第五章 丰富的海洋资源

第五章 丰富的海洋资源
人类对陆地资源的开采已经到了面临枯竭的地步，因此，将目光投向了海洋。海洋广博的资源等待人类去开发利用。
 
有待发掘的深海矿藏
 储量巨大的海底矿藏
深海矿物资源，通常主要指海底锰结核、海底热液矿（也称多金属软泥）和海底石油。锰结核矿是一种分布于水深4000～6000米大洋底的矿物资源，含有镍、铜、钴、锰等76种元素。人们估计，世界大洋锰结核矿的总储量可达3万亿吨，仅在太平洋就有1.7万亿吨。如果按目前人们的开采需求量计算，锰、镍、钴等可供人类上万年的开采需求，由此可见海洋中锰结核矿储量之巨大了。
海底热液矿床多分布在火山活动的大洋中脊裂谷处、火山岛弧地带，或分布在与火山活动有关的断裂带和构造线上。海底热液矿床的发现时间并不长，仅有二三十年的历史。海底热液矿床有十分可观的储量和所含金属潜在价值（热液矿床中含有铜、铁、锌、钻、锒、硫等多种矿物）。海洋石油和天然气的开发仅有百余年的历史，其储量和开采前景也是十分诱人的。要开采海底矿物资源，有一个重新认识海底矿藏的问题。首先遇到的问题之一是，如何认识海底矿藏的形成原因。
 海底矿藏的成因
用板块构造说看海底矿藏板块构造理论认为，镁、钾、铁、镍等金属并不是从陆地河流带到海洋中的海底沉积物，而是被沿海底裂缝循环的海水带到洋壳上并沉积在那里，经过长时间的地质变化，其化学成分发生了很大的变化。
在世界大洋中，在洋中脊或海隆的边沿热泉的高温海水将这些金属沉积物溶解，随喷发的热液一同从裂缝喷射出来，以固体硫酸盐和硫化物的形成沉积在海底。同时，高温海水滤出地壳岩层中的钾、钙、硅、铁和锰等金属元素。这是生成深海含多种金属的锰结核的基本原因。
 人类对海底矿藏的探索
海底热液矿床多分布在火山活动的洋中脊裂谷处，这些海底热液矿床多存在于与火山活动有关的断裂带和构造线上。在世界各大洋的洋中脊或隆起附近，都能看到这方面的例子。最为典型的要属红海地区被人们发现的海底热液矿床。
1977年初，美国深潜器“阿尔文”号在加拉帕戈斯群岛附近水深2500米的断裂带实地考察了海底热泉喷发的情况。科学家们发现，在热泉四周有高达数十米的滚滚“浓烟”，热泉喷出的物质里含有铜、锌、硫化铁、硫酸钙，以及硫酸镁等多种金属元素和化合物。
海底丰富的石油资源
有专家估计，到了21世纪的50年代，人类陆地石油的开采就将进入枯竭期。到那个时候，人类将面临严重的能源问题。于是，人们将目光投向了同样蕴藏丰富石油资源的海洋。
 海底石油的产生
几千万年甚至上亿年前，有一个时期，气候比现在还要暖和，海洋中生活的鱼类，以及浮游生物、软体动物等繁殖生长得特别快。据计算，全世界海洋100米厚的水面，仅浮游生物的遗体，一年内使可产生600亿吨有机碳。这些有机碳，就是生成石油的原料。但仅仅有那些遗体作原料还不能形成石油。形成石油还得有三个条件，第一要有储集石油的地形；第二要有保护石油不跑掉的盖层；第三要有有利于石油富集的地质结构。
那些生物遗体重重叠叠堆积在海底，若干年后便被海中沉积物所掩埋。如果这个地区不断下沉，堆叠的沉积物和掩埋的生物遗体便越来越厚。以后，由于地壳运动，堆积物下沉，上面又被岩石盖起来。天长日久，那些生物遗体逐渐分解，变成分散的石油。
 寻找海底石油
一般说来，藏有石油的地方，上有页岩，是严密的保护盖，不让石油跑掉。分散的石油，没有开采价值。只有富集在一起的石油，成了油“仓库”，即具有“储油构造”的地方，才有开采价值，才能开机打井，让深埋海底的石油喷射出来。汪洋大海，茫茫一片，到哪里去寻找石油，上有几百米、几千米的水层；下有几百米、上千米的岩层，怎么会知道哪里藏有石油呢？
第一，地震勘探。地震勘探的方法是在海水中用炸药或电火花瞬时释放大量的热能，产生人工地震波。当地震波传到海底，遇到不同的物质，就会产生不同的反射波，经电子计算机自动处理，就能绘出各种复杂的地质构造图，作出有无石油的判断。
第二，重力勘探。重力是地球对物体的吸引力和地球自转离心力的合力。在不同的地方，重力自然不相同。重力仪就像一杆秤，能测出极微小的重力变化。把重力仪安装在船上，船行到哪里，就能得到哪里海底沉积岩的性质、厚度、深浅等情况，找到石油埋藏的地方。
第三，磁力勘探。不同的物质磁性各不相同，含铁多的物质磁性强；含铁少的物质磁性弱。海底沉积物下面的基底由铁镍多的物质组成，通过磁力测量，就能确定基底的位置、沉积的厚度和海底的地质构造，从而分析有无石油可供开采。
这三种方法，各有所长，各有所短，因此大多同时采用，综合分析，以得出较为可靠的数据，但一般以地质探测为主。通过上述方法，还只能间接地确定海底石油埋在哪里，究竟储量有多大，是否有开采价值，还要通过钻探这种直接的方法，才能最后证实。
海洋石油开发与陆地石油开发有很大不同，主要原因在于海洋有一层汹涌澎湃的海水，而随着水深的增加，开发难度也随之增大。
我国的海上石油资源
大陆架是陆地在海中的延续，蕴藏着丰富的石油资源。
我国的渤海、黄海和东海的大陆架极其宽阔，上面铺盖着亿万年来的沉积物，生物繁盛，蕴藏着极为丰富的石油和天然气矿藏。经初步普查，我国已发现300多个可供勘探的沉积盆地，面积大约有450多万平方千米，其中海相沉积层面积约250万平方千米。从6亿岁的老地层到最新的地层中，都发现了油气或油气显示，储藏油的构造很多。
我国近海已发现的大型含油气盆地有10个，它们是渤海盆地、北黄海盆地、南黄海盆地、东海盆地、台湾西部盆地、南海珠江口盆地、琉东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地和台湾浅滩盆地。已探明的各种类型的储油构造400多个。
据科学家估算，我国的海洋石油储量可达22亿吨、天然气储量达480亿立方米，而且各个大海区不断有新的油气田发现。
据估计，我国海底石油资源储量约占全国石油资源储量的10～14％、海底天然气资源量约占全国天然气资源的25～34％，为我国海上油气开发展示了可观的前景。
 
海水淡化——优质而又昂贵的方法
 缺少淡水的人类
水是人类生存的头等重要物质，也是工农业生产和科学技术发展必不可少的条件。随着现代化工业的发展和人口的不断增长，许多国家和地区的需水量已超过其天然淡水来源。
全球水量中，淡水仅占3.4％，其中有68.9％是固体的冰川水，真正可以利用的淡水资源，仅占地球水量的十万分之一。目前全世界60％的地区面临供水不足，约有40多个国家12亿人口在闹“水荒”。
 海水淡化的好方法
海洋最重要的资源中，主要是水。所谓海水淡化，就是除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程，又称海水脱盐。
海水淡化的方法很多，主要有蒸馏法、电渗析法、溶剂萃取法、水合物法及离子交换法等。目前，世界上采用的最主要的方法是蒸馏法。
 蒸馏法
我们知道，海水在阳光的照射下有强烈的蒸腾作用。蒸腾的水汽在天空遇冷便凝结成小水滴，小水滴再在一定的天气条件下形成降水——雨。海水又苦又咸而雨水却是不咸不苦的天然淡水。根据这个原理，科学家发明了蒸馏淡化法。
蒸馏淡化海水的方法比较简单，将海水不断加热，使海水一直保持沸腾状态，高温海水进入保持真空的蒸发室，使海水在瞬间急速蒸发变成水蒸汽，水蒸汽通过冷凝器冷却后便凝结成淡水。通常，冷却水蒸汽是用冷的海水作为冷却剂，同时，水蒸汽冷凝时放出大量的热又可以用来加热海水。
用蒸馏法淡化海水，需要不断地给海水加热，这就要消耗大量的燃料，从经济上看，淡化海水的成本比较高。是否可以不用燃料就能淡化海水呢？
 太阳能淡化法
科学家又发明了利用太阳能作为海水蒸发的热源，把水蒸发后再冷却回收得到淡水的方法，即太阳能淡化法。此外，还有利用电厂的低压蒸汽为热源的蒸馏法，通常称为热电造水。
 冷冻法
降低海水的温度，使海水结成冰块，而让盐分留下来，再把冰融化，就可以得到淡水。据测算，冷冻法使海水淡化所需要的能量要比用蒸馏法使等量的海水淡化所消耗的能量少得多。所以，冷冻法在某种意义上比蒸馏法更有前途。
 电渗析法
使用两种薄膜——阴离子交换膜和阳离子交换膜，通电以后，将水中的盐类分解成阴阳离子，分别通过两种薄膜跑到一边，剩下来的就是没有盐分的淡水。
 反渗透法
用一张特殊结构的渗透膜，只让水通过而不让盐类溜走，这样一来，水和盐就分开了。反渗透法分离效果好，只要将一种半透膜分层安装在淡化器里，用压力泵不断地向淡化器内泵入海水，通过半透膜渗透出来的淡水汇集到出水口流出；通不过半透膜的咸水从另一个出水口流出。这样，反渗透淡化器就可以连续工作了。这种反渗透淡化器可大可小，大的放在海边和海岛上，可以解决居民饮水；小的可以放在船舰上，解决船舰上人员的用水。
不过，反渗透淡化海水的关键是选择一种理想的半透膜。这种半透膜要求有足够的强度，要求它的溶解度小和抗腐蚀性强，在海水中长期使用不溶解、不变质。制造这样的半透膜成本是很高的，现在还在进一步研究改进，以提高制造渗透膜的工艺水平，扩大生产规模。
 我国的海水淡化
随着科学技术的发展，人们已掌握了淡化海水的技术，研究了各种使海水淡化的装置，使海水也能够供人吃用。但是由于成本太高，还不能广泛应用。1958年，我国用自己设计制造的海水淡化装置建造的西沙海水淡化站，已经在西沙群岛的永兴岛建成，日产淡水200吨，西沙人民已经用上了经过淡化处理的海水。
 
海水温差发电
 海水水温的差异
海洋像个热水瓶，可以把热量贮存起来。可海洋毕竟不是热水瓶，海水温度是随着水深而变化的。这种变化可分为三层：
第一层是从海面到深度60米左右，称做表层。这一层海水表面吸收太阳的辐射能，且受到风浪的影响，使海水互相混合。因此，这一层海水温度变化比较小，水温约在26.7℃左右。
第二层大约水深60～300米左右，由于海水温度随着深度增加而急剧递减，海水温度变化较大，称做主要变温层。
第三层深度在300米以下，称为深层海水。这一层海水因为受到极地流来的冷水影响，温度降低到4℃左右。再往下到1500米深处时，水温几乎就没有变化了，常年维持在-1～2℃之间。
 能量的来源
赤道附近的海水受到太阳的直射而变热，除了蒸发而散发到大气中的能量外，还有将近13％的太阳能以热的形式被海洋吸收而贮藏起来。这样，在赤道海域中海洋热能的收支平衡就遭到了破坏，出现了吸收多于放出的现象。
而在极地海域，情况正好相反，是放出多于吸收，这就在整个地球上形成了新的热量平衡。这种新的热量平衡，是通过赤道海域不断向极地海域输送能量而建立起来的。在极地海域，受冷的海水密度增大下沉到深处，再流向赤道海域。这种循环形成了海水垂直面上的水温变化，也为人类从海洋中取得能量创造了条件。科学家告诉我们，不要小看表层海水和深层海水相差20℃的温差，它正是人类寄以莫大希望的巨大能量之源。
 早期的海水温差发电
法国是海水温差能利用的故乡。早在1861年，著名的法国科学幻想小说作家儒勒·凡尔纳，就幻想利用海水中储藏的太阳能了。1881年法国科学家德尔松瓦第一个提出了温差发电的方案。他认为，稀硫酸的水溶液在锅炉内加热到30℃所产生的蒸气压，与在冷凝器内冷却到15℃所产生的蒸气压，两者在温差为15℃的条件下，蒸气压力差约为两个大气压。这个蒸气压力差就可以用来作功。在自然界中，要寻找温差为15℃的热源和冷源是十分容易的，如温泉的水和河里的水就可能相差15℃；海洋表层的水和深层的水也可能有15℃以上的温差。他的设想提出以后，美国、意大利和德国的科学家为实现这个设想进行了不懈的努力，但都没有获得成功。整整过去了45年，直到1926年，才有人第一次用实验证明了德尔松瓦设想的正确性。证明这个设想正确性的人，是他的学生——法国物理学家克劳德和工程师布射罗。
1926年11月15日，克劳德和布射罗当众进行了温差发电的实验。他们取来两只烧瓶，在其中一只烧瓶中装人28℃的温水，代表表层温热的海水作为热源；另一只烧瓶里则盛放冰和水的混合物，使温度恒定在0℃，代表深层的低温海水作冷源。在连接两个烧瓶的一段粗玻璃管中，安装着一台十分精巧的汽轮发电机，组成了一个封闭的发电系统。
实验开始，当克劳德用抽气机把这个系统中的空气抽光，使内部的气压下降到原来的1/25时，28℃的温水居然猛烈翻泡沸腾起来，水蒸气的强大气流，把气轮发电机冲得飞转，霎时间，连接在电路中的三盏电灯一下子亮了起来。终于使利用海水温差发电的设想，变成了看得见摸得着的事实。
 现代的海水温差发电
热带海面与中层海水的温差很大，最适宜采用这类发电装置。
1979年5月29日，世界上第一座海水温差发电站，在美国的夏威夷成功地投入运行，为岛上居民、车站和码头供应了照明用电。夏夷岛在太平洋中部，地处北纬20℃，附近海域的表层海水温度常年很高，冬季为24℃；夏季为28℃。在离岸只有1.2千米的地方，水深400米处就可获得10℃的冷海水；水深800米处就有5℃的冷海水，为海水温差发电提供了极为优越的自然条件。
这座海水温差电站安装在驳船型的海上平台上，平台锚系在夏威夷岛东部约2.4千米的海上，装机容量达1000千瓦以上。世界上第一座海水温差发电站的建成和正常运行，不但证明了海水温差发电技术的可行性，并且提供了大量丰富的实践经验，还标志着海水温差发电已经开始从试验性发电转向大规模的开发利用阶段。夏威夷的海水温差发电站也将成为海水温差发电史上的又一里程碑。它为21世纪新能源的开发指明了方向。
 海水温差发电的前景
利用海水温差发电，不仅可以获得电能，而且还可以获得很多有用的副产品。如海水蒸发后留下的浓缩水，可以提炼许多化工产品；废蒸汽冷凝后，可以变成大量淡水或廉价的冰。这些都可以供给沿海工农业生产的需要。
到21世纪，利用海水温差发电一定会成为现实。它将使人类生活更加多姿多彩，在能源领域大放异彩。
 
丰富的滨海砂矿
海洋中的砂矿也是一种非常好的资源。我国的滨海砂矿储量就十分的丰富，近几十年来已经发现的滨海砂矿有20多种，其中具有工业价值、并且探明储量的有13种。各类砂矿床近200个，总探明储量达16亿吨。几乎世界上所有海滨砂矿的矿物在我国沿海都可以找到。具有工业开采价值的有钛铁矿、锆石、金红石、独居石、磷钇矿、磁铁矿等。
这些矿石对我国未来的经济发展，有着非常重要的价值。
 
贝壳也是一种宝贵资源
 美丽的贝壳
漫步在海滩上，你会看到许多贝壳。这些五颜六色的贝壳，经过加工，可以生产出许多有用的产品。
走进工艺品商店，可以看到展翅欲飞的老鹰；憨态可掬的大熊猫；还有装着虾蟹贝螺的小水晶盒，这些都是用贝壳做成的。另外，大的红螺壳可制成海螺号；小的海螺壳可制成烟灰缸。近年来，贝雕画又与石英钟结合在一起，使画面有动有静，既好看又实用。
 贝壳的用途
贝壳经高温煅烧可得磷灰石。磷灰石是做化肥的原料，也可做水泥。
目前，市场上有许多富钙食品，如活力钙山楂片、活力钙糕点等。这些钙都可以从贝壳中得到。不单是人要补充钙，就是一些动物也需要补充钙。我们知道，鸡蛋壳主要是由钙组成的。如果母鸡的食品中缺少钙，就会下软壳蛋或不下蛋。这时，你如果将蛤蜊皮踩碎，母鸡就会狼吞虎咽地吃下去，以补充体内的钙。贝壳中还含有磷、铁、锌、铜等微量元素。它们都是母鸡所必需的营养成分。
珍珠是很贵重的，用处也很大。在做化妆品珍珠霜时，如果把整个完好的珍珠碾成粉加到面霜里，就显得有点可惜。其实，珍珠贝壳内层有一层珍珠质，其性质与珍珠的性质极为相似，完全可以替代珍珠加到面霜里使用，效果基本一样。
许多贝壳还可入药治病，有着神奇的疗效。鲍囱壳中药上叫石决明，可治疗多种眼病；文蛤粉加青黛可治气管炎；蛏壳捣碎可治扁桃体炎；乌贼体内有块大的白骨头，中药叫海螵蛸，可做止血粉。
可见，贝壳也是一种宝贵的资源。
氢——21世纪的清洁能源
如果要问你，地球上什么能源储量最多，你可能会回答是石油、煤炭之类的；如果再问你，什么能源最清洁、最环保，你可能会说是太阳能、热能或生物能。但是，有这样一种能源，它的储量几乎是无限的，而且清洁、环保，使用方便，随手可得，你相信吗？
其实，这种能源就是我们最常见的水。水中可利用的能源部分就是氢。虽然现在有多种燃料，但是真正在燃烧时完全没有污染的燃料只有一种，那就是氢。煤炭、石油燃烧后会产生温室气体，而氢的燃烧生成物只有水，对环境没有任何污染。
地球上的水储量也非常巨大，尤其是几乎无限储量的海洋，更是能够为人类提供充足的水。人们可以将水中的氢分解出来利用，而氢燃烧后产生的仍然是水，这种循环往复的利用资源，其前景当然十分可观。