人与自然 系列丛书-第69部分

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威慑力量，足以使人胆战心惊。你知道那里面装的什么“炸药”吗？是铀。核潜艇的推进力量功率高达3万马力，潜航二三个月，航程可达20万海里，它用什么作动力呢？也是铀。功率巨大的核发电站，既不烧煤也不用油，它用什么做燃料呢？还是铀。铀裂变时能释放出巨大的能量，1公斤铀的能量等于2000～3000吨优质煤燃烧时所释放出来的能量。随着核武器与和平利用原子工业的飞速发展，对铀的需要量与日俱增。可是陆地上铀的贮量极其有限，据测试，有开采价值的总共不过100万吨。而海水里含铀浓度虽然不高，但海水极多极多，铀的总量相当可观，达45亿吨。如果能从海水中提炼铀，把这个“宝”取出来，造福人类，那该有多好啊！　
　　对海水中铀的研究，可以追溯到1935年，当时有人测定海水中的含铀量，但没有方法从海水中提取这含量极稀的铀。到70年代能源危机日趋严重，铀价上涨，铀生产国限制输出，那些缺铀国家，急于想扩大铀的来源，海水提铀的研究才被重视起来。许多国家相继成立了研究机构，制定了研究规划，采取了实际步骤，大力研究海水提铀的系统工程。　
　　海水提铀最大的困难是水中含量太稀，提铀成本太高，因此先要想出富集铀的办法。科学家曾研究一种萃取法，它是以磷酸二丁脂作萃取剂，在旋转的圆形萃取柱中与酸化的海水接触进行提铀，每20升海水可获60微克铀。这种方法技术上是可行的，但因溶剂耗费太大，生产困难。后来还研究了起泡分离法、生物富集法、吸附法等，都可以使水中微量的铀富集起来，但或因技术复杂，或因成本太高，或因机械强度不够，正式投入大规模生产条件还不成熟。但总有一天，而且不会太久，海水提铀工业化一定会实现。电（海水发电）海水中有电吗？这些电来自何处？能用来照明、开机器吗？我们说的海水中的电，不是电鳐、电鳗等海洋生物所发的电，也不是开采海下石油、天然气燃烧发的电，而是海水运动所产生的能量转换来的电。它同样可以照明、开机器，它是一种最廉价的电，一次投资，百年受用，取之不尽，用之不竭。　
　　当你伫立海边悬崖峭壁前，会看到汹涌澎湃的波涛，不停地冲打着岩石，溅起千尺浪花。大海好像有着使不完的劲，日复一日，年复一年，从早到晚，不停地拍打着，坚硬的岩石变得千疮百孔。人们作过测试：强波对1米长的海岸线所作的功，每年约10万千瓦小时，强波对每平方米石面冲击力可达20～30吨，最大可以超过60吨。飓风所掀起的大浪，可以把100吨重的岩石抛到20米高的地方，可以把万吨大船推上岸几百米远处。有人作过计算，波浪能量每秒钟为2。7×1012瓦，每年的波能总量为23万亿千瓦小时。海水运动包括水平运动和升降运动，海浪冲击只是水平运动，能量之大，已是惊人，而升降运动所产生的能量更无法估计。前面我们说过的潮汐能，全世界蕴藏着27亿千瓦，若利用起来，年发电可达12000亿度。在热带亚热带海区，太阳直射，90％的太阳能都被海水所吸收，海面温度高达25～30℃，而40米以下的水温只有5℃，这一温差，潜藏着巨大能量，据计算，海水温差能（又称海洋热能）蕴藏有500亿千瓦。　
　　首先提出温差发电方案的是法国物理学家德阿松瓦，第一个用事实证明可以发电的是他的两位学生克劳德和布射罗。　
　　1926年11月15日，在法兰西科学院大厅里，座无虚席，全部目光都集中到试验台两个烧瓶和连着一圈电线的小灯泡上。左边的烧瓶里放入冰块，并保持在0℃左右（模仿海洋深层水温）。当克劳德开动真空泵抽气机抽出左边烧瓶中的空气时，温水沸腾，水蒸汽吹动涡轮机旋转并带动发电机发电。一瞬间3个小灯泡同时发出耀眼的光芒，顿时激起全体观众一阵热烈的掌声。　
　　为什么真空泵抽出烧瓶内的空气，温水就沸腾起来了呢？因为开动真空泵后，瓶里气压便降低，水的沸点也随之降低。实验表明，当水的压力只有大气压的1/25时，水的沸点只有28℃，水便迅速变为蒸汽。高速的蒸汽推动涡轮机转动，涡轮机又带动发电机，便发出电来。通过涡轮机的蒸汽进入左边的瓶子后，被瓶内冰块冷却而凝结成水，所以右边瓶中始终保持着低压，水也不断汽化。这虽然是一个小的试验，但它证明海水温差可以发电。1930年克劳德在古巴建立了世界上第一座水温差发电站，用事实展现出利用海洋热能的广阔前景。　
　　海洋能发电，没有污染，建厂投产以后，长期为人类服务，这是一件大有可为的事业。从目前情形看，海洋温差发电最有发展前途；从技术条件看，潮汐发电、海浪冲击发电已普遍实施，进入商品化生产阶段。发达国家在利用海洋能发电方面各有侧重，美国侧重搞温差发电，英国侧重搞海浪冲击发电，日本侧重搞海浪和温差发电，法国、前苏联侧重搞潮汐发电。　
　　海水中的“宝”，远不止这些。已知海水中含80多种元素，按理说都是“宝”，都可能提取，但毕竟含量稀少提取成本太高。第一次世界大战后，德国曾想在海水中提取黄金，以偿付战争赔款，终因耗费太多而作罢。如果我们能够把海水中的“宝”，都提取出来，人类的富有，将是难以设想的。海底下的“宝”海底下的宝更多，但因为有几千米深的海水，没有特殊设备，人是下不去的。目前只能选择最有价值的比较好开采的先开采，我们也只介绍三样。海底金属团（锰结核）大家听过“锰结核”这个名称吗？它是一种深海底矿产资源。它的外形像土豆，直径一般在1～25厘米之间，最大的直径1米，重几百公斤。颜色多是深棕色或土黑色，里面是层层密实的结核。因其中锰金属含量较高（15～30％），所以叫锰结核。其实叫“多金属结核”更确切一些，有的竟含几十种金属，因此人们又叫它“海底金属团”。海底金属团中最有提取价值的有四种：镍、铜、钴、锰。　
　　锰结核是怎样形成的呢？至今还没有一致看法，有的说来自沉降海底动植物的遗体，有的说自海底火山爆发产生的火山岩石，有的说是河流将大陆上金属元素和沉积物带到海中经过自生化学沉积而形成的。　
　　早在1873年2月18日，美国“挑战者”号船环球考察时，就在北大西洋海底采到锰结核，但没有引起重视。1882年，瑞典“信天翁”号也对锰结核作过某些考察研究，也没有引起足够的重视。直到1959年美国科学家L·梅洛根据“挑战者”号和“信天翁”号等船的考察成果，测算出锰结核所含的金属成份和全世界海洋的大约储量，并提出这将成为铜、钴、镍等金属的新来源，锰结核的地位才愈趋升高，受到许多国家的青睐。现在已有8个跨国财团约100多家公司在从事锰结核的调查和开发。美国、日本、前苏联、德国、法国在这方面做的工作最多。通过大量调查测算，初步估计整个海底锰结核总储量达30000亿吨，以太平洋底最多，达17000亿吨，其中含镍164亿吨，铜88亿吨，钴58亿吨，锰4000亿吨，价值约60万亿美元，这是一个多么巨大的金属宝库啊！　
　　太平洋中北纬6°～20°，西经110°～180°，面积1080万平方公里的区域，锰结核最富集，有的彼此连成一片，被称为“超级海底地毯”、“锰结核的银座”，如果把它们开采出来，可得镍2500万吨、铜1900万吨、钴420万吨、锰47000万吨，价值4120亿美元。不过，锰结核大多分布在4000～5000米深的海底，那里有高达400～500的大气压，如果没有特殊的设备，当然人是下不去的，就是采矿装置要放到那里去，也有许多特殊要求，因为承受这么高的大气压一般的装置在半路上都会成为废品，所以至今还处在试验阶段。美国“吉普赛矿工”专用船，已从9000米深的地方，每昼夜采到16000吨。从近几年的发展趋势来看，进入商品化开采和冶炼的日子为时不远了。




海洋之宝海水中的“宝”　海底金银库（热液矿床）
　　早在1948年瑞典“信天翁”号在红海发现有些地方海底温度高达40℃，那里的沉积物中含多种金属。1963年和1966年美国“发现者”号和“链”号在红海进行更详细的调查，证实了“信天翁”号调查结果，并把这种沉积物定名为金属软泥，它含有金、银、铜、锌、铁等金属。1973年～1974年，美国和法国联合用潜水器在大西洋中脊发现块状热液矿床。1978年美国、法国和墨西哥联合用深潜器在东太平洋好几处海底发现巨大块状热液矿床。其中一个矿体长1000米，宽200米，高35米。铁的平均含量35％，铜10％，矿床总量2500万吨，每吨价155美元，总计39亿美元。从此以后，各国纷纷出动，四处调查，前后在太平洋、大西洋和印度洋发现33处热液矿床。矿床总体积达3932万立方米。由于它们分布范围广，储量大，品位高，不仅含有铁、铜、铅、锌等金属，而且还有珍贵的稀有金属如金、银等，难怪被人们称为“海底金银库”。　
　　海底热液矿床主要形成在大洋中的中脊——海底正在张开的裂谷处。这个地方，地壳最薄，熔融的岩浆从地球内部不断涌出，形成新的海洋地壳。这种地球内部来的物质既含有多种金属，又有很高温度，当它们接近海底表层时，海水通过细小的裂缝向下渗透，与地球内部来的高温物质发生化学反应，其中的金属被淋滤出来，形成富含金属的热液。这些热液从孔隙中喷射出来，成为一座座富含金属的烟筒状堆积体。喷出孔的寿命一般只有几年，喷出的高温热液与冷海水接触，温度便降低，其中被溶解的金属便沉淀海底堆积成矿。　
　　开发热液矿床比锰结核有更多的好处：　
　　①热液矿床一般分布在水深只及锰结核一半的2500米处，矿体是立体的，凝聚在一起，分布密度比锰结核大1000倍。　
　　②形成热液矿床的过程只需几十年、几百年，而锰结核生长速度慢得很，100万年才生长几毫米。　
　　③热液矿床主要形成于大洋中脊，据此，在长达8万公里、宽达数百公里的海岭上都有可能发现，开发前景大得很。锰结核分布虽广，但具有商业开发价值却只有1000多万平方公里。　
　　④热液矿床中含有锰结核所没有的金、银等贵重金属，铜的品位比锰结核约高10倍。而且冶炼比锰结核容易。　
　　总之，无论从技术上还是从经济上看，开发利用海底热液矿床均优于锰结核，所以有人称它为“深海采矿业中的佼佼者”。




海洋之宝海水中的“宝”　海底“黑金”（石油资源）
　　海洋深层有一种叫“黑金”的宝，开采这种“黑金”经济价值最大。它就是从海洋深层喷出来的石油。关于石油的称谓多着呢，有人称它“动力之源”，有人称它“机械之母”，有人称它“工业的血液”，可见它的地位和作用不同一般。石油不仅是制造汽油、煤油、柴油等燃烧物的原料，而且是制造合成纤维、人造橡胶、化肥、塑料、酒精的原料。天上飞的，地下跑的，厂里转的，都得用上它。可以这样说，从陆地到海洋，从地下到宇宙空间，从吃的到穿的，都有它一份功劳。真算得上“宝中之宝”了。　
　　陆地上的石油储量有限，用一点少一点，按现在这个规模开采下去，有人估计，到2000年将用完全部储藏石油的87％，50年内可能全部用光。难怪许多国家都在喊能源危机，都在谋求别的出路。比如改用其他原料作动力，但无论如何，短时间内，石油还是不可缺少的。眼前的办法只有两个：一个叫节流，一个叫开源。节流就是节约能源，让每滴石油充分发挥作用；开源就是寻找新的油源，从地底深层取出更多的石油来。据法国石油研究所的估计，世界石油资源的极限数是10000亿吨，可采石油储量的极限数只有3000亿吨，其中海洋石油为1350亿吨，占总量45％。陆地上的石油已经开采得差不多了，而海洋石油的开采则方兴未艾。所以开采海洋石油，显得更为重要。




海底石油藏在哪里？　
　　几千万年甚至上亿年前，有一段时期，气候比现在还要暖和，海洋中生活的鱼类，以及浮游生物、软体动物等繁殖生长得特别快。据计算，全世界海洋100米厚的水面，仅浮游生物的遗体，一年内便可产生600亿吨有机碳。这些有机碳，就是生成石油的原料。但仅仅有那些遗体作原料还不能形成石油。形成石油还得有三个条件：第一要有储集石油的地形；第二要有保护石油不跑掉的盖层；第三要有有利于石油富集的地质结构。　
　　那些生物遗体重重叠叠堆积在海底，若干年后便被海中沉积物所掩埋。如果这个地区不断下沉，堆叠的沉积物和掩埋的生命遗体便越来越厚。以后，由于地壳运动，堆积物下沉，上面反被岩层盖起来。天长日久，那些生物遗体逐渐分解变成分散的石油。一般说来，藏有石油的地方，上有页岩，是严密的保护盖，不让石油跑掉。分散的石油，没有开采价值。只有富集在一起的石油，成了油“仓库”，即具有“储油构造”的地方，才有开采价值，才能开机打井，让深埋海底的石油喷射出来。　
　　汪洋大海，茫茫一片，到哪里去寻找石油？上有几百米几千米的水层，下有几百米上千米岩层，怎么会知道哪里藏有石油？　
　　科学技术工作者先要对海区进行广泛的地质调查，把可能藏石油的沉积盆地圈出来。这跟公安人员侦破案件一样，先把可能作案的对象圈出来。一般说来，那些沉降幅度大，沉积地层厚的盆地，往往是形成石油最有利的地区。正式勘探，就到那圈定的地方去。勘探的方法最常用的有三种：第一，地震勘探。地震勘探的方法是这样的，在海水中，用炸药或电火花瞬时释放大量的热能，产生人工地震波，当地震波传到海底，遇到不同的物质，就会产生不同的反射波，经电子计算机自动处理，就能绘出各种复杂的地质构造图，作出有无石油的判断。　
　　第二，重力勘探。重力是地球对物体的吸引力和地球自转离心力的合力。在不同的地方，重力自然不相同。重力仪就像一杆秤，能测出极微小的重力变化。把重力仪安装在船上，船行到哪里，就能得到哪里海底沉积岩的性质、厚度、深浅的情况，找到石油埋藏的地方。　
　　第三，磁力勘探。不同的物质磁性各不相同，含铁多的物质磁性强，含铁少的物质磁性弱。海底沉积物下面的基底是由铁镍多的物质组成，通过磁力测量，就能确定基底的位置、沉积的厚度和海底的地质构造，从而分析有无石油可供开采。　
　　这三种方法，各有所长，各有所短，因此大多同时采用，综合分析，以得出较为可靠的数据，但一般以地震探测为主。通过上述方法，还只能间接地确定海底石油埋在哪里，究竟储量有多大，是否有开采价值，还要通过钻探这种直接的方法，才能最后证实。




如何开采海底石油？　
　　海洋石油开发，经历了由沿岸、近海向更深海域发展的过程。19世纪，人们发现陆上油田向海里延伸，就向海里打斜井，这种方法至多只能开采离岸三公里的海底石油。1896年，美国在圣巴纳海峡，用木结构搭一个栈桥，钻机就安装在栈桥上，这样开采石油，只是一个试验，实