Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.5.1: Геологічні зміни рівня моря

  • Page ID
    1196
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Місцевий середній рівень моря визначається як висота моря щодо наземного орієнтира, при цьому коливання, спричинені хвилями та припливами, згладжуються. Локально сприймаються зміни середнього рівня моря (також звані відносними змінами рівня моря) можуть бути результатом або вертикальних рухів суші, або абсолютного (щодо центру землі) руху рівня моря (рис.2.17). Абсолютні зміни рівня моря називаються евстатичними змінами і можуть бути такого ж порядку, як і вертикальні рухи суші.

    2021-10-12 пн
    Малюнок 2.17: Відносне підвищення рівня моря - це комбінований ефект абсолютного підвищення рівня моря та осідання або підняття землі. Тому це локально сприймається зміна рівня моря.

    Євстатичні зміни рівня моря зазвичай визначаються як абсолютні вертикальні рухи середнього рівня моря (океанічний геоїд 2), спричинені:

    • Зміни обсягу океанічної води через:
      • Зміна кількості води в результаті зледенінь і дегляденацій, тобто просування і відступ крижаних покривів і льодовиків (glacio-eustasy);
      • Зміни розширення води (так звані стеричні зміни внаслідок зміни температури або солоності);
    • Зміна обсягу океанічних басейнів через через дуже повільний процес розбіжності тектонічних плит (тектоно-еустазія), морських осаджень або гідроізостазії (див. Нижче);
    • Зміни розподілу води обумовлені змінами земного гравітаційного поля і, отже, і форми океанічного геоїда (геоїдальної еустазії).

    З перерахованих пунктів найважливішою причиною тривалих коливань евстатичного рівня моря є зміни кількості океанської води внаслідок зледенінь і дегляденацій. Це траплялося часто під час земної історії під впливом глобальної зміни температури, і це відбувається досі. У четвертинному, міжльодовиковому і льодовиковому кліматі чергувалися у вищих широтах Північної півкулі. У холодні періоди розвиток величезних крижаних покривів і льодовиків призвело до важливого зниження рівня океану (понад 100 м), а значні частини континентального шельфу стали суходолу або прибережним болотом. Танення крижаних покривів в теплі періоди призвело до відновлення рівня океану.

    Останній маркований пункт також повинен бути пояснений. Евстатичні зміни здавна вважалися всесвітніми і одночасними. З цієї причини евстатичне підвищення рівня моря також називалося глобальним підвищенням рівня моря. Лише на початку 1970-х років було виявлено, що океанічний геоїд не є рівномірним і постійним. Вона має рельєф і постійно деформується під впливом гравітаційних і обертальних змін внаслідок, серед іншого, формування і танення крижаних покривів. Зміна форми геоїда впливає на всесвітній розподіл води і, отже, евстатичний рівень моря. Це пояснювало, чому евстатичні зміни рівня моря протягом останніх 6000 років, як повідомляли кілька авторів до того, як цей ефект був врахований, були досить розходяться.

    Евстатичні зміни рівня моря призводять до деформацій земної кори, яка відома як ізостатична деформація (підйом або просідання). Ізостатичний підйом або просідання земної поверхні може приймати дві форми:

    • Гліціо-ізостазія - це навантаження і розвантаження льодом. Пов'язано це з тим, що вага крижаного покриву пригнічує підстилаючу землю. Коли лід тане, ділянки суші, раніше покриті льодом (вище близько 40° с.ш.) повільно піднімаються. Сусідні ділянки, які ніколи не були покриті льодом, як правило, тонуть. Це відомо як ізостатичний відскок і просідання.
    • Гідро-ізостазія - це завантаження та розвантаження океанічною водою. Мається на увазі те, що тала вода створює додаткове навантаження на дно океану. Для досягнення ізостатичної рівноваги дно океану повільно пригнічується у відповідь на зміни рівня моря. Одночасно материки згинаються вгору на своїх краях. Цей «континентальний важель» континентів може бути відновлений, коли вода знову зав'язана в континентальних крижаних покривах.

    Ізостатичне осідання і відскок літосфери впливають не тільки на відносні рівні моря, але й абсолютні рівні моря через зміну обсягу океанічних басейнів.

    В результаті як геоїдальної еустазії, так і ізостазії, всесвітній розподіл зміни рівня моря є просторово неоднорідним. Clark et al. (1978) були одними з перших, хто моделював просторово неоднорідну деформацію геоїда та земної поверхні за останні 6000 років в результаті в'язкопружних ізостатичних реакцій на водні та льодові навантаження. Вони розрізняли різні географічні регіони на основі відмінностей у кривих відносного рівня моря (RSL) у відповідь на відступ льодових покривів Північної півкулі.

    2021-10-12 пнг
    Малюнок 2.18: Чисельне прогнозування сьогоднішньої швидкості зміни глобального рівня моря внаслідок ізостатичних коригувань (зверху) та внеску в цю зміну від льодового навантаження (центр) та завантаження океану (дно). Після Митровиці і Мілне (2002).

    На малюнку 2.18 наведено результати більш пізніх модельних прогнозів сьогоднішньої швидкості зміни рівня моря у світі у відповідь на раннє дезледеніння голоцену (Mitrovica & Milne, 2002). Зміна рівня моря, передбачена Мітровицею та Мілном (2002), обумовлена ізостатичними коригуваннями змін льоду та навантаження океану (включаючи взаємодію з гравітаційним полем Землі), припускаючи, що дезледеніння голоцену було завершено 5000 років тому. Отже, закономірності відображають поточні коригування рівня моря протягом часу, коли в океани не додається тала вода. Насичені червоні зони - це раніше заледенілі райони, які відчувають постійний відскок через льодовикового розвантаження і, таким чином, падіння RSL. Насичені сині зони відчувають підвищення RSL через ізостатичне осідання. Далі зверніть увагу на падіння рівня моря в екваторіальних басейнів. Континентальний леверінг проявляється в тонких смугах підняття рівня моря на шельфі і падіння рівня моря вздовж берегових ліній в далекому полі від пізніх плейстоценових льодових покривів; через додаткове водне навантаження тільки на океанічні регіони континенти згинаються вгору на своїх краях і вниз на шельфі. Вищесказане також означає, що криві рівня моря будуть відрізнятися між океанічними островами та континентальними окраїнами.

    2021-10-12 пн
    Малюнок 2.19: Просторово неоднорідна реакція на рівні моря. Пунктирні лінії: наявність великої крижаної маси призводить до підняття рівня води поблизу льодової маси (в результаті гравітаційного тяжіння) і опущеної твердої поверхні. Суцільні лінії: Танення льодового покриву спричиняє падіння морської поверхні на великій площі, зосередженій на області втрати маси. Тверда поверхня реагує на зміни льодового навантаження і завантаження океану.

    Процеси, що лежать в основі просторово-неоднорідної зміни рівня моря, більш детально проілюстровані на рис. 2.19 (див. Також Tamisiea et al., 2003). На правій панелі чітко видно, що може спостерігатися падіння рівня моря поблизу розтопленого (або танення) крижаного покриву або льодовика (див. насичені червоні ділянки на рис. 2.18). Ця просторова нерівномірність має наслідки також для майбутньої зміни рівня моря у відповідь на прогнозовані кліматичні зміни. Якщо, наприклад, крижаний покрив Гренландії повинен був значно розтанути в наступні століття, зміна рівня моря навколо Нідерландів, наприклад, може бути нульовим.

    Окрім евстатичних та ізостатичних ефектів, існують інші фактори, які локально та регіонально впливають на відносні зміни рівня моря, наприклад:

    • Регіональне осідання може відбуватися внаслідок ущільнення відкладень та відведення підземних рідин, таких як грунтові води, нафта та природний газ;
    • Тектонічна активність може викликати вгору або вниз руху берега. Райони з важливими тектонічними рухами, наприклад, зони землетрусів у західній та південно-західній частині Тихого океану та в Середземномор'ї. У цих районах берегові лінії можуть бути підняті, занурені або нахилені цими (різкими) рухами землі. Крім того, більшість дельт розташовані в повільно осідаючих осадових басейнів (тектонічне осідання між 2 і 10 см на століття).
    2021-10-12 пн
    Малюнок 2.20: Відносні середні зміни рівня моря є результатом трьох різних типів еустазії, вертикальних рухів земної кори внаслідок тектонічної активності та ізостазії та місцевого ущільнення.

    Всі фактори, що сприяють локально сприйнятим, відносним змінам рівня моря, узагальнені на рис.2.20.

    Підсумовуючи, криві відносного підвищення рівня моря в порівнянні з часом можуть показувати великі локальні та регіональні варіації. Це особливо актуально під час другої половини голоцену, останні кажуть 6000 років, коли крижані шапки землі вже майже зникли.

    2021-10-12 пл. 11.30.15 пнг
    Малюнок 2.21: Індикація змін рівня моря в стабільних районах (відсутність локального просідання або підняття).

    На рис. 2.21 вказівки на голоценові зміни рівня моря наведені для ряду відносно стабільних районів, тобто без значного просідання або підняття (хоча в Нідерландах дно повільно стихає).

    Протягом 20-го століття середній темп глобального підвищення рівня моря становив приблизно від 1,5\(mm/yr\) до 2,0\(mm/yr\). Супутникові вимірювання, зроблені за перше десятиліття 21-го століття, показали, що швидкість підвищення рівня моря зросла до 3.1 мм/рік. Судячи з усього, сьогоднішні темпи приросту знаходяться на порядку міліметрів на рік, що значно перевищує зафіксовані показники за останні кілька тисяч років (див. Рис. 2.21). Ці прискорені темпи підвищення рівня моря були інтерпретовані як свідчення того, що потепління атмосфери з часів промислової революції призвело до теплового розширення океанів, танення гірських льодовиків та крижаних шапок (Gornitz & Lebedeff, 1987) та втрати льоду з льодових покривів Гренландії та Західної Антарктики.


    2. Геоїд являє собою поверхню рівного гравітаційного тяжіння і приблизно дорівнює середній поверхні рівня моря (якщо динамічні ефекти ігноруються).