑΤΟΜΗ Εικόνα Β3-1 Η Ερυθρά θάλασσα. (α) Αυτή η δορυφορική εικόνα δείχνει τη μορφολογία της περιοχής της Ερυθράς Θάλασσας. (β) Η Ερυθρά Θάλασσα είναι μια νεαρή ωκεάνια λεκάνη που άνοιξε πρόσφατα καθώς η αραβική πλάκα απομακρύνεται από την αφρικανική πλάκα. (γ) Ο νέος ωκεάνιος φλοιός σχηματίζεται κατά μήκος του άξονα της τάφρου της Ερυθράς θάλασσας με τη διεργασία της διεύρυνσης του θαλάσσιου πυθμένα. (α) Ευγενική παραχώρηση από: GeoEye και NASA. Πνευματικά δικαιώματα 2014. Επιφυλάσσοντας κάθε δικαίωμα (γ) Προσαρμοσμένο από Ross, D. A., Mieral Resources Bulleti 22 (1977): 1-14. (συνεχίζεται) Η προέλευση των ωκεάνιων λεκανών
απομακρύνεται από την Αφρική. Ως αποτέλεσμα, η Ερυθρά θάλασσα αποτελεί ένα μικροσκοπικό ωκεανό (Εικόνα Β3-1γ), μία κλασσική νεαρή ωκεά νια λεκάνη η οποία διευρύνεται αργά ως αποτέλεσμα της διεύρυνσης του θαλάσσιου πυθμένα. Η ίδια διεργασία ήταν η αίτια για το άνοιγμα του Ατλαντικού ωκεανού και έτσι πρέπει να έμοιαζε η λεκάνη του Ατλαντικού κατά την πρώιμη ανάπτυξή της, καθώς η Αφρική και η Ευρώπη απομακρύνονταν από τη Βόρεια και τη Νότια Αμερική. Η λεκάνη της Ερυθράς θάλασσας φαίνεται να ξεκίνησε να αναπτύσσεται περίπου 20 με 30 εκατομμύρια χρόνια πριν, καθώς ο γρανιτικός φλοιός της ανατολικής Αφρικής και της Αραβίας απλώθηκε μέχρι που διεσπάσθη κατά μήκος ενός συστήματος τυπικών ρηγμάτων. Αυτά τα μεγάλα ρήγματα διέσπασαν τον παχύ γρανιτικό φλοιό σε μεγάλα κομμάτια (βλ. Εικόνα Β3-1γ). Τα ιζήματα που καλύπτουν τον θαλάσσιο πυθμένα συμπεριλαμβάνουν αποθέσεις αλατιού, πάχους μέχρι 7 χιλιομέτρων. Η παρουσία τους υποδηλώνει ότι μεγάλο μέρος του ωκεανού αποξηραινόταν περιοδικά καθώς το νερό του εξατμιζόταν και αποθέσεις αλατιού επικάθονταν στον πυθμένα του. Για να φανταστείτε πώς θα φαινόταν αυτό, γεμίστε ένα ποτήρι με θαλασσινό νερό και αφήστε το στον ήλιο για μερικές μέρες. Αυτό που θα συμβεί, φυσικά, είναι ότι το νερό θα εξαφανιστεί, εξαιτίας της εξάτμισης, και ο πυθμένας του ποτηριού θα επικαλυφθεί με μια κρούστα από αλάτι. Όχι μόνο υπάρχει αλάτι στον θαλάσσιο πυθμένα, αλλά και το ίδιο το νερό, το οποίο γεμίζει τα βυθίσματα της αξονικής τάφρου, όπως τα βυθίσματα Atlatis II, (Eικόνα Β3-2), Discovery και Oceaography,είναι ασυνήθιστα αλμυρό. Είναι ακόμα πιο αλμυρό από το κανονικό θαλασσινό νερό που αναφέρεται ως άλμη. Αυτή η άλμη είναι θερμή (50 C με 60 C) και γεμάτη με διαλυμένα μέταλλα. Η πηγή του ασυνήθιστου αλατιού και του μεταλλικού περιεχόμενου του νερού σε αυτά τα βάθη οφείλονται στη ροή των υπόγειων υδάτων διαμέσου των ρηγμάτων των υποκείμενων πετρωμάτων. Αυτή η υπόγεια άλμη θερμαίνεται, καθώς ρέει διά μέσου του θερμού φλοιού, γίνεται διαβρωτική και διηθεί τα μέταλλα των βασαλτικών πετρωμάτων. Το θερμαινόμενο, υψηλής αλατότητας, μεταλλοφόρο νερό απελευθερώνεται κατά μήκος ρηγμάτων στον πυθμένα των βαθέων σημείων, όπου παγιδεύεται εξαιτίας της υψηλής του πυκνότητας. Καθώς τα επίπεδα των διαλυμένων μετάλλων αυξάνονται (σίδηρος, μαγγάνιο, χαλκός, άργυρος, μόλυβδος, ψευδάργυρος), πολλά από αυτά κατακρημνίζονται ως θειώδεις αποθέσεις που προσδίδουν φωτεινά χρώματα στο ίζημα. Οι γεωχημικές μελέτες υποδηλώνουν ότι οι Δύση Το νερό εισέρχεται στα πετρώματα Κανονικό θαλάσσιο νερό της Ερυθράς Θάλασσας Απότομη αλλαγή στην αλατότητα Περιοχή άλμης Το νερό εισέρχεται στα πετρώματα Ανατολή Νερό του εδάφους Διήθηση μετάλλων Σουλφίδια μετάλλων Βασαλτικά πετρώματα Θερμό μάγμα Υπεδάφιο νερό Διήθηση μετάλλων Εικόνα Β3-2 Το Βύθισμα Atlatis II. Τα υπόγεια ύδατα που ρέουν διαμέσου των ρηγματώσεων του φλοιού από βασάλτη είναι όξινα και διαβρωτικά. Αυτά τα θερμά αλμυρά υγρά ξεπλένουν και απομακρύνουν τα μέταλλα από τις ρηματώσεις. Όταν τα μεταλλικά διαλύματα εξέλθουν από τα ρήγματα, το πολύ πυκνό νερό τους παγιδεύεται σε μεγάλα βάθη. Προσαρμοσμένο από Backer, H. Erzmetall 26 (1973): 544-55. 76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
μεταλλικές αποθέσεις του βυθίσματος της Ατλαντίδος II είναι επαρκώς εμπλουτισμένες, ώστε να είναι εμπορικά εκμεταλλεύσιμες. Διάφορες δοκιμές πεδίου υποδηλώνουν ότι είναι εφικτό να εξορυχτεί αυτός ο ορυκτός πόρος. Πίδακες νερού υψηλής πίεσης (δηλαδή μεγάλοι και δυνατοί σωλήνες) που κατεβαίνουν από ένα πλοίο θα μπορούσαν να μετατρέψουν το ίζημα του πυθμένα σε αραιή, την οποία θα αντλούνταν στην επιφάνεια με ταχύτητα περίπου 200.000 τόνων την ημέρα! Αυτός ο πελώριος όγκος ιλύος θα έπρεπε να υποστεί επεξεργασία πάνω στο σκάφος εξόρυξης, επειδή θα κόστιζε πολύ η μεταφορά του στη χέρσο. Δυστυχώς, αφότου υποστεί επεξεργασία, θα υπήρχε μεγάλο πρόβλημα με την διάθεση των αποβλήτων, επειδή περιέχουν υψηλές συγκεντρώσεις τοξικών βαρέων μετάλλων. Οι μηχανικοί έχουν αναπτύξει μια τεχνική επεξεργασίας όπου μόνο το 1% του εμπλουτισμένου μεταλλεύματος θα μεταφερόταν σε ένα χυτήριο στην χέρσο. Το υπόλοιπο 99% της ιλύος θα αραιωνόταν με το θαλασσινό νερό και θα ετύγχανε χημικής επεξεργασίας πριν από τη διάθεσή του σε βάθη μεγαλύτερα από 1.000 μέτρα. Η θαλάσσια ζωή σπανίζει σε αυτά τα βάθη της Ερυθράς θάλασσας, και έτσι οι μηχανικοί έχουν λόγο να ισχυρίζονται ότι η επίδραση των μεταλλικών τοξινών στο οικοσύστημα της περιοχής θα ήταν ελάχιστη. Η προέλευση των ωκεάνιων λεκανών
Οι λιθοσφαιρικές πλάκες απομακρύνονται μεταξύ τους στις μεσο-ωκεάνιες ράχες, εξαιτίας της διεύρυνσης του θαλάσσιου πυθμένα. Ο ωκεάνιος φλοιός, αφότου δημιουργηθεί, μετακινείται αργά μακριά από τον άξονα της ράχης. Αυτό σημαίνει ότι ο θαλάσσιος πυθμένας θα έχει μια ταχύτητα. Η ταχύτητα εκφράζει την απόσταση (d) που διανύεται ανά μονάδα χρόνου (t), ή ταχύτητα = d/t Ο θαλάσσιος πυθμένας κινείται τόσο αργά, που η ταχύτητά του δεν μπορεί να υπολογιστεί άμεσα με ένα χρονόμετρο. Ωστόσο, μπορούμε να καθορίσουμε εύκολα την ταχύτητά του (την ταχύτητα εξάπλωσής του) σημειώνοντας την ηλικία του θαλάσσιου πυθμένα σε οποιαδήποτε απόσταση από τη ράχη. Όσο πιο παλαιός είναι ο θαλάσσιος πυθμένας, τόσο πιο μακριά θα βρίσκεται από τον άξονα της ράχης. Επίσης, όσο πιο μεγάλη είναι η ταχύτητα εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα, τόσο πιο μακριά από τον άξονα της ράχης θα βρίσκεται ο θαλάσσιος πυθμένας μιας συγκεκριμένης ηλικίας. Ας υπολογίσουμε μια ταχύτητα εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα. Πρώτον, υποθέστε ότι έχουμε στη διάθεσή μας ένα κομμάτι βασάλτη 400 χιλιόμετρα από τον άξονα της ράχης και καθορίζουμε ότι η ηλικία του είναι 10 εκατομμυρίων ετών. Αυτό υποδηλώνει ότι αυτό το πέτρωμα χρειάστηκε 10 εκατομμύρια χρόνια για να ταξιδέψει μια απόσταση 400 χιλιομέτρων. Ο αριθμός 400 μπορεί να εκφραστεί ως 4 10 2 (δηλαδή, 4 φορές το 100). Ο αριθμός 10 εκατομμύρια μπορεί να εκφραστεί ως 10 7 (δηλαδή, 10 φορές ο εαυτός του επί εφτά φορές). Αν αυτή η σημειογραφία δεν είναι ξεκάθαρη, ξαναδείτε το Μαθηματικό Πλαίσιο που ονομάζεται «Δυνάμεις του 10» στο Κεφάλαιο 2. Το τάχος εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα είναι ταχύτητα = ταχύτητα εξάπλωσης = d/t = 4 10 2 km/10 7 yr. Όταν διαιρείτε δυνάμεις του 10, απλώς αφαιρείτε τους εκθέτες. Έτσι, 4 10 2 km/10 7 χρόνια = 4 10 (2-7) km/yr = 4 10-5 km/yr είναι η ταχύτητα εξάπλωσης του θαλάσσιου πυθμένα για αυτήν τη ράχη. Ας μετατρέψουμε τώρα αυτή την ταχύτητα σε εκατοστά ανά έτος (cm/yr), που θα μας ήταν πιο ευκολονόητο. Η ιδέα, όπως συζητείται στο Κεφάλαιο 1, στο Μαθηματικό Πλαίσιο «Μετατροπές», είναι η απλοποίηση των μονάδων. (4 x 10-5 km/yr) (10 3 m/km) (10 2 cm/m) = (4 10-5 ) (10 3 ) (10 2 ) cm/yr. Όταν πολλαπλασιάζετε τις δυνάμεις του 10, τότε απλώς προσθέτετε τους εκθέτες τους. Έτσι, (4 10-5 ) (10 3 ) (10 2 ) cm/yr = 4 10 (-5+3+2) cm/yr = 4 10 0 cm/yr. Επειδή οποιοσδήποτε αριθμός υψωμένος σε μια δύναμη του μηδενός ισούται με 1, 4 10 0 cm/yr = 4 cm/yr. Αυτή είναι η ταχύτητα εξάπλωσης για αυτήν την τοποθεσία, δηλαδή την πλευρά της μεσο-ωκεάνιας ράχης. 78 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ Wave: lala/shutterstock.com, Ic. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Η προέλευση των ωκεάνιων λεκανών
ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ Επανεξέταση βασικών εννοιών Wave: lala/shutterstock.com, Ic. Εκθέσεις κριτικής σκέψης 80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
Wave: lala/shutterstock.com, Ic. Ανακαλύπτοντας με αριθμούς ΛΕΞΕΙΣ-ΚΛΕΙΔΙΑ Η προέλευσητων ωκεάνιων λεκανών