书城教材教辅青少年科普知识阅读手册——海洋科学知识
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第6章

海滨砂矿是指在海滨地带由河流、波浪、潮汐和海流作用,使重矿物碎屑聚集而形成的次生富集矿床。它既包括现处在海滨地带的砂矿,也包括在地质时期形成于海滨,后因海面上升或海岸下降而处在海面以下的砂矿。海底及海底以下埋藏着丰富的固体矿物,主要包括海滨砂矿和锰结核、海底热液矿等深海矿产。其中海滨砂矿广泛分布于沿海国家的滨海地带和大陆架。世界上已探明的海滨砂矿达数十种,主要包含金、铂、锡、钍、钛、锆、金刚石等金属和非金属。现在有30多个国家从事砂矿的勘探和开采。如美国开采海滨的钛铁矿、锆石矿、金砂矿等;斯里兰卡开采海滨锡砂矿,印度尼西亚和泰国锡砂矿开采水深已达40米以上;澳大利亚目前海滨砂矿的锆石和金红石产量分别占世界总产量的60%和90%;我国工业开采价值的砂矿达13种,主要有钛铁矿、锆石、锆石精、金红石等。这些海滨砂矿的品位一般都较高。钛铁矿的含量为3%~4%;锆石精矿品位的含量为23%~65%;金红石的百分含量为24%~67%;独居石的含量为0.2%~2%,最高达20%~22%;磁铁矿的平均含量为6.3%~7%,矿石含铁量13%~56%;锡石每立方米含锡0.2~1千克,有的局部达10%;金刚石每立方米含0.31~3.68克拉(1克拉为200毫克);金矿每吨砂石含量5.2~50克。

海滨砂矿的分布

海滨砂矿中的稀有、稀土矿产主要分布在热带、亚热带,在温带也有分布。以印度半岛、中国沿海、大洋洲、非洲西海岸和大西洋西岸最为集中,仅印度半岛的储量就达1.278亿吨。金矿和铁砂等贵金属矿产,主要分布在美国阿拉斯加州诺姆等地区。锡砂矿主要集中于东南亚国家热带地区,矿带海陆相连。黑色金属矿中的磁铁矿,主要分布在日本和加拿大,钛磁铁矿分布在新西兰,铬铁分布于美国西海岸;金刚石主要分布于西南非洲沿岸和浅海。

海底隧道

海底隧道是在海底建筑的、供行人和车辆通行的交通通道。海底隧道由于处于被海水覆盖的海底,防止海水渗透对施工提出很高的技术要求。目前世界上已建成数条海底隧道,其中日本1987年竣工的“青森函馆海底隧道”为世界上已建成的最长的海底隧道,它穿越津轻海峡,全长53.85千米,其中海底部分长23.3千米,最深部位在海底100米以下。此外,连接英国和法国的英吉利海峡海底隧道全长53千米,由3条并行隧道组成,1994年5月正式开通,耗资达99亿英镑(约145亿美元)。连接日本和韩国的海底隧道全长235千米,为青函海底隧道的4.35倍。

海底隧道的意义

作为解决交通问题的一种有效方式,海底隧道可以连接隔海地区的铁路干线和公路干线,从而达到扩展铁路运输网,提高铁路运输效能的目的。海底隧道,大大方便了货物运输,促进了经济发展和科学文化的交流。

海底隧道的施工方法

一种是在海底的地下,采用钻机在海床上钻洞;另一种是沉埋管道,即将预制好的钢筋水泥管道敷设于海底,用特制的钢架将其固定在海床上。还有人提出悬浮式设想,即利用阿基米德原理,把特制的管道悬浮在海中加以固定。

在一片汪洋大海的底下开凿一条隧道,确实是一个复杂而又艰巨的工程,无论是勘测、设计、施工,都会遇到一系列的复杂问题,如地质、地形、岩层裂缝、漏水等等。因此,修建海底隧道需要采用现代化的施工和技术设备。

海底隧道的功能

海底隧道大多为铁路交通的组成部分,也有的是城市地铁和汽车的通道。海底隧道也是在海底下的岩层中开凿一条隧道穿过去的。火车从地面上经过引道开入海底隧道,再从对面的海岸引道开到地面上来。从纵剖面图上来看为“形”,中间水平部分即海底隧道,两侧斜坡为海岸引道,上面水平部分为露出地面的部分。有时海底隧道根据地形、地质等具体情况,也不一定完全为水平。隧道的横断面在开凿时为圆形或马蹄形,隧道的底部还可以铺设输油管道和电缆等。有的复线隧道开凿成两个单线的海底隧道。

海底管道运输

海底管道是把海底开采的油气资源通过管道输送到陆地,或者是滨海城市和临海工厂通过管道把污水排入海中,也有淡水输送管道等。目前,我国的海底管道数量还不多,但预计今后的发展速度将会很快。我国海洋石油,随着海底油田的大量开发,输送油气的管道也会相继出现。

海底矿产

海底里蕴藏着许多矿产,有煤、铁、镁、锰、石油和天然气,还有陆地上稀有的金属。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。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。我国渤海湾和台湾省沿岸也发现了较大规模的海底煤田。海底真是个物产丰富的世界!

海底煤矿

海底煤矿是人类最早发现并进行开发的矿产。据统计,世界海滨有海底煤矿井100多口。从16世纪开始,英国人就在北海和北爱尔兰开采煤。这里的煤一般蕴藏在水下100余米深的海底。日本人从1880年就在九州岛海底采煤。加拿大在新苏格兰附近450~500米的海底采煤。土耳其在科兹卢附近的黑海中采煤。山东龙口煤田是我国发现的第一个滨海煤田,其主体在龙口市境内,一部分在蓬莱境内,东西长27千米,南北宽14千米,有煤矿区12处。该煤田探明含煤面积391.1平方千米,探明总储量11.8亿吨。该区近岸海域还有煤矿储量11亿吨。油页总储量3亿吨。另外,在黄河口济阳拗陷东部也发现有煤和油页岩,远景储量85亿吨。

海湾

海湾是海和洋伸入大陆的一部分,它三面靠陆,一面朝海,其深度和宽度都比海洋要小得多。海湾的形状各式各样,有的曲折婉蜒,深深地伸入陆地;有的则比较平直宽阔;有的海湾周围被陆地紧紧包围,只有一个小口与外海相连,如我国山东半岛的胶州湾;有的则胸怀坦荡,张开双臂,与大海溶为一体,如我国北部的渤海湾、东部的杭州湾和南海的北部湾等。

在漫长的历史年代中,海湾的形状和位置都经历了沧海桑田的巨大变迁。就以杭州湾来说,在五六千年前,现在杭州湾所在的区域还是一片汪洋大海。当时的海湾位置要一直伸入到现在的杭州城一带。海湾的北侧是宝石山、葛岭,南侧是吴山、紫阳山等,西面是挺拔的南、北高峰。现在的杭州城当时都还淹没在一片碧波荡漾的大海里。随着时间的推移,由于两侧泥沙不断堆积,沙土淤地不断向外向东推进延伸,海湾的位置也逐渐向东移动,最后形成呈大喇叭口似的海湾——杭州湾。

海湾不仅形态各异,而且大小差别也很大。有的海湾面积比海还大,如着名的孟加拉湾、墨西哥湾等。在航海交通等实际活动中,人们往往把海和海湾混为一谈,没有严格的区别。例如,墨西哥湾是海,但称它为湾;阿拉伯海是湾又把它称为海。

海峡

海峡是海洋中连接两个相邻海区的狭窄水道。如连接我国大陆的台湾海峡,连接亚欧大陆和美洲大陆的白令海峡。莫桑比克海峡是世界上最长的海峡,全长1670千米。连接南海与安达曼海的马六甲海峡,长1080千米。

海峡是地壳运动造成的。地壳运动时,临时海洋的陆地断裂下沉,出现一片凹陷的深沟,涌进海水,把大陆与邻近的海岛以及相邻的两块大陆分开,从而形成海峡。

通过海峡的水流湍急,水上层与下层的温度、盐度、水色及透明度都不一样。海底多为岩石和砂砾,几乎没有细小的沉积物。

海峡的地理位置特别重要,不仅是交通要道、航运枢纽,而且是历来兵家必争之地。因此,人们常称它们为“海上走廊”、“黄金水道”。

海陆风

海陆风包括海风和陆风。当天气晴朗,人们漫步在碧蓝的大海之滨时,会感受到海风迎面吹来,十分畅快。这样的风,多半是海陆风中的海风。冬天,海风会给陆上送来暖意;夏天,海风会给沐浴者带来爽意。

海陆风具有明显的日变化特点:白天向陆,晚上向海。海陆风是发生在没有明显的天气变化的影响、天气晴好的情况下。如有台风、气旋之类的气候影响,那么,无论白天黑夜,风都只能随气候而变化,不能显示出明显的日变化。

海风的方向,自然是由海洋吹向陆地;陆风,则由陆地指向海洋。因此,海陆风的变化与当地海岸线走向和陆上的山脊走向直接相关。

海流

海流是研究人员经常关注的海洋要素。大洋水体有规则的运动为海流。地球表面受热不均匀,赤道附近低纬度地区太阳辐射强、气温高。随着纬度增大,太阳辐射愈来愈弱,气温也逐步降低。到了南、北极便进入了冰天雪地的世界。由于空气的流动,赤道地区气温高,空气上升,向两极方向流动。于是,便在赤道和两极之间形成一个大气环流。这种空气流动就是我们最常见的风。由于受地球自转等因素的影响,原本正南、正北的风向发生了变化,使地球表面形成了风带。

海鳗

鳗鱼全身呈长管状,大都没有鱼鳞和腹鳍,伸着光光的、腻腻的身躯在海中扭动前进,很像蛇。海鳗长成蛇形可以更好地穿行于礁石缝、珊瑚丛,既便于隐蔽,又便于捕食,对自己大有好处。海鳗大都住在礁石缝里或珊瑚丛中,它们白天不敢出来,只在晚上外出觅食。遇到危险时,它们会逃到水面,一边游一边把头和前半部身体露出水面。

海水提钾

海水提钾是从海水中提取元素钾的技术。国外从20世纪40年代开始海水提钾技术研究,目前,英国、日本、挪威、荷兰、意大利等许多国家都建立了海水提钾工厂,中国自20世纪70年代开展海水提钾研究,发展了以天然无机交换剂为富集剂提钾工艺流程,80年代发展了“半冠醚”型有机分子海水提钾工艺,大大降低了生产成本,后又发展了天然沸石叠加吸附工艺流程,年产吨氯60化钾和年产500吨氯化钾的扩试装置已投入运转,使中国海水提钾技术达到世界先进水平。

海水的直接利用

海水直接利用主要包括海水冷却和生活用海水,是直接采用海水替代淡水的开源节流技术,具有替代节约淡水总量大的特点。可以置换工业冷却用水和冲厕用水,促进水资源结构的优化。

冷却海水一般采取两种方式:一是间接转换冷却,包括制冷装置、发电冷凝、纯碱生产冷却、石油精炼、动力设备冷却等;二是直接洗涤冷却,即海水与物料直接接融,在使用海水作为冷却水的技术中,海水对设备、管道的腐蚀、结垢、海洋生物附着造成管道阻塞、泥质浅滩海岸的泥沙淤塞、海水水质污染等会给被冷却的装置带来不利影响。为了克服海水对设备装置的腐蚀和生物附着等问题,人们采用了许多新材料、新技术,不断扩大海水的利用范围。随着世界淡水危机的加剧,海水直接利用的规模正在不断扩大,尤其是新型防腐涂料的大批出现,防腐技术的迅速提高,防海生物附着的方法和措施日臻完善,大大推动了海水直接利用的进展。

海渊的成因

科学家试图从研究地震入手,解释深海沟地区的运动问题。如同锅中的水经过反复加热,锅底的水受热后发生膨胀,体积增加密度变小而变轻,轻的部分就上升;同时,上面的冷水就会下降。地球内部的物质对流也是如此,地幔下面温度高的物质发生热膨胀后,就会像热锅中的水那样产生热对流,使热物质上升。这股上升的热物质流,产生巨大的向上冲力,造成大洋海岭中央部位裂开,形成裂谷带和断裂带。进一步扩散的地幔流产生横移,在大洋边缘部位与大陆相碰撞,以后就在那里下沉,从而完成了一个大循环。而温度相对较低的地幔流下降时,地壳也随之被带动产生凹陷,结果在大陆边缘部位产生了深海沟那样的凹地。

海藻的价值

海藻具有很高的工业、农业、食用及药用价值。巨藻是很重要的工业原料,不但可以从中提取或用于制造碘、钾、褐藻胶、甘露醇、甲烷、乙醇、轻油、润滑油、石蜡、橡胶、塑料等多种工业产品,而且它可作为一种新的生物能源。美国的海洋科学家曾在离太平洋沿岸城市圣地亚哥大约100千米处建立了一个水下种植场,在12米深的海水中,人工移植了一种巨型褐藻。这种海藻一天能生长60厘米并含有丰富的有机物质。只需借助于细菌就可以很容易地把这些有机物质变成可燃气体——甲烷,还可以采用简单的加热办法把它们变成“类石油”产品。根据有关专家计算,一个面积为4108平方米的水下种植场,能够为一个50000人口的小城市提供全部用油。一个延伸750千米的大型海藻种植场所提供的甲烷,足够顶替美国目前使用的所有天然气用量。目前,美国能源部与太阳能研究所正在扩大实验,在水池中灌注海水培养这种单细胞的海藻,用来直接炼制汽车用的汽油与柴油。

海洋化学资源

海洋化学资源是以各种经合物形态存在于海洋水体中的有用物质。现已发现的海水中化学物质有92种,其中氯、钠、镁、钾、硫、钙、溴、碳、锶、硼、氟等11种元素占海水中溶解物质总量的99.8%~99.9%。其他物质含量甚微。据估计,可以从海水中提取的化学物质约60种,但提取成本很高,除食盐外,目前达到一定商业生产规模的只有钾、镁、溴和碘等物质;海水提铀,海水提重水(氢的同位素与氧的化合物)还处于试验阶段。此外,通过海水淡化,从海水中直接获取饮用水的技术日渐成熟,海水淡化生产也达到一定规模。

海洋开发

海洋开发是海洋及其周围环境(大气、海岸、海底等)的资源开发和空间利用活动的总称。人类通过海洋开发,把海洋的潜在价值转化为实际价值,为人类的生存和发展创造了条件。根据海洋资源和海洋环境的性质,海洋开发活动分为海洋生物资源开发、海底矿产资源开发、海水化学资源开发、海洋再生能源开发、海洋空间利用和海洋环境保护等类型。自20世纪60年代以来,世界海洋开发规模不断扩大,开发范围从浅海向深海延伸;开发项目从单项向多项开发;立体开发发展30年来,人类在海底油气开采、深海矿产资源勘探和评估、海水增养殖、海底隧道及海上人工岛等一类的海洋空间利用方面取得举世瞩目的成就。

海洋开发技术