广袤无限的人海中。不仅藏着石油和多种矿物。还藏有丰富的药材,种类繁多的海洋动植物。就是永不枯竭的医药来源。
海洋里的药材
广袤无垠的大海中,不仅藏着石油和多种矿物,还藏有丰富的药材,种类繁多的海洋动植物,就是永不枯竭的医药来源。
我国早在唐代时,就有人撰写了专门研究海洋药材的著作《海药本草》(李询著)。可见大海从很早起就开始为人类贡献药材了。
像鱼肝油、琼胶、鹧鸪菜、精蛋白、胰岛素以及中药所用的一些海味,都是历史悠久、疗效甚佳的海洋药物。近年来,人们又从海洋动植物中提取了抗菌素、止血药、降血压药、麻醉药,甚至抗癌药。有一种杀菌能力很强的头孢霉素及其化合物就是从海洋微生物中提取的。它不仅能消灭革兰氏阳性、阴性杆菌,对青霉素都不能杀死的葡萄球菌也有效力,而且没有抗药性。
食用海带,可以弥补碘的不足,这是尽人皆知的。其实,从海带中提取的药材,对治疗高血压、气管炎哮喘以及治疗外出血都颇有疗效。从马尾藻中可以分离出一种广谱抗菌素,而海洋中的马尾藻是取之不尽的。珍珠贝壳的珍珠层粉具有治疗神经衰弱、风湿性心脏病等10多种疾病的功能。乌賊墨在治疗功能性子宫出血和其他类型的出血症方面大显神通,既实用又经济。
因为乌贼是我国四大海产之一,产量很高。海龙、海马也是很重要的药用动物,早在《本草纲目》中对它们的功用就有描述。现代中医对海马的评价是,具有“补肾壮阳、镇静安神、舒筋活络、散淤消肿、止咳平喘、止血、催产”等作用。海龙的药效与海马相似。
海洋动物中有很大一部分具有毒性,有的毒性大得惊人。从某些有毒的鱼类中提取的有毒成分制成的麻醉剂,其效果比常用麻醉剂大上万倍,简直令人难以置信;从海绵动物中分离出来的药物,对病毒感染和白血症有明显疗效;从海蛇中可提取能缩短凝血时间的化合物;从柳珊瑚中能够提取前列腺素。
另外,某些海洋生物体内含有抗癌物质,如从河豚肝中提炼制成的药品,对食道癌、鼻咽癌、结肠癌、胃癌都有一定疗效。从玳瑁身上可提取治肺癌的药物。
海洋生物不断繁衍生长,无有穷尽。因此这个药材库也是永远用不完的。
盐的“发祥地”
也许你会产生一个奇怪的问题:雨水是淡的,河水是淡的,千条江河滔滔奔流,日夜不停地汇人大海,可是,亿万年下来,海水却仍然是咸的。那么,海水里的盐分究竟是从哪儿来的呢?
这个问题众说纷纭,目前还没有得出完全一致的解释。但通常有两种说法。一种认为,海洋水中的盐类来自海底。地壳运动引起岩浆由地幔侵入地壳,海底火山的多次喷发,排放出大量的元素和其他化合物,这是海洋水中盐类的主要来源。同时,长期浸泡在海洋水中的底基岩,也可以向海洋水提供各种盐类。
另一种认为,海洋水中的盐类来自河流。大陆地壳的岩石,在外应力的风化和剥蚀作用下,水流溶解了岩石中的盐类,然后通过河水和地下水输送到海洋,使海水逐渐咸起来。
实际上,这两种说法都有一定道理,很可能把这两种说法合在一起,就是海洋水中盐类的真正来源。
河水不断把陆地上的盐分带人大海,海水会不会越来越咸呢?不会。因为从总量上看,河流人海的盐分所占比例较小,加上海洋生物消耗和人类不断从海水中提取盐类,因而大海的盐分基本上趋于稳定,不会有明显的变化。也就是说,与人类有着千丝万缕联系的海洋水,依然会带着它那特有的苦咸味,伴随人类的一生。
海洋能源库
波浪能
波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。台风导致的巨浪,其功率密度可达每米迎波面数千千瓦,而波浪能丰富的欧洲北海地区,其年平均波浪功率也仅为20~40千瓦/米。中国海岸大部分的年平均波浪功率密度为2~7千瓦/米。
波浪发电是波浪能利用的主要方式。此外,波浪能还可以用于抽水、供热、海水淡化以及制氢等。波浪能利用装置大都源于几种基本原理,即:利用物体在波浪作用下的振**和摇摆运动;利用波浪压力的变化;利用波浪的沿岸爬升将波浪能转换成水的势能等。经过20世纪70年代对多种波能装置进行的实验室研究和80年代进行的实海况试验及应用示范研究,波浪发电技术已逐步接近实用化水平,研究的重点也集中于3种被认为是有商品化价值的装置,包括振**水柱式装置、摆式装置和聚波水库式装置。
根据调查和利用波浪观测资料计算统计,我国沿岸波浪能资源理论平均功率为1285.22万千瓦,这些资源在沿岸的分布很不均匀。以台湾省沿岸为最多,为429万千瓦,占全国总量的l乃。其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也较多,在160~205万千瓦之间,约为706万千瓦,约占全国总量的.55%,其它省市沿岸则很少,仅在143~56万千瓦之间。广西沿岸最少,仅8.1万千瓦。
全国沿岸波浪能源密度(波浪在单位时间通过单位波峰的能量分布,以浙江中部、台湾、福建省海坛岛以北,渤海海峡为最高,达5.11~7.73千瓦/米。这些海区平均波高大于1米,周期多大于5秒,是我国沿岸波浪能能流密度较高,资源蕴藏量最丰富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南部,福建南部和山东半岛南岸等能源密度也较高,资源也较丰富,其他地区波浪能能流密度较低,资源蕴藏也较少。
根据波浪能能流密度及其变化和开发利用的自然环境条件,首选浙江、福建沿岸应用为重点开发利用地区,其次是广东东部、长江口和山东半岛南岸中段。也可以选择条件较好的地区,如嵊山岛、南麂岛、大戢山、云澳、表角、遮浪等处,这些地区具有能量密度高、季节变化小、平均潮差小、近岸水较深、均为基岩海岸;具有岸滩较窄,坡度较大等优越条件,是波浪能源开发利用的理想地点,应做为优先开发的地区。海流能
海流能是指海水流动的动能,主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。海流能的能量与流速的平方和流量成正比。相对波浪而言,海流能的变化要平稳且有规律得多。潮流能随潮汐的涨落每天2次改变大小和方向。一般说来,最大流速在2米/秒以上的水道,其海流能均有实际开发的价值。
海流能的利用方式主要是发电,其原理和风力发电相似,几乎任何一个风力发电装置都可以改造成为海流发电装置。但由于海水的密度约为空气的1000倍,且装置必须放于水下。故海流发电存在一系列的关键技术问题,包括安装维护、电力输送、防腐、海洋环境中的载荷与安全性能等。此外,海流发电装置和风力发电装置的固定形式和透平设计也有很大的不同。海流装置可以安装固定于海底,也可以安装于浮体的底部,而浮体通过锚链固定于海上。海流中的透平设计也是一项关键技术。我国沿岸潮流资源根据对130个水道的计算统计,理论平均功率为13948。52万千瓦。这些资源在全国沿岸的分布,以浙江为最多,有37个水道,理论平均功率为7090兆瓦,约占全国的1/2以上。其次是台湾、福建、辽宁等省份的沿岸也较多,约占全国总量的42%,其他省区较少。
根据沿海能源密度,理论蕴藏量和开发利用的环境条件等因素,舟山海域诸水道开发前景最好,如金塘水道(25.9千瓦/米\-2)、龟山水道(23.9千瓦/米\-2)、西侯门水道(19.1千瓦/米\-2),其次是渤海海峡和福建的三都澳等,如老铁山水道(17.4千瓦/米\-2)、三都澳三都角(15.1千瓦/米\-2)。以上海区均有能量密度高,理论蕴藏量大,开发条件较好的优点,应优先开发利用。
盐差能
盐差能是指海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能。主要存在于河海交接处。同时,淡水丰富地区的盐湖和地下盐矿也可以利用盐差能。盐差能是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源。通常,海水(3560盐度)和河水之间的化学电位差有相当于240m水头差的能量密度。这种位差可以利用半渗透膜(水能通过,盐不能通过)在盐水和淡水交接处实现。利用这一水位差就可以直接由水轮发电机发电。
盐差能的利用主要是发电。其基本方式是将不同盐浓度的海水之间的化学电位差能转换成水的势能,再利用水轮机发电,具体主要有渗透压式、蒸汽压式和机械一化学式等,其中渗透压式方案最受重视。
将一层半透膜放在不同盐度的两种海水之间,通过这个膜会产生一个压力梯度,迫使水从盐度低的一侧通过膜向盐度高的一侧渗透,从而稀释高盐度的水,直到膜两侧水的盐度相等为止。此压力称为渗透压,它与海水的盐浓度及温度有关。目前提出的渗透压式盐差能转换方法主要有水压塔渗压系统和强力渗压系统两种。我国海域辽阔,海岸线漫长,人海的江河众多,人海的径流量巨大,在沿岸各江河人海口附近蕴藏着丰富的盐差能资源。据统计我国沿岸全部江河多年平均人海径流量约为1.7~1.8×10\-立方米,各主要江河的年人海径流量约为1.5~1.6×10\-立方米,据计算,我国沿岸盐差能资源蕴藏量约为3.9×10\-千焦耳,理论功率约为1.25×10\-8千瓦。
我国盐差能资源有以下特点:
1.地理分布不均。长江口及其以南的大江河口沿岸的资源量占全国总量的92.5%,理论总功率达1.156×10\-5千瓦,其中东海沿海占69%,理论功率为0.86× 10\-8千瓦;
2.沿海大城市附近资源最富集,特别是上海和广东附近的资源量分别占全国的59.2%和20%;
3.资源量具有明显的季节变化和年际变化。一般汛期4~5个月的资源量占全年的60%以上,长江占70%以上,珠江占75%以上;
4.山东半岛以北的江河冬季均有1~3个月的冰封期,不利于全年开发利用。
到海底去种“燃料”
在这个能源日益紧张的世界,人们越来越多地寄希望于海洋,提出了各种各样开发和利用海洋能源的计划,其中有不少是令人信服和切实可行的。
在众多的发明和设想中,有科学家毫华德.A.威尔可博士的一份颇为吸引人的计划:在广阔的海洋空间中种植“燃料”,开辟无数的能源种植场。
种植什么呢?——海带。海带,人们在知道了它的诸多用途之后,最近它又作为可以代替天然气甲烷的潜在能源,引起了海洋科学家和一些工业家的兴趣。海带能够吸收和储存大量的太阳能,而且生长极快,每天可长出三分之一或三分之二来。
威尔可博士提出:“我们可以把海带移植到大洋中去,在那里种植和收获,并且将海带所贮藏的能量变为甲烷气和乙醇,用来开车或开飞机。”他说干就干,很快做出了一个3公顷面积的种植场的计划,并充当了这项计划的负责人。他与另一位热心此项工作的人——美国加州工业学院的诺尔教授一起,于1974年在太平洋上建立了第一个能源种植场。
这个种植场位于距离美国加州海岸96千米的不冻洋面上,他们移植了当地产的百余种海带中的一种大型海带巨藻的幼苗。在实际工作中他们遇到了不少问题,首先就是植物生长需要阳光,而在深暗的海洋底部光线极暗,移植的巨藻幼苗如何得到充足的阳光呢?人们想出了办法:建造一个木筏,筏上用聚丙烯绳索织成方格,把筏系留在水面2米处,并用长绳把筏锚锭住。
然后,由一小队海军蛙人把巨藻幼苗移植到水下的筏上,使之感到海洋变浅了。
人们高兴地发现,巨藻幼苗一旦锚固下来,就开始朝着光线向上生长。
当它长到水面,一片片由小气囊支持的藻叶就像条条滑滑的绸带,在阳光照射下的海水中漂**。这时,藻叶开始进行光合作用。悄悄地把太阳能转化成了化学能。
然而过了些时日,在定期检查中,人们发现这些植物生长得并不茂盛,它们似乎只是在挣扎着过活。这是什么原因呢?化学试验的结果表明,蓝色海水中的营养物质太少了!湛蓝的大洋深海,看起来非常美,但却是“生物的沙漠”,它缺乏维持生物生命的养料,几乎没有什么动植物能够在那里生活下去,因此也就没有任何生物在那里死亡和分解,结果使得那儿的海水十分“清洁”,没有有机物,也没有能够作为营养的那些矿物质。而靠近陆地的、呈现着绿色的海域,则挤满了各种各样的生物,以及数不清的活的和死的有机体,泻人海洋的河水又带来了大量已溶的有机物和无机物,这就使在水中生长的植物能够得到充足的养分,繁茂地生长起来。
怎样才能使藻幼苗在“生物的沙漠”中也蓬勃生长呢?唯一的办法就是施肥,包括氮肥、磷肥和微量养料。这些肥料在海洋底部是能够找到的。若干世纪以来,不少分散的动植物残留遗体浮流而来,沉积在海底,如果用泵把它们抽上来,不就变成免费供应的肥料了吗?
海底下的“宝”
海底下的宝更多,但因为有几千米深的海水,没有特殊设备,人是下不去的。目前选择最有价值的比较好开采的先开采,我们也只介绍三样。
(1)海底金属团(锰结核)大家听过“锰结核”这个名称吗?它是一种深海底矿产资源。它的外形像土豆,直径一般在1~25厘米之间,最大的直径1米,重几百千克。颜色多是深棕色或土黑色,里面层层密实的结核。因其中锰金属含量较高(15%~30%),所以叫锰结核。其实叫“多金属核”更确切一些,有的竟含几十种金属,因此人们又叫它“海底金属团”。海底金属团中最有提取价值的有四种:镍、铜、钻、锰。
锰结核是怎样形成的呢?至今还没有一致看法,有的说来自沉降海底动植物的遗体,有的说来自海底火山爆发产生的火山岩石,有的说是河流将大陆上金属元素和沉积物带到海洋中经过自生化学沉积而形成的。
早在1873年2月18日,美国“挑战者”号船环球考察时,就在北大西洋海底采到锰结核,但没有引起重视。1882年,瑞典“信天翁”号也对锰结核作过某些考察研究,也没有引起足够的重视。直到1959年美国科学家L.梅洛根据“挑战者”号和“信天翁”号等船的考察成果,测算出锰结核所含有金属成分和全世界海洋的大约储量,并提出将成为铜、钴、镍等金属的新来源,锰结核的地位才愈趋升高,受到许多国家的青睐。现在已有8个跨国财团约100家公司在从事锰结核的调查和开发。美国、日本、前苏联、德国、法国在这方面做的工作最多。通过大量调查测算,初步估计整个海底锰结核总储量达30000亿吨,以太平洋底最多,达17000亿吨,其中含镍164亿吨,铜88亿吨,钴58亿吨,锰4000亿吨,价值约为60万亿美元,这是一个多么巨大的金属宝库啊!不过,锰结核大多分布在4000—5000米深的海底,那里有高达400~500的大气压,如果没有特殊的设备,当然人是下不去的,就是采矿装置要放到那里去,也有许多特殊要求,因为随这么高的大气压一般的装置在半路上都会成为废品,所以至今还处在试验阶段。美国“吉普塞矿工”专用船,已从9000米深的地方,每昼夜采到16000吨。从近几年的发展趋势来看,进入商品化开采和冶炼的日子为时不远了。
(2)海底金银库(热液矿床)早在1948年瑞典“信天翁”号在红海发现有些地方海底温度高达40℃,那里的沉积物中含有多种金属。1963年和1966年美国“发现者”号和“链”号在红海进行更详细的调查,证实了“信天翁”号调查结果,并把这种沉积物定名为金属软泥,它含有金、银、铜、锌、铁等属。1973年一1974年,美国和法国联合用潜水器在大西洋中脊发现块状热液矿床。1978年美国、法国和墨西哥联合用深潜器在东太平洋好几处海底发现巨大块状热液矿床。其中一个矿体1000米,宽200米,高35米。铁的平均含量35%,铜10%,矿床总量2500万吨,每吨价155美元,总计39亿美元。从此以后,各国纷纷出动,四处调查,前后在太平洋、大西洋和印度洋发现33处热液矿床。矿床总体积达3932万立方米。由于它们分布范围广,储量大,品位高,不仅含有铁、铜、铅、锌等金属,而且还有珍贵的稀有金属和金、银等、难怪被人们称为“海底金银库”。
海底热液矿床主要形成在大洋的中脊——海底正在张开的裂谷处。这个地方,地壳最薄,熔融的岩浆从地球内部不断涌出,形成新的海洋地壳。这种地球内部来的物质即含有多种金属,又有很高温度,当它们接近海底表层时,海水通过细小的裂缝向下渗透,与地球内部来的高温物质发生化学反应,其中的金属被淋滤出来,形成富含金属的热液。这些热液从孔隙中喷射出来,成为一座座富含金属的烟筒状的堆积体。喷出孔的寿命一般只有几年,喷出的高温热液与冷海水接触,温度便降低,其中被溶解的金属便沉淀海底堆积成矿。
开发热液矿床比锰结核有更多的好处:①热液矿床一般分布在水深只及锰结核一半的2500米处,矿体是立体的,凝聚在一起,分布密度比锰结核大1000倍。
③热液矿床主要形成于大洋中脊,据此,在长达8万千米、宽达数百千米的海岭上都有可能发现,开发前景大得很。锰结核分布虽广,但具有商业开发价值却只1000多平方千米。
④热液矿床中含有锰结核所没有的金、银等贵重金属,铜的品位比锰结核约高10倍。而且冶炼比锰结核容易。总之,无论从技术上还是从经济上看,开发利用海底热液矿床均优于锰结核,所以有人称它为“深海采矿业中的佼佼者”。
(3)海底“黑金”(石油资源)海洋深层有一种叫“黑金”的宝,开采这种“黑金”,经济价值最大。它就是从海洋深层喷出来的石油。
关于石油的称谓多着呢,有人称它为“动力之源”,有人称它“机械之母”,有人称它“工业的血液”,可见它的地位和作用不同一般。石油不仅是制造汽油、煤油、柴油等燃烧物的原料,而且是制造合成纤维、人造橡胶、化肥、塑料、酒精的原料。天上飞的,地下跑的,厂里转的,都用上它。可以这样说,从陆地到海洋,从地下到宇宙空间,从吃的到穿的,都有它一份功劳,真算得上“宝中之宝”了。陆地上的石油储量有限,用一点少一点,按现在这个规模开采下去,有人估计,到2000年将用完全部储藏石油的87%,50年内可能全部用光。难怪许多国家都在喊能源危机,都在谋求别的出路。比如改用其他原料作动力,但无论如何,短时间内,石油还是不可缺少的。眼前的办法只有两个:一个叫节流,一个叫开源。节流就是节约能源,让每滴石油充分发挥作用;开源就是寻找新的油源,从地底深层取出更多的石油来。据法国研究所的估计,世界石油资源的极限数为10000亿吨,可采石油储量的极限数只有3000亿吨,其中海洋石油为门50亿吨,占总量45%。陆地上的石油已经开采得差不多了,而海洋石油的开采则方兴未艾。所以开采海洋石油。显得更为重要。
温差发电
海潮、海浪和海流,气势磅礴,奔流浩**,人们直接感受到它们的威力。
海洋中的热能——海水温度差能,它的热情和力量却默默地包含在全世界145亿亿吨的海水中,虽然一时不能被人们所发现和理解,可是它内在的魅力终究深深地吸引了人们。100年来,多少人为海洋热能的研究倾注了毕生的精力。特别是近三十多年来,更多的学者和工程师加入了对海水温差能开发利用的行列,决心要让蕴藏量名列海洋能前茅的海水温差能也来为人类造福。
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,因为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肋米左右,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;第二层大约从水深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。
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;而在极地海域,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~C的温差,它正是人类寄以莫大希望的巨大能量之源。
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,它们的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入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。
那么,克劳德为什么要用抽气机把实验系统中的空气抽光呢?
原来,水有一个特点,就是压力不同,沸腾时的温度也不同。压力降低时,水沸腾的温度就低于100℃。压力越低,水沸点越低。比如,在1/8气压下,水的沸点是50℃,而在1/80的气压下,水的沸点变成了10℃。
克劳德抽光了实验系统里的空气,使内部压力大大降低下来,于是,尽管海水的温度只有28℃,却已经沸腾起来,大量的蒸汽就成了可以做功的动力,三盏电灯也因而能够明亮起来。
这三盏灯的明亮,为人类指明了方向。温热的海水已为寻找新能源的人们带来新的希望。据科学家预测,全球热带海洋的水温只要下降1℃,就能释放出1200亿千瓦的能量。
日本的科学家说得就更形象了,他们说,只要把日本海域内的热能利用起来,那么根据1975年日本消耗能量的情况看,这些热能可以够24个日本同时使用,到那时,其他形式的发电厂就可以关门休息了。
我们可以说,海洋的温差能居于海洋各种能源之首,因此,极大地吸引了各国的科学家,他们投入了大量的人力物力研制生产海洋温差发电装置。
最初人们设计了一种水温差发电站,是将海水直接引进保持真空的汽锅,由于真空锅内气压很低,进入真空汽锅的海水就可以沸腾蒸发变成蒸汽,然后通过专门设计的低压、低温汽轮机,带动发动机发电。通过汽轮机的蒸汽被引入由深层低温海水冷却的冷凝器,再重新凝结成水。
用这种方法虽然可以发电,但是,在建设和安装深层输水管道方面有很多困难。所以,有人对这种方法加以改进,将海水引入一个太阳能加温池,使海水加温到45℃~60℃,甚至达到90℃,然后再将温水引进真空的汽锅蒸发,进行发电。改进后的温差发电站,是用海边和水库里的水冷凝,这样就可以解决在海底安装输水管道的困难。
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。它为下世纪新能源的开发指明了方向。
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,用它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。
海洋中的生物资源
海中的生物资源是聚宝盆中的“活宝”,也是海洋开发的主体,不可不写。
前面说过,地球已经有40多亿年的历史,最原始的生命大约在30亿年前诞生在海洋里。海洋是生命的开始,是生命的摇篮。为什么最原始的生命只有诞生海洋里?第一,水是孕育生命必不可少的条件。凡是有生命的东西必有水,水是生命的重要组成部分。植物也好,动物也好,只要它活着,还要起陈新代谢的作用,体内必有许多水。没有水,体内一系列的生理和生物化学反应就无法进行,生命也就停止了。原始生命更需要水,没有水,它就不能诞生,诞生了,也不可能活下去。生命最初只可能在水里生,水里长,水里繁殖,水里进化,水是孕育生命必不可少的条件。
第二,海水是一种良好的溶剂。海水是一种天然的最好的溶剂,海水里面含有许多生命所需要的无机盐,如氯化钠、氯化钾、碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐、还有溶解氧。原始生命要生存要发展,就得吸取这些东西作养料。既然海水里有这么多好养料,原始生命就可以毫不费力地、随心所欲地去吸取,而且源源不断。
第三,海洋是天然的温床。海水具有很高的热容量,任凭夏季烈日暴晒,冬季寒风扫**,温度变化都不大。幼小的原始生命娇得很,经不起严寒和酷暑的折腾。它只适宜在既不太冷又不太热的环境中生活。浩瀚的海洋就是天然的温床,原始生命就在这温**诞生成长。
第四,海水是抵御外侵的紧不可坚的防线。原始生命弱得可怜,怕风、怕雨,怕太阳,倘不是海水筑成一道坚不可摧的防线,风可以把它卷走,雨可以把它淋死,太阳可以把它晒干,它怎么也不可能活下去。当然,阳光是生命所需要的,但得有度,特别是阳光中的紫外线,多照一下,原始生命就有可能被扼杀。海水能吸收紫外线,紫外线照不到水中原始生命身上去,这是一道天然屏障,一道抵御外侵坚不可摧的防线。
原始生命经过亿万年的进化,慢慢形成原生动物、海绵动物、环形动物、节肢动物、棘皮动物和脊椎动物。今天的海洋,可谓是洋洋大观,生机盎然,有五彩缤纷的藻类,有五光十色的贝类,有千姿百态的鱼类,还有躯体庞大的兽类。大大小小的动物、植物20多万种。有人估计,整个大洋大海每年可产1350吨有机碳,在不破坏生态平衡的情况下,每年可提供30亿吨水产品,至少够300亿人的食用。海洋给人类提供的食物,将是陆地耕地面积所生产的粮食数量的1000倍,海洋之富饶,可以想象。
海中资源
海水淡化
汪洋大海水是多,那是不能喝的,也不能灌溉土地。海上航行,一旦发生断水事件,那比遇上千级大风还要糟糕。据调查,地球上缺水的干旱地区和半干旱地区有5000万平方千米,占陆地面积34%。
随着人口的增加,经济事业的发展,供水量越来越大。全世界工农业生产用水和居民的生活用水,1900年是400立方千米,现在是3000立方千米,到21世纪需要6000立方子米。我国首都北京,现在有8个自来水厂,供水量比]949年增加了27倍,仍然满足不了各方面用水的需要。
1979年联合国水利会议上,有人大声疾呼:“水在不久以后,将成为一个严重的社会危机!”解决用水问题,就要开辟水源。既然地球上有70.8%水域面积,又何愁没有水用呢?原来海水是不能喝的,主要是因为含盐太多,海水平均含量3.5%,人喝了海水,不仅不能解渴,而且会渴得更加厉害。含盐分的水进人体内,随即从肾脏变成尿排出体外,人体肾脏排泄盐的功能非常有限,最高不能超过2%。遇到高于这种浓度的情况,口渴得不行,生理上要求补充淡水把留存体内的盐水稀释。如果喝100毫升海水,必须补充75毫升淡水去稀释。倘若没有淡水去稀释,人体机能自动把细胞里面的水挤出来,去稀释盐分,再排出体外。这样一来,你喝进去100毫升,排出去175毫升,岂不是得不偿失?不仅不能解渴,反而渴得更加厉害,严重的还会出现脱水现象。如果人体失水11%~20%,就会抽搐、耳聋、视觉模糊、精神紊乱,甚至死亡。
所谓海水淡化,主要就是去掉海水中过多的盐分。16世纪英国女皇颁布一道嘉奖令,谁能想出廉价淡化海水的办法,可以得1万英镑的奖赏。这道嘉奖令发布了快400年,仍没有人拿到这笔奖金。原因是海水淡化的方法虽多,但耗费都比较高,没有廉价的。
1606年,西班牙船工用蒸馏器在大帆船上提炼出了淡水,开创了人工淡化海水的先例。但是平日喝的水,里面含有人体需要的硫酸钾、硫酸镁、碳酸氢钠等微量元素。蒸馏水成分单一,久喝有损健康。所以直至今天,大海行船,都是预先储足用水,就像储足煤、油、粮食一样。航行中缺水断水,可以电话通知补给船送来。补给船就像公路上的加油站,它的任务是专给来往船舰加油添水的。贵是贵一点。比海水淡化还是要合算些。
现已经普遍采用低温蒸馏法淡化海水。大家知道,高山上煮东西,压力小,不到100℃就开了。如果只有1/43个大气压,水温20℃就沸腾起来了。
行船的废气废热用在低温蒸馏机上,便可得到廉价的淡水。海水淡化还有电渗析法、反渗析法、冷冻法。以上方法中,采用低温蒸馏法最普遍,占了90%以上。日本主要用反渗析法,最近一种低压、高流量、高脱盐率的反渗透膜研制成功,也可以获得廉价的淡水。
这个“廉价”,只是对过去而言,最早淡化海水,1千克石油仅能生产35千克淡水,现在1千克石油可以生产300千克淡水,当然可以算廉价,但比之自来水公司供应的水,那要贵7~10倍,所以英国女皇颁布的嘉奖令,至今仍有效,一直到目前,谁也没有去领这笔奖金。
海水淡化,都是在缺水无可奈何的情况下进行的,例如:中东干旱缺水的科威特和沙特阿拉伯,气候炎热,年平均温度33℃,夏季最高52℃,年降雨量37毫升,那里沙丘起伏,荒漠纵横,没有一处常年积水的江河湖泊,居民吃水用水,严加限制,工业用水更是困难之极。过去只好靠船载车拉,到国外去运水,现在已建起了许多淡化工厂,并将淡化的水储存在高耸人云、巍峨壮观的具有本民族艺术风格的水塔之中,保证居民的用水。
海水制盐
人必须每天吃盐,才能维持体液的正常盐分。人的血清中含盐0.9%。所以浓度为0.9%的盐水叫做生理盐水,注射用的就是这种生理盐水。健康人每天需要补充10~12克盐。盐对人体的新陈代谢起着重要的作用。胃液中的盐酸就是由盐产生的,盐酸不仅有帮助消化的作用,而且有杀菌作用,它能杀死随食物进入胃里的细菌。所以食盐不仅是重要调味品,也是人体正常生理活动所必不可少的物质。
古代的人,缺少制盐的技术,而对含盐极富的大海,却没有盐吃。那些远离海洋的人,盐就是“宝”,是“宝中之宝”。公元6世纪,撒哈拉南部,1两食盐可换1两白金。阿比西尼亚曾以盐砖作通用货币,用3~5块盐砖能买回一个奴隶。古代有些国王就餐,盐便放在他的面前,同桌吃饭,只有王公贵族,才能坐在盐的附近。盐成了区分人的地位的标志。有些国家用盐支付工资,古罗马士兵领饷就是领盐。难怪英文“工资”(salary)一词是从“盐”(salt)演化来的。那时候,盐的特殊地位是我们今天无法想像的。人们随身带着一包盐,驱邪压惊,就像护身符一样,遇上不幸,就轻轻呼唤:“我要吃盐,我要吃盐”。就像今天念“南无阿弥陀佛”,或者“菩萨保佑”一样。如果有人不慎把盐罐子碰翻了,打碎了,那就预示着大祸将要临头。
我们说盐是:“宝中之宝”,也许有的少年朋友会笑:l块钱买1斤,哪有这么便宜的“宝”?是的,工业发达的今天,盐是便宜的,海水中的盐多的不得了,世界海洋平均盐度为35‰,1吨海水里面含了70斤盐,如果把所有的海水中的盐提取出来覆盖在大陆上,那足有150米厚。但我们仍要称它是“宝中之宝”,因为它的用途、它对国计民生的意义实在太大,别的东西无法取代它。
从海水中取盐,最普通的是采用太阳蒸发法,先把海水引入盐田,经过日晒风吹,盐分不断加大,变成苦卤,苦卤再晒,排除氧化铁、硫酸钙之类的杂质,析出盐分,使之成为氯化钠结晶,便得到海盐。还有采用其他方法的,如前苏联、瑞典这些高纬国家采用冷冻法,日本因温度和降雨条件不利,不适宜用蒸发法,所以主要采用电渗析法。冷冻法和电渗析法既是海水淡化的方法,又是海水盐制的方法,两道工序一次完成,一箭双雕,利益倍增。
我国海岸线长达18000多千米,海滩平坦辽阔有大量土地可以开辟为盐田,气候也适于晒盐,特别是渤海、黄海沿岸,降雨量少,蒸发量大,生产食盐,极为方便。
我国海水生产食盐的历史悠久,相传公元前4000多年夙沙氏就教民煮海水为盐,从福建省发掘出土的古物中即有熬盐工具,证明早在仰韶时期,当地已用海水煮盐。春秋时期,管仲作了齐桓公的宰相,专设了盐官煮盐。大约到明朝永乐年间,开始废锅灶,建盐田,改火煮为日晒。
我国过去多采用涨潮纳水,人工扒盐,手推车运等一套老办法,盐民十分辛苦。现在已经实现机械化生产,电力机械扬水,收盐机扒盐,水力管道运输,产量大大增加,年产量1000~1500万吨,居世界首位。我们还在盐场新建了一批化工厂,生产氯化钾、氯化镁、芒硝、溴素等多种产品,在综合开发、充分利用海水资源方面取得了好成绩。海水提铀
原子弹是杀伤力最大的武器,它有冲击波、光辐射和放射性污染等多种破坏因素,它的威慑力量,使人胆战心惊。你知道那里面装的是什么“炸药”吗?是铀。核潜艇的推进力量功率高达3万马力,潜航二三个月,航程可达20万海里,它用什么做燃料呢?还是铀。铀裂变时能释放出巨大的能量,1千克铀的能量等于2000~3000吨优质煤燃烧时所释放出来的能量。随着核武器和和平利用原子工业的飞速发展,对铀的需要与日俱增。可是陆地上铀的贮量极其有限,据测试,有开采价值的总共不过100万吨。而海水里含铀浓度虽然不高,但海水极多极多,铀的总量相当可观,达45亿吨。如果能从海水中提炼铀,把这个“宝”取出来,造福人类,那该有多好啊!对海水中铀的研究,可以追溯到1935年,当时有人测定海水中的含铀量,但没有方法从海水中提取这含量极稀的铀。到70年代能源危机日趋严重,铀价上涨,铀生产国限制输出,那些缺铀国家,急于想扩大铀的来源,海水提铀的研究才被重视起来。许多国家相继成立了研究机构,制定了研究规划,采取了实际步骤,大力研究海水提铀的系统工程。
海水提铀最大的困难是水中含量太稀,提铀成本太高,因此先要想出富集铀的办法。科学家曾研究一种萃取法,它是以磷酸二丁酯作萃取剂,在旋转的圆形柱中与酸化的海水接触进行抽铀,每20升海水可获60微克铀。这种方法技术上是可行的,但因溶剂耗费太大,生产困难。后来还研究了起泡分离法、生物富集法、吸附法等,都可以使水中微量的铀富集起来,但或因技术复杂,或因成本太高,或因机械强度不够,正式投入大规模生产条件还不成熟。但总有一天,而且不会太久,海水提铀工业化一定会实现。