5. Apa de mare

 

Pentru înţelegerea caracteristicilor oceanului este necesar, în prealabil, să se cunoască proprietăţile apei de mare. Caracteristicile generale fizico-chimice, biologice sunt derivate în mod direct din cele ale structurii moleculei apei.

Fiecare moleculă de apă este alcătuită din doi atomi de hidrogen şi un atom de oxigen, care formează împreună un dipol tipic. Atomii de hidrogen, cu sarcină + sunt legaţi de atomul de oxigen, cu sarcină - la un unghi de 105 grade, printr-o legătură covalentă. Între mai multe molecule de apă, atomii de hidrogen sunt legaţi de cei de oxigen mult mai slab ca cei din interiorul unei singure molecule (de 20 de ori mai slab), printr-o legătură de hidrogen.

În lipsa unei legături de hidrogen nu ar mai exista oceane şi nici viaţă pe Terra.
Apa este una dintre puţinele substanţe care există în toate cele trei stări de agregare: lichidă, solidă şi gazoasă. Structura unei molecule de gheaţă este însă una diferită. Ca orice structură cristalină, aceasta este oarecum rigidă, permiţând doar vibraţii dar nu şi o deplasare liberă ca în cazul stării lichide.

Densitatea gheţii la temperatura de 0 gr. Celsius este de 0,92 g/cmc, în timp ce a apei în stare lichidă este de 1g/cmc. Din acest motiv o bucată de gheaţă pluteşte pe apă.

În procesul schimbării de stare, din lichid în solid, sunt eliminate cea mai mare parte dintre săruri, precum şi alte gaze dizolvate. Procesul reversibil este unul care se face treptat, deorece temperatura este încă una scăzută, vor exista structuri cristaline în interiorul soluţiei lichide. Prin creşterea treptată a temperaturii acestea dispar, iar dacă pragul termic este depăşit legăturile dintre molecule sunt rupte în totalitate, apa trecând în stare gazoasă. Din acest moment moleculele individuale se pot mişca şi roti independent. Cu cât temperatura va creşte în interiorul gazului cu atât moleculele se vor mişca mai rapid, presiunea fiind direct legată de valoarea temperaturii.

Sărurile din apa de mare.
În interiorul apei de mare există mai multe săruri dizolvate care-i determină acesteia o serie de proprietăţi fizice, şi foarte important, îi controlează densitatea. Din cele peste 70 de elementele existente în apă doar 6 dintre ele reprezintă mai mult de 99% din toate sărurile: Cl, Na, Mg, Ca, K şi S.
Totalitatea sărurilor dizolvate într-un litru de apă indică salinitatea soluţiei respective, care se măsoară în grame. Conductivitatea electrică reprezintă o metodă de măsurare a salinităţii, existând o corelaţie directă între aceşti doi parametri.

Gazele dizolvate în apa de mare.
În cadrul apei de mare există o cantitate mică de gaze dizolvate, datorită scimbului permanent existent între ocean şi atmosfera terestră. Spunem că apa de mare este saturată în gaze atunci când pentru o anumită temperatură şi salinitate, cantitatea totală de gaze ce intră în apă egalează cantitatea gazelor ce ies din aceasta, într-un anumit interval de timp. Creşterea temperaturii şi scăderea salinităţii vor duce la creşterea cantităţii totale de gaze dizolvate. Cea mai mare proporţie a gazelor dizolvate revine: azotului (48%), oxigenului (36%) şi CO₂ (15%) și argonului (1%). Pe măsură ce apele de suprafaţă coboară în adâncime, proporţia gazelor dizolvate se poate modifica ca urmare a difuziei moleculare sau prin amestecul apelor cu alte mase care conţin o cantitate diferită de gaze. Concentraţia acestor gaze dizolvate constituie una dintre proprietăţile conservative ale apei de mare, modificările putând apare doar ca urmare a unor procese bio-chimice. Ciclul azotului în apa de mare.


Particule existente în apa de mare.
Cele mai multe particulele din ocean există din cauza organismelor marine. O bună parte dintre ele servesc ca hrană pentru alte vieţuitoare de adâncime. Pentru a atinge fundul oceanului unele particule au nevoie de ani de zile. O altă categorie provine din râurile şi fluviile care se varsă în ocean, sau sunt aduse de vânturi de pe continente., ori pot rezulta din contactul apelor cu scoarţa. Prin procesul de dizolvare al unor astfel de particule se poate ajunge la modificări ale compoziţiei apelor de adâncime.

Proprietăţile fizice ale apei de mare.
Salinitatea determină cele mai importante caracteristici fizice ale apelor din oceane. Cu cât valoarea ei va fi mai ridicată cu atât temperatura de îngheţ va fi mai coborâtă. Dacă temperatura de îngheţ a apei dulci este de 0 grade Celsius, o apă de mare cu salinitatea de 35 psu va îngheţa în jur de -2 grade. Descreşterea punctului de îngheţ este liniară din acest motiv la o salinitate de 17 psu temperatura va fi de aproape -1 grade.

Densitatea apei de mare.

Temperatura, salinitatea şi presiunea controlează densitatea apei din mări şi oceane. Diferenţele apărute în cadrul densităţii determină direcţia şi viteza curenţilor de adîncime. Unitatea de măsură: grame/cmc. Pentru o temperatură constantă (de ex: 30 grade C) o schimbare a salinităţii de la 34 la 35 psu va reprezenta o modificare a densităţii de la 1,021 la 1,022.

Relaţia dintre temperatură şi salinitate în determinarea densităţii

În funcţie de valoarea densităţii este controlată adâncimea la care masele de apă respective se află în ocean.

Apa Oceanului Planetar se raceşte în ultmii ani? La această întrebare a răspuns Josh Willis, dovedind cum uneori te poţi înşela atunci când datele din măsurători sunt inexacte. Pentru a afla răspunsul citiţi întreg articolul aici.

4. Tectonica plăcilor. Relieful fundurilor oceanice

Crusta Pământului este împărţită în mai multe plăci tectonice sau plăci litosferice. Acestea plutesc pe Astenosferă în tendinţa găsirii unui echilibru relativ. Plăcile tectonice majore sunt: Euroasiatică, Antarctică, Africană, Australiană, Indiană, Nord Americană, Sud Americană, Pacifică. Alte plăci minore: Arabă, Caraibelor, Juan de Fuca, Cocos, Nazca, Filipine etc.

În 1915 Alfred Wegener a publicat The Origine of Continents and Oceans în care remarca asemănarea existentă între coastele estice ale Americii de Sud şi cele vestice ale Africii. Observaţiile sale nu erau o noutate, această potrivire aproape perfectă a celor două coaste fiind remarcată în trecut de Francis Bacon, Benjamin Franklin etc. Wegener nu a putut explica ce forţe au stat însă la producerea acestor deplasări. În 1947 o echipă din cadrul Woods Hole Oceanographic Institution, condusă de Maurice Ewing, confirmă existenţa unui lanţ muntos în centrul Atlanticului (dorsala medio-atlantică) şi observă dezvoltarea crustei oceanice pe roci bazaltice, diferite de cele granitice specifice crustei continetale. Până la elaborarea unui model unitar de deplasare a plăcilor au mai trecut însă mulţi ani, iniţial W. Jason Morgan a publicat un scenariu evolutiv bazat pe existenţa a 12 plăci, urmat ulterior de modelul lui Xavier Le Pichon fundamentat pe 6 plăci majore.

Deplasarea plăcilor este cauzată de mişcarea mantalei superioare, prin intermediul unor curenţi subcrustali, mişcare asemănătoare unui mare covor rulant. Scenariul general presupune existenţa unui supracontinet iniţial Rodinia (cuvânt rusesc care înseamnă mama uscatului) şi a unui ocean unitar Panthalasa (în lb. greacă semnifică mama tuturor mărilor). Rodinia s-a divizat acum ~600 de mil. ani în 8 continente, reunite ulterior într-un continet unitar Pangea. Spargerea survenită acum ~200 de milioane de ani a Pangeei a dus la formarea a două continente Laurasia şi Gondwana, care s-au separat la rândul lor în continetele actuale.

Tipuri de contacte între plăci.

Contacte divergente constructive: se formează crustă
Contacte convergente destructive: se consumă crustă
Contacte conservative sau de transformantă: plăcile se deplasează una în lungul celeilalte.

Procese asociate tipurilor de contacte dintre plăci.

Acolo unde magma din Astenosferă iese la suprafaţă (printr-o crăpătură în scoarţă cu aspect de şanţ, numită vale de rift) se crează crustă oceanică, iar cele două plăci se deplasează în direcţii opuse una faţă de cealaltă. Acest mecanism stă la baza apariţiei dorsalelor, lanţul muntos cel mai lung şi mai complex de pe Terra. Crestele sale se ridică cu 1000-200m deasupra fundurilor oceanice şi prezintă în centru o vale de rift. Procesele vulcanice asociate separă versanţii laterali, fiind asociate şi cu fenomene de seismicitate redusă.

Aspectul general al dorsalei oceanice cu valea de rift în partea sa centrală şi harta distribuţiei acestora.

Pentru contactele convergente destructive sunt specifice procesele de subducţie a uneia dintre plăci şi apariţia gropilor abisale (fose) în sectoarele respective. Vulcanismul asociat este unul foarte activ, însoţit de o seismicitate ridicată (cutremure apărute la adâncimi mari, între 100-700km). Arcele insulare se formează tocmai la contactul dintre două plăci oceanice, fiind des întâlnite în Pacificul de Vest. Convergenţa a două plăci continentale nu duce la apariţia foselor sau a arcelor insulare, ci doar la cea a munţilor (situaţie întâlnită în Turcia şi Pakistan). La contactul dintre subcontinetul indian şi Asia au apărut Munţii Himalaya.

Falii transformante (roşu) se întâlnesc unde plăcile tectonice se deplasează în direcţii opuse (doar între creste) şi sunt însoţite de cutremure. În afara acestei zone, acolo unde plăcile se deplasează în aceiaşi direcţie şi la viteze similare, nu există seismicitate.

RELIEFUL FUNDURILOR ABISALE este reprezentat de câmpiile abisale, glacisurile abisale şi fosele sau gropile abisale. Aceste forme se întâlnesc între 4000-6000m adâncime, doar fosele coborând la valori mai mari. Din întreaga suprafaţă a Pământului aproximativ 30% este reprezentată de această categorie hipsometrică. Câmpiile abisale reprezintă cele mai netede suprafeţe de pe Terra, acoperite de sedimente fine şi ultrafine. Se pot dferenţia mai multe categorii: tipice (în Oc. Atlantic şi Indian), de fosă sau arhipelagice (în apropierea arcelor insulare, numeroase în Pacific). Glacisurile abisale racordează câmpiile abisale de alte forme de relief (dorsale sau munţi izolaţi, dealuri eubmarine etc.). Fosele reprezintă cele mai mari adâncimi de pe Terra. Pot fi periferice, de tip rever, oblice sau mixte.

Forme azonale de relief. În afara marilor unităţi morfologice descrise mai sus, în cadrul Oceanului Planetar, se întâlnesc coline, munţi abisali izolaţi, praguri abisale, depresiuni sau şanţuri abisale. O categorie aparte o formează munţii de tip guyot. Aspectul lor plat dovedeşte o evoluţie în regim subaerian şi o modelare intensă, care a dus la forma plată din partea superioară. Descoperirea lor s-a produs în anul 1945, atunci când Harry Hammond Hess făcea măsurători cu sonarul de la bordul vasului său. Au fost botezaţi după asemănarea cu clădirea de geologie a Universităţii Princeton, care avea un acoperiş plat şi purta denumirea de Guyot Hall. Arnold Guyot a fost un geograf celebru din sec. XIX.

Un guyot tipic, Bear Seamount din Oceanul Atlantic.

 

 

Curs 3. Bazinele oceanice

 

Cunoaşterea reliefului bazinelor oceanice a început din a doua jumătate a secolului al XIX-lea, fiind impulsionată de trasarea cablului de telegraf. Această activitate a dus la identificarea dorsalei trans-atlantice şi a ridicat noi probleme legate de relieful submers, până atunci existând ideea că aspectul general este de câmpie uniformă.

Progrese mari s-au înregistrat o dată cu inventarea sistemului de sondare acustică (echo-sounder) în perioada anilor 1920. Prin determinarea timpului de răspuns al unui semnal care se întoarce la navă, cunoscând viteza de propagare a sunetului în apă, se poate afla automat adâncimea.

Hărţi noi ale fundurilor oceanice au reuşit să fie elaborate, combinând sute de profile trasate cu sonarul. Din anii 1970 s-au dezvoltat sisteme complexe de măturare a reliefului oceanic, folosind mai multe semnale care lucrează simultan. Cu toate acestea, doar o mică parte din relieful oceanic a reuşit să fie cartat.

Trecerea de la relieful continental la cel al bazinelor oceanice se face prin intermediul MARGINILOR CONTINETALE. Prin această noţiune înţelegem relieful grefat pe crustă continentală ce racordează continentele cu bazinele oceanice prin forme de relief majore, cu profil general convex/concav, cu dimensiuni de mii de km şi cu evoluţii perceptibile în intervale de timp de ordinul milioanelor de ani. (E. Vespremeanu, 1989).

Componentele M.C.

Şelful continental: este o veche câmpie acoperită în prezent de apă, care are lăţimi medii globale de 65 km. Panta sa este redusă şi se extinde până la adâncimi medii de 180m. El se termină printr-o ruptură de pantă (muchia şelfului), care face trecerea spre unitatea următoare, versantul continetal. Numit impropriu povârniş, această unitate prezintă pante mai mari, între 3-6 gr. remarcându-se ca cele mai extinse suprafeţe înclinate de pe Terra. În cadrul lor se întâlnesc canioane submerse cu energii de relief de peste 1000m. Dimensiunile canioanelor întrec de multe ori valorile celor dezvoltate pe continente. Printre cele mai cunoscute canioane amintim: canionul Monterrey, canionul Indusului etc. Scurgerile turbiditice stau la baza modelării permanente a acestora, manifestându-se prin curenţi descendenţi, încărcaţi cu sedimente de diferite dimensiuni.V.C. coboră până la adâncimi de 3000-4000m, fâcând trecerea către câmpiile abisale prin intermediul unor forme de tranziţie, glacisurile continetale. În cadrul acestor unităţi se remarcă prezenţa conurilor abisale, cu formă generală de evantai (deep sea fan). Toate fluviile au mari conuri abisale, cel mai impresionant fiind cel al sistemului Gange-Brahmaputra. În Marea Neagră Dunărea a format conul abisal euxinic.

Coasta: formă de relief din cadrul M.C. alcătuită din câmpii costiere, câmpii litorale, front litoral şi şelf. Întregul profil al acesteia s-a aflat sub acţiunea directă a mării la un moment dat. Pe un nivel mai scăzut râurile îşi dezvoltau albiile pe şelful actual. În prezent sectoarele respective de vale sunt relicte şi acoperite de mare.

Câmpiile costiere: se dezvoltă până la altitudini de 200-300m, limita lor inferioară fiind în jur de 30m. Au aspect tabular în cea mai mare parte şi se află sub modelare subaeriană încă de la sfârşitul Pliocenului.

Câmpiile litorale: coboară de la valori de ~30m până la 2-5m. S-au format în Holocen, iar în cadrul lor putem diferenţia câmpii deltaice, lagunare etc.

Frontul litoral racordează câmpiile litorale de şelful continental. Subunităţile sale sunt: ţărmul, versantul litoral şi glacisul litoral.

Subunităţile frontului litoral

Ţărmul: formă de relief din cadrul frontului litoral, creată sub acţiunea valurilor care prezintă o morfodinamică accentuată. În cadrul său pot fi identificate cordoane dunicole de generaţii diferite, cu înălţimi ce variază în funcţie de gradul de acoperire cu vegetaţie, tipul acesteia, cantitatea de precipitaţii disponibilă, regimul eolian etc. Pe litoralul românesc altitudinea lor nu trece de 2-3m. Atunci când există o sursă considerabilă de nisip dunele pot atinge înălţimi de 20-40m (ţărmul Cape Cod-coasta atlantică a SUA), sau în cazuri excepţionale, valori de peste 200m (I. Fraser aflată pe coastele estice ale Australiei). Pe un ţărm eroziv profilul este mult simplificat, plaja putând avea lăţimi reduse (4-5m), sau poate lipsi cu desăvârşire.

Tipuri de insule.

Insulele continetale pot fi clasificate în următoarele categorii:

1) părţi continetale izolate în timpul evoluţiei bazinelor oceanice (ex: Madagascar, Groenlanda, Marea Britanie, Ceylon)

2) insule formate din morene glaciare în timpul glaciaţiunii Wurmiene. Depozitele morenaice transportate de gheţari pe şelfuri au fost înconjurate de apă în postglaciar, atunci când nivelul oceanului a crescut. (ex: Long Island)

3) insule barieră formate din nisipuri transportate de curenţi în lungul ţărmului. Sunt situate în imediate apropiere a gurilor de vărsare (ex: I. Sacalin, I. Musura)

Insule vulcanice pot fi întâlnite pe margini de arce insulare sau pot fi independente.

Insule coraligene de tipul atolilor. Cuvântul atol în limba băştinaşilor din Maldive înseamnă inel. Modelul de evoluţie al acestora a fost elaborat de către Charles Darwin.

.

În funcţie de caracteristicile subunităţilor sale, de tectonica specifică, marginile continentale se pot clasifica în: M.C. pasive şi active. M.C. pasive au un profil aproape complet, cu subunităţi bine dezvoltate, coastele fiind larg extinse. V.C. este bine dezvoltat, iar pantele sale nu sunt foarte mari. G.C. sunt larg extinse, frecvent cu mai multe trepte. M.C. pasive nu sunt afectate de fenomene de vulcanism sau seismicitate. Se întâlnesc pe coastele atlantice americane, africane sau antarctice. M.C. active sunt suprapuse contactelor convergente dintre plăcile tectonice, cu o seismicitate ridicată, deseori însoţite de fenomene vulcanice. Unele dintre ele pot fi vechi (cele est pacifice) sau noi (dezvoltate pe arce insulare).

2. Istoricul Oceanografiei

 Am rescris cursul de istorie a Oceanografiei. Deorece dimensiunea este mai mare va invit sa faceți download în format pdf.

Acest material este obligatoriu pentru examenul susținut în sesiunea de iarnă.

1. Noţiuni generale, definiţia Oceanului Planetar, componente

Oceanografia este o disciplină din cadrul ŞTIINŢELOR PĂMÂNTULUI, care studiază Oceanul Planetar. Prin această noţiune (O.P.) înţelegem totalitatea mărilor şi oceanelor de pe Terra. Deseori denumită oceanologie sau ştiinţă marină, această disciplină prezintă următoarele ramuri principale:
1. Geologia marină sau oceanografia geologică
2. Oceanografie chimică
3. Oceanografie fizică
4. Biologia marină

Geologia marină reprezintă studiul fundului mării din punct de vedere geologic. Aici este inclusă şi tectonica plăcilor.
Oceanografia chimică studiază chimismul apelor marine şi interacţiunea chimică cu atmosfera.
Oceanografia fizică sau fizica marină, este focusată asupra proprietăţilor fizice ale apei: temperatură, salinitate, regimul valurilor, curenţilor etc.
Bilogia marină urmăreşte totalitatea organismelor existente în apa de mare şi modul în care acestea interacţionează între ele.

În afara acestei structuri se pot identifica şi discipline secundare, care folosesc o parte sau chiar toate ramurile principale: inginerie costieră sau oceanografică, oceanografie satelitară, meteorologie marină, arheologie marină etc. 

Abordarea sistemică a Oceanului Planetar presupune acceptarea ideii că există un singur sistem de mari dimensiuni, compartimentat în subsisteme cu o anumită organizare, structură şi funcţionare. 

Originea numelor.
Okeanos: fiul cel mai mare dintre titani, fiul lui Uranus şi al Gaiei.
graphos: descriere. Oceanografia: ştiinţa care descrie Oceanul Planetar.
logos: cunoaştere. Oceanologia: ştiinţa al cărui scop este cunoaşterea Oc. Pl.

Oceanul Atlantic: sau Marea lui Atlas. Numele este vechi şi neschimbat până astăzi.
Oceanul Pacific: denumire recentă dată de Magellan în martie 1521, datorită apelor liniştite întâlnite aici pe toată perioada traversării sale (Mare Pacifiquo).
Oceanul Indian: cunoscut în antichitate ca Oceanus Aetiopicus.

1845: la Societatea Regală de Geografie se încearcă validarea celor mai potrivite nume pentru oceane şi mări.

Pentru denumirile unităţilor de relief din cadrul oceanelor vezi articolul următor, semnat de G. Agapova.

Distribuţia apelor şi uscatului. În Emisfera Nordică: uscat 39 %, oceane 61%. În Emisfera Sudică: uscat 24%, oceane 76 %

OCEANELE: 

- sunt bazine de mari dimensiuni

- care despart continentele

- au fundul dezvoltat pe crustă de tip oceanic

- prezintă circulaţie de profunzime şi de suprafaţă

- au relaţii strânse cu circulaţia generală a atmosferei

- prezintă maree cu o mare varietate de amplitudini

Oceanul Planetar reprezintă 70.8% din suprafața Terrei. Adâncimea sa medie: -3730m. Uscatul are o altitudine medie de 840m.

Oceanele acumulează 98% din întreagă apă de pe Terra, care se găsește în stare lichidă.

Distribuția sa este inegală în cele două Emisfere: 39% în Emisfera Nordică și 81% în cea Sudică.

MĂRILE MEDITERANE 

- sunt bazine cu dimensiuni mai mici

- situate între continente

- comunică cu oceanele prin strâmtori

- fundul chiuvetei este dezvoltat atât pe crustă oceanică cât şi continentală

- chiuveta prezintă o tectonică activă

- circulaţia apelor este generată de vânt sau are caracter geostrofic

Mările mediterane intercontinentale: Mediterana Arctică, Europeană, Americană, Austral-Asiatică.

Mări mediterane intracontinentale: pot fi de ingresiune (au salinităţi mici, M. Baltică) sau instalate în jgheaburi tectonice (salinităţi mari, ape calde M. Roşie, G. Persic).

Alte informaţii despre mediterane.

Componentele Mării Mediterane: 1. M. Alboran, 2. M. Balearelor, 3. M. Tireniană, 4. M. Adriatică, 5. M. Ionică, 6. M. Ligurică, 7. M. Egee, 8. M. Marmara, 9. Marea Neagră cu Marea Azov. 

Componentele Mediteranei Americane: 1. Bazinul Mexic, 2. Baz. Yukatan, 3. Baz. Cayman, 4. Baz. Columbiei, 5. Baz. Venezuelei.

MĂRILE MARGINALE 

- sunt mări deschise

- nu comunică prin strâmtori ci au deschideri largi către ocean

- cu mai multe compartimente care se alătură oceanului.

Cele mai importante fiind: M. Nordului, M. Mânecii, M. Irlandei, M. Chinei de Est, M. Bering, M. Japoniei. Lista mărilor marginale.