书城童书我的第一本地球科学探索发现
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第31章 学科猜想(4)

据统计,近50年人类向海洋倾倒的废物已是早期的20多倍,而且这个增长幅度仍在不断的加大。尤其是来往于大洋间的超级油轮日益的增多,仅仅一次触礁或撞船等事故的发生,就会造成几万至几十万吨以上石油泄漏,严重地威胁着海洋生态环境和海洋中各种生物的生存。一些有害有毒物质长期在这些海洋生物中累积,而这些海洋生物一旦被人体食入,将会导致人类的疾病,影响人体健康。即使没有油轮事故的发生,在卸完油以后,在公海用海水清洗油舱后泄入海里的油垢,约为油轮装载量的1%,而lOO次清洗油舱溢出的石油,就等于发生了一次泄漏事故造成的危害。可见这种不易觉察的污染远远超过发生事故造成的污染,而这才仅仅是污染海洋的一种因素而已。

据调查:海上污染物的 80%来自陆地,陆源污染物向海洋的转移,这也是造成海洋污染的主要根源。陆地上形成的污染物,本应在陆地上处理后有限制地向海洋倾倒。而事实上,大量未经处理的陆源污染物被直接或间接的投入海洋,这种现象愈来愈严重。除此以外,来自大气层中的烟尘和一些化学物质也源源不断地归入海洋,某些国家沉放在深水区的放射性物质也有增无减。

海洋污染是一个世界性问题。一个国家的海域污染了,必然向公海和其他国家的海域扩散,就是说污染既可以由国外“进口”,又可以向国外“出口”。而且“进口”、“出口”都十分自由,免收关税,免办手续。试想想,海湾战争所造成的空前的石油大污染,给全人类带来了多大的损失!因此,保护海洋环境已成为一个世界性的问题了。现在许多国家利用自动分析仪和自动探测仪以及电子计算机进行污染的监测工作,有的还以法令形式规定大型工厂、企业增添排污净化设备,采取切实有效的措施,防止污染。

海洋如同一个社会,各种生物之间,生物与环境之间都是相互依赖,相互制约的。在正常情况下,它是平衡稳定的生态系统。一旦污染增大,超过了它自身净化能力的极限,平衡就要被打破,灾难就要降临到人间。人类应该从错误中尽快觉悟,还海洋本来的纯净,使之真正的造福人类。

前景广阔的地热能

地球和人一样,也有自己的“体温”。根据现代科学的研究成果可知,地球内部是个高温体。从很深的矿井和钻孔得到的资料表明,地球深处的温度是随着深度增加而增高的。从地壳深处冒出的温泉,水温可高达百度;而从地幔喷出的岩浆,温度则高达千度。我们把每深入地下100米,地温增加多少度,即温度随深度而增加的变化速度叫做“地温梯度”。在不同地区,地温梯度有所不同。在我国华北平原,每深入100米,温度增高3℃~3.5℃;在欧洲大部分地区,每深入100米,温度增高2.8℃~3.5℃。

地球蕴藏着这么多的热量,如果用它发电、取暖,造福人类,岂不是天大的好事?这的确是很诱人的课题,目前很多国家已把开发地热能列入日程。但是,地球不是到处都能随便开发的,因为具有利用价值的地热太深了。地热必须经过某种地质过程加以集中,距地面较浅,温度较高时才有开发价值,才能称其为“地热资源”。

温泉、火山就是地热在地表集中释放的现象。地下热水是由于地面的冷水渗入很深的地下,遇到浅层灼热岩体被烤热后,又沿着某些地壳裂缝冒出地表而形成的。在目前的条件下,人们主要是利用地下浅层热水,至于对火山热能的利用那还是很遥远的事。

冰岛是因利用地热而闻称于世的国家。公元9世纪时,人们乘船驶近现在的冰岛首都,远远就看到这个地方的海湾沿岸升起缕缕炊烟,就以为那里一定有人居住。于是就把这个地方命名为“雷克雅未克”,即“冒烟的海湾”的意思。谁知等他们到岸上时,既没看到村落和农舍的炊烟,也没有见到任何人,而是只见许多温泉在不断喷出股股热气腾腾的水柱。从此,“雷克雅未克”的美名就流传了下来。现在,冰岛人不但用温泉洗澡,还用热泉、蒸汽泉为居民取暖,有时还用温泉地热建造温室种菜种水果和花卉。温室中有黄瓜、西红柿及热带生长的香蕉;咖啡和橡胶在这里也生长茂盛。温泉游泳池更是遍及冰岛的城镇和乡村。即使在白雪皑皑的冬季,游泳池也温暖如春。到20世纪,冰岛人开始利用地热发电。

我国利用地热的历史十分悠久。远在西周时,周幽王就在陕西省临潼县骊山脚下的温泉区,修建了“骊宫”。秦始皇时,又用石头砌筑屋宇,取名“骊山汤”,供洗澡沐浴用。汉武帝时,又在“骊宫”和“骊山汤”的基础上修葺扩建成离宫。公元671年,唐高宗李治又把它改名为“温泉宫”。公元747年后改名为华清宫,又名“华清池”。历代王朝在这里大兴土木,就是看中了骊山这个温泉宝地。原来,骊山温泉的水温常年保持在43℃左右,几处泉眼每小时流出的泉水达112吨,最适于人们洗澡沐浴。而且兼有治病的作用,在温泉水源西侧的墙壁上,镶有北魏时雍州刺史元苌写的“温尔颂”碑。大意是说,不论疮癣炎肿,只要长期用这里的温泉洗浴,都可以康复如初。新中国成立后,华清池修饰一新,又新建了好几处男女温泉浴池供人们沐浴之用。洗温泉浴可以说是地热的最直接和原始的应用。

骊山温泉仅是我国丰富的地热资源中一朵小小的奇葩。地热实际上遍布全国。在青藏高原,沿着念青唐古拉山麓向东延伸,是我国地热资源最丰富的地带,地热工作者叫它“喜马拉雅地热带”。在这个地带上已发现400多处多姿多彩的地热活动。除有热气腾腾的热泉和热水湖以及水温高达沸点的沸泉和热喷汽孔外,还有世界上罕见的热间歇泉和水热爆炸等奇妙景象。其中最引人注目的是位于拉萨西北的羊八井盆地,水温高达沸点的热泉很多,有的地面烫得不能坐人,用钢钎向地下只要钻几十厘米深,就会呼呼地冒出蒸汽。当地人称它是念青唐古拉山神的炉灶。现在,那里已经建起了我国第一座湿蒸汽型发电站。

据计算,地球自身每年散出的热量,相当于燃烧370亿吨煤的热量,这个数字是目前世界产煤量的12倍。还有人估计,在地下10公里深的范围内蕴藏的热量相当于目前世界年产煤所含热量的2000倍。这些地热能源正在等待我们去开发利用,以节约其他能源。

岩浆发电

地球的结构好像一只鸡蛋,具有三个主要的层圈构造:相当于鸡蛋中心的蛋黄部分,称为地核;相当于蛋白的那一部分,称为地幔;最外面相当于蛋壳部分,称为地壳。其中,地幔是岩石的熔融体,这一层含有许多放射性元素,能够释放出大量的热能,这些能量连同熔融体,为了调整其平衡,无时不向地壳冲击,地壳就会发生震动。特别是那些地壳比较薄弱的地区,例如深海沟,大断裂带上,震动就大些,也就成为地震的发源地。有时,地幔里的岩石熔融体也会沿着深海沟或大断裂的空隙突围而出,岩浆外溢,甚至造成火山喷发。

岩浆主要由两部分组成:一部分是以硅酸盐熔浆为主体,一部分是挥发组分,主要是水蒸气和其他气态物质。前者在一定条件下凝固后形成各种岩浆岩,后者在岩浆上升、压力减小时可以从岩浆中逸出形成热水溶液,对于成矿往往起很重要作用。也有极少数岩浆是以碳酸盐和氧化物为主的。岩浆的温度往往随岩浆的成分而变化。酸性岩浆的温度约为700℃~900℃,中性岩浆的温度约为900℃~1000℃,基性岩浆的温度约为1000℃~1200℃。既然是高温岩浆,它就蕴藏着巨大能量。能不能在火山喷发前利用地下的高温岩浆为人类造福呢?在科学发达的今天,这一问题早已提上议事日程。

在美国夏威夷群岛上的活火山,经常喷出岩浆,然后以滚滚“红流”注入太平洋,激起的蒸汽热浪冲天而起。美国科学家从热浪中看到了希望,这些蒸汽不正是火力发电厂用来驱动汽轮发电机所需要的蒸汽吗?可不可以用火山岩浆的巨大热能来发电呢?

20世纪80年代初,美国开始进行火山岩浆发电的研究,并在夏威夷岛基拉厄阿伊基熔岩湖设立实验场,进行野外工程试验。1984年,试验旗开得胜,证明地下深处的岩浆中储有大量热能,而且有办法发掘出岩浆中储存的热能,然后提取到地面上来。1989年,美国选定了用岩浆发电的发电厂址,在加利福尼亚州的隆巴列伊地区打了一口6000米的深井,利用地下岩浆发电。其设计思想是用泵把水压入井孔直达高温岩浆,水遇到岩浆变成蒸汽后喷出地面,驱动汽轮发电机发电。计算机模拟表明,从一口井中得到的蒸汽热能发电,可以抵得上一台5万千瓦的发电机组。美国能源部计算后宣称,美国的岩浆能源量可折合为250亿~2500亿桶石油,比美国矿物燃料的全部蕴藏量还多。

日本也从1980年开始进行高温火山岩发电的实验。日本新能源开发机构成功地从3500米深处的地下高温岩体中提取出了190℃的高温热水。方法是在花岗岩体中打两口井,往其中一口井中灌入凉水,再从别一口井中抽出高温热水。每分钟灌入11吨凉水,可连续回收09吨190℃的高温水。1989年,日本新能源开发部又利用高温岩体连续地获得高温热水和蒸汽。他们在相隔35米的距离内钻了两口1800米的深井,以每分钟05吨的流量向一口井中灌进凉水,从另一口井抽出的水就被岩体加热到100℃以上。他们的目标是设法使凉水变成200℃的蒸汽,最终实现发电。

利用岩浆发电能把过去只会危害人类的火山岩浆变成为有用的能源,这是人类用智慧征服大自然的又一个奇迹。尽管岩浆发电目前还处于初始阶段,但它仍然被看做未来能源动力中的一颗新星。

地磁逆转的危害

用过指南针的人知道,地球就像一个大磁铁,磁北极在加拿大,磁南极在南极洲。指南针是一个小永磁体,小永磁体的南极指向地球的北极,小永磁体的北极指向地球的南极。这是它与地球磁场相互作用的结果。但并不是每个人都知道的是:指南针的方向并不是从来都指向南方的,每隔一段时间,它似乎就反向一次。国外科技界把这种现象叫“地球磁场逆转”。

地球磁场逆转是如何被发现的呢?原来,地壳中熔岩流里含有微小的磁性矿物颗粒,它们是无数的指南针或小型磁铁。当岩浆从高温状态冷却到一定温度时,这些小型磁铁会按照当时的磁场方向定向排列并固化,从而留下当时地磁场磁力线方向的物理记录。测定这些被磁化的岩石的生成年龄及其磁化状态,就可以知道当时地磁场的方向和强度。系统地将这些物理记录按地质时代的前后顺序排列,就可发现不同年代地磁场的方向和强弱是不一样的,有的时候地磁场方向会发生颠倒过来的情况。