第三部分:奇特的海洋(2)
深海無底洞之謎
按說地球是圓的,由地殼、地幔和地核三層組成,真正的“無底洞”是不應存在的,我們所看到的各種山洞、裂口、裂縫,甚至火山口也都隻是地殼淺部的一種現象。可是,在我國的一些古籍中,卻曾經多次提到海外有個深奧莫測的無底洞。如《列子·湯問》記載:“渤海之東,不知幾億萬裏,有大壑焉,實唯無底之穀,其下無底,名曰歸墟。八九野之水,天漢之流,莫不注之,而無增無減焉。”
那麽,世界上究竟有沒有這樣的“無底洞”呢?
有趣的是,在希臘克法利尼亞島阿哥斯托利昂港附近的愛琴海域,有個亞各斯古城,在其海濱有個無底洞。由於它靠著大海,每當海水漲潮的時候,洶湧的海水就會排山倒海一樣“嘩嘩嘩”地朝著洞裏邊流去,形成了一股特別湍急的急流。
人們推測,每天流進這個無底洞的海水足足有3萬多噸。可令人奇怪的是,這麽多的海水“嘩嘩嘩”地往洞裏邊流,卻一直沒有把它灌滿。所以,人們曾經懷疑,這個無底洞會不會就像石灰岩地區的漏鬥、豎井、落水洞一類的地形呀?那樣的地形,不管有多少水都不能把它們灌滿。不過,這類地形的漏鬥、豎井、落水洞都會有一個出口的,那些水會順著出口流出去。可是,希臘亞各斯古城海濱的這個無底洞,人們尋找了好多地方,做了各種各樣努力,卻一直沒有找到它的出口。
古瑪雅人的水下世界
日前,世界最有名的國際潛水科考小組之一——大不列顛一哥倫比亞潛水小組向媒體透露,他們的科考小組在墨西哥東南的尤卡旦半島——曆史上瑪雅古國的所在地考察時,發現了一條結構複雜、洞穴相連的地下河流。據初步估計,該河流約有300多千米長,有可能是世界上最長的地下河流。
而更讓他們目瞪口呆的是,在該地下河的最深處,潛水員們竟然發現了古代瑪雅人砌成的爐灶、石桌以及陶器等物!人們不禁要問:難道古代瑪雅人曾經在水底生活?!
據報道,該地下河離尤卡旦半島地麵表層約有30多米深的距離,它最早為世人所知是在1998年,該科考小組的成員從當地一個1米多寬的井口潛下水去,想了解這些位於叢林中的深井常年不幹且水質清純的秘密。
沒想到下井後發現,該井竟然沒有盡頭,潛水員潛了足有8000米長,吃驚地發現井裏麵竟是一個無比寬廣的“水底世界”——隻見一條條錯綜複雜的地下通道,不知通往何方,一些形狀古怪、不知姓名的水生物、小魚、小蝦等,同樣好奇地在他這個陌生的訪問者身邊遊來遊去,輕啄著他的潛水服。
潛水員不敢走遠,按捺住激動的心情潛回井口,報告了他的發現。科考小組當即決定,從歐洲運來最先進的設備考察這條神秘的地下河。科考小組的科學家們進一步研究後發現,該地下河在瑪雅人的傳說中早有記載,古瑪雅人稱之為“歐西貝哈”,意思就是“萬水之源”。幾個月後,一些重達幾千磅的最新測量設備、水下燈、高級潛水服、瓦斯車等,通過馬背陸續運到了位於叢林深處的現場。
潛水員們立即全副武裝開始了考察,由於地下河裏地形錯綜複雜,剛開始時十分困難,有時僅僅為了勘探一個深不可測的凹穴,潛水員就得在水底熬上12個小時。科學家們初步估計,該地下河至少有320千米長,盡管無數個通道像迷宮似的讓潛水員們大傷腦筋,但地下河的總流向應該是個大三角形。水底洞穴的世界常常是個變幻莫測的黑暗迷宮,可能一不小心,也許某個人就再也不會回來了。
為了不至於迷路,潛水員們都隨身帶著一個線軸,一端係在人口處,一端拿在手上,每前進3米,就將線打上一個結。這樣做既可以循線返回,又可以測量出前進了多少米。潛水員除了測繪水下世界的地形外,還附帶收集水下生物的樣本。然而不久前的一次發現,使該科考具有了全新的意義。
隨著探測的深入,潛水員越走越遠,在快到地下河的一半深處時,他們中有人意外地發現了一些早期人類生活過的痕跡!潛水員陸續發現了一些保存完好的砌在石壁邊上的爐灶、石器時代的石桌和其他一些古人類的遺跡。依據發現的遺物,科考小組的科學家們估計,大約在9090年至1萬多年前,這些古代人曾經生活在這裏!
此外,科考小組還發現了其他一些瑪雅時期的東西,諸如破碎的陶器、瑪雅人的遺骸等。麵對這些意外發現,潛水員們動也沒敢動它們一下,可以說他們十分震驚。瑪雅文明已經夠神秘,但他們怎麽也不會想到,自己竟然會在30多米深的地下河裏發現古代瑪雅人砌下的爐灶、石凳等所有的發現都被原封未動地保留在原來的地方,等待滿懷疑惑的墨西哥國家人類和曆史學會的考古學家們趕來,對這項驚人的發現做出解釋。
古代瑪雅人能夠在水底下生活?美國佛州某大學一考古學教授認為,這種假設是不大可能的。在水底生活必須要有類似魚類的鰓,就像科幻片《大西洋底來的人》,但那僅僅是科幻,瑪雅人的神秘僅僅在於他們的文明,譬如尤卡旦半島他們所留下的大量寺廟和金字塔遺址,但他們的身體構造和今人沒任何區別。他認為在水底發現古瑪雅人的生活遺跡,應該從地質學的角度尋找原因。
他認為,在1萬多年前,墨西哥尤卡旦半島要遠遠高於現在的海平麵,大氣中的二氧化碳和雨水混合形成富含碳酸的地下河水,長年累月腐蝕並“雕琢”出了這些洞穴。隨著海平麵繼續降低,這些洞穴漸漸幹燥起來,變得可以住人。隨著冰期的結束,海平麵又開始升高,這些幹燥的洞穴又漸漸被水注滿,古代人不得不離開洞穴到陸上生活,但他們居住時留下的遺跡卻仍舊保存在那兒。洞穴和深井在瑪雅人的宗教中占有相當重要的地位,他們將洞穴稱為“西諾蒂”,意思就是“神的井”,他們把它看作做到達陰間的“地獄走廊”,而不是人類居住的地方。
據報道,目前該科考小組已停止探測“萬水之源”地下河,他們需要運來更加先進的潛水機器,以便使水下生態係統和古代遺跡盡可能不受到損害。他們將考察該地下河的剩餘部分,徹底解開它深藏的秘密。
太平洋上黑潮之謎
在北太平洋西部海域,有一股強勁的海流,它猶如一條巨大的江河,從南向北,滾滾向前,晝夜不息地流淌著——它就是黑潮。
黑潮的流幅和厚度並不都是一樣的,在不同的海區裏有不同的變化。通常它的寬度為150千米,在日本列島南麵海域,黑潮的最大寬度可達200—~300千米。它的厚度達1000米以上。
黑潮的流速比一般海流要強勁得多。它流速為每小時3~10千米,由此可以計算出黑潮在我國東海的流量為每秒鍾約3000萬立方米。潮之流量極為可觀。
其實,黑潮的水並不黑,甚至比一般海水更清澈透明。這是因為黑潮水質極少雜質,能見度達30~40米深。不過,當太陽的散射光照射到黑潮海麵時,水分子偏重於散射藍色光波,其他光波如紅、黃等色為長波,被水分子吸收。所以,當人們從上往下看海水時,海水成了藍黑色。這樣,人們就習慣地稱它為黑潮,以區別於其他的一般海水。
黑潮是由北赤道流轉變而來的。由於北赤道流受強烈的太陽輻射,因而潮海流具有高水溫、高鹽度的特點。據調查,黑潮的表層水溫都比較高。夏季2.7℃~30℃,即使在冬季,表層水溫也不低於20℃,它比鄰近海水高5℃~6℃因此,人們又把黑潮稱為“黑潮暖流”。
因為黑潮暖流自身擁有大量的熱能,黑潮的部分暖水直接或間接參與了陸架海區的環流。例如,流過東海的黑潮暖流,在重返太平洋之前,於日本九州南部海麵分出一個小分支北上,形成對馬海流。對馬海流在流經濟州島西南海域時又一分為二,一支折向東北,穿過朝鮮海峽,徑直奔向日本海;另一支折向西北,沿黃海東側北上,再轉入北黃海,進而穿過渤海峽向渤海流去,為黃海暖流。盡管冬季渤海、黃海一帶水溫顯著降低,黃海暖流仍然顯出其高溫的特性,給沿途帶來溫暖。地處渤海灣內的秦皇島沿岸,因受黑潮暖流的影響,通常能使海水溫度保持在冰點以上,不致結凍。從11月份的表麵平均水溫分布圖中,可以清楚地看到這支暖流的影響:由於黑潮暖流的北上,整個黃海有一個明顯的高溫“水舌”存在。它自濟州島南方海域向北凸進,然後轉向渤海海峽,一直擴展到整個渤海。
黃海暖流的流速非常低,每秒隻有10厘米左右,因此,它常被強大的潮流所掩蓋,不易辨認。但根據溫度、鹽度等各種資料的分析,可以證明它確實存在,尤其是近幾年根據浮遊生物的調查結果,發現在黃海和渤海,有熱帶大洋性浮遊生物的種屬,為它的存在進一步提供了證明。
其中,對我國與日本等國氣候影響最大的,是黑潮的“蛇形大彎曲”。所謂“蛇形大彎曲”,也叫“蛇動”,是指黑潮主幹流有時會形如蛇爬那樣彎彎曲曲。人們發現,如果“蛇形大彎曲”遠離日本海岸,結果是沿岸的氣溫下降,寒冷幹燥;相反,則使日本沿岸氣溫升高,空氣溫暖濕潤。
當然,黑潮對它所經過的沿岸各國的影響遠不止上述幾個方麵。它對漁業生產也有重大的影響。最主要的是表現在“海洋鋒麵”的形成和它對漁場的形成上。兩支海流,特別是寒流和暖流相會,將使平靜的海麵受到擾動,引起海水上下翻騰,把下層豐富的營養物質帶到表層,促使浮遊生物迅速繁殖,漁場也就在這樣的條件下形成了。
黑潮流經範圍廣,影響大,要想了解整個黑潮的變化,揭開黑潮之謎,是件十分困難的事情。近些年來,為了揭示黑潮的形成機製,弄清黑潮“蛇形大彎曲”的變化規律,以及黑潮暖流和大氣間的熱交換關係等問題,國際間已開展廣泛的科技合作。
在千變萬化的黑潮迷宮中,有不少疑難問題和無法解釋的現象等待人們去探索。我國的海洋、氣象工作者今天正在努力探討下述問題。
(1)黑潮在西北太平洋上的大體流經方向和路線目前已經基本掌握,但是,黑潮中尺度、長周期的變化規律是什麽呢?對於我國來說,渤海以及東海、黃海均受黑潮影響較大,它們之間互為影響的機理是怎樣發生、發展的,以及對我國氣候的影響方式等,都需要繼續探索。
(2)黑潮是太平洋西北部一股強勁的暖流,它對這些地區國家的氣候影響很大。由於黑潮自身熱交換關係極為複雜,所以它對氣候的影響機理常給人一種捉摸不定的感覺。例如,黑潮主流有時寬達一二百千米,甚至更寬,有時變窄,僅有數十千米;有時流速較大,而有時流速較小;黑潮“蛇形大彎曲”,有時彎曲很大,有時彎曲較小,有時又近乎於沒有等等。
為什麽會發生這許許多多的變化呢?人們還無法找到確切的答案。特別是當黑潮影響氣候,給一些國家造成災害的時候,更加需要人們掌握它的變化規律。
(3)黑潮除了主幹流外,還有一些支流。那麽,它共有多少條支流呢?它們是如何分布的?在我國海域裏的具體分布情況如何?對我國東南沿海氣候影響較大的台灣暖流和黑潮主流是什麽關係?
(4)在整個黑潮的流經海域裏,暖流的流經方式或者說是水團的交換方式有幾種?在深層的海流中,是否存在著逆流?是否存在大的上升流?人們已經發現,在衝繩海溝的深層處,存在較強的海流。這股海流的動力機理又是怎樣的?
此外,黑潮是西太平洋上一股較大的暖流。它和大洋環流是什麽關係,它是如何和太平洋水體進行熱能交換、水團交換的?黑潮和厄爾尼諾現象有關係嗎?我們相信,這許許多多的問題,在未來人們開發利用海洋的活動中,一定能獲得解決。
海底玻璃之謎
我們每天都要與各種各樣的玻璃製品打交道,如玻璃杯、玻璃燈管、玻璃窗戶等等。普通的玻璃,以花崗岩風化而成的矽砂為原料,在高溫下熔化,經過成型,冷卻後便成為我們所需要的玻璃製品了。
然而,在很難找到花崗岩的大西洋深海海底,居然也發現了許多體積巨大的玻璃塊,這真是一件非常奇怪的事。
為了解開這個海底玻璃之謎,英國曼徹斯特大學的科學家們進行了多方麵的分析和研究。
首先,這些玻璃塊不可能是人工製造以後扔到深海裏去的,因為它們的體積巨大,遠非人工所能製造。
有些學家認為,這種玻璃的形成,有可能是海底玄武岩受到高壓後,同海水中的某些物質發生一種未知的作用,生成了某種膠凝體,從而最終演變為玻璃。如果這真是屬實的話,今後的玻璃生產就可以大大改觀了。現在我們製造一塊最普通的玻璃,都需要1400℃~1500℃的高溫,而熔化爐所用的耐火材料受到高溫玻璃溶液的劇烈侵蝕後,產生有害氣體,影響工人的健康。假如能用高壓代替高溫,將會徹底改變這種狀況。
由於這個設想,有些化學家把發現海底玻璃地區的深海底的花崗岩放在實驗室的海水匣裏,加壓至400個大氣壓力,結果是根本沒有形成什麽玻璃。奇怪的海底玻璃到底是怎樣形成的呢?迄今仍然是一個未能解開的自然之謎。
懸在頭頂的人海
馬歇爾·卡爾多納是美國著名的神秘事件研究家,多年從事各種神秘事件的調查研究工作。有一天,他閑來無事,就到附近的一家古玩店去選購古董,這時候,突然發現了一卷陳舊的手稿。這卷書稿顯得破破爛爛,字跡已褪色,幸好內容還算完整。馬歇爾隻花了買一卷廢紙的錢就把這份手稿弄到了手。回家後,他急急忙忙通讀了整部手稿,沒想到,這裏麵所記錄的內容是一位挪威漁夫的離奇經曆,讓他感到非常難以置信。
挪威位於歐洲北部,部分國土位於北極圈內,一位叫奧爾夫·亞森的漁夫和他的兒子就住在這裏。一天,亞森和他的兒子乘一艘小小的機帆船向北行駛,他們計劃這次行程約需1個月。航行途中,一些意想不到的事情發生了。船向北行進,氣溫卻一天天地升高。一天,兒子突然指著羅盤說:“爸爸,你看,羅盤好像有點不對頭。”亞森回頭一看,羅盤突然開始指向南方,可是船仍在向北行駛。漁夫父子看看四周,看到的情形讓他們驚愕得說不出話來,不知該怎麽辦。不知什麽時候,他們頭頂上的天空消失了,代之以湛藍的海水。
船繼續行進,這時周圍的環境似乎已近黃昏,他們環顧四周,上下左右都是海水。又過了一會兒,四周一片漆黑,仿佛進入了一個長夜無晝的世界。突然,他們看見了另一個太陽,也許稱為“地心的太陽”更恰當些。逐漸地,周圍亮如白晝,海水前方出現了陸地。他們隱約分辨出陸地上生長著綠油油的植物,甚至還有動物。
很久以前,亞森父子曾聽說過一個傳說,在北極某處有一個世外桃源,這裏氣候宜人,難道這就是那個世外桃源?
一年後,亞森父子平安地回到了故鄉。他們向鄰居敘述了那個國度裏的情景。那裏住的都是些巨人,身高大約4米;那裏不僅有動物、植物和各種農作物,還有供他們使用的各種日常用具,其大小與巨人成正比;那裏的1粒葡萄大得相當於1隻普通的蘋果。村裏人沒有一個相信他們的敘述,認為他們所說的是白日夢話。
亞森父子沒有辦法,隻能專程前往美國,向住在洛杉磯的喬治·埃馬森先生詳細講述了自己的經曆。埃馬森根據他們的敘述寫成了這部名為“一位挪威漁夫的離奇經曆”的書稿。
人真的會遇上這些事情嗎?挪威的北極探險家弗裏喬夫.南森證實,在北冰洋底下,似乎有一個由海水形成的巨大空洞。他從1893年6月開始,在北冰洋的浮冰上生活了一年半,成為第一個踏人北緯86°41'的人。他看到了北極圈內的許多奇異現象。其中,在北冰洋的冰海中有一片“開水”,這是一片在黑沉沉的廣闊冰海上的不反射天空光線的不凍海域。
美國極地探險家霍爾早於南森20多年曾3次闖入北極進行探險。他也提及,當他的探險隊一行正沿冰山前進時,在距他們大約7千米的地方出現了一片不凍海域,這片“開水”從南到北,占據了2座冰山之間的整個海峽。
1906年,極地研究家威廉。裏德根據南森和霍爾的敘述,坐著狗拉雪橇直奔北極,想去親眼看看這片不凍海域。據他說,當他接近這片海域時,周圍開始湧出團團濃霧,那片“開水”就在那濃霧籠罩下。
裏德猜測濃霧是由地球內部流出的暖空氣造成的,也就是說在北極圈的某個地區肯定有一個通過地熱加溫並使熱空氣泄漏的地方。裏德的假設是不是有點不可思議?誰也不知道。
海灘古井之謎
1962年夏天,一位到海邊撈蝦的青年發現南澳海灘上有一口水井,並在井口四角的石縫中撿到四枚宋代銅錢,分別鐫刻有“聖宋元寶”、“政和通寶”、“淳熙元寶”、“嘉定通寶”字樣。這是海灘古井在中華人民共和國成立後第一次被發現。
這口古井是用花崗岩條石砌成的,呈正方形,口徑約1米,深約1.2米。在這樣一片連接滔滔大海的海灘上,怎麽會有這樣一口古井呢?更加令人不解的是,盡管古井常常被海浪、海沙淹沒,一旦顯露,井水便奔湧不息;盡管四周是又鹹又苦的海水,湧出的井水卻清澈純淨,喝之清甜爽口。
經有關專家考察分析,發現古井所處的海灘原是濱海坡地,後因陸地不斷下沉形成海灘,古井也就被海沙吞沒了。被厚沙覆蓋的古井,一般難以被人察覺,但當特大海潮襲來,驚濤駭浪卷走大量沙層時,它便會**出來。這種井露現象,繼1962年夏天之後1969年7月、1978年10月和1981年9月均發生過,而且都是在強台風掀起的罕見大海潮後出現的。
據有關資料和當地許多人回憶幾次井露的位置和形狀各異看來,古井不止一個。事實上當地也曾傳聞,說是當年挖築過“龍井”、“虎井”和“馬槽”三口井。據分析,1981年9月顯露的是“馬槽”井,現在已由南澳縣人民政府列為縣級重點文物加以保護。
眾所周知,沿海的灘地多為鹽堿地,地下水因海水內浸摻和,多半為鹹水或半鹹水,不能灌溉莊稼,更不能飲用。但南澳島上的這個海灘古井卻不然,不僅井泉噴湧,而且水質清甜,即使把苦鹹的海水倒人古井,隔一會兒,井水依然純淨清甜。
古井水比當地自來水還純淨,因此每當古井出現時,本縣乃至潮汕、廣州等地許多人不辭跋涉,前來觀賞和汲水,捎回家中珍藏。據說此水貯存十幾載也不腐,而且水質仍舊純淨。這個謎底還有待人們進一步研究和揭曉。
波浪“殺手”
船在海上航行最怕遇上風暴,好在現代的海洋氣象預報已能適時地提請船隻注意風暴的來臨,使海難事件大為減少。但海上也偶有突發事件,其中有一種不期而至的巨浪令船員們談之色變。
這種波浪的特點是,在比較平靜的海麵會突然傳來單個或一組彼高達到15~20米的大浪。這種浪的前峰陡峭,猶如一堵水牆,如果船隻行進方向正好與之垂直,則大浪衝過時能把巨輪托起。若浪峰恰巧托在船底中央,會使船的兩頭懸空;若是船頭和船尾分別落在兩個巨波的浪頭,船的中部就會離開水麵,這兩種情況都可能導致船隻從中央部位折斷而頃刻沉人海底。如果船隻行駛的方向與這種波平行,那麽巨浪襲來,能把船掀翻。這種波來得突然,事先沒有任何預兆,所以危害極大,水手們給它起了個嚇人的名稱——“波浪殺手”。
1973年倒黴的“涅普頓.肯費爾”號集裝箱運輸船就遭到了波浪殺手的襲擊,船頭61米處被波浪攔腰折斷而沉人海中。由於船長指揮有方,所幸的是大多數船員得以逃到船尾,被直升機救起。
好在這種可怕的波浪並不常見,它們有比較明顯的地域性,多發生在非洲西南端的好望角附近。在南半球的冬季5~10月期間,這種波較為常見。這個季節南大洋咆哮的西風帶特別凶猛,風把惡浪推向南非東南海域,而沿南非東岸恰好有一支厄加勒斯海流自北而南流來,被西風驅趕來的波浪正好受到這支海流的阻擋,波高會成倍地增大。這麽高的波如果再受到壁立石岸的反射,一旦入射波與反射波迭加發生共振,波高就會再次倍增,就可能形成單個或一組高達15~20米的“殺手波”。
在15~16世紀,歐洲開始有許多船隻繞過好望角進入印度洋,自那以後,不知有多少船在此遇難。曆史上曾發生過整個船隊覆沒的慘劇。1716年,在一次強風暴中有42艘荷蘭艦船在此沉沒,船上價值400億法郎的財寶隨船沉人海底。英國在此沉沒的財產總值也在3千萬英鎊以上。這裏的海底雖然藏有如此巨量的財富,可至今也沒有人敢去打撈。誰敢用自己的生命去冒如此大的風險呢?
當然,除去南非沿岸,在大洋的另一些地方也曾有船隻與此類巨浪遭遇過。例如在愛爾蘭與不列顛島之間、在英吉利海峽、在智利的合恩角、在北美洲的灣流海域、甚至在某些內海,也時有發生。
現在,南非已有專門的氣象台從事預報服務,專門對付波浪殺手,這樣,事故已少多了。為安全起見,在好望角附近航行,盡量離陡峭的岸段遠一些為好。
人海漂流瓶
對於海邊漫遊者來說,最令人著迷的事情莫過於發現一隻從大海漂來的瓶子,瓶子裏有卷得好好的文件。
1856年,一艘航行在大西洋比斯開灣的雙桅帆船被特大風暴掀起的巨浪打壞,水手們被迫拋錨上岸,他們在海灘上突然發現一個塗著瀝青的圓球,剝開一看,原來是個椰子殼,上麵有一個小洞,也被瀝青封著,鑿開一看,裏麵有一張寫滿古體字的羊皮紙,原來這是發現美洲新大陸的著名航海家哥倫布在航海途中寫給西班牙國王和王後的一份報告,敘述了和他同行的一艘帆船沉沒了,另一艘帆船上的船員不服從他的命令,進行反抗。這份報告沒有能夠到達國王手裏,而是被海流漂到了這個荒涼的海灘上,呆了358年!1875年,加拿大“倫尼”號輪船上發生的瓶子事件,像一部驚險小說一樣曲折動人。當這艘船從西班牙的比斯開灣駛向希臘時,船員發生嘩變,船長和大副被殺。當時,隻有幾名船員沒有參加這次嘩變,其中有一名比利時籍服務員。由於這位服務員識字,嘩變者推舉他駕船。他把船開進了英吉利海峽,並在乘人不備時把一隻瓶子扔進了大海,瓶子裏裝有記錄嘩變事件的文件。瓶子被發現了,這位服務員得到了一筆獎金。
1955年3月19日,在新西蘭海岸上發現一隻從海上衝上來的瓶子,從瓶子裏的文件得知,這隻瓶子是德國青年極地探險隊1903年在塔斯馬尼亞附近扔進大海的。這隻瓶子直線漂浮距離是1700千米,但花了52年時間。科學家們認為,這隻瓶子已經環遊地球幾圈了。
最近一次在漢堡舉辦的德國收集到的漂流瓶展覽會上,展出的漂流瓶有452隻來自北大西洋,102隻來自南大西洋,43隻來自印度洋,46隻來自太平洋。有兩隻瓶子曾經穿過直布羅陀海峽進入地中海。最老的一隻瓶子可追溯到1864年,當時,海洋觀察機構的第一位負責人格奧爾格.諾伊邁爾博士在一艘從墨爾本到倫敦的輪船航行到福克蘭群島附近海域時,把這隻瓶子拋進了大海。
現在,人們往大海裏扔瓶子通常是想通過瓶子傳播友誼。幾年前,一位女舞蹈演員在丹麥度假時把一隻裝有信件的瓶子扔進了大海,這隻瓶子在海上漂流了1600千米後在挪威的斯塔夫被海水拋上岸,一位漁民拾到了這隻瓶子。不久前這位女舞蹈演員宣布,她將和那位漁民結婚。一隻漂流瓶使兩個素不相識的人喜結良緣。
海底金字塔之謎
百慕大三角區海域,使無數的船隻、飛機和人神秘地失蹤,因而也引來了各種科學猜測。其中有一種假設性猜測認為:百慕大三角區海域深處,有一股極強的磁力,可以使船隻飛機的羅盤失靈。有人補充說,考慮到此海域的南部就是失蹤的瑪雅文明的所在地,所以百慕大三角區海底下麵一定掩埋著瑪雅文明的某些神秘之物,說不定,瑪雅文明時代的原子核廢料的堆集場就在此海水下麵。
這種說法聽起來很玄,似乎不太可能。可是,一則出乎意料的新聞使人們大為吃驚。1977年4月7日,法新社發自墨西哥的一則電訊說,科學家們在百慕大三角區的海底,發現了一座比埃及胡夫金字塔還要大的金字塔。這真是一件奇事珍聞。
人們知道,埃及是以金字塔而著稱於世的,而事實上,除了埃及之外,在今天的墨西哥、洪都拉斯、秘魯等地,即古代瑪雅人活動的地區,都先後發現有金字塔式的宏偉建築。然而,瑪雅的金字塔和埃及的金字塔略有不同,埃及的金字塔是尖頂的,而瑪雅的金字塔的頂端卻是平的一塊,相對而言,瑪雅的金字塔大多比埃及的金字塔要小。
據稱,百慕大三角區海底有一座巨大的金字塔是由一位美國海軍上校發現的。盡管當時許多人,包括他本人在內,都不太相信這是真的,但是,聲納探測裝置上清楚地顯示出這座金字塔位於360米的海麵之下,高度約為230米,每邊長300米,在金字塔的四周是平坦的海底,沒有火山噴發過的痕跡,也沒有海底山脈從中橫過。
於是,有關方麵使成立一支探險隊,到該地區從事進一步的探測,使用深水潛艇。水下閉路電視攝像機等先進設備,以期能夠揭示海底金字塔的真相。
如果百慕大三角區之謎被解開的話,如果證明海底金字塔確實是人工之傑作的話,那麽,科學史就將要作修改,甚至人類的曆史也要改寫。就目前來說,沒有人相信,這座金字塔是在海水下麵建造起來的。因為以現代科技能力來說,要在360米以下的海底建造如此之大的金字塔,乃是不可能的,況且它又何必修建在海底呢?人們寧願相信這座金字塔原先是建造在地麵上的。
而如今金字塔卻在海底,想必一定是因為陸地下沉的緣故。科學家們相信其中之理,但不敢貿然接受這樣的一個結論,因為僅在短短的數千年中,這塊陸地怎麽“沉”人得那麽深?是因為這塊陸地的下麵是一塊巨大的海底盆地?也就是說,這塊原來被用來修建大金字塔的陸地不但沉人海中,而且沉得比原來的海底還要凹深一些。這又是什麽原因造成的呢?
關鍵的問題是,為什麽這個位於海水下麵360米的金字塔,會對海上的船隻、天上的飛機的失蹤產生影響,而且是每一次失蹤事件發生後都為什麽沒有留下痕跡?這真是怪事!
¥第六章
廣袤無限的人海中。不僅藏著石油和多種礦物。還藏有豐富的藥材,種類繁多的海洋動植物。就是永不枯竭的醫藥來源。
海洋裏的藥材
廣袤無垠的大海中,不僅藏著石油和多種礦物,還藏有豐富的藥材,種類繁多的海洋動植物,就是永不枯竭的醫藥來源。
我國早在唐代時,就有人撰寫了專門研究海洋藥材的著作《海藥本草》(李詢著)。可見大海從很早起就開始為人類貢獻藥材了。
像魚肝油、瓊膠、鷓鴣菜、精蛋白、胰島素以及中藥所用的一些海味,都是曆史悠久、療效甚佳的海洋藥物。近年來,人們又從海洋動植物中提取了抗菌素、止血藥、降血壓藥、麻醉藥,甚至抗癌藥。有一種殺菌能力很強的頭孢黴素及其化合物就是從海洋微生物中提取的。它不僅能消滅革蘭氏陽性、陰性杆菌,對青黴素都不能殺死的葡萄球菌也有效力,而且沒有抗藥性。
食用海帶,可以彌補碘的不足,這是盡人皆知的。其實,從海帶中提取的藥材,對治療高血壓、氣管炎哮喘以及治療外出血都頗有療效。從馬尾藻中可以分離出一種廣譜抗菌素,而海洋中的馬尾藻是取之不盡的。珍珠貝殼的珍珠層粉具有治療神經衰弱、風濕性心髒病等10多種疾病的功能。烏賊墨在治療功能性子宮出血和其他類型的出血症方麵大顯神通,既實用又經濟。
因為烏賊是我國四大海產之一,產量很高。海龍、海馬也是很重要的藥用動物,早在《本草綱目》中對它們的功用就有描述。現代中醫對海馬的評價是,具有“補腎壯陽、鎮靜安神、舒筋活絡、散淤消腫、止咳平喘、止血、催產”等作用。海龍的藥效與海馬相似。
海洋動物中有很大一部分具有毒性,有的毒性大得驚人。從某些有毒的魚類中提取的有毒成分製成的麻醉劑,其效果比常用麻醉劑大上萬倍,簡直令人難以置信;從海綿動物中分離出來的藥物,對病毒感染和白血症有明顯療效;從海蛇中可提取能縮短凝血時間的化合物;從柳珊瑚中能夠提取前列腺素。
另外,某些海洋生物體內含有抗癌物質,如從河豚肝中提煉製成的藥品,對食道癌、鼻咽癌、結腸癌、胃癌都有一定療效。從玳瑁身上可提取治肺癌的藥物。
海洋生物不斷繁衍生長,無有窮盡。因此這個藥材庫也是永遠用不完的。
鹽的“發祥地”
也許你會產生一個奇怪的問題:雨水是淡的,河水是淡的,千條江河滔滔奔流,日夜不停地匯人大海,可是,億萬年下來,海水卻仍然是鹹的。那麽,海水裏的鹽分究竟是從哪兒來的呢?
這個問題眾說紛紜,目前還沒有得出完全一致的解釋。但通常有兩種說法。一種認為,海洋水中的鹽類來自海底。地殼運動引起岩漿由地幔侵入地殼,海底火山的多次噴發,排放出大量的元素和其他化合物,這是海洋水中鹽類的主要來源。同時,長期浸泡在海洋水中的底基岩,也可以向海洋水提供各種鹽類。
另一種認為,海洋水中的鹽類來自河流。大陸地殼的岩石,在外應力的風化和剝蝕作用下,水流溶解了岩石中的鹽類,然後通過河水和地下水輸送到海洋,使海水逐漸鹹起來。
實際上,這兩種說法都有一定道理,很可能把這兩種說法合在一起,就是海洋水中鹽類的真正來源。
河水不斷把陸地上的鹽分帶人大海,海水會不會越來越鹹呢?不會。因為從總量上看,河流人海的鹽分所占比例較小,加上海洋生物消耗和人類不斷從海水中提取鹽類,因而大海的鹽分基本上趨於穩定,不會有明顯的變化。也就是說,與人類有著千絲萬縷聯係的海洋水,依然會帶著它那特有的苦鹹味,伴隨人類的一生。
海洋能源庫
波浪能
波浪能是指海洋表麵波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運動周期以及迎波麵的寬度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不穩定的一種能源。台風導致的巨浪,其功率密度可達每米迎波麵數千千瓦,而波浪能豐富的歐洲北海地區,其年平均波浪功率也僅為20~40千瓦/米。中國海岸大部分的年平均波浪功率密度為2~7千瓦/米。
波浪發電是波浪能利用的主要方式。此外,波浪能還可以用於抽水、供熱、海水淡化以及製氫等。波浪能利用裝置大都源於幾種基本原理,即:利用物體在波浪作用下的振**和搖擺運動;利用波浪壓力的變化;利用波浪的沿岸爬升將波浪能轉換成水的勢能等。經過20世紀70年代對多種波能裝置進行的實驗室研究和80年代進行的實海況試驗及應用示範研究,波浪發電技術已逐步接近實用化水平,研究的重點也集中於3種被認為是有商品化價值的裝置,包括振**水柱式裝置、擺式裝置和聚波水庫式裝置。
根據調查和利用波浪觀測資料計算統計,我國沿岸波浪能資源理論平均功率為1285.22萬千瓦,這些資源在沿岸的分布很不均勻。以台灣省沿岸為最多,為429萬千瓦,占全國總量的l乃。其次是浙江、廣東、福建和山東沿岸也較多,在160~205萬千瓦之間,約為706萬千瓦,約占全國總量的.55%,其它省市沿岸則很少,僅在143~56萬千瓦之間。廣西沿岸最少,僅8.1萬千瓦。
全國沿岸波浪能源密度(波浪在單位時間通過單位波峰的能量分布,以浙江中部、台灣、福建省海壇島以北,渤海海峽為最高,達5.11~7.73千瓦/米。這些海區平均波高大於1米,周期多大於5秒,是我國沿岸波浪能能流密度較高,資源蘊藏量最豐富的海域。其次是西沙、浙江的北部和南部,福建南部和山東半島南岸等能源密度也較高,資源也較豐富,其他地區波浪能能流密度較低,資源蘊藏也較少。
根據波浪能能流密度及其變化和開發利用的自然環境條件,首選浙江、福建沿岸應用為重點開發利用地區,其次是廣東東部、長江口和山東半島南岸中段。也可以選擇條件較好的地區,如嵊山島、南麂島、大戢山、雲澳、表角、遮浪等處,這些地區具有能量密度高、季節變化小、平均潮差小、近岸水較深、均為基岩海岸;具有岸灘較窄,坡度較大等優越條件,是波浪能源開發利用的理想地點,應做為優先開發的地區。海流能
海流能是指海水流動的動能,主要是指海底水道和海峽中較為穩定的流動以及由於潮汐導致的有規律的海水流動。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。相對波浪而言,海流能的變化要平穩且有規律得多。潮流能隨潮汐的漲落每天2次改變大小和方向。一般說來,最大流速在2米/秒以上的水道,其海流能均有實際開發的價值。
海流能的利用方式主要是發電,其原理和風力發電相似,幾乎任何一個風力發電裝置都可以改造成為海流發電裝置。但由於海水的密度約為空氣的1000倍,且裝置必須放於水下。故海流發電存在一係列的關鍵技術問題,包括安裝維護、電力輸送、防腐、海洋環境中的載荷與安全性能等。此外,海流發電裝置和風力發電裝置的固定形式和透平設計也有很大的不同。海流裝置可以安裝固定於海底,也可以安裝於浮體的底部,而浮體通過錨鏈固定於海上。海流中的透平設計也是一項關鍵技術。我國沿岸潮流資源根據對130個水道的計算統計,理論平均功率為13948。52萬千瓦。這些資源在全國沿岸的分布,以浙江為最多,有37個水道,理論平均功率為7090兆瓦,約占全國的1/2以上。其次是台灣、福建、遼寧等省份的沿岸也較多,約占全國總量的42%,其他省區較少。
根據沿海能源密度,理論蘊藏量和開發利用的環境條件等因素,舟山海域諸水道開發前景最好,如金塘水道(25.9千瓦/米\-2)、龜山水道(23.9千瓦/米\-2)、西侯門水道(19.1千瓦/米\-2),其次是渤海海峽和福建的三都澳等,如老鐵山水道(17.4千瓦/米\-2)、三都澳三都角(15.1千瓦/米\-2)。以上海區均有能量密度高,理論蘊藏量大,開發條件較好的優點,應優先開發利用。
鹽差能
鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能。主要存在於河海交接處。同時,淡水豐富地區的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。通常,海水(3560鹽度)和河水之間的化學電位差有相當於240m水頭差的能量密度。這種位差可以利用半滲透膜(水能通過,鹽不能通過)在鹽水和淡水交接處實現。利用這一水位差就可以直接由水輪發電機發電。
鹽差能的利用主要是發電。其基本方式是將不同鹽濃度的海水之間的化學電位差能轉換成水的勢能,再利用水輪機發電,具體主要有滲透壓式、蒸汽壓式和機械一化學式等,其中滲透壓式方案最受重視。
將一層半透膜放在不同鹽度的兩種海水之間,通過這個膜會產生一個壓力梯度,迫使水從鹽度低的一側通過膜向鹽度高的一側滲透,從而稀釋高鹽度的水,直到膜兩側水的鹽度相等為止。此壓力稱為滲透壓,它與海水的鹽濃度及溫度有關。目前提出的滲透壓式鹽差能轉換方法主要有水壓塔滲壓係統和強力滲壓係統兩種。我國海域遼闊,海岸線漫長,人海的江河眾多,人海的徑流量巨大,在沿岸各江河人海口附近蘊藏著豐富的鹽差能資源。據統計我國沿岸全部江河多年平均人海徑流量約為1.7~1.8×10\-立方米,各主要江河的年人海徑流量約為1.5~1.6×10\-立方米,據計算,我國沿岸鹽差能資源蘊藏量約為3.9×10\-千焦耳,理論功率約為1.25×10\-8千瓦。
我國鹽差能資源有以下特點:
1.地理分布不均。長江口及其以南的大江河口沿岸的資源量占全國總量的92.5%,理論總功率達1.156×10\-5千瓦,其中東海沿海占69%,理論功率為0.86× 10\-8千瓦;
2.沿海大城市附近資源最富集,特別是上海和廣東附近的資源量分別占全國的59.2%和20%;
3.資源量具有明顯的季節變化和年際變化。一般汛期4~5個月的資源量占全年的60%以上,長江占70%以上,珠江占75%以上;
4.山東半島以北的江河冬季均有1~3個月的冰封期,不利於全年開發利用。
到海底去種“燃料”
在這個能源日益緊張的世界,人們越來越多地寄希望於海洋,提出了各種各樣開發和利用海洋能源的計劃,其中有不少是令人信服和切實可行的。
在眾多的發明和設想中,有科學家毫華德.A.威爾可博士的一份頗為吸引人的計劃:在廣闊的海洋空間中種植“燃料”,開辟無數的能源種植場。
種植什麽呢?——海帶。海帶,人們在知道了它的諸多用途之後,最近它又作為可以代替天然氣甲烷的潛在能源,引起了海洋科學家和一些工業家的興趣。海帶能夠吸收和儲存大量的太陽能,而且生長極快,每天可長出三分之一或三分之二來。
威爾可博士提出:“我們可以把海帶移植到大洋中去,在那裏種植和收獲,並且將海帶所貯藏的能量變為甲烷氣和乙醇,用來開車或開飛機。”他說幹就幹,很快做出了一個3公頃麵積的種植場的計劃,並充當了這項計劃的負責人。他與另一位熱心此項工作的人——美國加州工業學院的諾爾教授一起,於1974年在太平洋上建立了第一個能源種植場。
這個種植場位於距離美國加州海岸96千米的不凍洋麵上,他們移植了當地產的百餘種海帶中的一種大型海帶巨藻的幼苗。在實際工作中他們遇到了不少問題,首先就是植物生長需要陽光,而在深暗的海洋底部光線極暗,移植的巨藻幼苗如何得到充足的陽光呢?人們想出了辦法:建造一個木筏,筏上用聚丙烯繩索織成方格,把筏係留在水麵2米處,並用長繩把筏錨錠住。
然後,由一小隊海軍蛙人把巨藻幼苗移植到水下的筏上,使之感到海洋變淺了。
人們高興地發現,巨藻幼苗一旦錨固下來,就開始朝著光線向上生長。
當它長到水麵,一片片由小氣囊支持的藻葉就像條條滑滑的綢帶,在陽光照射下的海水中漂**。這時,藻葉開始進行光合作用。悄悄地把太陽能轉化成了化學能。
然而過了些時日,在定期檢查中,人們發現這些植物生長得並不茂盛,它們似乎隻是在掙紮著過活。這是什麽原因呢?化學試驗的結果表明,藍色海水中的營養物質太少了!湛藍的大洋深海,看起來非常美,但卻是“生物的沙漠”,它缺乏維持生物生命的養料,幾乎沒有什麽動植物能夠在那裏生活下去,因此也就沒有任何生物在那裏死亡和分解,結果使得那兒的海水十分“清潔”,沒有有機物,也沒有能夠作為營養的那些礦物質。而靠近陸地的、呈現著綠色的海域,則擠滿了各種各樣的生物,以及數不清的活的和死的有機體,瀉人海洋的河水又帶來了大量已溶的有機物和無機物,這就使在水中生長的植物能夠得到充足的養分,繁茂地生長起來。
怎樣才能使藻幼苗在“生物的沙漠”中也蓬勃生長呢?唯一的辦法就是施肥,包括氮肥、磷肥和微量養料。這些肥料在海洋底部是能夠找到的。若幹世紀以來,不少分散的動植物殘留遺體浮流而來,沉積在海底,如果用泵把它們抽上來,不就變成免費供應的肥料了嗎?
海底下的“寶”
海底下的寶更多,但因為有幾千米深的海水,沒有特殊設備,人是下不去的。目前選擇最有價值的比較好開采的先開采,我們也隻介紹三樣。
(1)海底金屬團(錳結核)大家聽過“錳結核”這個名稱嗎?它是一種深海底礦產資源。它的外形像土豆,直徑一般在1~25厘米之間,最大的直徑1米,重幾百千克。顏色多是深棕色或土黑色,裏麵層層密實的結核。因其中錳金屬含量較高(15%~30%),所以叫錳結核。其實叫“多金屬核”更確切一些,有的竟含幾十種金屬,因此人們又叫它“海底金屬團”。海底金屬團中最有提取價值的有四種:鎳、銅、鑽、錳。
錳結核是怎樣形成的呢?至今還沒有一致看法,有的說來自沉降海底動植物的遺體,有的說來自海底火山爆發產生的火山岩石,有的說是河流將大陸上金屬元素和沉積物帶到海洋中經過自生化學沉積而形成的。
早在1873年2月18日,美國“挑戰者”號船環球考察時,就在北大西洋海底采到錳結核,但沒有引起重視。1882年,瑞典“信天翁”號也對錳結核作過某些考察研究,也沒有引起足夠的重視。直到1959年美國科學家L.梅洛根據“挑戰者”號和“信天翁”號等船的考察成果,測算出錳結核所含有金屬成分和全世界海洋的大約儲量,並提出將成為銅、鈷、鎳等金屬的新來源,錳結核的地位才愈趨升高,受到許多國家的青睞。現在已有8個跨國財團約100家公司在從事錳結核的調查和開發。美國、日本、前蘇聯、德國、法國在這方麵做的工作最多。通過大量調查測算,初步估計整個海底錳結核總儲量達30000億噸,以太平洋底最多,達17000億噸,其中含鎳164億噸,銅88億噸,鈷58億噸,錳4000億噸,價值約為60萬億美元,這是一個多麽巨大的金屬寶庫啊!不過,錳結核大多分布在4000—5000米深的海底,那裏有高達400~500的大氣壓,如果沒有特殊的設備,當然人是下不去的,就是采礦裝置要放到那裏去,也有許多特殊要求,因為隨這麽高的大氣壓一般的裝置在半路上都會成為廢品,所以至今還處在試驗階段。美國“吉普塞礦工”專用船,已從9000米深的地方,每晝夜采到16000噸。從近幾年的發展趨勢來看,進入商品化開采和冶煉的日子為時不遠了。
(2)海底金銀庫(熱液礦床)早在1948年瑞典“信天翁”號在紅海發現有些地方海底溫度高達40℃,那裏的沉積物中含有多種金屬。1963年和1966年美國“發現者”號和“鏈”號在紅海進行更詳細的調查,證實了“信天翁”號調查結果,並把這種沉積物定名為金屬軟泥,它含有金、銀、銅、鋅、鐵等屬。1973年一1974年,美國和法國聯合用潛水器在大西洋中脊發現塊狀熱液礦床。1978年美國、法國和墨西哥聯合用深潛器在東太平洋好幾處海底發現巨大塊狀熱液礦床。其中一個礦體1000米,寬200米,高35米。鐵的平均含量35%,銅10%,礦床總量2500萬噸,每噸價155美元,總計39億美元。從此以後,各國紛紛出動,四處調查,前後在太平洋、大西洋和印度洋發現33處熱液礦床。礦床總體積達3932萬立方米。由於它們分布範圍廣,儲量大,品位高,不僅含有鐵、銅、鉛、鋅等金屬,而且還有珍貴的稀有金屬和金、銀等、難怪被人們稱為“海底金銀庫”。
海底熱液礦床主要形成在大洋的中脊——海底正在張開的裂穀處。這個地方,地殼最薄,熔融的岩漿從地球內部不斷湧出,形成新的海洋地殼。這種地球內部來的物質即含有多種金屬,又有很高溫度,當它們接近海底表層時,海水通過細小的裂縫向下滲透,與地球內部來的高溫物質發生化學反應,其中的金屬被淋濾出來,形成富含金屬的熱液。這些熱液從孔隙中噴射出來,成為一座座富含金屬的煙筒狀的堆積體。噴出孔的壽命一般隻有幾年,噴出的高溫熱液與冷海水接觸,溫度便降低,其中被溶解的金屬便沉澱海底堆積成礦。
開發熱液礦床比錳結核有更多的好處:①熱液礦床一般分布在水深隻及錳結核一半的2500米處,礦體是立體的,凝聚在一起,分布密度比錳結核大1000倍。
③熱液礦床主要形成於大洋中脊,據此,在長達8萬千米、寬達數百千米的海嶺上都有可能發現,開發前景大得很。錳結核分布雖廣,但具有商業開發價值卻隻1000多平方千米。
④熱液礦床中含有錳結核所沒有的金、銀等貴重金屬,銅的品位比錳結核約高10倍。而且冶煉比錳結核容易。總之,無論從技術上還是從經濟上看,開發利用海底熱液礦床均優於錳結核,所以有人稱它為“深海采礦業中的佼佼者”。
(3)海底“黑金”(石油資源)海洋深層有一種叫“黑金”的寶,開采這種“黑金”,經濟價值最大。它就是從海洋深層噴出來的石油。
關於石油的稱謂多著呢,有人稱它為“動力之源”,有人稱它“機械之母”,有人稱它“工業的血液”,可見它的地位和作用不同一般。石油不僅是製造汽油、煤油、柴油等燃燒物的原料,而且是製造合成纖維、人造橡膠、化肥、塑料、酒精的原料。天上飛的,地下跑的,廠裏轉的,都用上它。可以這樣說,從陸地到海洋,從地下到宇宙空間,從吃的到穿的,都有它一份功勞,真算得上“寶中之寶”了。陸地上的石油儲量有限,用一點少一點,按現在這個規模開采下去,有人估計,到2000年將用完全部儲藏石油的87%,50年內可能全部用光。難怪許多國家都在喊能源危機,都在謀求別的出路。比如改用其他原料作動力,但無論如何,短時間內,石油還是不可缺少的。眼前的辦法隻有兩個:一個叫節流,一個叫開源。節流就是節約能源,讓每滴石油充分發揮作用;開源就是尋找新的油源,從地底深層取出更多的石油來。據法國研究所的估計,世界石油資源的極限數為10000億噸,可采石油儲量的極限數隻有3000億噸,其中海洋石油為門50億噸,占總量45%。陸地上的石油已經開采得差不多了,而海洋石油的開采則方興未艾。所以開采海洋石油。顯得更為重要。
溫差發電
海潮、海浪和海流,氣勢磅礴,奔流浩**,人們直接感受到它們的威力。
海洋中的熱能——海水溫度差能,它的熱情和力量卻默默地包含在全世界145億億噸的海水中,雖然一時不能被人們所發現和理解,可是它內在的魅力終究深深地吸引了人們。100年來,多少人為海洋熱能的研究傾注了畢生的精力。特別是近三十多年來,更多的學者和工程師加入了對海水溫差能開發利用的行列,決心要讓蘊藏量名列海洋能前茅的海水溫差能也來為人類造福。
海洋像個熱水瓶,可以把熱量貯存起來,可海洋畢竟不是熱水瓶,因為海水溫度是隨著水深而變化的。這種變化可分為三層:第一層是從海麵到深度肋米左右,稱做表層。這一層海水表麵吸收太陽的輻射能,且受到風浪的影響使海水互相混合。因此,這一層海水溫度變化比較小,水溫約在26.7℃左右;第二層大約從水深60~300米左右,由於海水溫度隨著深度增加而急劇遞減,海水溫度變化較大,稱做主要變溫層;第三層深度在300米以下,稱為深層海水,這一層海水因為受到極地流來的冷水影響,溫度降低到4℃左右。再往下到1500米深處時,水溫幾乎就沒有變化了,常年維持在-1℃~2℃之間。
赤道附近的海水受到太陽的直射而變熱,除了蒸發而散發到大氣中的能量外,還有將近13%的太陽能以熱的形式被海洋吸收而貯藏起來。這樣,在赤道海域中海洋熱能的收支平衡就遭到了破壞,出現了吸收多於放出的現象。
而在極地海域情況正好相反,是放出多於吸收,這就在整個地球上形成了新的熱量平衡。這種新的熱量平衡,是通過赤道海域不斷向極地海域輸送能量而建立起來的;而在極地海域,受冷的海水密度增大下沉到深處,再流向赤道海域。這種循環形成了海水垂直麵上的水溫變化,也為人類從海洋中取得能量創造了條件。科學家告訴我們,不要小看表層海水和深層海水相差20~C的溫差,它正是人類寄以莫大希望的巨大能量之源。
法國是海水溫差能利用的故鄉,早在1861年,著名的法國科學幻想小說作家儒勒。凡爾納,就幻想利用海水中儲藏的太陽能了。1881年法國科學家德爾鬆瓦第一個提出了溫差發電的方案,他認為稀硫酸的水溶液在鍋爐內加熱到30℃所產生的蒸氣壓,與在冷凝器內冷卻到15℃所產生的蒸氣壓,兩者在溫差為15℃的條件下,它們的蒸氣壓力差約為兩個大氣壓,這個蒸氣壓力差就可以用來作功。在自然界中,要尋找溫差為15℃的熱源和冷源是十分容易的,如溫泉的水和河裏的水就可能相差15℃,海洋表層的水和深層的水也可能有15℃以上的溫差。他的設想提出以後,美國、意大利和德國的科學家為實現這個設想進行了不懈的努力,但都沒有獲得成功。整整過去了45年,直到1926年,才有人第一次用實驗證明了德爾鬆瓦設想的正確性。證明這個設想正確性的人,是他的學生——法國物理學家克勞德和工程師布射羅。
1926年11月15日,克勞德和布射羅當眾進行了溫差發電的實驗。他們取來兩隻燒瓶,在其中一隻燒瓶中裝入28℃的溫水,代表表層溫熱的海水作為熱源;另一隻燒瓶裏則盛放冰和水的混合物,使溫度恒定在0℃,代表深層的低溫海水作冷源。在連接兩個燒瓶的一段粗玻璃管中,安裝著一台十分精巧的汽輪發電機,組成了一個封閉的發電係統。
實驗開始,當克勞德用抽氣機把這個係統中的空氣抽光,使內部的氣壓下降到原來的1/25時,28℃的溫水居然猛烈翻泡沸騰起來,水蒸氣的強大氣流,把氣輪發電機衝得飛轉,霎時間,連接在電路中的三盞電燈一下子亮了起來。終於使利用海水溫差發電的設想,變成了看得見摸得著的事實。
那麽,克勞德為什麽要用抽氣機把實驗係統中的空氣抽光呢?
原來,水有一個特點,就是壓力不同,沸騰時的溫度也不同。壓力降低時,水沸騰的溫度就低於100℃。壓力越低,水沸點越低。比如,在1/8氣壓下,水的沸點是50℃,而在1/80的氣壓下,水的沸點變成了10℃。
克勞德抽光了實驗係統裏的空氣,使內部壓力大大降低下來,於是,盡管海水的溫度隻有28℃,卻已經沸騰起來,大量的蒸汽就成了可以做功的動力,三盞電燈也因而能夠明亮起來。
這三盞燈的明亮,為人類指明了方向。溫熱的海水已為尋找新能源的人們帶來新的希望。據科學家預測,全球熱帶海洋的水溫隻要下降1℃,就能釋放出1200億千瓦的能量。
日本的科學家說得就更形象了,他們說,隻要把日本海域內的熱能利用起來,那麽根據1975年日本消耗能量的情況看,這些熱能可以夠24個日本同時使用,到那時,其他形式的發電廠就可以關門休息了。
我們可以說,海洋的溫差能居於海洋各種能源之首,因此,極大地吸引了各國的科學家,他們投入了大量的人力物力研製生產海洋溫差發電裝置。
最初人們設計了一種水溫差發電站,是將海水直接引進保持真空的汽鍋,由於真空鍋內氣壓很低,進入真空汽鍋的海水就可以沸騰蒸發變成蒸汽,然後通過專門設計的低壓、低溫汽輪機,帶動發動機發電。通過汽輪機的蒸汽被引入由深層低溫海水冷卻的冷凝器,再重新凝結成水。
用這種方法雖然可以發電,但是,在建設和安裝深層輸水管道方麵有很多困難。所以,有人對這種方法加以改進,將海水引入一個太陽能加溫池,使海水加溫到45℃~60℃,甚至達到90℃,然後再將溫水引進真空的汽鍋蒸發,進行發電。改進後的溫差發電站,是用海邊和水庫裏的水冷凝,這樣就可以解決在海底安裝輸水管道的困難。
熱帶海麵與中層海水的溫差很大,最適宜采用這類發電裝置。1979年5月29日,世界上第一座海水溫差發電站,在美國的夏威夷成功地投入運行,為島上居民、車站和碼頭供應了照明用電。夏夷島在太平洋中部,地處北緯20℃,附近海域的表層海水溫度常年很高,冬季為24℃,夏季為28℃。在離岸隻有1.2千米的地方,水深400米處就可獲得10℃的冷海水,水深800米處就有5℃的冷海水,為海水溫差發電提供了極為優越的自然條件。這座海水溫差電站安裝在駁船型的海上平台上,平台錨係在夏威夷島東部約2.4千米的海上。裝機容量達1000千瓦以上。世界上第一座海水溫差發電站的建成和正常運行,不但證明了海水溫差發電技術的可行性,並且提供了大量豐富的實踐經驗,還標誌著海水溫差發電已經開始從試驗性發電轉向大規模的開發利用階段,夏威夷的海水溫差發電站也將成為海水溫差發電史上的又一裏程碑。它為下世紀新能源的開發指明了方向。
利用海水溫差發電,不僅可以獲得電能,而且還可以獲得很多有用的副產品。如海水蒸發後留下的濃縮水,用它可以提煉許多化工產品;廢蒸汽冷凝後可以變成大量淡水或廉價的冰,這些都可以供給沿海工農業生產的需要。
到21世紀,利用海水溫差發電一定會成為現實,它將使人類生活更加多姿多彩,在能源領域大放異彩。