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第24章 海洋资源(3)

有资料表明,在北纬45°以北至南纬50°以南这一宽阔的纬度带海域内,均有磷钙石的广泛分布,美国的加利福尼亚近海区磷钙石结核的覆盖面积达1.5万平方千米,储藏量达10亿吨以上。此外北美东部的大陆边缘的宽阔海域,也是磷钙石的富集地。此外,墨西哥、智利、新西兰、日本、印度等国海域也有富集的磷钙石分布。

海绿石

海绿石含有钾、铁、铝硅酸盐等矿物,氧化钾含量占4,—8%,二氧化硅、三氧化铝和三氧化铁的含量约占75,—80%。

海绿石颜色很鲜艳,有的是浅绿色,有的是黄绿色或深绿色。海绿石形态各异,有粒状、球状、裂片状等。海绿石富含钾、铁等盐矿物,颇具经济价值。

海绿石是提取钾的原料,可做净化剂、玻璃染色剂和绝热材料。海绿石和含有海绿石的沉积物还可做农业肥料。海绿石广泛分布于100—500米深的海底。

白云石是一种普通的矿物。白云石一般存在于石灰石和沉积岩中。

白云石能在遇到热盐酸时生成气泡。白云石蓄积铅、锌和银,是炼镁和冶金工业的主要原料,也是玻璃、耐火砖等建筑材料生产中不可缺的材料之一。2000年前,法国自然科学家雷姆为之取名为“白云石”。他当时在意大利考察,发现了一条起伏不平的山脉横亘在蓝天下,全是浅白色的岩石,像一片白云,雷姆遂给这片岩石起名为“白云石”。

海底软泥

英国海洋考察船“挑战者号”,在1872—1876年的环球探险中’在各大洋的海底,多次发现了深海软泥。探险科考队员们根据各种软泥的不同特性对其进行了分类,分别命名为抱球虫软泥、放射虫软泥、硅藻软泥、翼足类软泥、金属软泥等。

抱球虫软泥呈乳白色或黄褐色,约占洋底面积的35%,覆盖在海底高原、海底山脊等水深相对较浅的海底。这种软泥的主要成分是海洋生物的石灰质壳体,其中以抱球虫为最多,约占30%。由于这种软泥的碳酸钙(°Ca°C(A)含量丰富,它被广泛用于制造建筑用水泥粉。

翼足类软泥

翼足类软泥以翼足虫和变形虫壳体为主要成分。这类软泥存于热带和亚热带洋底,散布于深海底部的珊瑚礁岛及海底山脊处,占大洋总面积的1%左右。

硅藻软泥

硅藻软泥的主要成分为浮游硅藻的硅介壳,是硅藻遗体沉积而形成的,二氧化硅含量丰富,呈草黄色或灰白色。硅藻软泥多分布于寒冷海区的洋底,常夹杂着浮冰带来的陆地岩石碎屑。它的分布约占洋底面积的9%,硅藻软泥被广泛用于隔音绝热材料的制造上。

放射虫软泥

当深海红黏土中的放射虫蛙质壳的含量超过20,’就被称为放射虫软泥。放射虫软泥仅分布于低纬度海底,在太平洋呈东西带状分布,而大西洋、印度洋贝少见。

金属软泥矿是40多年来海底矿床研究的重大发现,它引起了世人的广泛。

1984年,瑞典“信天翁号”船在红海航行时发现苏丹港至东北岸吉达中间的海水温度异常,较同纬度海水温度高。在20世纪60年代国际印度洋考察期间,他们在红海深约2000米的海洋裂谷中,发现了4个富含重金属和贵金属的构造盆地,他们将其命名为:“亚特兰蒂斯!号”海渊、“发现号”海渊、“链号”海渊和“海洋学者号”海渊。总面积约85万平方千米,其水深都大于2000米,海底沉积软泥中金属元素含量特别高,覆盖沉积物的海水含盐度也很高。那里的水温异常,底层水温高达56°C,水中的含矿程度比一般海水高1000多倍。软泥中含有大量的铜、铅、锌、银、金、铁和铀、钍等元素。而这些软泥多分布于红海中部的强烈构造破碎带上,它们的生成与地震和火山的活动有。

钴呈灰白色,它的化学性质像钛,可用来制作特种钢和超耐热合金,也可以做玻璃和瓷器上的蓝颜料。钴作为一种特殊金属元素可用于代替镭来治疗恶性肿瘤。此外,它在工业上也有广泛应用。

美国和德国共同于1981年在夏威夷以南的海底发现了钴、镍等资源。钴矿源集中在800—2400米深处海底高原的斜坡上。以太平洋为中,各大洋的海底均不同程度地蕴藏着钴矿。其中仅在美国西海岸的200海里的海域内,蕴藏量就达4000万吨。丰富的钴矿蕴藏量为人类开发利用钴元素提供了广阔的平台。

猛结核

锰结核是海洋中重要的矿藏,它含有锰、铜、铁、镍、钴等76种金属元素。世界大洋猛结核矿的总储量约有3万亿吨,仅在太平洋的储量就达1.7万亿吨。如果把海洋中的锰结核全部开采出来,锰可供人类使用3.33万年,2+53年,34年,980年。

且锰结核还以每年1000万吨的速度在生长。

人类利用海洋的下一步重点将放在如何去开发使用这类锰结核矿上,以解决现在普遍存在的矿产短缺危机。

锰结核的发现

1872年,英国“挑战者号”海洋考察船在海洋学家汤姆森教授的带领下开始了环球考察。1873年2月18日,“挑战者号”航行到达加那利群岛的费罗岛附近海域,用拖网采集取样时,发现了一种类似鹅卵石的黑色硬块。它的形状类似马铃薯,颜色为黑色,直径为1—25厘米。汤姆森将这些海底矿样当做一般样品封存了起来,这些样品并未引起“挑战者号”科学家们足够的重视。海洋学家将这些样品存放在大英博物馆。后来,经地质专家的化验分析,这些黑色“马铃薯”是由锰、铁、镍、铜、钴等多种金属的化合物组成的。剖开来看,发现这种团块是以岩石碎屑、动植物残骸的细小颗粒和鲨鱼牙齿为核心,呈邴圆状一层一层长成的,专家们遂将这些团块称为“锰结核”。

锰结核的分布

锰结核分布在大洋中水深2000—6000米的海底。在太平洋纬20°—60°,西经110°—180°之间的海域广泛分布着,其宽度约200千米,总面积为1080万平方千米。这个海域大约75%以上的海底为锰结核所覆盖,其密度为10千克/平方米。

现在人类科学家们已攻克了开采、冶炼锰结核的技术难关,人类从此便没必要担心锰、铁、镍等几种金属矿产不足的情况发生了。

热液矿

1981年,美国科技工作者在太平洋东部厄瓜多尔附近的海域底部发现了热液矿藏,这一发现吸引了全球地质学家的目光。这个巨型热液矿床处在2400米的海底,在长1000米、宽218米的范围内,储藏量竟达2500万吨。科学家们经过分析化验发现这种矿富集铜、铁、钼、钮、银、锌、镉等元素。这实在是人类地质科考中令人惊喜的大发现。

热液矿的优点

热液矿具有非常大的吸引力。首先,热液矿在海平面下3000米以上,便于开采;其次,热液矿单位面积产量高,要超过锰结核千倍,含有贵金属也多,具有更大的诱惑力;第三,陆上已有与热液矿相似的矿床,金属提炼方法成熟,技术难度小;第四,太平洋大洋中脊的位置离美国近。所以,美利坚的投资者们对热液矿产生了浓厚的兴趣。

巨大的海洋能源

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°C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荡和摇摆运动;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,包括振荡水柱式装置、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1/3。其次是浙江、广东、福建和山东沿岸也较多,在160—205万千瓦,约为706万千瓦,约占全国总量的55%,其他省市沿岸则很少,仅在143—56万千瓦。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,资源蕴藏少。

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、岸滩较窄,坡度较大等优点,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/平方米)、龟山水道(23.9千瓦/平方米)、西侯门水道(19.1千瓦/平方米),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/平方米)、三都澳三都角(15.1千瓦/平方米)。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(35%°C盐度)和河水之间的化学电位差有相当于240米水头差的能量密度。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为1.7x1012—1.8x1012立方米,各主要江河的年人海径流量为1.5x1012—1.6x1012立方米,据计算,我国沿岸盐差能资源蕴藏量约为3.9x1015千焦耳,理论功率约为1.25x108千瓦。

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1.156x10s千瓦,其中东海沿海占69%,理论功率为0.86x108千瓦。

(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。

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