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第14章 同舟共济——海洋开发(1)

海洋是最大的盐库

也许你会产生一个奇怪的问题:雨水是淡的,河水是淡的,千条江河滔滔奔流,日夜不停地汇入大海,可是亿万年下来,海水却仍然是咸的。那么,海水里的盐分究竟是从哪儿来的呢?

这个问题众说纷纭,目前还没有得出完全一致的解释。但通常有两种说法。一种认为,海洋水中的盐类来自海底。地壳运动引起岩浆由地幔侵入地壳,海底火山的多次喷发,排放出大量的元素和其他化合物,这是海洋水中盐类的主要来源。同时长期浸泡在海洋水中的底基岩,也可以向海洋水提供各种盐类。

另一种认为,海洋水中的盐类来自河流。大陆地壳的岩石,在外应力的风化和剥蚀作用下,水流溶解了岩石中的盐类,然后通过河水和地下水输送到海洋,使海水逐渐咸起来。

实际上,这两种说法都有一定道理,很可能把这两种说法合在一起,就是海洋水中盐类的真正来源。

河水不断地把陆地上的盐分带入大海,海水会不会越来越咸呢?不会。因为从总量上看,河流入海的盐分所占比例较小,加上海洋生物消耗和人类不断从海水中提取盐类,因而大海的盐分基本上趋于稳定,不会有明显的变化。也就是说,与人类有着千丝万缕联系的海洋水,依然会带着它那特有的苦咸味,伴随人类的一生。

海滩寻“宝”

1.海滩上有哪些“宝”

海滩上除了沙子还是沙子,哪有什么宝物可取?不对,海滩上的宝物才多着呢。海滨砂矿就是海滩上的矿床,那里面含有许多贵重的金属,都称得上“宝”。黄金算不算宝?算宝。有一部分黄金就是海滨砂矿中开掘出来的。海滨砂金一般产于近岸线海区的沉没河床和古海滩沉积物中,含金的沉积物就藏在细沙、粗沙和砾石的交互层中。世界闻名的美国诺姆砂金,已有160多年开采历史,金子就藏在粗沙与砾石之间,每吨沙子中可采掘5~10克金子。碰上好运气,1吨沙子可采50克金子。矿主在那里发了大财,成了大富翁。最近在白令海海滨发现好几条沉没河床和古海滩的含金沉积物,含金量非常大。日本东京湾也有含金的重砂矿物。

金刚石算不算宝?算宝。有的金刚石也是从海滨砂矿中开采出来的。金刚石被称为“硬度之王”,比硬质合金的硬度,还高6倍。1粒小的金刚石安装在刀尖上,可以用来划玻璃,作“削玉刀”。金刚石做成的钻头,可以作高速切削工具。金刚石大多是无色透明的。也有发出绚丽夺目的浅黄、浅绿、浅蓝等色彩的,这是贵重的宝石。其中有一种,夜间可以发光,叫做“夜明珠”,比黄金贵几百倍,是宝石中最珍贵的,被誉为“宝石中的皇冠”。

金刚石的产地,最大的是西南非洲奥兰治河的河口上,那里储量最多,大约有2100万克拉。

其他如金红石、钛铁矿是提炼金属的主要矿石,钛具有抗高温(溶点为1960益)、比重小、强度高、耐腐蚀等优点。用钛制成的钛钢、铝钛合金可承受500益以上高温和-100益的低温,加上质量轻、硬度大,是制造超音速飞机、潜艇、卫星、火箭关键部件的优质材料,广泛用于国防工业、航空工业、造船工业上,有“空间金属”的美称。

锆石是提炼锆金属的主要矿石。锆金属除了具有抗高温、耐腐蚀等优点以外,还有一个特性:热中子很难穿透它,所以常用在原子工业上,原子反应堆、核潜艇中轴棒外的保护壳就是用它做成的。一个100万千瓦的原子能发电站每年要用锆20~25吨;3万马力的核潜艇的反应堆要用锆20~30吨。

锆石还是制造高级耐火材料和特种玻璃的配料。无色的锆石变种就成了美丽的宝石。

石英提纯出来的多晶硅和单晶硅,应用十分广泛,钟表上少不得它,精密仪器上少不得它,玻璃、陶瓷、水泥、”金、机械、化工等许多方面都少不得它,但是最重要的还是用在半导体方面。

硅晶管的特点是体积小、重量轻、耐用、省电、灵敏度高,已广泛用于无线电、电子计算机自动化技术等方面。

2.“宝”的形成和开采

也许你会问,既然海滨砂矿开采出来的东西,全是最值钱的“宝”,那就赶快去海滩上挖吧!可不是所有的海滩都能开采,形成海滨矿砂是有条件的。

首先在海滩附近,特别是入河口不远的地方,要有含这些矿的岩石。其次,这些岩石要裸露在地面上,它们经过长时间的日晒夜露,风吹雨淋和冰雪冻蚀,慢慢崩裂成碎块,再破碎成粗细不同的砂粒,大量的砂粒,风吹水洗,散落海底,极少量比重大的坚硬矿物则保留在海滩上,只有这种情况的海滩,才可能取出上面所说的宝物。

可供综合利用的多种矿物,开采价值较高。又由于海滨矿产是一种未固结的矿产,既不需要掘矿井开地道,也不需要炸药爆破,从事大量的剥土工程,开采起来比较方便,世界各国都重视海滨砂矿的探测和开采。据统计96%的锆石、90%的金红石、80%的独居石、30%的钛铁矿、10%的金、5.4%的金矿石都是从海滨砂矿中开采出来的。

不可小窥的滨海砂矿

我国的滨海砂矿储量十分丰富,各类砂矿床191个,总探明量达16亿多吨,矿种多达60多种,几乎世界上所有海滨砂矿的矿物在我国沿海都能找到。具有工业开采价值的钛铁矿、锆石、金红石、独居石、磷钇矿、金红石、磁铁矿和砂锡等。

我国是世界上海滨砂矿种类较多的国家之一。我国华南沿海地区滨海砂矿总储量达2720万吨。辽东半岛沿岸储藏大量的金红石、锆英石、玻璃石英和金刚石等滨海砂矿。我国滨海砂矿类型以海积砂矿为主,其次为混合堆积砂矿。多数矿床以共生、伴生矿的形式存在。

海积砂矿中的砂堤砂矿是主要含矿矿体,也是主要开采的对象。不少矿产的含量都在我国工业品位线上,适合开采。

大海深处的“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。目前选择最有价值的比较好开采的先开采,我们也只介绍三样。

1.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,最大的直径1米,重几百千克。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的金属元素和沉积物带到海洋中经过自身化学沉积而形成的。

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,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“吉卜赛矿工”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”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益,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10%,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。这种地球内部涌出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在海底堆积成矿。

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”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。

关于石油的称谓有很多,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。

大海深处的石油

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。但仅仅有那些遗体做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物遗体便越来越厚。以后,由于地壳运动,堆积物下沉,上面又被岩石盖起来。天长日久,那些生物遗体逐渐分解变成分散的石油。一般来说,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,下有几百米上千米的岩层,怎么会知道哪里藏有石油?

第一,地震勘探。地震勘探的方法是这样的,在海水中,用炸药或电火花瞬间释放大量的热能,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,做出有无石油的判断。

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,就能在哪里得到海底沉积岩的性质、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。

人们是如何开采石油的

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,人们发现陆上石油向海里延伸,就向海里打斜井,这种方法至多只能开采离岸三千米的海底石油。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,实际上是行不通的。

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