书城自然当代科技简明教程
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第29章 当代高技术的八大领域(11)

(二)海洋资源开发技术

海洋资源非常丰富。据初步估算,海底石油储量为1350亿吨,天然气储量为140万亿立方米,预计到2000年后,世界海洋石油产量将达到13亿吨,约占当时世界开采量的50%左右。

海底蕴藏着巨量的多金属结核矿,其中,锰约2000亿吨,镁约160余亿吨,铜约90亿吨,钴约60亿吨,此外还有磷矿、硫化矿、稀有元素砂矿和贵金属矿等,其储量相当于陆地储量的40—1000倍。海洋有潮汐能、海浪能、海流能等再生能源储量约1500亿千瓦。海水中还含有数十种化学元素,海洋水产能提供丰富的人类食用蛋白质。对海洋及其周围环境(大气、海岸、海底等)的丰富资源进行开发,将其潜在价值转化为实际价值,无疑是人类的一项神圣使命。

海洋资源开发主要有海洋生物资源开发、海底矿产资源开发、海水化学资源开发、海洋再生能源开发以及海洋空间利用和海洋环境保护等。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,在海底油气开发、海水养殖、海底隧道、海上工厂和海上人工岛、海洋牧场等方面已取得举世瞩目的成就。比如,目前世界上已经有50多个国家和地区从海洋中开采石油,主要采用深海平台与浮式结构的海面系统、遥控海底采油系统和三维数字地震勘探技术,开采油气水深已超过1000米,各国总的年产量已占世界石油总产量的30%以上。

世界上已建成数条海底隧道。日本1987年竣工的海底隧道,穿越津轻海峡,全长53.85千米,为世界之最。连接英、法两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年正式通车。从1961年以来,全世界的海上人工岛工程已超过400项,日本神户人工岛是目前世界上最大的海上城市,它拥有一个年吞吐量达1800万吨的货码头。日本等国建造的“海明”号波浪发电装置和美国建造的夏威夷温差发电装置,实际上均为浮动式的海上工厂。人们还设想在海底建造采油厂、炼油厂和采矿厂等。

海水总储量约为1.318×10。亿吨,约为地球总水量的97%。经确认,溶于海水中的主要元素近80种,其中有17种是陆地上稀缺的。海水淡化和从海水中提取食盐、钾、镁、溴、铀、氘、锂等贵重资源是海水化学资源开发的两大任务。要淡化海水使其达到饮用水或工业用水的要求并非易事,但由于陆地水源危机已成为世界性问题,因此,以海水淡化为目标的研究开发已受到包括我国在内的近80个国家的极大关注。科威特、沙特阿拉伯、美国、日本等都把海水淡化作为解决淡水供应不足的主要途径。

海水中约80%的盐分是氯化钠,总量约为4亿亿吨,因此,氯化钠是海洋水体中除水之外的第一化学资源大户。发展海盐生产还将带动盐酸、烧碱、氯气、漂白粉等一系列重化工产品的生产。由于地球上99%的溴存在于海水中,故溴有“海洋元素”之称。由于溴大量用于制备阻燃剂和高效灭火剂,供不应求,因此,海水提溴和开发溴系列产品在目前已经成为热门。在海洋水体中的金属元素中,镁的含量仅次于钠。由于镁在现代航空工业和汽车工业中占有重要位置,镁砂又是炼钢炉的耐高温炉衬材料,因此,海水提镁在国外已形成规模生产。更吸引人的是海洋铀储量约为50亿吨,为陆地上储量的4000倍。一些沿海国家从20世纪60年代开始就相继进行海水提铀研究,现已从基础研究转向开发应用研究阶段。日本通产省规划到21世纪初建成年产1000吨铀的海水提铀工厂。

(三)海洋工程技术

海洋的资源开发利用和环境保护治理,需要通过相应的海洋工程才能实现。因此,在海洋资源的开发过程中,海洋工程技术必须相应发展。由于海洋资源的多样性和环境的复杂性,海洋工程往往需要运用包括现代系统工程方法在内的众多高新技术才能实现,同时还必须综合考虑资源一环境一工程的相互影响,才能使海洋工程获得最大的社会、经济、环境综合效益。

海洋工程通常包括海岸工程、近海工程和深海工程三大类。

其中,海岸工程技术包括海岸防护、围海、海港与航道,以及将潮汐能、波浪能等转换为电能的海洋能工程等。深海工程技术最大的特点是由于巨大水深带来的勘探的开采。现在取得的进展主要有潜水器(船)、水下机器人和海底采矿装置三类。

目前全世界有各种载人潜水器约200艘和无人潜水器1000多艘,其中能深潜到2001)米以下在海底进行探测的只有十多艘,分别为美、俄、加、法、日等国所有。日本的一艘“深海6500号”潜水器,创造了下潜6527米的世界纪录。美国的“新海崖号”是美国唯一的一艘能在水下6100米深处独立作业16个多海里的深海调查船。法国的“鹦鹉螺号”下潜深度也可达到6000米左右。

国外研制的水下机器人种类很多,主要用于海底石油勘探平台和采油平台的检修、水下工程建筑和在海底收集样品等。前苏联研制的一台自动海洋机器人,能在水深6000米的深海中工作,曾在协助搜索一艘沉没在挪威海域的核动力潜艇时显示出高度的可靠性。

国外正在研制的适于深海和大洋底部工作的采矿装置主要有链斗式、气压式和水泵式三种类型,其中,一种链斗式的采矿装置已在水下4000米处采集锰结核获得成功。德国在红海水域开采多金属软泥时使用的则是一种水泵式的装置,这种装置采用类似真空抽吸的原理,利用一根2000米长的钢管柱,将搅动的软泥通过真空抽吸沿管柱吸至采矿船上。

二、海洋技术的发展趋势

(一)用于海洋环境探测的遥感、水声和深潜等技术将继续得到发展

各国发射的海洋卫星和气象卫星在星体、遥感设备及轨道设计上,将尽可能满足海洋学上的需要,并形成由太空、大气层、陆地、海面的遥感器组成的立体探测系统。目前,一项名为“全球观测系统”(Eos)的多国合作计划正在实施,它将从太空对全球进行大气、陆地、海洋、生物等方面的综合观测研究,其中涉及海洋的主要有对海冰、海面风、波浪、环流和海洋生物活动的探测。这项计划将持续到21世纪20年代。为该项计划研制的新探测设备共计24种,其中用于海洋探测的有7种微波遥感器和4种成像光谱仪,这些新探测仪器不仅探测范围大,而且精度也有很大提高。此外,激光、专用波等仪器也在海洋探测中得到了广泛应用。

(二)海水化学资源的开发利用将走上综合提取各种有用资源的道路

据有关专家估算,如果按现有的科技水平,只要使海水经过不同吸附剂组合的液固分配富集床,就可以同时捕集10多种稀有元素,所获产品的价值将大大超过成本价。比如,日本提出的发电一淡化一综合提取的联合生产和经营方案,可使物质和能量得到合理使用,并达到有效降低每种单项产品成本的目的。

(三)海洋农牧化将成为海洋生物资源开发的主要内容它包括海洋生物技术、自动化技术、环境工程技术、新型材料、信息技术以及资源管理技术等。通过这些高新技术,特别是生物遗传工程技术的开发应用,可以培育改良品种,使海洋水产养殖的增产能更好地满足人类对食物、药物和工业原料的需要。

(四)海洋矿产资源的开发将进入大规模的商业生产时期如何降低海上开发费用和进行深水和浅海开发将成为海洋技术未来的一个重要发展方向,但其重点仍然是海洋油气开发技术的进一步发展。另外,深海底非燃料矿产的开采加工技术也有待进一步改进和完善。

我国于1997年开始启动海洋高技术计划。计划的重点将放在海洋探测、海洋生物和海洋石油的勘探开发等三个领域,同时也为海洋开发和环境保护提供可靠的技术储备。

思考题

1.怎样理解高技术的概念?

2.因特网的基本功能是什么?什么是“信息高速公路”?

3.现代生物有哪些组成部分?它的发展趋势是什么?

4.本教材中讲述了哪些新材料?试对其中一种进行较详细的说明。

5.什么是通信技术?简要说明通信技术的发展趋势。

6.当代自动化技术有哪几个主要领域?CIMS是怎样工作的?

7.回答以下几个重要事件的发生年代:第一颗人造地球卫星发射成功;人类首次登月;“挑战者号”航天飞机爆炸;我国第一颗人造地球卫星发射成功。

8.试述海洋中的资源状况。