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出的电,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。
当你立在海边悬崖峭壁前,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:强波地1米长的海岸线所做的功,每年约10万千瓦小时,强波对每平方米的石面冲击可达20~30吨,最大可以超过60吨。飓风所掀起的大浪,可把100吨重的岩石抛到20米高的地方,可以把万吨大船推上岸边几百米远处。有人作过计算,波浪能量每秒钟为2.7×1200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,年发电量可达12000亿度。
在热带海区,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℃(模仿海洋深层水温)。当克劳德开动真空泵抽水机抽出右边烧瓶中的空气时,温水沸腾,水蒸气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,瓶里气压变低,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",都可以提取,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,以偿过战争赔款,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"几百千克。颜色多是深棕色或土黑色,里面层层密实的结核。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、钻、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,有的说来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洋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,测算出锰结核所含有金属成分和全世界海洋的大约储量,并提出将成为铜、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,价值约为60万亿美元,这是一个多么巨大的金属宝库啊!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"吉普塞矿工"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。
(2)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%,那里的沉积物中含有多种金属。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、铁等属。1973~1974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1000米,宽200米,高35米。铁的平均含量35%,铜lO%,矿床总量2500万吨,每吨价值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和金、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即含有多种金属,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的堆积体。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热液矿床主要形成于大洋中脊,据此,在长达8万千米、宽达数百千米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的却只有1000多平方千米。
③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"。
(3)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,有人称它为"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,都用得上它。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,总有一天会全部用光,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。据法国研究所的估计,世界石油资源的极限数为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50亿吨,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。