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人与海洋

海洋是生命的摇篮,水是生命之源。最初的原始生命在海洋中诞生,最终演化出地球上丰富多彩的生命形式。

海洋是人类资源的宝库,自古就有“龙宫宝藏无数”的传说,这实际上反映了上古人类就意识到海洋在资源利用方面的巨大作用。海洋资源一般可分为五大类:生物资源、矿产资源、化学资源、动力资源及空间资源。

生物资源

海洋能为生物提供广阔的栖息地,海洋在全部深度上都有生物分布。虽然世界大洋彼此相连,但温度、盐度和深度会形成天然“屏障”,所以没有一种海洋生物能适应全球任何一个海域。

海洋中的物种多样性也比陆地上丰富。动物界33个门类中,海生环境中有33个门,含15个特有门;而陆生环境仅有18个门,特有门只有1个。

小贴士

厄尔尼诺和南方涛动

厄尔尼诺是指大尺度的海洋和气候异常现象。历史上的厄尔尼诺指每年圣诞节前后沿厄瓜多尔和秘鲁沿岸出现的一股弱暖洋流代替原冷水的现象。厄尔尼诺发生时,整个赤道东太平洋会略有增暖,造成秘鲁的严重洪涝,非洲东南部、南亚及印度尼西亚的持续干旱。

南方涛动是指热带东太平洋地区与热带印度洋地区气压场反向变化的异常现象。

研究表明,两者关系密切,是大尺度海气作用的集中反映。

浮游生物

游泳生物

底栖生物

图8 海洋生物三大类群

图9 海洋污着生物

图10 海底“黑烟囱”——热液系统

海洋中的生物种类约20万种,其中有2万种植物,18万种动物。

依据海洋生物的生活习性、运动能力及所处海洋环境的不同,可分为浮游生物、游泳生物及底栖生物三大类群。

底栖生物中有一类称为海洋污着生物,通常指藤壶、苔虫、牡蛎、水螅、海鞘和某些藻类,它们附着于船底、浮标、水雷等水下设施表面,造成船体阻力增加、破坏船壳油漆导致锈蚀、损坏仪器、影响声学设备功能。一般通过涂防污漆的方式来减少它们的影响,但又要避免漆中物质对海洋的污染,为此国际船舶界已出版专门的《国际控制船舶有害防污底系统公约》来应对。

人们曾经认为终年不见阳光的漆黑海底不会有生命存在,然而20世纪70年代发现的海底热液生态系统彻底颠覆了人们的认知。这些温度高达三四百摄氏度的热液,就像海底的“黑烟囱”,其周围是高温、高压、重金属浓度极高的极端环境,这里竟然有生物群落!原来,这些生物并不依赖光合作用,它们与海底的微生物有新的合作,利用硫化微生物获取能量。

海洋生物资源非常丰富,但目前只开发利用了约500种,主要集中在渔业和海洋药物两大块。全世界陆地耕地面积所能提供食物的总量加起来还不到海洋所能提供食物能力的千分之一。目前世界海洋捕捞和养殖的区域只占大洋面积的10%,绝大部分海域还是处女地。随着世界人口的膨胀,人类寄希望于海洋解决食物供应问题,希望可以进一步开发富饶的海洋生物资源。

小贴士

浮游生物、游泳生物和底栖生物

浮游生物没有发达的运动器官,无游动能力或很弱,常悬浮水中随水移动;个体很小,须借助显微镜观察其结构,种类多、数量大、分布广,几乎世界各海域都有,比如蓝藻、硅藻、腔肠动物、轮形动物等。

游泳生物有发达的运动器官,能克服水阻力自由游动,大部分能通过我们的眼睛看到,如鱼类、哺乳动物、头足类等。

底栖生物是栖息在潮间带、浅海及深海海底的生物,种类最多,包括了大多数海洋动物门类、大型海藻及海洋种子植物,如海带、紫菜、虾、蟹等。底栖动物种类远多于底栖植物。

图11 南极磷虾

图12 海洋生物

矿产资源

丰富的矿产资源也是人类的巨大财富。海洋矿产资源种类繁多,按海洋环境和分布特征,有滨海砂矿、海底石油、磷钙石和海绿石、锰结核和富钴结壳、海底热液矿物、可燃冰等资源类型。

滨海砂矿开采方便、投资小,是人类开发最早的海底矿产资源。我们熟知的钻石,其90%产自滨海矿区。

图13 深海锰结核

海底石油储量为1 400亿~2 000亿吨,约占世界石油可采储量的45%。其中波斯湾是海洋石油储量最丰富的地区,已探明储量120多亿吨,约占世界海洋石油总探明储量的一半。

锰结核和富钴结壳储量巨大,被称为最有开发前景的深海矿产资源,其中的锰储量是陆地上的180倍,钴是1 450倍,铜是22倍,镍是150倍。

海底热液矿物是一种富含铜、铅、锌、金、银、锰、铁等多种金属元素的新型矿产资源,是21世纪最有希望被率先开发的资源。

图14 天然气水合物分子

还有一种天然气水合物(natural gas hydrate),是由碳氢气体和水分子结合而成的冰晶状固体化合物,分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。因其外观像冰一样,而且遇火即可燃烧,所以又被称作可燃冰(combustible ice),或者固体瓦斯和气冰。虽然发现较晚,但开发利用前景广阔。能形成天然气水合物的海域约占世界海洋总面积的10%,其预估的储量是世界天然气探明储量的10多倍。据称,1立方米的天然气水合物分解后可以生成164~180立方米的天然气,被誉为“高效清洁能源”和21世纪的“绿色能源”,有望成为人类的新型能源。

我国已设计开发成功专业的综合地质调查船“海洋六”号,并且在2017年利用“蓝鲸1”号钻井平台完成天然气水合物的首次试采并取得圆满成功。

图15 “海洋六号”综合地质调查船

图16 “蓝鲸1号”钻井平台

化学资源

主要是指从海洋水体、生物及海底沉积物中开发利用的化学资源。海洋虽然溶解了很多化学元素,但大多数组分的含量很低,提取难度大。有经济价值的仅集中在其中含量较丰富的几类化学元素。常见的有海水制盐及卤水综合利用,海水制镁、制溴、提铀、提碘等。

还有就是通过海洋获取淡水资源,一方面是从漂浮在南极、北极的冰山上直接获得淡水;另一方面则利用海水制淡。海水淡化技术在20世纪50年代得到迅速发展,已成为重要的海洋资源开发技术。发展成熟的海水淡化方法可分为蒸发法、膜分离法和冷冻法三种,前两种方法也是海洋科考船上普遍采用的海水制淡方式。

动力资源

海水运动产生的波浪能、海流能,以及温度、盐度变化产生的温差能、盐差能等,这些能源虽然存在能量分布不均匀、不稳定和能量密度低的缺点,但因蕴藏量大、可再生,是人们目前重点研究的资源利用方向。较有应用前景的是潮汐发电。

空间资源

空间资源是指与海洋开发利用有关的海洋各地理区域的总称。可将海面、海中和海底空间用作交通、生产、储藏、军事、居住和娱乐场所,包括海运、海岸工程、海洋工程、临海工业场地、海上机场、海上仓库和基地、海上运动、旅游、休闲娱乐等。空间资源利用是人类最先发现和最早利用的海洋资源。

图17 海上渔场 DGnBjbBJKBtCF8ke0FaiWZ7POS/BAVbfly3UUHnV4ZKmJwen81pptoSZKMElcdLz

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