世界科技全景百卷书,圈地运动

  1965年,美国海洋调查船“阿特兰蒂斯Ⅱ”号在红海进行海底调查时,发现在三个水深2000米以上的深渊里,水温高达60摄氏度,盐度高达千分之三百。在深渊附近堆积着一种软软的、像泥一样的沉积物。他们取回这种沉积物,经化验分析后,使科学家兴奋不已:沉积物中竟含有大量的黄金、白银以及铜、铁等多种有用金属,科学家把这种沉积物叫作金属软泥。

  海洋里有“河流”,但是,这个“河流”是打引号的,它同陆地上的河流完全不一样。

“热液硫化物”主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动带上,是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的重要矿产资源,对于它的生成原因,海洋科学家们经过实地考察后认为:“热液硫化物”是海水侵入海底裂缝,受地壳深处热源加热,溶解地壳内的多种金属化合物,再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的,被形象地称为:“黑烟囱”。这些亿万年前生长在海底的“黑烟囱”不仅能喷“金”吐“银”、形成海底矿藏,具有良好的开发远景。而且很可能和生命起源有关,并具有巨大的生物医药价值。

石油:最激烈的争夺

  多金属软泥大多分布在水深2000到3000米的较浅的深海底,所以,开采起来比较方便。它的发展具有划时代的意义。当今许多国家正在集中力量,制定开采计划,要把海底金银宝库尽快打开。预计到21世纪初,这个目标就能实现。

  通过海洋药物学家的多年研究发现,有230种海藻含有多种维生素并有药理作用。有246种海洋生物含有抗癌物质。对于整座“海洋药库”来说,仅是沧海一粟而已。

“黑烟囱”喷出了炽热溶液,这些溶液富含铜、铁、硫、锌,还有少量的铅、银、金、钴等金属和其他一些微量元素。当这些热液与4摄氏度的海水混合后,原来无色透明的溶液就成了黑色的金属硫化物溶液。

当然,海底矿物质不只锰结核,更多的矿物质不仅具有矿物资源意义,还具有生物和基因资源意义。

  金属软泥

  “向海洋要药”就是这新途径之一,并已成为世界制药工业竞相研究和激烈角逐的新领域。

与此相比,现在人类开采的石油、煤、铁等矿产,则经历了更长的历史,大多要若干万年才能成矿。而“黑烟囱”通过化学作用来造矿,就大大地缩短了成矿的时间。而且这种矿,基本没有土、石等杂质,都是些含量很高的多种金属的化合物,稍加分解处理,

在国际石油和天然气价格持续居高不下的情况下,对石油的争夺已经不再局限于陆地和浅海,许多国家和大型油气公司都在向深海进军。深海石油战早已拉开序幕。

  1963年,美国佛罗里达州的海边,两个孩子戴着轻便潜水工具在水中捉龙虾。突然,他们发现海底闪闪发光。循着亮光,上前一看,原来是金币。他们赶忙把这些金币打捞上来,价值20万美元,他们一下子变成了小富翁。据粗略的估计,自古以来,有100艘船只葬身海底,这些船上大多载有很多货物和金银财宝。1789年8月,在埃及亚历山大城近海,英国海军上将纳尔逊的舰队与法国拿破仑的远征舰队展开了一场激烈的海战,结果,英国舰队将满载金银珠宝的法国旗舰“东方”号击沉,葬身海底。可见,在海底静静躺着的金银财富,可以说是不知其数,这也是人类的一笔财富。

  科学家现在正在试验一种方法,利用离子交换柱来取得海水中的钾。离子交换柱是在离子交换树脂上引接离子交换物质制成。这种柱子具有“魔力”,当海水通过柱时,海水中的钾被截留下来,附着在交换柱上,其他物质仍随海水流去。过一段时间,取下离子交换柱,就可得到相当浓的钾溶液,最后蒸煮回收钾盐。

这种生存环境,很类似地球早期环境的极端高温环境:热泉水温高达350摄氏度,周围水温为2摄氏度、水深两三千米,缺氧,遍布还原性的有毒气体和金属离子。

“海洋蕴藏了全球超过70%的油气资源,海底的油气如同埋在地里的马铃薯一样等待我们去挖掘。”在2007年4月召开的第四届中国国际海洋石油天然气研讨会上,美国休斯敦大学石油化学及能源教授米切尔·伊科诺米季斯做了这样的开场白。

  当然,这笔财富毕竟是有限的,海洋中还藏有取之不尽的金银财富。1960年,美国亚细亚石油公司的两名工程师,乘轻便飞机来到阿拉斯加州的诺姆城。职业的本能,使他们来到了19世纪中叶淘金热时的旧矿废墟,考察了矿区的地质,发现这里原是古地质年代的海滩,现在是陆地。在废墟,他们又遇到一位老人,从他那里知道,过去曾有人在这里寻到大量金子。而且在19世纪末,在这里铺设海底电缆时,也有人在近岸海底的淤泥沙里找到金矿。正是“有心栽花花不开,无心插柳柳成荫”,他们把意外得来的情况报告给石油公司。石油公司开展了大规模的科学调查,在冬季,海水结冰,他们利用0.76米厚的冰层作平台,安放钻井机器钻探,结果,从海底获取了3300吨黄金。

  前面已经讲到太平洋底存有金属矿藏,这些金属是从哪里来的呢?地幔的热流上升处就相当于“炼金炉”,不停地“炼制”着各种金属。

一些生物基因组的研究也发现,这些生物非常原始,接近所有生命的共同祖先。科学家们为此提出,生命莫非就是起源于这些“黑烟囱”的周围?

中国水产门户网报道

  经过海洋考察,人类发现在海洋深处也有一个宝库,藏着无尽的金银财宝。

  海水中的太阳能

另外,海底“黑烟囱”周围生物的多样性和生物密度也可与热带雨林相媲美,目前新发现的生物种类已经达到了10个门类500多个种属。这个发现也同样令人们兴奋。

人类对海洋,始终是热爱又敬畏的。20世纪下半叶,随着深海开发技术的不断完善,人们越来越深入地探索着海洋底部无穷无尽的资源。石油、可燃冰、锰结核、热液硫化物……探索在进一步深入,争夺也越来越激烈。占有丰富海洋的渴望与探索生命起源的热情,使世界各国兴起了一轮“蓝色圈地运动”。

  为什么深海底会有“金银宝库”呢?原来,多金属软泥分布在海底断裂地带。当地壳有了裂缝时,海水从裂缝向地层深处渗透,溶解了原来在岩浆中的盐和金属,变成了含矿的溶液。在地层深处的高温下,它们变得很热,又在高压下,他们沿着裂缝向上喷涌,遇到冷的海水,迅速沉淀下来,形成多金属软泥矿。

  海洋中蕴含了大量的矿物,但开采的难度很大,随着科学技术的进步,这些宝藏逐渐被人们开采利用。

“黑烟囱”是耸立在海底的硫化堆积物,呈上细下粗的圆筒状,因形似烟囱状,所以被科学家形象地称为“黑烟囱”。它们的直径从数厘米到2米,高度从数厘米到50米不等。位于海底的“黑烟囱”堆积群及其堆积物有点像教堂或庙宇建筑的复杂尖顶,规模较大的堆积物可以达到体育馆体积大小的百万吨以上。

石油是现代社会经济得以维系的重要能源。只要对石油的需求源源不断,各国对深海石油的勘探和开发就会继续,对那些像“马铃薯”一样的油气的争夺只会愈演愈烈。

  1978年,科学家再一次在墨西哥近海海底发现多金属软泥时,人们明白在海底深处的金属软泥,是大自然赐给人类的真正“金银宝库”,于是,世界便掀起了一股寻找海底金矿的热潮。人们相继在太平洋、地中海、西印度洋等许多海域发现了多金属软泥。

  洋流中的巨能

专家们认为,海底“黑烟囱”的形成过程很复杂,它与矿液和海水成分、温度间存在的差异有关。由于新生大洋地壳或海底裂谷地壳的温度较高,海水沿裂隙向下渗透可达几公里,在地壳深部加热升温后,淋滤并溶解岩石中的多种金属元素,又沿着裂隙对流上升并喷发在海底。它们刚喷出时为澄清的溶液,与周围的海水混合后,很快变成“黑烟”并在海底及其浅部通道内堆积成硫化物。

热液硫化物受人们关注比锰结核要更晚一些。它主要出现在2000米水深的大洋中脊和断裂活动线上,是一种含有铜、锌、铅、金、银等多种元素的矿产资源。它是海水侵入海底裂缝,受地壳深处热源加热,溶解地壳内的多种金属化合物,再从洋底喷出的烟雾状的喷发物冷凝而成的,被形象地称为“黑烟囱”。

  还有一个长处是它不但能够给我们提供电力,而且可以获得很多其他的副产品——海水蒸发后留下来的浓缩海水,盐分含量很大,可以提炼许多化工基本原料;废蒸汽工作以后冷凝成的淡水,可以满足沿海地区工农业生产的需要。从长远观点看,这种海水温差发电装置可以同海水淡化装置联合起来工作。这样一举两得,效益更大。

奇特的“黑烟囱”

其实,从发现锰结核到上个世纪中期,人们一直认为锰结核是运载锰矿石的船只沉没在某个海区而发生的偶然现象而已,很少有人去研究和打捞它。直到1959年,美国科学家约翰·梅罗认真分析了它的化学成分和储量,它才从深海走进人们的视野,并成为国际深海开发的大热门。

  人们从海砂中得到石英,从中提炼出多晶硅和单晶硅。晶硅可以广泛运用到各行各业,小到钟表和精密仪器必不可少的钻石,大到玻璃、陶瓷、水泥、冶金、机械、化工、电气等许多工业方面都需要,但是最重要的是用在半导体方面。硅晶体管是近代的新发明,如半导体收音机、无线电发报机、雷达等精密仪器都少不了它。由于硅晶体管有电子管所没有的许多特点,它可以在150~200℃的环境中工作,它的体积小,重量轻、耐用、省电、结构牢、效率高,所以它被人们广泛应用在无线电技术、电子计算机、自动化技术和火箭导航等方面。

这些“黑烟囱”不但为大量深海生物生存提供了生存环境,它们还能在短时间内为人类提供所需要的宝贵矿物。

这种“黑暗食物链”的生存环境,很类似地球早期环境的极端高温环境。一些生物基因组的研究也发现,这些生物非常原始,接近所有生命的共同祖先。科学家们为此提出新的命题:生命是否就起源于“黑烟囱”的周围?

  为开采这些富有的矿产,人们设计了许多开采机械,靠近海岸的海砂或海泥用斗式装车机或海底挖泥船就可以采装。大陆架上的矿物用水中开土机或水泵船就可以挖掘。深海,由于远离陆地,水深而且压力大,黑暗而且温度低,开采海底矿产要比在近岸和大陆架困难得多。人类为了在深海里获得自由,不仅设计了各种深潜器材和照明、电视设备,而且还设计了各种深海打捞器材。拖曳打捞机是最简单的一种,它有一个特殊形状的筒,只要把它沉到海底,由一条船拖着在海底爬行,就可以打捞矿物。液压打捞机是比较复杂的打捞机械,它适用于大规模的海上作业。它主要包括:吸矿物用的电动机和唧筒,负担打捞机的浮筒,保持垂直和稳定的仪器,带有螺旋推进器的管道以及装有电视摄影机的吸头。人们不但利用导管卿筒的方法在4至6千米深的海底取得锰结核体,而且可以利用化学法开采深埋在海底的矿产。酸、碱可以溶解50多种金属矿物。只要我们在各种矿层中设法注入能溶解这种矿物的溶剂,使矿物溶解后,再用压缩空气设备,通过管道就可以把它压升到海面上来。

在这些炽热的“黑烟囱”的周围活跃着一个崭新的生物群落——热水生物,比如长达三米而无消化器官,全靠硫细菌提供营养的蠕虫,加上特殊的瓣鳃类、螃蟹之类,说明地球上不仅有人们所习惯的,在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质“有光食物链”,还存在着依靠地球内源能量即地热支持,在深海黑暗和高温高压的环境下,通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。从而构成了繁荣的深海生物圈。换言之,因为处在海洋深处,阳光无法照射到那里,它们不能依靠光合作用来合成生命物质,只能通过自身的化学反应类合成生命物质来生存。

南方渔网编辑:欧阳洋

  两个板块的接缝处,即各大洋的洋中脊处是热对流时热流上升的区域,相当于煮开水的中心区,或两根传送带向相反方向传送的起始点,是地壳中最脆弱最活跃的地区。在这两块向着相反方向漂移的板块边界的洋中脊下面,有一个高温区,能将地幔岩石熔融。这熔融的部分就好像“炼金炉”,有人在使劲拉着“风箱”,炉下高温使炉内物质沸腾翻滚。这些熔融物质——岩浆,通过“炼金炉”的炉嘴——洋中脊涌出,由于压力很大,既可把原来的洋底向两侧挤开,又可把“炉嘴”顶得鼓起来,因而它高出两侧洋底几公里。这些高热岩浆物质的主要成份是硅酸盐,另外也含有一些重金属,如铜、锌、铅、镍、铬等。岩浆在逐渐冷却的过程中,就会发生像炼铁时铁水和铁渣分离一样的现象。硅酸盐和金属元素也会分离开来。有时,岩浆和主体——硅酸盐本身也要发生基性、中性、酸性等不同成份的分异作用,分别冷却、结晶成各种岩石,同时也有不同种类的金属与之相伴随。一般说来,分异作用进行得越充分,产生的岩石种类就越多,与各种岩石同时分异出来的矿产数量和种类也越多。洋中脊所进行的分异作用,比陆地上已经了解到的分异作用要简单得多,不充分得多。洋底岩浆分异可以产生很多矿产,如铬、镍、铜等。在美国纽约东南约560公里处的大洋底,经深海钻探发现有3.8厘米厚的纯铜矿脉;印度洋东经90度海脊上也发现过纯铜矿脉。可见,如果能够形成这类矿产,那么,这类矿产都在洋中脊两侧成直线状连续或间断分布。

这些物质往上跑不了多高,就会像天女散花般地从烟柱顶端四散落下,沉积于烟囱的周围,从而形成含量很高的矿物堆。这一过程历经的时间很短,一般来说,从一个“黑烟囱”开始喷发到最终“死亡”,只要十几年到几十年,不过在这么短的时间里,它却可以累积造矿近百吨。

另外,印度等国也纷纷邀请美国和欧洲的勘探船前往该国附近水域,探测可燃冰的情况。

  藻类植物对防治动脉粥样硬化有着其他药物无法比拟的功效,日本在这方面的应用成绩斐然,其心血管系统疾病要远低于其他国家。我国南海中的羊栖菜对脚气、水气浮肿、宿食不消等均有疗效。海人草是制造驱蛔虫药的主要原料,同时也可以治疗肺病、皮肤病和关节痛。

同时科学家们已对生存在深海高温下的细菌进行开发、利用,着手提取新型的生物酶,进行新医药和洗涤剂的实验。

目前人类对深海的大部分矿物资源还停留在了解与探索的阶段,真正的争夺还没有来到。曾经引发人们探索和开发热潮的矿物质有很多,最典型的是锰结核。

  海洋是个巨大的太阳能“热库”,掌握了海水温度变化的规律,人们就能利用这个热能为自己服务。

目前科学家已经在各大洋的150多处地方发现了“黑烟囱”区,它们主要集中于新生大洋的地壳上,如大洋中脊和弧后盆地扩张中心的位置上。2003年“大洋一号”开展了我国首次专门的海底热液硫化物调查工作,拉开了进军大洋海底多金属硫化物领域的序幕。经过长期不懈的“追踪”,终于发现了完整的古海底“黑烟囱”,它们的地质年龄初步判断为14.3亿“岁”。此前,这不仅进一步了解了大洋深处海底热液多金属硫化物的分布情况和资源状况,也为地球科学从理论上有一个新的质的飞跃做了铺垫。

各国都在为未来的能源暗自使劲,积蓄力量。可以预见的是,一旦可燃冰开发技术成熟,争夺可燃冰的大战势必展开。

  海底“炼金炉”

生命科学的突破口

世界上锰结核含量最多的地区为太平洋北纬6°~20°,西经110°~180°之间,日本人称这个海区为“锰结核的银座”,美国人则称之为“世界海底锰之路”。

  多金属软泥大多分布在水深2000到3000米的较浅的深海底,所以,开采起来比较方便。它的发展具有划时代的意义。当今许多国家正在集中力量,制定开采计划,要把海底金银宝库尽快打开。预计到21世纪初,这个目标就能实现。

矿产资源宝库

早在1992年,日本就开始关注可燃冰的勘探与开采。目前,它已经基本完成对周边海域的可燃冰调查与评估,钻探了7口探井,圈定了12块矿集区,并成功取得可燃冰样本。日本计划,在2010年对可燃冰进行商业性试开采。

  海水中碘的含量为0.06毫克/升,海洋中碘总储量共有930亿吨左右。这要比陆地上的储量还多。

在这里,海水的水温高达350摄氏度,生物生活在既无氧也无光的高温高压环境下,并依靠氧化大量有毒有害的硫化物获得生命的能量。

1997年,以美国为首的国际深海钻探计划及其后继的大洋钻探计划,在10个深海地区发现了大规模天然气水合物聚集。一年后,美国把可燃冰作为国家发展的战略能源列入国家级长远计划,计划到2015年进行商业性试开采。1999年,德国和美国科学家通过深潜观察和抓斗取样,在美国俄勒冈州岸外卡斯凯迪亚大陆边缘的海底沉积物中取到嘶嘶冒着气泡的白色水合物块状样品。

  这还不算,1000克氘的原子核发生聚变产生的热量,大约相当于2万吨优质煤燃烧所放出的热量。也就是说,轻原子核发生聚变反应的时候,释放出来的能量比同样重量的重原子核裂变释放出来的能量还大10倍左右。

截至9月14日,执行我国首次环球大洋科学考察任务的“大洋一号”远赴深海大洋已有160多天。此次考察首次获得大量深海热液喷口附近的硫化物与沉积物样品,不仅为研究地球科学及极端环境下生命科学提供了宝贵的第一手资料,也表明我国多学科大洋考察正与世界海洋科学接轨。

“人类对深海的了解远远不及人类对太空的了解。”汪品先这样告诉《环球》杂志,“不过,一切都还刚刚开始。”也许有一天,人类对神秘深海的探索真的能发现失落的帝国亚特兰蒂斯,但了解才刚刚开始,争夺也才刚刚开始。“蓝色圈地运动”也许能和当年的“圈地运动”一样,给人类带来翻天覆地的变化——谁知道呢?

  此外,海底还蕴藏着大量的煤、铁。海洋学家估计,世界各大洋底下的铁矿总蕴藏量可能达到3000亿吨左右,所含纯铁不少于600亿吨。近年来,人们还发现海底蕴藏着大量的铀矿。

各国对深海石油的激烈争夺可以从墨西哥湾看出来。在这里,美国的石油开采公司已经向纵深地区迈进,钻探深度逐渐加大。2005年美国能源法案通过额外减免深水和超深水石油天然气开发的矿产开采费,为风险较大的墨西哥湾海上石油天然气开发提供了新的动力。仅在这一年,就有两个深水石油项目建成投产,另外还有6个油田正在开发之中。

  板块下面的软流圈相当于河水,软流圈的物质处在高温和高压下而具有塑性,所以板块“浮”在软流圈上,就像冰块浮在水上一样。如果冰块厚一些,高出水面及沉在水中的部分也就多一些,反之就少一些。与此类似,大陆高出海面越多,它的地壳厚度也越大,由于洋底低于海面,所以这里的地壳就薄。

另外,“黑烟囱”周围生物的多样性和生物密度也可以与热带雨林相媲美,目前新发现的生物种类已经达到了10个门类500多个种属。

  海底的沉积物中,还有许多更加富饶的元素,比如碘的含量就比海水中的含量大1000倍,铷 的含量也比海水中的多,金属镭的含量比整个陆地的蕴藏量还要大。

汪品先院士谈到可燃冰时指出,尽管要开采埋藏于深海的可燃冰还面临着许多技术上的难题,因为这种矿藏哪怕受到最小的破坏,都足以导致甲烷气体的大量泄漏,造成海啸、海水毒化等灾害,但各国对这种未来能源的追求与争夺却并不亚于石油。

  普通水里也有重水,但是含量太稀,而且同普通水非常相似,极不容易分离。海水里含有的重水比较多,特别在晒盐以后剩下的苦卤里,重水的含量要比普通水高20%,这就给从海水里提取重水和氘开辟了广阔的前景。

世界水深500米或超过500米的深海油气勘探开发始于上个世纪70年代,至2002年底,已发现470亿桶石油。到2003年,海洋油气勘探水深已达3053米。据美国地质调查局和国际能源机构估计,全球深海区最终潜在石油储量有可能超过1000亿桶。2010年深海原油产量可达850万桶/日,可满足全球石油需求的9%。

  锰结核又叫锰矿瘤或锰团块,它是近年来才大量发现的著名的深海矿产。黄褐色的锰结核,外形像土豆,切开来看,一层层的又像葱头。这种结核体往往是以贝壳、珊瑚、鱼牙、鱼骨为核心,把其他物质聚集在周围。不过它的生产速度很缓慢,大约每1000年生长1毫米,有的甚至100万年才长4毫米。但锰结核是一种经济价值很高的矿产,它含锰、铁、镍、钻等20多种元素。科学家估计,它在太平洋的分布面积为1800万平方公里,含有炼锰钢用的锰4000亿吨,炼不锈钢用的镍164亿吨,炼超硬度钢的钴58亿吨,用途广泛的铜88亿吨。如果每年从太平洋提取100吨锰结核,便可提供给世界上需要的10%~12%的锰矿和12%~15%的钴矿。

同时看中墨西哥湾的还有巴西石油公司。由于拥有开采本国海域深海石油的发达技术,巴西石油公司早已把目标转向国外。在2010年前,巴西石油公司将主要投入三个地区的石油开发,其中墨西哥湾海底油田处在第一位。

  1941年,美国在德克萨斯州的弗里彼特,专门建造了一家工厂,每小时抽取4500吨海水,制取氧化镁和金属镁锭。在第二次世界大战期间,美国用来制造飞机的金属镁,基本上都来自海水,战后几十年来,美国所用的初级金属镁,几乎全部取自海水。

除了矿物质,这些“黑烟囱”让科学家们兴奋的更重要原因是,它的周围活跃着一个崭新的生物群落——热水生物,比如长达三米而无消化器官、全靠硫细菌提供营养的蠕虫,比如特殊的瓣鳃类生物等。它说明,地球上不仅有人们所习惯的在常温和有光的环境下通过光合作用生产有机质的“有光食物链”,还存在着依靠地热支持,在深海黑暗和高温高压的环境下,通过化合作用生产有机质的“黑暗食物链”。

  举例说,烧开水时,锅底变热的水向上升起,表层较冷的水在两侧下降,这是流体的热对流。岩石板块下面也有这样的热对流。由于地下放射性元素的加热,使地幔内各部分的温度和密度不一样,而可能发生像烧开水那样的热对流。当热流向上遇到冷地壳时,就向两侧散开向水平流动,也就带动着海洋地壳板块向两侧移动。当漂移到与另一板块相遇时,就会发生碰撞,一个板块插在另一板块下,俯冲到软流圈,它的物质熔化后又回到地幔中。这样在地壳下就好像有一条传送带,地幔物质不断从洋中脊涌出,由传送带——板块带到与另一板块连接处——海沟,潜没到另一大陆板块之下再返回地幔。有时海洋地壳还会驮载着大陆一起漂移。

19世纪70年代,英国深海调查船“挑战”号在环球海洋考察中,首先发现了深海洋底的锰结核。锰结核平铺在海底,如同铺路的卵石。据初步调查,每平方米的海底约有60公斤的锰结核。锰结核中50%以上是氧化铁和氧化锰,还含有镍、铜、钴、钼等20多种元素。如果按照目前世界金属消耗水平来计算,仅太平洋底的锰结核储量,铜可供应600年,镍可供应15000年,锰可供应24000年,钴甚至可供应13万年。不仅如此,锰结核的增长很快,每年以1000万吨的速度在不断堆积,是人类取之不尽的“自生矿物”。

  尽管太阳向四面八方的宇宙空间放射热量,其中只有20亿分之一到达地球大气的最上层,同时还有一部分被用来加热空气和被大气反射掉,尽管如此,到达地面上的太阳能仍然能高达80万亿千瓦,或者相当于每秒钟燃烧550万吨标准煤产生的热量。现在全世界发电站的发电能力都加在一起,还不到这个数字的百万分之一哩!

另外,2007年3月,挪威石油已经得到墨西哥湾300个油气开采许可证;5月,日本石油公司和日本三菱公司宣布,将共同投资12亿美元购买位于墨西哥湾的一个油气田的股份;而由雪佛龙、壳牌和英国石油联合出资建设的超深海平台Perdido,将是墨西哥湾第一个超深海平台,计划在2010年投产。

  地壳板块十分像冰块,到了春暖花开季节已经开裂的浮冰源源不断地流向下游。这时,在狭窄地段,你就会看到这些冰块会互相碰撞和冲挤,有时两块互不相让向上翘起。这种景观与地壳极块运动十分相像。

2004年,为德美科学家获取可燃冰的德国“太阳号”驶入南海,完成中德合作项目。虽然没有如愿带回可燃冰样品,却在南海圈定出可燃冰钻探目标区。

  现在对深海矿产资源的开发,还有不少技术问题急需进一步解决。希望少年朋友们努力学习,在今后的科研工作中创造发明出更新的机械来开采各种丰富的矿产,满足我国现代化建设的需要。

中国科学院院士、同济大学教授汪品先在接受《环球》杂志采访时表示,目前世界各国在海底中争夺最激烈的资源就是石油。“2007年8月俄罗斯北极科考队出动深海潜水器,在北极点下潜至4000多米深的海底,安插俄罗斯国旗,这是为什么?德国宣称要造世界上最大的深海钻探船深入北极,这是为什么?加拿大、美国和丹麦都对北冰洋虎视眈眈,这又是为什么?主要还是为了争夺那里的深海石油。”

  地壳板块是由70~100公里厚的岩石圈组成的。板块的边界都是地震、火山及地壳运动活跃的地带。有人把全世界分为六大板块,然后又细分为大大小小几十个次一级的板块。

虽然对热液硫化物的探索和开发谈不上争夺,但各国科学家们都很明确,谁对“黑烟囱”的了解更多,谁就有可能在生物和基因科学中取得先机,谁就有可能揭开生命起源之谜。因此,对深海的进一步探索和了解,各国都不甘落后。

  现在,人们在陆地上发现了100多种化学元素,其中有相当数量的已在海水中找到。科学家们预言,海洋面积比陆地面积大得多,海洋中蕴藏的化学物质一定比陆地还要多。

可燃冰:未来的较量

  我们知道,水由氢氧两种元素组成:两个氢原子和一个氧原子组成一个水分子。在所有的元素原子里,氢原子是最轻的。但是这种最轻的元素“体重”也不一样。有一种氢比普通的氢几乎重一倍,叫做重氢——氘;还有一种氢比普通氢重两倍,叫做超重氢——氚。由两个氘原子和一个氧原子组成的水叫重水。

“黑烟囱”:生命的起源?

  如果风经常朝着一个方向吹,吹呀,吹呀,结果会怎样呢?它不仅能使海洋产生波浪,而且会推动海水顺着风的方向在浩瀚的海洋里作长距离的远征。风吹的时间越久,带动的海水越深,就容易造成洋流。

多种矿物质:“我们了解得还太少”

  找到重砂矿,最简便的方法就是像淘米一样进行淘洗分离。先将重砂淘离出来,然后进行分析鉴定。用磁铁来分辨矿物的磁性。例如磁铁矿就有较强磁性,用切割的方法来分析矿物的硬度。例如金刚石的硬度最高,锡石、锆石和金红石硬度稍次,独居石硬度低。此外还可以根据矿物的颜色,例如金红石是暗红色,独居石是棕黄色,钛铁矿为铁黑色;再者,还可依据矿物的比重,例如同样大的磁铁矿比石头重一倍多,以及矿物的形状、光泽等进行分析。最后确定所找矿物的性质。

到2003年底,全世界已经发现深水油气田328个,已投入开发的有75个,其中,墨西哥湾、巴西和西非是世界深海油气勘探和开发的“金三角”。

  大洋中脊有造矿的“炼金炉”,大洋盆地的其他部分也同样有“炼金炉”。这个“炼金炉”的规模和产品数量甚至比洋中脊“炼金炉”还要大。

可燃冰的学名为“天然气水合物”,是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”,其中甲烷占80~99.9%,可直接点燃,燃烧后几乎不产生任何残渣,污染比煤、石油和天然气都要小得多,被称为“未来能源”。据科学家估计,世界上可燃冰矿藏中所含的有机碳的总资源量相当于全球已知煤、石油和天然气的2倍,可满足人类1000年的需求。可燃冰的稳定带处于500~700米水深以下的海底,水越深越稳定。

  好端端的海洋,怎么会出现一股股奔腾不息的洋流呢?是什么力量在推动着海水作有规律的流动呢?

在采访汪品先教授时,他反复强调:“我们现在所讲的深海资源,都是人类已经了解的。但我们对深海的了解,连十分之一都不到。有太多的资源是我们所不了解的,比如那些多种多样的矿物质。”

  海上采油量大,成功率高。有的一口海上油井的开采储量比一口陆上油井的储量大好几倍。而且海底石油质量好,含硫率低,大多是低硫的轻质油。所以发展海上石油有极高的价值。

  海水淡化的过程技术很复杂,成本也很高,人们又把目光对准了冰山,想用冰山来彻底解决淡水问题,因为地球的两极有着极丰富的淡水资源。特别是南极,世界上70%以上的淡水集中在那里。有人估计,南极海域的冰山大约有22万座,是北冰洋海域冰山数量的5倍。海水是咸的,而海中的冰山都是淡水冻结而成的。这是怎么一回事呢?

  哪里的海水温差发电效果最好?当然是热带地区的海洋。一来这里的阳光强烈,海水里贮存着更多的太阳能;二来是这里上下层海水的温度差最大,发电效率最高。热带海洋表层海水的温度是26~30度,600到1000米深处海水的温度是4~5℃,只要每秒钟抽1000吨温水和冷水,它们的温度差是 20℃,就可以获得200万焦耳的热量;这些热量只要有 7%被用来转换成蒸汽动力,并通过涡轮机发电,它的发电能力就顶得上一座300万千瓦功率的大型发电站。

  海砂中所含的矿产还远不止这些。其他如金、铂、铁、铬、锡、钨、刚玉等,也都是工业建设中不可缺少的宝贵资料。那么,人类是怎样在海砂中寻找这些宝贵的矿产呢?

  总之,富饶的海洋为人类提供了丰富的矿产资源。只要我们加强对它的开发利用,就能为人类社会的建设增加更多的资源。

  为什么深海底会有“金银宝库”呢?原来,多金属软泥分布在海底断裂地带。当地壳有了裂缝时,海水从裂缝向地层深处渗透,溶解了原来在岩浆中的盐和金属,变成了含矿的溶液。在地层深处的高温下,它们变得很热,又在高压下,他们沿着裂缝向上喷涌,遇到冷的海水,迅速沉淀下来,形成多金属软泥矿。

  地球上除石油废水、井盐苦卤、地下温泉等有少量的溴外,99%以上的溴都在海里,可以说溴是一种纯海洋物质,故有“海洋元素”之称。海水中溴含量约为65毫克/升,总储量达100万亿吨。

  大陆架的地层常常是砂岩、页岩、石灰岩等构成的,这些都叫沉积岩。有些含有沉积岩层,在石油地质学上叫“储油构造”。通常,在储油构造的顶部是天然气,中间是石油,底部是水,找油就要先找这种构造。

  我们不妨来看看一种提出比较早的海水温差发电的方案。

  我国沿海地区,许多地方都发现了丰富的石油和天然气。据海洋地质学家考察发现,台湾省及其附属岛屿钓鱼岛等,海底石油的蕴藏相当丰富,被认为是世界上少有的海洋油田之一。

  “炼金炉”熔炼出的岩浆冷凝后成为岩石,岩石中富含多种矿物,如铜、镍、钛、钨、锡、铌、钼以及许多稀有金属的矿产。

  那么海水里含有多少轻原子燃料呢?

  太阳加热海水,使海水温度上升。哪个地方太阳照射强劲,那个地方海水的温度就高。海洋表层的海水接受太阳能最多,温度最高,越往下能量越少,温度也就越低。

  地质调查一般是通过沿岸地质构造调查和分析,以推断海底地质构造,并用回声测探仪或用航空摄影,来研究海底的地形特点和性质,必要时,要让潜水员潜入水下采集岩石标本。另外在调查船上除了安装地质调查设备外,还装有红外线气体分析仪,用来分析溶解在海水里的天然气,也可以发现气苗和油苗。

  要知道,作为一种能源,洋流比河流更优越。河流里的水时多时少,遇上干旱的年份,河底见天,水量不足就不能发电。洋流却没有这个毛病,它始终浩浩荡荡地流着,力大无穷,任何时候都可以推动水轮发电机发出电来。

  原来这是海底扩张造成的结果。

  海底为什么有煤呢?我们可以看到在大堆的煤中常可以找到一些植物的树干、茎、叶等,只不过它们早已被碳化或石化了。因此,我们容易联想到,煤是由古代植物残骸堆积层转化来的。形成煤的原始物质,虽然有低等植物,例如藻类,但主要的还是古代的高等植物。简单说来,煤是“参天古木”埋在地下变化而成的。

  总的说来它的浓度是很稀的。1升海水里只含有0.17毫克锂,但是铀的总储量高达2600亿吨。从1升海水里可以提取0.05克氘。全世界海洋里总共蕴藏着50万亿吨氘,这个数字相当于海水里含铀量的2500倍。

  “黑潮”从日本群岛的东南向东,横穿太平洋,来到北美洲的西岸时,又分成两股,一股向北流去,一股往南又回到赤道附近,这时候就变成为“加里福尼亚寒流”了。

  世界上的物质,各种各样,种类繁多。现在已经知道的物质就有几百万种。它们多半是由已经发现的100多种元素组成的。例如,我们每天吃的食盐,就是元素钠和氯组成的。同样,海水可以分为水和各种盐类,各种盐类又可以分解为各种元素。如我们常见的石膏,化学上叫硫酸钙,就可以分解为钙、硫和氧3种元素。那么,人类为了获得这些宝贵的元素,就得从海水中提取各种元素。从海中提取元素的方法很多,归纳起来,主要有4种。一种是按物质溶解度不同,用蒸发结晶的方法进行分离提取,如提取氯化钠和氯化镁等。二是直接在海水中或浓缩的海水中加入其他化学药品来吸附、沉淀或提取,如在海水中加入石灰乳,制取氢氧化镁。三是利用电解方法,利用脱去镁、钙、硫的浓缩海水进行电解制取烧碱、氯、氢等。四是利用离子交换法使海水中各元素直接分离出来。这4种方法可以单独采用,也可以互相结合使用。

  我们知道,没有盐分的淡水在温度降至0℃时即开始结冰块,而海水中含有大量的盐分会阻滞水分子结成冰块,所以海水在0℃时仍不会结冰。从理论上讲,海水一般要到一2℃时才会结冰。而实际上,即使温度降至-2℃,海水往往也不会结冰。这是因为海水热胀冷缩的缘故。当温度降低时,海水的体积就会收缩,它的密度有所增大,密度增大后的海水自然要下沉;密度较小即比较温暖的海水就会上升,升上来的海水又需要更低的气温来冷却它。这样不断上下往复着,对流的范围可从几百米直至几千米。当气温降到使相当厚的海水能凝结在一起时,海洋上就结成厚厚的一层冰。当海水结冰时,溶解在海水中的绝大部分盐分都被排斥在外,少量没有来得及跑掉的盐分被包围在冰块里形成盐泡。因此,海水结成的冰块都是大大地淡化了的。而那些被排除的盐分自然就跑到邻近的海水里去了。这些海水由于增加了盐分,因此又增加了海水结冰的困难。

  油井钻成后,下好采油管,再用射孔弹把钢管穿透,使油层和井眼形成较大的压力差,天然气和石油就从地层流到井中,气体也开始从油中分离出来,并且随着压力的逐渐降低而大大膨胀。因此,一方面,天然气因本身不断地膨胀而推动石油向外流出;另一方面由于气体比石油轻,它就抢先上升到井口,喷射出来,在天然气上升时,它还挟带着石油喷出来。这一过程就像打开汽水瓶子的时候,溶解在汽水中的气体夹着泡沫状的汽水溢出瓶口一样。为了提高采油率,还要不断地向油层注水,水比油重,水注入油层后填补空隙,油被推到上层,压力越大,油就喷射出的多。

  海砂中寻宝

  地球物理勘探是研究和寻找海上石油的最基本方法。目前世界上一些主要油田构造,多是采用地震法找到的。利用人工地震产生弹性波,根据岩层对弹性波产生反射和折射的性质来了解海底沉积层的厚度和地质结构,便可以确定储油构造的分布情况。

  这些植物大多生长在浅水沼泽区,因为水太深的湖泊不适于高等植物的生长繁殖。植物不断繁殖、生长和死亡,它们的遗体堆积在水中与空气隔绝,在缺氧的条件下不会很快腐烂,年长日久,就形成了植物堆积层。在微生物作用下,植物遗体经分解、变化,逐渐转变为泥炭层。泥炭是一种质地疏松仍保留着一部分植物组织的褐色物质,含炭量比植物高,而含氢氧量较少,这就是最初级的“煤”。泥炭层被泥沙掩埋覆盖下沉到地下后,一方面受到上覆岩层的压力;另一方面受到地下高温的作用,进一步脱水、压缩,失去更多的挥发成份,使碳素不断增加。经过这些物理和化学变化,泥炭就逐渐转变为烟煤或无烟煤了。

  锂是世界上最轻的金属,比重为0.531,只有铝的比重的1/4。把锂扔到汽油里,它就会浮起来。随着社会生产和科学技术的进步,锂的用途越来越广泛,用量急剧上升。现在差不多每个主要工业部门都在不同程度上应用着锂和锂的化合物。

  锆石矿是一种极贵重的金属矿物。从海砂中提取的锆石矿,经过人工提炼,可用来做核反应堆和燃料元件的防护屏。另外,独居石中提炼出的钍,经过加工可以代替铀作为核反应堆的原料,用来发电,制造核武器。

  尝过海水的人都知道,海水又咸又苦。这是什么原因呢?原来海水里溶解了大量的气体物质和各种盐类。如果我们分别盛一盆自来水和一盆海水,放在太阳下把它们晒干,就会发现,自来水晒干了,没剩下什么东西,海水晒干了,盆底上却留下一层白花花的盐。当然海盐并不是指我们每天食用的盐,它含有许多化学物质。但就是我们每天吃的食盐,它又被称为氯化钠的东西是海水里的主要成份。另外还有一种叫做氯化镁的东西,它是我们做豆腐用的主要成份。这是一种非常苦的东西。至于其他物质,海水里还有很多很多,但海水里有了氯化钠和氯化镁这两种基本的化合物,就变得又咸又苦。

  海水温差发电的远景是特别诱人的。早在1881年,有人就预言,总有一天人类会十分重视开发海洋里的热能。还有人作了这样的计算:如果热带海洋有一半可以用来温差发电,到2000年全世界的人口总数如果是60亿,平均每人用电 10千瓦,那么热带海洋的水温只要由于海水温差发电而降低一度,发出的电力就可以达到600亿千瓦,也就足够供应全世界20世纪最后一年的全部电力需要了。

  海水中有的元素尽管含量很微小,但是由于海水量很大,所以总的储量却相当可观。比如海水中含有的黄金,每升水中仅含有0.000004毫升,但是,海水中金的总储量却有600万吨。如果把海水中的金全部提取出来,那么黄金就和现在的铝一样,变得非常平凡了。与海水中元素储量相比,人类从海水中提取的金属量是很少很少的。就拿现在世界上从海水中提取量最大的金属镁来说,每年的产量还不到一立方公里的海水中储量的十分之一。钠、钙、钾的产量只不过是海水总储量的三亿分之一。

  金红石也是一种重要的矿物。从金红石这种海砂矿物里,可以提取出制造火箭、卫星所需要的金属钛。钛是一种新的轻金属,它异常坚固,抗腐蚀力强。它的熔点非常高,纯钛要到1725℃才开始熔化,比钢的熔点要高200℃。钛的硬度和铁差不多,但重量几乎比铁轻一半。在制造超音速飞机、火箭、卫星、航天飞机,仅采用制造飞机用的铝镁合金就不能满足要求。因为,火箭等高速航天器在高空中飞速行驶,由于外壳和空气摩擦产生很高的温度,所以要求外壳材料既轻又牢而且还能耐高温。钛在这里就显示出独有的特性,成了制造火箭、卫星不可缺少的原材料。

  到了海边,我们可以看到岸边和水下堆积着大量的砂子。这些砂子跟我们日常生活、工农业生产和科学研究都有密切的关系。最简单地说,房屋建筑、修桥铺路都需要砂子。但把海砂拿来去建房修桥铺路可以说是较原始的运用。因为,海砂中比重较大的矿物是很多的。海砂中含有金子,经淘选,可以找到金子,而且还能选出比金子有用得多的石英、金刚石以及含有大量稀有元素的金红石、锆石、独居石等砂矿。在有的海滩砂子中,矿物要占整个砂子的40%。

  尽管未来世纪中,海洋生物工程会带给制药业和疑难杂病防治新的突破,尽管海洋中的动植物有着挖掘不完的医用潜力,我们目前对之仍所知甚少,全面开发“蓝色药库”还要走一段很长很长的路。

  1965年,美国海洋调查船“阿特兰蒂斯Ⅱ”号在红海进行海底调查时,发现在3个水深2000米以上的深渊里,水温高达60℃,盐度高达300‰。在深渊附近堆积着一种软软的、像泥一样的沉积物。他们取回这种沉积物,经化验分析后,使科学家兴奋不已:沉积物中竟含有大量的黄金、白银以及铜、铁等多种有用金属,科学家把这种沉积物叫作金属软泥。

  现在人们已经发明了几种小型的洋流发电机,发电能力还不大;洋流里的巨大能量被利用的还不到亿万分之一。但是,良好的开端已经有了,将来对于洋流能源的开发一定会越来越多,越来越好。这种发电站永远也不会懂得什么叫“停车”,它会日夜为人类送来光明。

  先让我们想想蒸汽机的工作原理吧。它是利用烧煤的热量使水温升高,变成蒸汽,由蒸汽推动活塞,再带动其他机器工作。蒸汽工作以后,温度降低了,烧煤给它的热能变成为机械能供我们驱使。

  海底煤层像陆上煤层一样,也是由古代高等植物遗体堆积后,在地下经碳化变成的。也许有人会问:海里也能生长树木吗?虽然陆地上生物的大部分门类都在海洋中找到了,但还未在海洋中发现有过树木。这就是说形成煤的植物必须在浅水沼泽的环境中才能繁盛生长。因此,哪里的海底有煤层,就说明那里曾经是“桑田”。只是曾一度上升为浅而淡的沼泽,在含煤沉积层堆积后,经地壳运动而下沉,又沦为海水淹没的“沧海”。海底有煤田正好反映了“桑田”经海翻地震而变为“沧海”的过程。当然,海底煤层原来并不一定都是参天古木碳化而来的,其中也包括芦苇、草藓、蒲草等多种高等植物。

  金刚石是一种珍贵的矿物。原生金刚石常产生在一种黑绿色的岩石中,由于风化和流水的搬运,也会来到沿海岸的砂砾中。金刚石有淡黄、天蓝、深蓝、红或黑等各种美丽的颜色和很强的光泽。金刚石的最大特点,就是坚硬无比,是天然物质中最硬的矿物。因此,在工业上用途很广,除了充当精密仪器的钻以外,在钻探机上专门充当“开路先锋”——钻头。它还能切割玻璃,磨削金属或用来抽极细的硬金属丝 (如灯泡钨丝)。

  海水中含有大量的镁,它主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在。大规模地从海水制取金属镁的工序并不复杂,将石灰乳加入海水,沉淀出氢氧化镁,注入盐酸,再转化成无水氯化镁,电解便可以得到金属镁。制造飞机和快艇的主要材料是铝镁合金。金属镁在这里起了重要作用。镁比铝还要轻,铝中

  海底有煤的原因

  海水里蕴藏着铀,但除了铀之外,海水中还含有别的原子能燃料。

  深海矿产大都是沉积在两三千米深的地方,在深海海底大多是一种红棕色的颗粒极细的软泥沉积。这些软泥沉积物一般都含有一些浮游生物残骸。这种有机体残余的含量如超过软泥的 30%,就根据那种浮游生物的名称来命名,例如叫做抱球虫软泥,硅藻软泥等;如果有机体残余的含量小于30%的软泥就是所谓的红粘土了。

  舀一瓢海水装在瓶内看看,普普通通、平平常常,什么名堂都没有。可是海水在科学家眼里,却不一样。他们能看出海水中的宝贝,并把它们——取出来。

  但是要开采海底石油和天然气,还是要有目的的经过地质调查、地球物理勘探等科学方法来确定海底储油层。

  海水含盐的浓度究竟有多大呢?一般情况下海水中各种盐类的总含量为30%~35‰。其中以食盐为主,到现在,人们已经采用科学的方法大量提取海盐。这些海盐供人们食用的只是很少的一部分。大部分还是作发展化学工业的原料。以食盐为原料,可以生产出许多不同用途的产品,把食盐溶液电解,就能得到烧碱、氯气和氢气等物质。把烧碱加入动植物油中,再放到锅里煮一下,就可以制出肥皂和甘油。植物纤维溶于烧碱后又可以生产出人造丝。氢气和氯气是制造盐酸的原料,将氢气在氯气中燃烧得到氯化氢,再将氯化氢溶于水中就是盐酸。盐酸的用途非常的大,合成橡胶、染料、制革、制药、化肥等的制造和生产,都需要大量使用盐酸。每生产1吨尼龙66就需要0.5吨多盐酸。在有二氧化碳和氨气的条件下,食盐还可以转化为纯碱。纯碱的用途也很大。生产1吨钢,需要10至15千克纯碱;生产1吨铝,需要0.5吨纯碱;化肥、造纸、纺织等工业也都需要大量的碱。

  地球的自转,大陆轮廓和岛屿的分布,海底的起伏,季节的变化,以及江河入海的水量等等,都对形成洋流有影响。

  海藻中许多门类具有抗菌和抗病毒作用。如刚毛藻含有能抑制小鼠脑膜炎和肺炎病毒的活性物质,它还能提取对荧光假单细胞和包皮垢分枝杆菌有明显抑制作用的物质;红藻门类中有许多具有抗菌、抗病毒作用。该门类中有一种藻叫粗茎软骨藻,从中分离出的软骨藻毒,经体外试验对革兰氏阳性菌、耐酸菌及真菌等有抓制作用。

  电解食盐还可以得到金属钠。金属钠质地柔软,在喷气式飞机和舰艇材料的制造上都要用到它。金属钠的过氧化物对解决高山和水下缺氧问题还有独特的作用。它能把人们呼出的二氧化碳吸收,同时又能放出人们需要的氧气。这就能解决深海潜水员、潜艇舱内人员的缺氧问题。潜水员在水下作业就不必带有“长气管的面具”,可以在水下进行较长时间的活动。由此可见,食盐在化学工业上是何等重要。

  地球两极大陆上的冰层在重力作用下断裂而漂流到海洋里来,成为大型的“淡水库”。如果能够将冰山拖到海岸提取淡水,那该是一件多么伟大而诱人的工程呵!

  看到这些数字,你不难想象为什么世界上有那么多国家或地区淡水告急。

  海底石油和天然气

  说到这里,我们就可以算出海水里到底蕴藏着多少原子能了。就拿氘一项来说,就相当于10万亿亿吨优质煤!全世界现在每年消耗的能量折合煤炭是60亿吨左右,以后逐年增加,就算它再增加100倍,到6000亿吨吧,那氘还足够使用17亿年。

  磷灰石结核像鱼籽,也是一种沉积矿产。它大多蕴藏在大陆架的边缘以及深海底,也是人类需要开采的一种矿产。磷灰石主要用来制造磷肥。另外,磷也广泛用来生产火柴、玻璃、食品、纺织、照明器材、医药等。磷在海底的储量约达100亿吨。

  海洋占地球表面积的三分之二以上,大部分的太阳能都照射到海洋里,成为海洋热能最主要的来源。

  氘的氚是产生热核反应的主要燃料,重水是原子反应堆里的减速剂。

  红粘土覆盖了1亿多平方公里的海底,这种粘土沉积速度很慢,每1000年约增长半厘米厚。它含有50%的硅、20%的氧化铝,此外还有氧化铁、碳酸钙、碳酸镁、锰、镍、钴、钒和铜等。铜虽然只占0.2%,但也比陆上火成岩中铜的含量高10倍。如果按红粘土 100米厚计算,那么铜就可能有1万亿吨左右。

  一个国家要发展工农业生产,离开石油是不行的。石油被称为“工业的血液”。展望海底石油,前景远大。据科学家计算,全世界石油总储量为3000亿吨左右,海底石油将近1000亿吨。含油沉积盆地的总面积达1600万平方公里。本世纪50年代,人们开始开采海底石油和天然气,那时因受科学及开采设备的限制,从海底开采出的石油数量是很少的。但到了60年代,全世界约16%的石油和6%的天然气来自海洋。到了 80年代,世界上所拥有的石油有40%来自海底。

  最初在海上钻探石油时,钻机大都设在海岸上,斜着向海底钻井。这就不能向较远的海区发展。后来又发明了一种像码头一样的平台,将平台脚柱固定在海底。但平台造价高,在水深浪大,离岸远的海区也不宜使用。现在,人们普遍采用的是半潜式浮动平台。这种平台安装在浮箱上,工作时浮箱注入水后下沉,平台可以平稳地工作,移动时浮箱充气可以飘浮航行,这种平台性能极好。

  大陆架是陆地在海中的延续,上面铺盖着亿万年来的沉积物。大陆架生物繁盛、蕴藏着极丰富的矿藏,是人类开发海底矿产的重要地区。我国渤海、黄海和东海的大陆架极其宽阔。这里与海岸带的矿产有很多相似之处,海绿石、磷灰石是这里的特产。此外还有橄榄石、磁铁矿、白铁矿、钛铁矿等,都是人类极需要的矿产。不过这一带最著名的还要数石油和天然气。

  按这样不断扩张,海洋的面积是不是会不断增大呢?其实不是这样的。海底不仅可以在某一地带生长,而且可以在另一地带消亡。老的洋底地壳在海沟地带不断向下俯冲到地幔中,并在那里重新熔融与地幔物质混合而消失掉。这样一面生长一面消亡,就产生了新的洋底。因此,地球的年龄虽约有45亿年,大陆上已知的最古老岩石也约产生在40亿年以前,而海洋中至今未发现过比2亿年更老的岩石。以此推论,大约2亿年,顶多3亿年,海洋地壳就有可能全部更新一次。

  波澜壮阔的海洋,汹涌澎湃,喧腾不息,但掩盖不住它所隐藏的无数秘密。随着科学的发展,人们逐渐对“海底龙宫”的构造有了一些了解。人们认为,海底蕴藏的无数矿物宝藏,是由一个海底“炼金炉”炼就的。这个“炼金炉”就像太上老君的炼丹炉一样,几百万年如一日地“炼制”着各种金属。这个“炼金炉”把分散到地壳或地幔中的各种金属集中起来,炼制富集,再喷送到海底适当部位,“浇铸”在岩石中。“浇铸”了金属的岩石又被“传送带”不断向两侧输送,就像工厂自动输送产品那样。这近乎“神话”般的一切到底是怎么一回事呢?

  比方说吧,热带洋面上终年吹着从东向西的“信风”,大量的海水顺着

  海洋是一个天然的聚宝盆,只要我们保护它,合理地开发它,它就会给人类极丰厚的报答。

  海底煤矿是一种很重要的矿产,它的开采量在已开采的海洋矿产中占第二位,仅次于石油。现在世界上有一些发达国家已在常年开采海底煤矿。英国是世界上最早在海底开采煤矿的国家,从1620年至今已有300多年的历史。仅海底采出的煤,就占英国采煤总量的10%。日本也是海底采煤量较多的国家,占全国采煤总量的30%。从海底采的煤有褐煤、烟煤和无烟煤。目前,世界上已探查出的海底最大煤田是英国诺森伯兰海底煤田。另外有些国家也在海底发现了大型煤田。我国渤海湾和台湾省沿岸也发现了较大规模的海底煤田。

  重原子核裂变反应所产生的能量越来越广泛地被运用来发电了。核电站在世界各国的广泛建立,更是大量地需要原子能燃料。因此,蓝色的海洋这个天然“聚宝盆”,它敞开着它那波涛汹涌的胸怀,激励着人们去为开发无穷的资源宝藏而奋斗!

  大型“淡水库”

  太阳不仅给我们带来了光明,而且给我们带来了温暖。

  于是人们又想起了海洋。想方设法淡化海水以满足生活与生产的需要。像中东地区的沙特阿拉伯水贵如油,人们吃、用的水几乎全是由海水淡化而来的。

  碘是人体不可缺少的元素之一,如果缺少了它,人就会得一种“粗脖子”病。如果给病人适当服用含碘药剂,就可以防病。碘在尖端科学和军事工业生产上有重要用途。碘是火箭燃料的添加剂。在精制高纯度半导体材料锗、钛、硅时要用到碘。此外,碘在照相、橡胶、染料工业方面也都有着重要作用。

  洋流沿着一定的方向和路线流动,不是没有规律的,在全世界的大洋里,主要的洋流有几十股。刚才提到的我国台湾东部的“海上河流”就是其中的一股。它的“老家”在太平洋赤道北面附近,先从东向西流,叫做“北赤道暖流”。遇到亚洲东部大陆后,一部分流向东北经过我国台湾和日本群岛的东南,称为“台湾暖流”,因为它的颜色比较蓝黑,所以又叫做“黑潮”。

  蓝色药库

  科学家们计算,在1立方公里的海水中,有2700多万吨氯化钠,320万吨氯化镁,220万吨碳酸镁,120万吨硫酸镁。如果把海水中的所有盐分全部提取出来,平铺在陆地上,那么陆地的高度可以增加 150米。假如海水全部被蒸干了,那么在海底将会堆积60米厚的盐层,盐的体积有2200多万立方公里,用它把北冰洋镇成平地还绰绰有余。

  如果洋流的温度比它流过的地方的温度低,那就是寒流。寒流带来寒冷,暖流却是热的慷慨“施舍者”。

  大洋盆地“炼金炉”熔炼出岩浆后,岩浆沿大陆板块中的裂缝上升喷到地表,就可以在大陆边缘形成带状分布的火山,即岛弧。这时岩浆带上来的很多金属就可以在火山中沉淀下来,形成各种矿产。比较著名的例子是位于太平洋东缘岛弧上的日本“黑矿”。

  到目前为止,世界上生产的镁已有60%取自海水中,全世界海水制镁生产能力已达到250万吨。

  很早以前,我国古代的航海者和渔民们,就已经注意到在我国台湾省的东部水域,有一条很大的深蓝色的“海上河流”,携带着温暖的海水,由南向北流去。说到这里你就明白了,海洋上的“河流”就是洋流。

  “信风”的方向流动,结果就在这里产生了东西方向的赤道洋流。

  无穷无尽的大海能源

  氧化镁经过电解精制,得到金属镁锭,金属镁对人类非常有用。镁在空气中点燃后会燃烧,燃烧时放出大量的热和产生耀眼的白光,利用这个特点,人们用镁制造节日燃放的焰火和照明弹等。金属镁的密度是1.74克/厘米3,比铝轻,用它和铝制成的铝镁合金,可以制造飞机、汽车、火箭等。

  海水里还含有另一种热核反应的轻原子燃料——锂。

  目前,国际上使用的海底采煤的方法是从陆地上或岛上打竖井或斜井,到达煤层后再打平巷开采。开采煤层距离地面的深度现在已达到千米以上。土耳其的一个煤矿深度达到4500米。采煤点离岸边一般仅几公里远,估计近年可达数十公里远。为了采掘更深更远的海底煤矿,有些国家正在研究气化开采法。如英国和日本先把煤点燃,再从一个钻孔中鼓入气化剂(空气氧化和水蒸汽),使煤层发生物理化学变化,如热解、氧化、还原,生成含有甲烷、氢、一氧化碳等可燃气体的煤气,再从另一个钻孔中引出,用管道把它输送到陆地上使用。这种开采法,煤的回收率达50%左右,与陆地上煤矿的回收标准60%基本相近。目前,英国还准备在海底建立煤田气化试验工厂。

  许多难医之病如癌症、艾滋病、心血管以及各种免疫性疾病正困扰着人类,而现存陆生天然药物及化学合成药物的抗癌、抗病毒、抗真菌及免疫调节作用并不理想,因而必须另辟新药途径。

  利用海水温差发电有几个特殊的长处。

  溴是医药工业中制造维生素A、金霉素等药物的原料。在农业上,溴是许多高效农药的原料,如灭鼠灭虫用的薰蒸剂、农田杀虫剂等。我们平时做衣的布匹中加入溴,布匹就不容易燃烧。地壳中99%的溴都在海洋中,因此,它有一个雅号,叫海洋元素。从1926年开始,人们从海水中提取溴,今天世界上80%的溴都是从海水中提取的。

  钾是农作物非常需要的肥料,又是制造焰火,炸药等不可缺少的原料。

  世界各大洋的洋流与船舶航行、气候的变化调节、海洋生物的分布都有密切的关系。洋流还可以用来发电。

  所以说,海水里的氘实在是人类取之不尽用之不竭的能源。

  很早以前就有人提出大胆的设想:“动员”贮存在海水里的太阳能,利用表层和深层的海水温度差来发电。这种利用海水温差来发电的设备,同蒸汽机等普通热机的工作原理是一样的。

  许多深海沉积物可以做为矿产利用,例如抱球虫软泥所含碳酸钙高达95%,是一种制造水泥的好原料。海洋底面积的50%都是这种软泥。所以,即使只用总量的10%来制造水泥,那么在平均厚度为100米的深海沉积中就可以开采出100万亿吨可用材料。

  用锂可以生产氚和氢化锂、氘化锂等,它们都是氢弹里的“炸药”。它们在几千万度的高温下发生热核反应而生成氦,同时放出比原子弹还大得多的能量。1000克氘化锂的爆炸力顶得上5万吨烈性炸药三硝基甲苯。怪不得锂会得到“高能金属”的尊重称号哩。

  近年来,人们又对各大洋进行了大量的地球物理调查,积累了丰富的资料。人们根据这些调查成果提出了一种“海底扩张说”来解释海底的成因。这种学说认为,在大洋中脊区不断涌出岩浆,凝结后变成新地壳,并把老地壳向两侧推开。大洋中脊在世界各大洋中连绵6万多公里,脊的中央有深达千米的断裂谷,就像陡峻的河谷一样。这里的地壳很薄,断裂很容易伸入到地幔区。地幔内部又经常发生热对流,热流上升时使某一部分的地幔物质熔融成为岩浆,岩浆沿断裂上升后固结成岩石。固结了的岩石又重新张开,下面岩流再涌出,这样周而复始连续不断地形成新洋底。新的洋底推动较老的洋底向两侧移动,使洋底也向两侧不断增大。

  海水中的“溴”

  化学元素在海水中的含量差别很大。人们为了方便,根据它含量的多少,大体上分为三类:每升海水中含有100毫克以上的元素,叫常量元素;含有1至100毫克的元素,叫微量元素;1毫克以下的元素,叫痕量元素。人们根据海水中元素的性质,又把它们分为金属元素和非金属元素两大类。金属元素如:钠、镁、钙、钾、钡、锶、铷等。非金属元素如:氯、溴、碘、硫等。

  先把表层温度比较高的海水直接引进汽锅里。汽锅里保持着比较高的真空度,用不着怎么加热,海水就会沸腾而变成蒸汽。然后使蒸汽通过一种专门的低压汽轮机,让它带动发电机发电。推动汽轮机工作的蒸汽,最后经过深层低温海水冷却,又重新凝结成水。这就是说,表层海水比深层海水多含有的一部分能量,现在变成机械能或电能供我们利用了。

  本世纪20年代,德国人魏格纳在分析美洲和非洲的地图时,一眼发现了两个大陆可以像七巧板一样拼合起来。这个发现引起了他的极大兴趣,以后便致力于这项研究,不但发现两边的煤层能连起来,而且发现两块大陆的古生物化石也相同。从大地测量学方面的证据来看,也证明这些大陆原来是连在一起的一整块完整的古大陆。约在Z~3亿年前出现了裂缝,后来就裂开成几块,并漂移到现在的位置,这就是有名的大陆漂移说。这个学说一提出,就遭到许多人的反对,被认为是无稽之谈,就再也没人注意了。到了60年代,地质学发生了深刻的变革,海洋地质学家经过反复考察研究,证实了魏格纳的理论是有根据的。于是“大陆漂移论”这一学说成立了。

  洋底“炼金炉”还发生着另一种洋底造矿作用。“炼金炉”可把岩浆中的金属集中起来,形成一些含金属的热气或热水,像“喷雾”一样,从“炼金炉”炉嘴里喷出来。这些“喷雾”与周围海底的沉积物反应,生成铁的氧化矿物、金属硫化矿物。这些矿产都可给“传送带”向两侧输送,在洋底广阔区域中分布。洋底“炼金炉”的存在,正是为什么太平洋能够出现东太平洋海隆成矿带的原因。

  这些调查方法只能证明海底有没有储油构造,究竟这一构造层里有没有石油,还得靠钻探。钻探将油层构造中的岩芯一段段分析研究油层变化规律、分布情况都搞清楚了,就可以开采了。

  特别值得注意的是,某些药物的化学结构及生理活性为海洋生物所独有。如从岩沙海葵中提取的具有强抑瘤活性、极强血管收缩剂的海生毒素,是迄今所报道的最毒的非蛋白物质。

  不过,话又说回来,利用洋流发电也有特殊的困难。河流上可以修坝建设发电站,茫茫的海洋,一片大水,怎么利用它来发电呢?

  一个十分明显的长处是,它不用石油、煤炭等一类的燃料,这样能避免大气或海洋污染又能源源不断地从太阳那里补充得到能量。

  那么,冰块靠水流推动,地壳上的岩石板块靠什么推动呢?

  在广阔无垠的海洋里,洋流也同陆地上的河流一样,有着一定的长度、宽度、深度和速度——长几千公里,宽几公里到几百公里,深度一般在二三百米左右,流动的速度通常是每小时二三公里,最快可达八九公里,越往深处,流速越小。

  铀的原子核是一种重原子核,原子能是靠原子核的一分为二,也就是靠裂变反应产生的。原子能还可以从另外一类原子的原子核里取得,这就是轻原子核。当两个轻原子核聚合在一起变成为一个比较重的原子核的时候,也会像重原子核裂变那样释放出巨大的能量。这种反应叫做“聚变反应”。因为聚变反应需要有几百万度甚至几千万度的高温,所以又叫做“热核反应”。

  海水的温度不同,盐度不同,它的密度也不一样。密度大的海水不断下沉,沿着海底向密度小的地方迁移;密度小的海水不断上升,沿着海面奔到密度大的地方去填补空缺。这样也会造成洋流。

  “掺”上镁,就是制造飞机和快艇的既轻又坚固的材料。金属镁还可以做火箭的燃料。我们熟悉的信号弹、照明弹和燃烧弹,都要用到金属镁。近年来,金属镁在机械制造工业上,有代替钢、铝和锌等金属的趋势。有人说金属镁是金属中的“后起之秀”。这话不假,确实金属镁很有发展前途。

  科学家神奇地把我们平时刷墙用的石灰乳液往海水里搅拌,海水变得混浊了,成了悬浊液。然后,把悬浊液放在池中,结果沉淀出一种物质,再经过加热,就得到了氧化镁。氧化镁可以用作耐火材料,在水泥、石油精炼、橡胶工业方面都有许多用途。

  拿世界上最强大的洋流——墨西哥湾暖流来说,宽度80到200公里,深度200至700米,每昼夜奔腾120到190公里,流量比全世界陆地上所有河流的总流量还大几十倍。你看,洋流里蕴藏着多么巨大的能量啊!

  溴是一种重要的医用药品原料。大家熟悉的红药水,常用的青霉素、链霉素、普鲁卡因以及各种激素的生产都离不开溴。

  海水经过蒸发后,食盐氯化钠晶体会不断“跑出来”,剩下来的水叫卤水,尝一尝,有些苦,所以,又叫苦卤。每生产1吨食盐,可以得到0.6~1.0吨苦卤,苦卤不是废物,是个宝,因为它里面仍含有镁、钾和溴。科学家对苦卤采取升温或降温,去水或加水,使得在苦卤中的镁、钾和溴在不同时间内先后“跑出来”,人们便得到了它们。

  我国山东省黄县海滨布满了现代的泥沙,见不到任何产煤的迹象。后来,人们在挖井时在地下几十米处发现了褐煤,经地质人员调查确定褐煤形成于老第三纪海滨盆地,煤层一直延伸到渤海底,是一个有价值的煤矿。这个煤矿已经被开采,正为人们的生产和生活提供宝贵的燃料。

  科学家在海水里放上一些酸,让海水酸化,就像人们在汤中放些醋,使它有酸味一样,然后通进氯气。这样一折腾,海水中的溴,就像散兵游勇,失去管束,在海水中游来荡去。这时用空气吹,把它从水中逼出,成为溴一空气混合气体。最后,用吸收剂,像海绵吸水一样,把混合气体中的溴“捉”出来,这种方法叫空气吹出法。用这种方法,海水中的一个宝贝——溴,就被取出来了。

  1978年,科学家再一次在墨西哥近海海底发现多金属软泥时,人们明白在海底深处的金属软泥,是大自然赐给人类的真正“金银宝库”,于是,世界便掀起了一股寻找海底金矿的热潮。人们相继在太平洋、地中海、西印度洋等许多海域发现了多金属软泥。

  在世界现有总水量中,海水约占97%,淡水只占2.53%。在地球的淡水中,深层地下水、两极及高山的冰川、永久性积雪和永久性冻土底共占淡水总量的97.01%以上;而比较容易开发利用的湖泊、河流、浅层地下水等淡水量仅占全球淡水总量的2.99%,大约为104.6万亿立方米。

  工作原理并不复杂,可实现起来就不那么容易了。现在,世界上有的国家已经在筹建这类海水温差发电站。另外,许多国家还提出了不少的更为先进的“海水温差发电计划”。

  就海中元素而言,人们现在提取量最多的还是海盐。大家知道,盐是人不可缺少的食用品,盐还是化学工业的基本原料,所以,人们称盐是“化学工业之母”。

  在日本的北海道西部和本州北部广泛分布着中新世(2500~1200万年前)的成层火山岩。这种岩石中可产出著名的黑矿矿体。黑矿石有3种类型:硅酸盐矿石、黄矿石和黑矿石。这三种矿石都能提炼出铁、铜等金属物。

  我们知道,经河流、风、海浪搬运来的砂子,根据它们本身的比重不同由波浪、海流的分选而富集成矿。所以,滨海砂矿很多分布在河口附近以及沙坝、沙嘴的顶端。因为,这些地方受到风浪、海流的作用,轻的物质被卷走,只有重矿物才能停留下来。一般情况下,人们在某一海滩发现重矿物,那就可以根据海底砂矿去寻找它的来源地——原生矿。同样,在海岸上发现富集的砂矿,那么在地质构造或地形特点与它相同的附近海底也可能发现。例如,东南亚的锡矿就是先在陆上发现,后在海底找到的。

  溴还有很多用处,用它制成的灭害药,可以消灭老鼠;杀虫剂,可以消灭害虫。在工业上它还可以用来精炼石油,制造染料。

  海底的储油构造,上面常被近代沉积物覆盖着,而且还隔着一层厚厚的海水,看不见摸不着,怎么找呢?我们知道,油和天然气都比水轻,它总是顺沿地层中的孔隙和裂缝往上移动。如果这种孔隙和裂缝一直延续到海底的表面,天然气或石油就能钻出缝隙跑到水面上来。如果它能不间断地冒出海面,这就叫“油苗”或“气苗”。这些现象就表明,这一带海域可能是储油构造。

  海底煤田一般沉积在盆地中。海洋中的沉积盆地多是中、新生代形成的。海底煤矿,特别是太平洋西部边缘的煤矿多是在7000万年以来的新生代形成的。日本海底有十多个已经开发的煤田大多数是7000~2800万年前老第三纪形成的,而新三纪的煤田很少。

  主要是风玩的把戏,再有就是由于海水密度的不同。

  随着现代电力工业的发展,利用核反应堆发电需要铀,同样,制造原子弹等核武器都离不开铀。科学家们测算出海水里的铀储量为60亿吨,是陆地上储量的4000多倍。我国有着辽阔富饶的海域,充分利用这一条件,从海水中提取铀与重水,是进一步扩大核原料的来源,加快我国现代化建设步伐的有力保障。

  在海滩上常常见到一些白色透明的颗粒,在阳光下闪闪发光。这些小小的颗粒叫做石英,它的化学名字叫二氧化硅,是含石英的岩石(如花岗岩)风化而来的。它是海砂中的宝物,也是常见的、蕴藏量高的矿物。

  海底矿产

  大家可知道,我们居住的亚洲大陆正在向东南方向移动,澳大利亚却又向北运动。各大洋也在变化着。太平洋在逐渐缩小,到1亿多年后就会变成像地中海一样的陆间海;大西洋却在逐渐变大,将会变成像太平洋一样的大洋。这么说似乎有点“危言耸听”,但这确实是海洋地质学上的新发现。

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