Trầm tích biển (Marine sediment)

Nguồn gốc

Trầm tích biển bắt nguồn từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm:

• Mảnh vụn lục địa: Đây là loại trầm tích biển phổ biến nhất, được tạo thành từ các sản phẩm phong hóa của đá trên đất liền, được vận chuyển đến đại dương bởi sông ngòi, gió, băng hà và trọng lực. Ví dụ bao gồm cát, bùn và sỏi.
• Mảnh vụn sinh học: Nguồn này bao gồm các phần còn lại của các sinh vật biển như vỏ sò, xương và tảo cát. Chúng thường được tạo thành từ canxi cacbonat ($CaCO_3$) hoặc silic ($SiO_2$). Một số ví dụ bao gồm vỏ sò, san hô và các bộ phận xương của các sinh vật phù du.
• Kết tủa hóa học: Một số trầm tích hình thành do kết tủa trực tiếp từ nước biển. Ví dụ bao gồm các nốt mangan, phosphorite và evaporit (như halit, $NaCl$). Quá trình này thường xảy ra khi nước biển trở nên quá bão hòa với một số khoáng chất nhất định.
• Nguồn núi lửa: Các vụ phun trào núi lửa, cả trên đất liền và dưới nước, có thể đóng góp tro núi lửa và các vật liệu khác cho trầm tích biển. Nguồn này có thể đóng góp đáng kể ở những khu vực gần núi lửa hoạt động.
• Nguồn vũ trụ: Một phần nhỏ trầm tích biển đến từ không gian vũ trụ dưới dạng bụi vũ trụ. Mặc dù đóng góp rất nhỏ về khối lượng, nhưng nguồn này có thể cung cấp thông tin quý giá về các sự kiện vũ trụ.

Phân loại

Trầm tích biển có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, bao gồm kích thước hạt, thành phần và nguồn gốc.

• Phân loại theo kích thước hạt: Từ nhỏ nhất đến lớn nhất: sét, bùn, cát, sỏi, cuội, đá tảng. Kích thước hạt ảnh hưởng đến khả năng vận chuyển và lắng đọng của trầm tích. Thang đo Wentworth là một hệ thống phân loại kích thước hạt tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi.
• Phân loại theo thành phần: Trầm tích có thể được phân loại theo thành phần khoáng vật hoặc hóa học của chúng. Ví dụ: trầm tích silic (chủ yếu là thạch anh), trầm tích cacbonat (như vỏ sò và san hô), trầm tích giàu chất hữu cơ. Thành phần này phản ánh nguồn gốc và các điều kiện môi trường nơi trầm tích hình thành.
• Phân loại theo nguồn gốc: Phân loại này dựa trên nguồn gốc của trầm tích, như đã nêu ở phần trên (lục địa, sinh học, hóa học, núi lửa, vũ trụ). Việc hiểu nguồn gốc trầm tích rất quan trọng để giải thích lịch sử địa chất của một khu vực.

Phân bố

Sự phân bố của trầm tích biển không đồng đều và bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm:

• Cung cấp trầm tích: Vật trầm tích gần các con sông lớn sẽ có nhiều trầm tích lục địa hơn. Địa hình và khí hậu cũng ảnh hưởng đến tốc độ xói mòn và cung cấp trầm tích.
• Độ sâu của nước: Trầm tích hạt mịn hơn có xu hướng lắng đọng ở vùng nước sâu hơn, trong khi trầm tích hạt thô hơn được tìm thấy ở vùng nước nông hơn. Độ sâu của nước cũng ảnh hưởng đến năng lượng của sóng và dòng chảy, từ đó ảnh hưởng đến kích thước hạt có thể lắng đọng.
• Dòng hải lưu: Dòng hải lưu có thể vận chuyển trầm tích đi xa khỏi nguồn của chúng. Dòng chảy mạnh có thể mang theo cả những hạt thô, trong khi dòng chảy yếu chỉ có thể vận chuyển hạt mịn.
• Hoạt động sinh học: Sự hiện diện của các sinh vật có thể ảnh hưởng đến sự lắng đọng và phân bố của trầm tích. Ví dụ, các rạn san hô tạo ra một lượng lớn trầm tích cacbonat.
• Khí hậu: Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng đến lượng trầm tích được cung cấp cho đại dương. Ví dụ, thời kỳ băng hà có thể làm tăng tốc độ xói mòn và cung cấp trầm tích lục địa.

Tầm quan trọng

Trầm tích biển rất quan trọng vì nhiều lý do:

• Lưu trữ lịch sử Trái Đất: Chúng chứa đựng một lượng lớn thông tin về lịch sử khí hậu, môi trường và sinh học của Trái Đất. Nghiên cứu trầm tích biển giúp chúng ta hiểu về quá khứ và dự đoán tương lai của hành tinh.
• Nguồn tài nguyên: Trầm tích biển chứa nhiều loại tài nguyên khoáng sản có giá trị, bao gồm dầu khí, khí hydrat, kim loại và cát. Việc khai thác các tài nguyên này cần được thực hiện một cách bền vững để giảm thiểu tác động đến môi trường.
• Môi trường sống: Chúng cung cấp môi trường sống cho nhiều loài sinh vật biển. Đa dạng sinh học của đáy biển phụ thuộc vào sự đa dạng của trầm tích.
• Ảnh hưởng đến hóa học đại dương: Trầm tích đóng một vai trò quan trọng trong các chu trình địa hóa của đại dương. Chúng có thể hấp thụ và giải phóng các chất dinh dưỡng và các nguyên tố vi lượng, ảnh hưởng đến năng suất sinh học và sức khỏe của hệ sinh thái biển.

Nghiên cứu trầm tích biển

Việc nghiên cứu trầm tích biển (còn được gọi là trầm tích học biển) sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm lấy mẫu lõi trầm tích, phân tích kích thước hạt, xác định thành phần khoáng vật và phân tích hóa học. Các phương pháp địa vật lý như địa chấn phản xạ và sonar quét sườn cũng được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc và phân bố của trầm tích dưới đáy biển. Những nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng về lịch sử và quá trình của Trái Đất, cũng như giúp chúng ta hiểu rõ hơn về biến đổi khí hậu và tác động của con người lên môi trường biển.

Các quá trình hậu lắng đọng

Sau khi trầm tích lắng đọng xuống đáy biển, chúng có thể trải qua một loạt các quá trình hậu lắng đọng, bao gồm:

• Nén chặt: Trọng lượng của các lớp trầm tích chồng chất lên nhau làm giảm độ rỗng và tăng mật độ của trầm tích. Quá trình này ép nước ra khỏi trầm tích và làm cho các hạt xích lại gần nhau hơn.
• Xi măng hóa: Các khoáng chất hòa tan trong nước lỗ rỗng có thể kết tủa, gắn kết các hạt trầm tích lại với nhau và hình thành đá trầm tích. Canxi cacbonat, silica và oxit sắt là những chất xi măng phổ biến.
• Chuyển đổi sinh học: Hoạt động của các sinh vật sống trong trầm tích (sinh vật đáy) có thể làm thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc vật lý của trầm tích. Ví dụ, sinh vật đáy có thể trộn lẫn trầm tích, tạo ra các hang hốc và thay đổi độ rỗng.
• Hòa tan: Một số khoáng chất, như $CaCO_3$, có thể bị hòa tan trong nước biển, đặc biệt ở độ sâu lớn nơi áp suất cao và nhiệt độ thấp. Độ sâu mà tại đó $CaCO_3$ bắt đầu hòa tan được gọi là độ sâu bù cacbonat (CCD).

Các kiểu môi trường trầm tích biển

Đáy biển có thể được chia thành nhiều môi trường trầm tích khác nhau, mỗi môi trường được đặc trưng bởi các điều kiện vật lý, hóa học và sinh học riêng biệt, dẫn đến sự hình thành các loại trầm tích khác nhau. Một số ví dụ bao gồm:

• Vùng ven bờ: Vùng này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của sóng và thủy triều, thường chứa trầm tích hạt thô như cát và sỏi. Các bãi biển, đầm phá và cửa sông là những ví dụ về môi trường ven bờ.
• Thềm lục địa: Đây là khu vực tương đối nông, thoải dần ra biển từ bờ biển. Trầm tích ở đây có thể bao gồm cả trầm tích lục địa và sinh học.
• Sườn lục địa: Đây là khu vực dốc đứng nối thềm lục địa với đồng bằng biển thẳm. Trầm tích ở đây thường là hỗn hợp của trầm tích hạt mịn và các mảnh vụn sinh vật. Dòng chảy hỗn hợp là một quá trình quan trọng vận chuyển trầm tích xuống sườn lục địa.
• Đồng bằng biển thẳm: Đây là vùng bằng phẳng, sâu nhất của đại dương, bao phủ phần lớn đáy biển. Trầm tích ở đây chủ yếu là trầm tích hạt mịn, bao gồm sét và bùn, và các mảnh vụn sinh vật nhỏ.
• Rãnh đại dương: Đây là những chỗ lõm sâu, hẹp trên đáy biển, thường nằm gần các khu vực hoạt động kiến tạo. Trầm tích ở đây có thể bao gồm trầm tích từ sườn lục địa, các sinh vật biển và đôi khi là vật liệu núi lửa.
• Sống núi giữa đại dương: Đây là những dãy núi lửa dưới nước, nơi vỏ đại dương mới được hình thành. Trầm tích ở đây chủ yếu là nguồn gốc núi lửa và nhiệt dịch.

Ứng dụng của nghiên cứu trầm tích biển

Nghiên cứu trầm tích biển có nhiều ứng dụng quan trọng, bao gồm:

• Tái tạo lại lịch sử khí hậu: Phân tích thành phần hóa học và sinh học của trầm tích có thể cung cấp thông tin về nhiệt độ, độ mặn và mực nước biển trong quá khứ.
• Nghiên cứu ô nhiễm môi trường: Trầm tích có thể tích tụ các chất ô nhiễm, cho phép theo dõi các thay đổi về chất lượng môi trường theo thời gian.
• Tìm kiếm tài nguyên khoáng sản: Trầm tích biển có thể chứa các mỏ khoáng sản có giá trị kinh tế.
• Hiểu biết về các quá trình địa chất: Nghiên cứu trầm tích giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình như kiến tạo mảng, núi lửa và xói mòn.

• Marine Geology, James P. Kennett.
• Oceanography: An Invitation to Marine Science, Tom Garrison.
• Essentials of Oceanography, Alan P. Trujillo and Harold V. Thurman.
• Introductory Oceanography, Paul R. Pinet.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào mà biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến tốc độ tích tụ và thành phần của trầm tích biển?

Trả lời: Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến trầm tích biển theo nhiều cách. Sự gia tăng nhiệt độ nước biển có thể làm thay đổi sự phân bố của các sinh vật biển, ảnh hưởng đến việc sản xuất vỏ $CaCO_3$ và do đó ảnh hưởng đến thành phần trầm tích. Mực nước biển dâng có thể làm tăng tốc độ xói mòn bờ biển và vận chuyển trầm tích lục địa ra biển. Sự thay đổi lượng mưa và dòng chảy của sông cũng có thể ảnh hưởng đến lượng trầm tích được đưa vào đại dương. Ngoài ra, axit hóa đại dương do sự hấp thụ $CO_2$ tăng lên có thể làm giảm tốc độ tích tụ $CaCO_3$ trong trầm tích.

Vai trò của trầm tích biển trong chu trình carbon toàn cầu là gì?

Trả lời: Trầm tích biển đóng vai trò là bể chứa carbon quan trọng. Các sinh vật biển, đặc biệt là tảo, hấp thụ $CO_2$ từ khí quyển thông qua quá trình quang hợp. Khi các sinh vật này chết đi, một phần carbon hữu cơ trong cơ thể chúng chìm xuống đáy biển và được chôn vùi trong trầm tích. Quá trình này giúp loại bỏ $CO_2$ khỏi khí quyển và lưu trữ nó trong thời gian dài.

Làm thế nào các nhà khoa học sử dụng trầm tích biển để nghiên cứu lịch sử khí hậu Trái Đất?

Trả lời: Các nhà khoa học phân tích thành phần của trầm tích biển, bao gồm các hóa thạch vi sinh vật, đồng vị oxy và các chỉ thị khí hậu khác. Ví dụ, tỉ lệ các đồng vị oxy khác nhau trong vỏ $CaCO_3$ của các sinh vật phù du có thể tiết lộ nhiệt độ nước biển trong quá khứ. Phân tích phấn hoa trong trầm tích có thể cung cấp thông tin về thảm thực vật trên đất liền và do đó suy ra khí hậu trong quá khứ.

Các loại khoáng sản nào có thể được tìm thấy trong trầm tích biển và chúng có tầm quan trọng kinh tế như thế nào?

Trả lời: Trầm tích biển chứa nhiều loại khoáng sản có giá trị kinh tế, bao gồm dầu mỏ, khí đốt tự nhiên, khí hydrat, nốt mangan, phosphorite, cát và sỏi. Dầu mỏ và khí đốt tự nhiên được hình thành từ sự phân hủy của chất hữu cơ trong trầm tích. Các nốt mangan chứa mangan, đồng, niken và cobalt, là những kim loại quan trọng cho công nghiệp. Phosphorite là nguồn cung cấp phốt pho, một chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây trồng. Cát và sỏi được sử dụng trong xây dựng.

Tác động của hoạt động của con người đối với trầm tích biển là gì?

Trả lời: Hoạt động của con người, chẳng hạn như ô nhiễm, đánh bắt cá quá mức và biến đổi khí hậu, có thể tác động đáng kể đến trầm tích biển. Ô nhiễm từ các nguồn trên đất liền có thể dẫn đến sự tích tụ các chất ô nhiễm trong trầm tích, gây hại cho sinh vật biển. Đánh bắt cá bằng lưới kéo đáy có thể làm xáo trộn trầm tích đáy biển và phá hủy môi trường sống. Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi nhiệt độ, độ mặn và độ axit của nước biển, ảnh hưởng đến cả thành phần và tốc độ tích tụ của trầm tích.