中学生如何保护海洋资源

近海石油和天然气开发

石油天然气资源根据1995的估算，全球已探明海洋石油资源储量379亿吨，天然气储量39万亿立方米。据不完全统计，海底油气资源约占全球油气储量的1/3。据预测，在本世纪，海底油气开发将从浅大陆架延伸到水深1000米的海域。

世界上大部分近海石油存在于大陆架上。据测算，世界大陆架面积约为3000万平方公里，占世界海洋面积的8%。关于海洋石油的储量，由于勘探资料和计算方法的限制，结论也不尽相同。法国石油研究所的一个估计是，全球石油资源的有限储量为6543.8+0万亿吨，可采储量为3000亿吨。其中海洋石油储量约占45%，可采储量135亿吨。

半底平台(用于深水采矿)

波斯湾大陆架上的石油生产较早进入大规模开采，与附近陆地上的海上石油生产一起，供应了战后世界石油需求的一半以上。位于欧洲西北部的北海是仅次于波斯湾的第二大海上石油产区。美国和墨西哥之间的墨西哥湾和中国近海，包括南沙群岛海底，是世界上公认的海洋石油最丰富的地区。

在海洋中勘探和开采石油和天然气比在陆地上困难得多。需要有一些不同于陆地的特殊技术，比如平台技术、钻井技术、油气输送技术等。

工作平台包括固定平台和移动钻井平台。本发明克服了固定平台和木柴不能重复使用的缺点，大大增加了工作深度。移动式海洋石油钻井设备有自己的浮力结构，可由拖船牵引。有的还自带动力设备，可以自己航行。移动式海上钻井设备包括:基座平台、自升式平台、半潜式平台和钻井船。其中，半潜式平台是目前适合深水作业的先进平台，既能克服钻井船的不稳定性，又能在深水中作业。

为了进军深水石油的开发，廉价的深水平台和深水重力平台已被研究和稳定。顶推平台系紧钢缆，工作水深600-900米。后两种平台是从海底直立到海面的固定平台。它们的主要特点是采用减小截面积等技术来降低成本，工作深度可达500-600米。

海洋生物资源的开发

中国海域生物种类丰富多样，已描述和记录的种类超过2万种。海洋鱼类1500多种，高产的有200多种。渔场面积280万平方公里，水产品年产量达2800多万吨，居世界第一。

中国的海洋生物种类比淡水多得多。在记录的3802种鱼类中，海洋占3014种。此外，中国还拥有红树林、珊瑚礁、上升流、河口、海湾、岛屿等各种高生产力的海洋生态系统，对各类海洋生物的繁殖和生长极为有利。

经济学家预测21世纪将是海洋的世纪。“海洋水产生产的农牧业”、“蓝色革命计划”和“海水农业”构成了未来海洋农业发展的主要方向。

海洋水产养殖

它是通过人为干预改造海洋环境，为经济生物的生长发育创造良好的环境条件，同时改造生物本身，提高其质量和产量。具体来说，就是建立育苗厂、养殖场、增殖站，进行人工育苗、繁育、增殖和放流，使海洋成为鱼、虾、贝、藻的农业牧场。中国现在是世界上最大的海水养殖国。随着海洋生物技术在育种、育苗、防病和产品开发等方面的进一步发展，海水养殖业将在21世纪转变为一个高科技产业。

蓝色革命计划

是专注于海洋深处的海水利用。在海洋深处，深层水温只有8℃ ~ 9℃，氮磷分别是表层海水的200倍和15倍，营养极其丰富。当深层水抽上来，有足够的阳光，就会形成一个新的产量翻倍的人工生态系统。温差可以用来发电，也可以直接用于农业生产。美国和日本一直在进行这种人工上升流实验，被认为引发了海水养殖的革命，因此被称为“蓝色革命”。

海水农业

指用海水直接灌溉农作物，开发沿海盐碱地、沙漠、荒地。“蓝色革命计划”是将海水养殖从近海扩展到海洋。“海水农业”是强迫陆地植物“下海”，这与以淡水和土壤为基础的陆地农业有着本质的区别。为了获得耐海水植物，人类正在进行艰苦的探索。除了筛选和杂交育种，他们还采用细胞工程和基因工程育种。这些研究仍在继续。目前已经通过品种筛选、杂交等传统方法获得了可以海水灌溉的小麦、大麦和番茄。

海水资源开发

发达国家沿海工业海水已达90%以上。如果中国也能大力推进海水利用，可以大大缓解沿海城市的缺水问题。

海水直接利用

海水直接利用方面多，用水量大，对缓解沿海城市缺水有重要作用。在发达国家，海水冷却广泛应用于沿海电力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、纺织、船舶、食品、医药等工业领域。日本和欧洲每年约3000亿立方米。目前中国只有6543.8亿立方米。如果海水被积极用作冷却水、洗涤水、稀释水等。在工业方面，发展居民厕所冲洗用水(约占居民生活用水量的35%)，将对缓解沿海城市缺水问题发挥重要作用。

海水直接利用技术包括:海水直接冷却技术，已经使用了80年，是目前工业应用的主流；海水循环冷却技术在国内还处于研究阶段；海水洗涤等技术。与海水直接利用相关的重要技术有耐腐蚀材料、防腐涂层、阴极保护、防生物附着、防泄漏、杀菌、冷却塔技术等。

海水淡化

海水淡化技术，经过半个多世纪的发展，已经成熟。主要的海水淡化方法有:

多级闪蒸(MSF)。单机产能可达45-57000 m3/d，运行温度、产水比、级数分别为120℃、10、40。多级闪蒸除消耗一定量的加热蒸汽外，还消耗4 ~ 5 kWh/m3的新鲜水，用于海水循环和流体输送。

低温多效(LT-MDE)技术是1975在多效的基础上发展起来的，近10年有了很大的发展。单个装置每天可以生产20000立方米的淡水。蒸发温度低于800度，效数一般在12左右。产水量比大于10。除加热蒸汽外，低温多效输送流体消耗电能1.8kwh/m3。

反渗透(SWRO)RO角膜和组件技术已经相当成熟。该组件脱盐率可达99.5%，能耗为3 ~ 4 kWh/m3淡水。SWRO技术具有设备投资少、能耗低、效率高、技术成熟等优点。积累了30年的经验，最有竞争力。

最近，日本Sindelayite公司开发了一种低成本、高效率的新型海水淡化装置。它的外表面是一个不锈钢制成的多孔圆柱体，内部安装了一个由1000不锈钢片制成的管子，外径为156 mm，内径为136 mm，这个管子慢慢扭曲后，由于不锈钢片的位移，内外会形成凹凸不平的层，层间会出现纳米级的缝隙。使用时，先将海水放入结晶装置中，然后施加高频电压进行“处理”。几十秒钟后，海水中的钠离子和氯离子会结合形成细小的盐晶体，这些盐晶体会逐渐成长为大约1微米的颗粒。这些颗粒团聚后，可以形成直径几微米的盐颗粒，很容易被过滤掉。然后将海水放入不锈钢圆筒的容器中，施加一定的压力，这样盐粒就会被挡在管外，其余在压力下浸入扭曲管中的水就是要得到的淡水，盐浓度约为0.067%，氯化镁等矿物质含量是正常海水的一半，是理想的饮用水。

新装置的效率是浸没膜法的3倍，海水的利用度高达95%，所需的电力和维护费用都很低。该公司制造了一台每分钟能生产200升淡水的大型设备。

全球海水淡化日产量已达2700万吨，并且还在以10% ~ 30%的速度上升。目前海水淡化国际市场容量已达20多亿美元，主要被美国、日本等强国瓜分，未来20年将近700亿美元，市场潜力巨大。在许多关于海水淡化的国际会议上，第三世界国家的代表迫切希望中国的海水淡化技术能够进入国际市场，打破目前的垄断格局。

与核能等新能源结合，是海水淡化降低成本，走向规模化的趋势。中国核工业集团公司掌握了低品位核燃料高效利用的新技术。据估计，如果将世界上废弃的低品位核燃料全部利用，可建成300多座20万千瓦的低温核供热堆(我国现有的废料可建成10座)。这些热量全部用于海水淡化，每天可生产2400万立方米优质淡化水，养活2亿多人。核能技术与海水淡化相结合，不仅要求核技术本身成熟，还需要成熟的先进蒸馏海水淡化技术与之匹配，才能更好地显示其技术和经济优势。海水淡化技术与中国核工业捆绑在一起进入国际市场，形成核能海水淡化产业，可以实现核能的和平利用，造福人类。如果我国能占据1/5的核能海水淡化市场，核能供热设备销售产值将为15亿元，海水淡化设备销售产值为480亿元，形成我国具有自主知识产权和国际竞争力的优势产业。

海水淡化在促进海水利用方面发挥着重要作用。虽然沿海工业使用的淡化海水量很少，但其性质很重要。目前，我国海水淡化每年可节约陆地用水约400万立方米，为保证沿海工业生产和居民生活用水的需要发挥了重要作用。目前海水淡化的成本一般在4到5元。如果热电水联产海水淡化的成本能降到4元以下，如果进一步发展海水综合利用，用浓缩海水提取化学元素，淡化成本就会降低。目前海水淡化的成本已经被海岛用淡水和沿海电厂用淡水、纯水所接受。

海水化学品的提取和利用

从海水中提取化学物质是一个前景无限的新兴产业。溶解在海水中的3.5%矿物质，是大自然赐予人类的巨大财富。许多发达国家在这方面获得了巨大的利益。目前我国海水提取化学元素有钾、镁、溴、氯、钠、硫酸盐。但除了氯化钠是直接从海水中提取外，其他元素只从地下卤水和盐田卤水中提取。而且资源综合利用工艺流程落后，产品质量与国际市场差距较大，急需技术更新和设备改造。中国是世界上最大的海盐生产国，年产量近2000万吨；目前，我国仍处于从盐碱工业向海洋化学工业的过渡阶段。经过“八五”和“九五”的技术攻关，我国从海水中直接提取化学品的产业正在逐步形成。世界上有巨量的海水，体积为654.38+0.37亿立方千米，约合654.38+0.37亿吨。海水本身就是一个资源宝库，海水中溶解着80多种金属和非金属元素。海水中的元素一般分为两类:每升海水中含有1 mg以上的元素称为常量元素；含量在1 mg以下的元素称为微量元素。海水中含有60多种微量元素，如2500亿吨锂(Li)，是热核反应中的重要物质之一，也是制造特殊合金的原料。铷(Rb)有180亿吨，可用于制作光伏电池和真空管。碘(I)有800亿吨，可用于医药。常用的碘酒是用碘做的。

海水技术的综合开发

我国的综合提取利用技术与发达国家相比差距较大，但从上世纪90年代开始有了很大进步，从传统的盐卤化学品“老四样”(氯化钾、氯化镁、硫酸钠、溴素)发展到现在的近百个品种。

可进一步开发的项目包括:开发提溴新技术，提高现有地上卤水资源的溴利用率，提高溴质量，降低能耗，降低成本，积极开发高效溴化剂和新型阻燃剂；积极开发利用无机离子交换从海水和卤水中提取钾的技术。该技术的成功可以改造老的盐化工企业，弥补我国陆地钾资源的不足。积极开发高技术含量、高附加值的镁新产品；加强海水提铀技术的研发；加强直接从海水中提取其他化学品的研发，将水、电、热联产与海水综合利用相结合。

海洋能源

海洋能包括温差能、波浪能、潮汐和潮流能、洋流能、盐度差能、近海风能、海洋生物能和海洋地热能。这些能源是储存在海上、海中、海底的可再生能源，属于新能源的范畴。所谓“可再生”，就是可以不断补充，永不枯竭。与煤和石油等不可再生能源不同，它们的储量有限，开采也较少。人们可以通过各种方式将这些海洋能转化为电能、机械能或其他形式的能量，为人类所用。海洋能量大部分来自太阳辐射能，小部分来自天体(主要是月球和太阳)与地球相对运动中的引力。海水中蕴含的海洋能非常巨大，其理论储量是世界各国年能源消耗量的几百倍甚至几千倍。

法国朗斯潮汐电站示意图

加兰海流电站示意图

海洋能有一些特点。一是在整个海洋水体中储量巨大，而单位体积、单位面积、单位长度的能量很小。也就是说，如果你想获得巨大的能量，你必须从大量的海水中获取。二是可再生。海洋能来源于太阳辐射能和天体之间的引力。只要太阳、月亮等天体与地球同在，这种能量就会再生，取之不尽，用之不竭。第三，海洋能可分为稳定能源和不稳定能源。稳定的有温差能、盐度差能和洋流能。不稳定能量可分为规则和不规则两种。有不稳定但有规律变化的潮汐能和潮流能。人们根据潮汐和潮流的变化规律，编制各地每日和每小时的潮汐和潮流预报，以预测未来各时刻的潮汐大小和潮流强度。潮汐电站和潮汐电站可根据预报表安排发电和运行。不稳定不规则的是波浪能。第四，海洋能属于清洁能源，即一旦开发，对环境污染影响不大。

各类海洋能储量巨大，估计在750亿千瓦以上，其中波浪能700亿千瓦，温差能20亿千瓦，洋流能1亿千瓦，盐度差能1亿千瓦。从各国的情况来看，潮汐发电技术已经比较成熟。利用波浪能、盐度差能、温差能等海洋能发电还不成熟，目前处于研究和试验阶段。这些海洋能至今未被利用的原因主要有两个:一是经济效益差，成本高。第二，一些技术问题还没有过去。

核能进行裂变反应的最佳物质是铀，聚变反应的最佳物质是氘。这两种物质大多存在于海水中。

铀是一种高能核燃料，1 kg铀的可用能量相当于2250吨优质煤。然而，铀矿在陆地上的分布极不均匀，并非所有国家都有铀矿，世界铀总储量也只有2×10 6吨左右。但在巨大的海水中，蕴藏着丰富的铀资源，总量超过4×109吨，约为陆地总储量的2000倍。

吸附法从海水中提取铀的示意图

从海水中提取铀的方法很多，吸附法是目前最有效的方法。氢氧化钛具有吸附铀的特性。用这种吸附剂制作吸附器，可以从海水中提取铀。现在海水提铀已经从基础研究转向开发应用研究。日本已建成年产10公斤铀的中试厂，部分沿海国家也计划建设工业规模100吨或1000吨铀的海水提铀厂。如果未来能把海水中的铀全部提取出来，其裂变能量相当于l×1016吨优质煤，比地球上所有已探明的煤储量多1000倍。

重水还是原子能反应堆的慢化剂和传热介质，也是制造氢弹的原料。海水中含有2×1014吨重水，氘是氢的同位素。氘的原子核比氢多包含一个质子和一个中子。氘的化学性质与氢相同，但一个氘原子的重量是氢原子的两倍，因此被称为“重氢”。氢和氧结合成水，重氢氧化合成的水称为“重水”，如果人类一直致力的可控热核聚变研究得到解决，一旦实现从海水中大规模提取重水，海洋可以为人类提供取之不尽的能源。海水中有50亿吨氘，足够人类使用几万亿年。事实上，人类可持续发展的能源问题已经得到了一劳永逸的解决。