书城科普读物科学奥秘丛书-美妙的蓝色世界
45616200000006

第6章 巨大的水库(1)

地中海位于亚、欧、非三大洲之间,宛如一个巨大的水库,镶嵌在陆地之中,东西长约4000公里,南北最宽约1800公里,总面积达250万平方公里,是世界上最典型的陆间海。

地中海中有许多半岛、岛屿、海湾和海峡。北部的海岸线十分曲折,南欧三大半岛向南突入海中,南部的海岸线则比较平直。地中海有西西里岛、撒丁岛、科西嘉岛、克里特岛、马耳他岛等众多岛屿。

地中海的平均深度为1500米,最深的地方达4594米,海底地貌起伏不平,海岭和海盆交错分布。一般,以亚平宁半岛、西西里岛到非洲突尼斯一线为界,分为东、西两部分,东地中海的面积要比西地中海大得多。

西地中海在科西嘉岛和撒丁岛以西的海域,叫做巴利阿里海;科西嘉岛和撒丁岛以东的海域,称为第勒尼安海。

东地中海与西地中海一样也被半岛和岛屿分成若干海域。亚得里亚海位于亚平宁半岛和巴尔干半岛之间,形状狭长,海水较浅。从亚得里亚海过奥特朗托海峡往南是爱奥尼亚海,海盆宽广,深度较大,一般水深3000~4000米,地中海的最深点就在这个海域。巴尔干半岛与小亚细亚半岛之间是爱琴海,海岸线曲折,岛屿星罗棋布。小亚细亚以南为利万特海。

地中海的北岸是南欧高峻的阿尔卑斯山系,南岸是非洲干燥的撒哈拉沙漠,注入地中海的大河只有非洲的尼罗河和意大利的波河,仅占地中海水总补给量的5%。地中海所处地区是地中海型气候,夏季炎热干燥,蒸发十分强烈,蒸发量大大超过降水量和河水的补给量,据计算,一年之内,蒸发可使海水面降低1.5米,如果封闭直布罗陀海峡,地中海将在3000年左右完全干涸。但是,地中海至今依然“活”着,这是因为它有特殊水体交换的缘故。

地中海海水的含盐度较高,而临近的大西洋水含盐度较低。盐度高的地中海海水比较重而下沉,从直布罗陀海峡底部以168万立方米/秒的流量流入大西洋;盐度低的大西洋水比较轻而上浮,通过海峡以175万立方米/秒的流量注入地中海。两股方向相反的海流,大致在海峡125米处分界,上下分明,互不干扰。这样,地中海从大西洋多“赚”了7万立方米/秒的水,补充了因蒸发而损耗掉的水分。地中海东面通过土耳其海峡与黑海海水也有类似的水体交换,不过比通过直布罗陀海峡的水体交换量要小得多。

在交通方面,地中海具有十分重要的意义。它西经直布罗陀海峡可通大西洋,东北经达达尼尔海峡、马尔马拉海和博斯普鲁斯海峡与黑海相连,东南经苏伊士运河出红海可达印度洋,所以,地中海是欧、亚、非三大洲与南欧、北非各国之间联系的纽带,也是沟通大西洋与印度洋的交通要道。地中海早在古希腊和古罗马时期运输已相当发达,今天依然是世界上运输最繁忙的水道之一。

海洋里冒出来的“淡水井”

古往今来,很多海上遇难者都是因为缺乏淡水而丧生的,因而有了关于“海井”的种种传说,希望航海者能从海井中喝到甘甜的淡水。而我们还要从一个实实在在的故事说起。

在美国佛罗里达半岛以东距海岸不远的海面上,有一块直径约30米的奇特水域。它的颜色与周围海水不一样,仿佛深蓝色布上染了一块圆圆的绿色;摸一摸,它的温度与周围的海水也不一样;掬起一汪尝尝,嗬,真清凉,一点儿也不咸。这可就怪了,在这汪洋大海之中怎么会出来这样一口界限截然分明的“淡水井”呢?

直到过了很长时间,这一奇特现象才被弄明白。原来,这是陆地赠给海洋的礼物。科学研究发现,这块奇特水域的海底是片锅底似的小盆地。盆地正中深约40米,周围深度在15~20米左右。盆地中央有个水势极旺的淡水泉,不断地向上喷涌着清如甘露的泉水,就像我国济南市大明湖里的趵突泉一样,昼夜不停,永不枯竭。而且,这个淡水泉中涌出的水量为每秒40立方米,比陆地上最大的泉还要大得多。这股泉水就这样在海中日喷夜涌,出咸水而不染,在风力流的影响下,从泉眼斜着上升到海面,形成了奇妙的海中“淡水井”。

按照我们的常识,只有陆地上才有淡水,那么,海中怎么出了“淡水井”呢?查来查去,找到了淡水井的来路。原来,是地下径流流入海底,又从泉眼喷出。地下径流难以数计,不难想象,茫茫大海上,决不止就佛罗里达东海岸这一眼“淡水井”了。

人类与海洋

海洋中蕴藏的巨大资源给人类带来了希望,为了开发这块“宝地”,人类正在不断地苦苦思索。

与此同时,随着海洋的开发,也带来了海洋环境污染的严重问题。凡是人类活动产生的一切废弃物总是直接或间接地以各种形式侵入海洋,并最终在海洋中找到归宿,所以,有人把海洋称为巨大的“垃圾桶”。如今的海洋,油污在不断扩散,重金属的累积成了灾难,放射性废物有增无减,农药在海水中蔓延,富饶的海洋已经遭到不同程度的污染和破坏。

海底油田的开发和井喷事故,以及海上石油运输过程中的突发事故,已经大大加剧了海洋的石油污染。

美国加利福尼亚洲圣巴巴拉沿岸的海底油田,由于地层龟裂,在1969年造成了严重的井喷事故。几天之内涌出石油1万多吨,引起海面大火。油田被封闭后,每天仍有2吨原油喷出,致使海面附近覆盖了一层1~2厘米厚的油层。

1976年5月12日,油轮“欧奎奥拉”号从波斯湾驶往欧洲的途中,在西班牙的拉科罗纳港附近触礁,10万吨原油漏入海中,造成震惊世界的海洋石油污染事件。海面上的石油随海浪从欧洲越过大西洋一直漂移到北美的加勒比海。拉科罗纳港湾是欧洲重要的水产供应地,尤以贻贝、牡蛎、蚌壳等著名,也是欧洲气候适宜、风光旖旎的旅游胜地,这一次石油污染对于此地的水产和旅游都造成了严重破坏。

1991年1月海湾战争爆发,科威特、伊拉克沿海输油管道遭到破坏,约4亿加仑原油流入海湾,是海洋石油污染事件中最为可怕的一次大污染,其后果之严重无法估量。这次石油污染,对周围海域及至更大的生态产生了巨大的破坏作用,这一地区的珊瑚礁、海草床、海龟和其他许多生物都遭到了灭顶之灾。

据有关人士估计,每年污染海洋的石油及其制品约1000万吨。其中,由河流注入海洋的废油约500万吨,海底油田的井喷和泄油流入海洋的石油为100多万吨,油船失事漏进海洋的石油50万吨,各种船舶排入的压舱水、机舱水等含油量可达100万吨,其余则是大气中石油烃随雨、雪降落到海洋中的污染。

在开发海水的化学资源中,如提取镁、溴、铀等元素,都要使用吸附剂。

一座年产800吨铀的工厂,每天需要处理海水34亿吨。于是,吸附剂中所含的重金属就会排入海水中,造成重金属污染。

利用海水温差来发电,在深海底采集锰结核,都会扰乱海水的“宁静”,使底层冷海水上升到表层。这样,一方面会使深层冷水中所富有的营养物质带到表层,另一方面又会破坏海水中正常的上下温度结构。这不仅会对低层大气产生某些作用,而且也会对海洋生态环境产生一定的负面影响。

海洋本身有着强大的自然净化能力。一些有害物质进入海洋之后,污染物质可以不断地被扩散、稀释、氧化、还原和降解,使海洋得到净化。但是,海洋的这种自净能力也不是无限的,当大量的有害物质进入海洋,超越一定海域的自净能力时,这个海域即会遭到污染。

我们知道,海洋在地球上是互相连通而不可分割的水体,一个海域受到污染势必影响到其他海域。如今,世界上遭受污染的海域越来越多,不断发生危及人类健康的事件,向人类发出危险的警告。

此外,不适当的围海造田、河口筑坝、滩涂围垦、过度滥捕海洋生物、过度开采海滨砂矿等,都会破坏海洋生态系统,引起灾害性的变化,例如,过去滥捕南极海域的鲸类,使它们种类和数量大量减少,但鲸类的重要食物——磷虾却大量繁殖。而磷虾又以藻类和微生物为食,磷虾的大量繁殖,又使这些生物急剧减少等等。又如,有人设想把南极洲的大量冰块运出,这样虽然能解决干旱地区的缺水问题,但也势必使地球上的热量平衡发生变化,从而影响到全球的气候。

这一切都在向人类发出警告,海洋为人类创造的良好环境已经遭到了严重的破坏,人类已经自觉不自觉地干出了许多破坏海洋资源的蠢事。所以,虽然海洋开发前景诱人,但在开发海洋资源的同时,必须考虑到对资源的保护,对环境的保护。否则,海洋就会严酷地“报复”人类,最后致人类将自己也推入绝境中。

我们必须认识到,地球只有一个,海洋也只不过一片。居住在地球上的人类,不能成为破坏海洋环境的“败家子”。海洋是富饶的,也是爱憎分明的,只要我们和它交朋友,协调好人类和海洋的关系,人与海和谐相处,海洋就会加倍地造福于人类,造福于子孙后代。

海洋能源开发大势

古老的水车是人类最早利用水力的范例,所以人们就萌生了设法从海洋中的海浪、海流和潮汐中获取能量的念头。

海洋能源开发利用的最大优点是这种自然资源取之不尽,用之不竭。这在地球上非再生能源日益减少的情况下,尤有重要意义。其次,海洋能源不产生环境污染,不占用宝贵的陆地空间。当然,海洋能源也有缺点。它们的能源密度小,开发设备要很庞大,经济性差。海洋能开发是在动荡不定的海面上进行,工程技术难度很大。再就是能源受自然条件左右,变动幅度大,不稳定。

据海洋学家估算,世界海洋中的“能”蕴藏量高达1500多亿千瓦,除了它们都属于“再生性能源”不会枯竭外,还不必担心二氧化碳、二氧化硫和核废料的污染。海洋能中占比例最大的是波浪能,达700多亿千瓦;潮汐能为27亿千瓦;温差能达20亿千瓦;海流能为l0亿千瓦;盐差能约为300亿千瓦。

科学家们发现:最有前途的海洋能利用莫过于利用被太阳光照热的海水与海面下760米深的冷水之间的温差来发电。

一般认为,可用于海洋热能发电的区域,上下海水温差至少要大于18℃。这样看来,大约南、北纬度30°之间的广大海域,都是可利用的区域,海洋热能是各种海洋能源中较丰富的。据估算,理论蕴量约为500亿千瓦,可利用的有20万亿至40万亿千瓦。

1881年法国科学家德尔松瓦首次大胆提出利用海水温差发电的设想,他预言海洋中的温差能量迟早有一天会被人类大规模地利用。但由于当时的技术条件不够,这位科学家的设想竟然被埋没了近半个世纪。直到1926年,德尔松瓦的学生克劳德才实现了老师的夙愿。这年11月5日,他相约切特合作,进行了一次海水温差发电的模拟实验。他们取来两只容积为25升的烧瓶,一只里装有28℃的温水,代表热带海域表面水温,另一只则盛入冰水混合物,代表深层低温的海水。在连接两只烧瓶的一段粗玻璃管中,安装着一台制作得十分精巧的汽轮发电机,组成了一个封闭的发电系统。同时,这个系统里还装有一台抽气机,并用引线接出三只小灯泡。随着抽气机不断地把烧瓶内的空气抽出,使瓶内的空气降到只有大气压的1/25时,28℃的温水猛烈地翻泡沸腾起来。水蒸汽越来越浓,强大的气流把汽轮发电机冲击得飞速旋转,一时间三个小灯泡同时发出耀眼的光芒。

克劳德于1930年带着他改进的实验成果,来到古巴的马坦萨斯港,建立了一座海水温差电站。这里离岸不远就是很深的海区,水温落差很大。该站以海边27℃的表面温海水为“热源”,以离岸2千米远的600米深处冷海水为“冷源”,以开式循环方式发电。这个世界上第一座海水温差发电站获得了10千瓦的输出功率。尽管输出功率很小,但却使人们看到了利用海水温差发电的光明前景。

英国的安德森父子在总结克劳德等人的经验教训后,于1964年提出了不使海水降压沸腾,而仅仅利用表层海水的热量把怕热的液体“煮沸”,再利用这种液体的蒸汽来发电的方案,称为“闭式循环发电系统”。这种没想着实奇妙:它是把整个发电设备安装在—个巨大的浮体上。使之浮于海中,这样就可以大大缩短冷水取水管的长度;所谓怕热液体即沸点低的液态丙烷、氯、氟里昂等等,它们即使在很低温度下也很容易沸腾,从而产生大量蒸汽,得到较高的压力。1957年8月2日,根据安德森父子设想原理建造的—座海洋温差电站终于正式在夏威夷海面上发电了。这座电站安装在一艘改装了的海军驳船上,采用一种称为闭式循环温差的发电方式:

把海面上25℃的温水抽送到—个热交换器中,交换器内通过一根弯弯曲曲的管子——里面装有低沸点液体,它们在热交换器里吸收了表层海水的热量后变为具有一定压力的蒸汽,于是就推动汽轮发电机组发出电来。