在深海中,许多沉积物都可以作为矿产来利用,比如抱球虫软泥中所含的碳酸钙就达95%,是一种制造水泥的好材料,而且海底面积中50%都是这种软泥。因此,即使只用10%来制造水泥,那么100米的深海沉积中就能开采出100万亿吨的可用材料。
在海底,红粘土几乎覆盖了1亿多平方千米,它们的沉积速度相当慢,大约每1000年才能增长半厘米左右。红粘土中含有50%的硅,20%的氧化铝,此外还有氧化铁、碳酸镁、碳酸钙以及锰、钴、镍、铜等。在其中,铜的含量虽然只有0.2%左右,但也比陆地上火成岩中的铜含量高。如果我们按红粘土100米的厚度推算,其中铜的含量也能达到1万亿吨左右。
在这些海底矿产中,有不少是近年来才发现使用的,比如锰结核。这种矿产呈黄褐色,外形有点像土豆,切开后发现里面一层层的又像葱头。这种结核体通常是以贝壳、珊瑚、象牙、鱼骨等为核心,然后将其他物质凝固在周围。不过,它们的生产速度也相当慢,大约每1000年才能长1毫米,有的甚至需要的时间更长。但是,锰结核是一种经济价格很高的海底矿产,它含有锰、铁、镍等20多种元素。据科学家估计,它在太平洋分布的面积为1800万平方千米,含有炼锰钢用的锰4000亿吨,炼不锈钢用的镍164亿吨,炼超硬度钢的钴达58亿吨,还有被普通使用的铜,可达88亿吨。如果人类每年能从太平洋提取出100吨的锰结核,那么久等于提取出来了世界上所需的10%~12%的锰矿和12%~15%的钴矿。
其实,在海底沉积物中,有许多非常富饶的元素,比如碘、金属镭、铁、煤、铀等。1978年,科学家第一次在墨西哥近海海底发现了金属软泥,这也是大自然赐予人类真正的“金银宝库”。很快,世界就掀起了一股寻找海底金矿的热潮。人们相继去太平洋、地中海和西印度洋等许多海域去寻找金属软泥,并且如愿以偿地找到了。
为何深海海底会有这种金属软泥呢?原来,大多金属软泥分布在海底断裂的地带。而当地壳有了裂缝时,海水就从裂缝向地层深处渗透,并溶解了原来在岩浆中的盐和金属,从而变成了含矿的溶液。到了地层深处,在高温的作用下,它们也会变得很热,又会在高压的作用下沿裂缝向上喷涌。在这个过程中,它们又会遇到温度很低的海水,然后迅速沉淀下来,就形成了金属软泥矿。
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在海洋当中,也有很多“河流”,只是这些“河流”与我们在陆地上看到的河流是完全不同的。
很早以前,我国古代的航海家和渔民们就发现我国台湾省的东部海域有一条深蓝色的“海上河流”,它们携带着海水由南向北流去。这些海上的“河流”,就是洋流。
在海洋里,洋流也像陆地的河流一样,也有一定的长度、宽度、深度和速度,它们通常长约几万米,宽上百千米,深处可达两三百米,时速可达二三千米,最快的甚至能达到时速八九千米。但是,越向深处,它们的流速会越小。
海洋上之所以会出现洋流,主要由风和海水密度的不同造成的。如果海上的风总朝一个方向吹,不经能使海洋上产生巨浪,还会推动海水顺着风的方向在浩瀚的海洋中进行长距离的远征。而且风吹的时间越久,带动的海水也越深,也越容易造成洋流。
其次,海水的温度不同,盐度不同,那么密度也会不同。密度大的海水会不断下沉,沿着海底向密度小的地方迁移;密度小的海水则会不断上升,沿着海面奔到密度大的地方去添补。这样也会造成洋流。
洋流的流动也并非没有规律,它们也会沿着一定的方向和路线流动。在全世界的大洋中,主要的洋流有几十股,比如我国台湾东部的“海上河流”就是其中之一。而遇到亚洲东部大陆后,一部分会流向东北经我国台湾和日本群岛的东南,称为“台湾暖流”。而且因为颜色呈蓝黑色,故又名“黑潮”。“黑潮”从日本群岛的东南向东横穿太平洋,到北美西岸时,又分为两股,一股流向北,一股向南又回到赤道附近,这就成了“加利福尼亚寒流”了。
洋流也属于一种海洋能源,但目前利用洋流发电还有一定的困难,因此洋流里的巨大能量目前利用得还比较少。但我们相信,在不久的将来,它们一定会日夜为人类带来光明和能量。
海洋之中的“淘金梦”
美国地质学家认为,大陆上的黄金大多被河流、冰川、洪水等带入了海洋,因此海洋中的金量应该是数目惊人。海洋学家还曾对海水中的含金量进行了仔细分析,结果发现,每吨海水含有0.004~0.02毫克金。按照这个比例,那么全世界海洋中含金总量至少应有1000万吨之多,乐观地估计,甚至可达5500万吨,完全超过了大陆上的黄金储量。
然而,由于各个海洋的地理条件不同,含金量也有一定的差异。比如加勒比海的含金量为达15~18毫克/吨,为一般海水含金量的750~900倍。而我国的渤海、黄海、东海、南海各海域的黄金储量甚至可达15000吨。
培植黄金藻
若能将海洋中的黄金提取出来,那简直是相当可观的一大笔黄金了。但是,由于开采黄金技术和开发费用的高昂,目前从海水中提炼黄金的想法还难以付诸实施,只得望“洋”兴叹了。
不过,美国某公司曾用15吨海水进行了试验性提取,结果提取出了0.09毫克的黄金。虽然数量较少,但还是很令人鼓舞的。
法国和前苏联的科学家也进行过类似的试提取工作,但同样面临的问题是大规模提取耗资的巨大,因此也有得不偿失的感觉。将来如果提取的方法能降低费用的话,那么海水提金的办法肯定能够推广并用于生产。
究竟用什么办法才能更好地从海水中提取黄金呢?科学家们冥思苦想,最终发现,某些海洋生物能够吸取海水中的金属元素,例如,虾的血液中含有铜,扇贝的鳃中富含铁,某些鱼类骨骼中含铅的份量高出海水中含铅量的2000万倍。如果我们能在海水中培植出一种能吸取海水中金元素的某种藻类,并扩大放养,那么到期就收获这种特殊的“黄金藻”,也许就能获取无穷无尽的黄金了!
海底陨石含金
科学家们也分析过陨石中的黄金含量,每吨可得5~10克。据统计,每年大约有3500吨的陨石落降到地面。前苏联科学家认真研究后认为,陨石在降落过程中,经大气摩擦燃烧后,还会有3万吨的微尘落到地面,其中也含有金。这样,每年人类就可以从“天外来客”身上提取到17.5~35千克的黄金。
地球的历史至今已有46亿年,那么一共会有多少黄金降落到地面呢?由于地球上的水域面积大于陆地面积,所以,这许多黄金更可能埋藏在海底,这就是我们尚未开发的处女地。
“黄金星”
在茫茫无际的太空当中,除了陨石当中含金外,还存在一种“黄金星”。这也是科学家们利用特殊的卫星装置探测到的,它可以观察星球的短波紫外辐射,许多重金属的光谱线就是落在短波紫外辐射波段内的。
“黄金星”位于巨蟹星座中的巨蟹K星,巨蟹座则位于狮子座的狮头附近,夏天晴朗的夜里即可望见。星的内部主要由锰构成,表面则是黄金,含金量估计达1000亿吨以上。
据观测,“黄金星”距地球约175光年。如果能用光速太空飞船前往的话,往返一次则需时350年。这颗“黄金星”的体积比太阳要大上3倍,然而遗憾的是,至今还没有办法将“黄金星”作为取金的目标。
动植物吸收金
科学家发现,有机酸的作用下,金可以形成有机螫和物,从而进行长距离的迁移,还可以被植物吸收。
例如,玉米和金银花中的含金量多比较高,通常每吨水木贼中含金量就可达160毫克。风信子也能吸收较多的黄金。因此若能在一些开采黄金的尾砂中种植风信子之类的植物,借此使低品位的金转化为含金量较高的副产品,然后再进行提炼,那么就能达到采金的目的了。此时,这些植物恐怕就真正成为人类的“摇钱树”了。不过,这种方法目前也还处于设想阶段,将来也许能变成现实。
除了植物含金以外,动物也能含金。比如:捷克斯洛伐克一个金矿区内的金龟子,把它烧死成灰以后,测量其体内的平均含金量竟达25ppm(用溶质质量占全部溶液质量的百万分比来表示的浓度,也称百万分比浓度),而生长在不含金地区的金龟子,死灰中的金含量则微乎其微。由此可见,利用生物富金在未来也是可以实现是。
相关链接——海砂的宝贝
砂子是一种我们经常用得到的工程材料,比如房屋建筑、修桥铺路等,都需要砂子。但你可能不知道,海砂中也含有金子,而且经过淘洗,还能选出比金子更有用的石英、金刚石以及含有大量稀有元素的金红石、锆石、独居石等砂矿。在某些海滩砂子中,其中所含的矿物要占整个砂子的40%。
海滩中最常见的是一些白色透明的颗粒,这些小颗粒叫做石英,化学名字叫二氧化硅,是含石英的岩石(如花岗岩)风化而来的。它是海砂中的宝物,也是常见的、蕴藏量高的矿物。
金红石也是一种重要的矿物,从金红石这种海砂矿物里可以提取出制造火箭、卫星所需要的金属钛。钛是一种新的轻金属,异常坚固,抗腐蚀力强,熔点高,硬度与铁差不多,但重量却几乎比铁轻一半。因此,在制造超音速飞机、火箭、卫星、航天飞机时,钛就显示出独有的特性,成了制造火箭、卫星不可缺少的原材料。
金刚石是一种珍贵的矿物。原生的金刚石通常会产生在一种黑绿色的岩石中,但由于风化和流水的搬运,也会混入海岸的砂砾中。金刚石的最大特点就是坚硬无比,是天然物质中最硬的矿物,因此在工业上用途很广。除了可以充当精密仪器的钻外,金刚石还可以用于制造钻探机上的钻头。
锆石矿也是一种极贵重的金属矿物。从海砂中提取的锆石矿需要经过人工提炼,可用来做核反应堆和燃料元件的防护屏。另外,独居石中提炼出的钍经加工后,可以代替铀作为核反应堆的原料,用来发电、制造核武器等。
不过,海砂中所含的矿物质远不止这些,其他如铂、铁、铬、锡、钨、刚玉等,也都是工业建设中不可缺少的宝贵资料。富饶的海洋为人类提供了丰富的矿产资源,只要我们加强对它的开发利用,就能为人类社会的建设增加更多的资源。
地热资源的开发利用
在我们生活的地球上,火山喷出的熔岩温度高达1200℃~1300℃,天然温泉的温度一般都在60℃以上,有的甚至能达到100℃~140℃。这说明,地球是个庞大的热能库,蕴藏着巨大的热能。在地质各种因素的控制下,这些热能就会以热蒸汽、热水、干热岩等形式向地壳某一范围聚集。如果达到能够开发利用的条件,这些热能便成了具有开发意义的地热资源。
地热从何而来
要弄清楚地热的来源,首先还要了解一下地球的构造。
地球是个实心的球体,主要分3层,外部是地壳,厚度各处都不均匀,由几千米到7万不等;地壳的下面是地幔,主要由熔融状态的岩浆构成,厚度约为290万米;地壳的内部为地核,又分为外地核和内地核。
地球每一层温度都是不同的。从地表以下,平均每下降100米,温度就升高3℃。在地热的异常地区,温度还会随深度增加得更快。根据各种资料推断,地壳底部和地幔上部的温度约为1100℃~1300℃,而地核的温度约为2000℃~5000℃。
地壳内部的温度会产生大量的热量,通常认为,这些热量是由地球物质中所含的放射性元素衰变产生的。科学家推测,在地球几十亿年的历史中,其内部由于放射性元素衰变而产生的热量平均为每年5万亿亿卡。1981年8月,肯尼亚首都内罗毕如召开的联合国新能源会议中,技术报告介绍,全球地热能的潜在资源约为全球能源消耗总量的45万倍,地下热能的总量约为地球上所有的煤全部燃烧所放出热量的1.7亿倍。
所谓地热资源,就是以水为介质将地球内部的热量带到地表的温泉水。我国不少地方都有温泉,着名的小汤山温泉就是其中之一。而且,地热也可用于发电,即地热发电。
地热资源的全球分布
就全球来说,地热的分布是很不平衡的。一般来说,明显的地热区主要分布在板块生长、开裂-大洋扩张脊和板块碰撞、衰亡-消减带部位。
环球性的地热带主要有4个,分别是环太平洋地热带、地中海-喜马拉雅地热带、大西洋中脊地热带和红海-亚丁湾-东非裂谷地热带。
环太平洋地热带是世界上最大的太平洋板块与美洲、欧亚、印度板块的碰撞边界,世界上许多着名的地热田,比如美国的盖瑟尔斯、长谷、罗斯福;墨西哥的塞罗、普列托;新西兰的怀腊开;中国的台湾马槽;日本的松川、大岳等,都属于这一地带。
地中海-喜马拉雅地热带是欧亚板块与非洲板块和印度板块的碰撞边界。世界第一座地热发电站——意大利的拉德瑞罗地热田,就在这个地热带中。不仅如此,中国的西藏羊八井和云南腾冲地热田也位于这一地热带中。
大西洋中脊地热带是大西洋海洋板块的开裂部位。这一地热带主要有冰岛的克拉弗拉、纳马菲亚尔和亚速尔群岛等一些地热田。
红海-亚丁湾-东非裂谷地热带主要包括吉布提、埃塞俄比亚、肯尼亚等国的地热田。
除在板块边界部位形成的地壳高热流区而出现高温地热田外,在板块内部靠近板块边界的部位,在一定的地质条件下,也能形成相对的高热流区,它们的热流值大于大陆平均热流值的1.46热流单位,从而达到1.7~2.0热流单位。这样的地区如中国东部的胶、辽半岛,华北平原及东南沿海等地。
历史地热区华清池
我国利用地热的历史比较悠久。早在西周时期,周幽王就在陕西省的临潼县骊山脚下温泉区修建了“骊宫”。到了秦始皇时期,又用石头建筑庙宇,取名“骊山汤”,主要供皇帝妃子等洗澡沐浴用。到了汉武帝时期,又在“骊宫”和“骊山汤”的基础上扩建成了离宫(即别墅)。公元671年,唐高宗励志又将这里改名为“温泉宫”。公元747年,这里被命名为华清宫,也叫华清池。
骊山温泉的水温常年都保持在43摄氏度左右,几个泉眼每小时流出的泉水可达112吨,非常适合人们洗澡沐浴,而且还兼有健体治病的效果。据现代化验显示,骊山温泉中含有硫酸钙、硫酸钠和氯化钾等多种矿物盐,还有由铀蜕变而成的放射性物质。这些物质和人的肌肤接触后,都会产生一层药物薄膜,令肌肤润泽光滑。
解放后,华清池也被修缮一新,并新建了几处男女温泉浴池供人们使用,而洗温泉,可以说是地热最直接和最原始的应用。
地热世界在我国各地都有,光云南就有480多处,福建有150多处,广东有230多处,台湾有100多处,西藏至少有50多处。有些地方的温泉,水温比当地的沸点温度还要高2~3℃。
相关链接——地热的宝地——北京