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第12章

海洋甲壳动物指体躯分节、具几丁质(甲壳质)外壳、头部有5对附肢(前两对为触角)、以鳃或皮肤呼吸的海洋动物。甲壳动物属节肢动物门,因多具坚硬如甲的外壳而得名。全世界共有3万多种,绝大多数是海生种,如水虱、藤壶、对虾、青蟹等。

海洋沉积物

海洋沉积物-海水界面,是地球上最大的界面之一。它与悬浮体-海水界面组成了液体与固体界面关系。沉积物化学,包括沉积物的生成和移动规律,沉积物的化学组成和矿物组成,沉积物与底栖生物的作用,沉积物中的有机物及其组成和变化规律,沉积物的间隙水化学。总而言之,从海面到海底,海水与不同属性物质问题界面接触发生的种种化学过程,都是人们正在探索的课题。海水-沉积物界面,海洋界面化学研究贯穿其全部过程。当然,这其中有界面热力学和非平衡动态热力学和统计力学,化学动力学和稳定态胶体的凝聚和动力学过程,以及再悬浮变化规律,也是化学海洋学探讨的课题。

海洋沉积学的形成和作用

在全球变化研究中,人们采用比较沉积学、碳酸盐浊流沉积和事件沉积进行研究,取得丰硕成果。例如,确定了第四纪以来的海面变化,特别是渐新世以来变化的可比性。资料显示,它与全球气候的变化曲线有某种一致性。再如,对灾变事件研究表明,灾变事件对沉积物的影响,要比长期正常沉积作用大许多。20世纪80年代后,幕式沉积研究和现代灾变理论逐渐引入沉积学。陆架沉积动力学研究重点,开始转向事件沉积学的研究,特别是旋回和事件沉积在陆架沉积层中的作用和地位,愈显重要。

海洋自然保护区

海洋自然保护区是国家为保护海洋环境和海洋资源而划出界限加以特殊保护的具有代表性的自然地带,是保护海洋生物多样性,防止海洋生态环境恶化的措施之一。20世纪70年代初,美国率先建立国家级海洋自然保护区,并颁布《海洋自然保护区法》,使建立海洋自然保护区的行动法制化;中国自20世纪80年代末开始海洋自然保护区的选划,5年之内建立起7个国家级海洋自然保护区。建立海洋自然保护区的意义在于保持原始海洋自然环境,维持海洋生态系的生产力,保护重要的生态过程和遗传资源。

海水起伏最大的海湾

芬迪湾是世界海潮潮差最大的海湾。位于大西洋西北部,在北美洲加拿大东南沿海,呈东北——西南走向。长约150千米,湾口宽50千米,面积9300平方千米。平均深度75米,最大水深214米。芬迪湾名称源于葡萄牙语,有深深的海湾之意。

芬迪湾形状狭长,湾口大,湾顶小,状似喇叭。这种地势便于潮波能量的汇集,在湾顶处集中,水势渲泄不透,隆起而成高潮。其最大潮差21米,成为世界最壮观的涌潮。

海水中溶解盐的分类

对于海水中的溶解盐组分,基本上有三类:一是溶解组分。例如,各种溶解盐类、有机化合物和气体;二是第二相的气泡组分;三是不溶性的无机和有机固体。海水中的溶解物质,又可分两类:电解质和非电解质。电解质溶于水时,产生带电荷的微粒或离子,而非电解质则不然。目前,通过各种技术测定,各大洋海水的主要组分及空间分布是均匀的。人们相信,这种组分是空间均匀趋态,在过去几百年间,已经基本形成,并基本保持不变。

海水中溶解着的元素

海水中溶解着的元素大多是以离子态存在的。这些离子态的元素,可分为阳离子和阴离子两大类,若以某一元素的重量占海水重量的千分比来表示,当盐度为35时,其中最主要的阳离子是按下列顺序排列的。最主要的阳离子平均含量为钠(Na+)10.76310-3、镁(Mg2+)1.29410-3、钙(Ca2+)0.43210-3、钾(K+)0.39910-3、锶(Sr2+)0.00810-3,这5种阳离子总量占海水重量12.87610-3。最主要的阴离子为氯化物(Cl-)19.35410-3、硫酸盐(SO42-)2.71210-3、碳酸氢盐(HCO3-)0.14610-3、溴化物(Br-)0.06710-3、硼酸盐(H2BO3-)0.14610-3、氟化物(F-)0.00110-3,这6种阴离子总量占海水重量的22.30010-3。

这11种离子的总量占海水重量的35.1710-3,为整个海水溶解物质总量的99.910-3。除上述元素之外,大洋中还含有天然存在的痕量元素。据计算,每一立方千米的海水中,约含0.40亿吨固体。其中,食盐(氯化纳)0.3亿吨、镁140万吨、钾96万吨、溴7万吨、硼酸盐5万吨、碘530吨、铁220吨、铜110吨。

此外,还有一定数量的其他元素。在这些元素之中,由于回收技术等因素的影响,大多数达不到合理的商业生产目标,只有食盐、镁和溴已从海水中大量提取,并投入商业生产。在海水中还有金、镭等元素存在,但因浓度极小,无法进入商业生产,故显得微不足道。然而,就其总量来说,它们仍是个十分可观的数字。

海水提取碘

碘是国防、工业、农业、医药等部门和行业所依赖的重要原料,海水提碘是从海水中提取元素碘的技术。海洋水体蕴藏的碘极丰富,总数估计达800亿吨,世界上有许多国家从事海水提碘。20世纪70年代末,中国提出“离子-共价”吸着概念,研究成功JA-2型吸着剂,可直接从海水中提碘和溴;此后发展了液-固分配等富集方法,亦可直接从海水中提取碘。利用晒盐后的卤水也可制取碘,所采用的方法有活性炭吸附法、淀粉吸附法、硝酸银或硫酸铜沉淀法、离子交换树脂法等。某些海藻具有吸附碘的能力,如干海带中碘的含量一般为0.3%~0.5%,比海水中碘的浓度高10万倍。因此,利用浸泡液浸泡海带亦可制取碘。

海水提取镁

海水提镁是从海水中提取镁的技术。海水镁砂具有组织均匀、密度大、纯度高(98%~99%)等特点,是钢铁工业不可缺少的耐火材料。从20世纪30年代开始从海水中提取镁砂以来,美、日、英、法、意、以色列等个国家已形成一定的规模和能力,世界海水镁砂年产量约270万吨。中国主要从海水盐卤中提取氯化镁,从海水中直接提取镁砂,尚处于试验阶段。以色列创造了着名的阿曼法。基本工序是:工厂泵取死海卤水,首先经过阿曼反应器,产生氧化镁粗产品和盐酸等副产品;然后粗产品经过洗涤,得到纯度高达99%的氧化镁,最后经过焙燃工序,得到方镁石,纯度可达99.2%以上。1938年8月,英国进行工业化海水提取镁试验成功,很快便在东北海岸哈特普尔兴建了年产10000吨的海水镁砂厂。第二次世界大战之后,英国加紧扩建这家镁砂厂。1978年,该厂年产量达25吨。这家海水镁砂厂不仅赢得了世界上第一个正式生产海水镁砂工厂的称号,而且在20世纪60年代前是世界上生产海水镁砂最大的工厂。

海水制盐的方法

海水制盐主要有三种方法:即太阳能蒸发法(亦称盐田法)、电渗析法和冷冻法。太阳能蒸发法是很古老的制盐方法,也是目前仍沿用的普遍方法。这种方法是在岸边修建很多像稻田一样的池子,用来晒盐。制盐的过程包括纳潮,制卤、结晶、采盐、贮运等步骤。纳潮,就是把含盐量高的海水积存于修好的盐田中。制卤就是让海水的浓度逐渐加大,当水分蒸发到盐田中时,这时的盐水就是卤水,俗称“泡淹”母液。这种盐水要及时转移到下一个池子——结晶池中。卤水在结晶池中继续蒸,食盐就会渐渐地沉积在池底,形成结晶,达到一定程度就可以采集了。盐田制盐受环境影响很大,海水的盐度、地理位置、降雨量、蒸发量等等因素,都会直接影响盐的产量。这种方法占用的土地和人力资源也比较大,需要加以改进。

冷冻法制盐是地处高纬度国家采用的一种生产海盐的技术,像俄罗斯、瑞典等国家,多用此法制盐。这种方法的原理是,当海水冷却到海水冰点(-1.8℃)时海水就结冰。海水结成的冰里很少有盐,基本上是纯水。去掉水分,就等于晒盐法中的水分蒸发,剩下浓缩了的卤水就可以制盐了。

电渗析法是随着海水淡化工业发展而产生的一种新的制盐方法。它是充分利用海水淡化所产生的大量含盐量高的“母液”为原料来生产食盐的。与盐田法相比,电渗析法节省了大量的土地,而且不受季节影响,投资少,节省人力。日本目前是世界上惟一用电渗析法完全取代盐田法制盐的国家。电渗析法制盐的工艺流程是:海水→过滤→电渗析制浓缩咸水→咸水蒸发结晶→干燥→包装成品。其中蒸发后的卤水可以生产其他产品。相信随着科学技术的进步,人类会采用更新更高的技术制盐,制盐业会不断地跨上一个又一个新的台阶。

海洋沉积

海洋沉积是各种海洋沉积作用所形成的海底沉积物的总称。沉积作用一般可分为物理的、化学的和生物的3种不同过程,由于这些过程往往不是孤立地进行,所以沉积物可视为综合作用产生的地质体。研究海底沉积物的类型、组成、分布规律、形成过程和它的发育历史,是海洋沉积学的主要内容,也是海洋地质学的重要组成部分。海洋沉积物及其土力学性质的研究可为海底电缆和输油管道的铺设、石油钻井平台的设计和施工等海洋开发前期工程提供重要科学依据。海底沉积物的形成环境的研究,可为石油等海底沉积矿产的生成和储集条件提供重要资料。

海沟

海沟是岩石圈板块的汇聚型板块边界(消亡边界),大洋岩石圈板块在此俯冲、消亡。主要分布于环太平洋地区,也见于印度尼西亚之西的印度洋和加勒比海域。在太平洋西部和印度洋,海沟与岛弧平行排列;在太平洋东部,海沟与陆缘火山链相伴随。

海沟的特征

(1)海沟长一般在500~4500千米,宽40~120千米。地球上最深的马里亚纳海沟深达11034米。海沟在平面上大多呈弧形向大洋凸出,横剖面呈不对称的“V”字型,近陆侧陡峻,近洋侧略缓。

(2)海沟两侧普遍具阶梯状的地貌,地质结构复杂,发育蓝闪石片岩相高压低温变质带。海沟中的沉积物一般较少,主要包括深海、半深海相浊积岩。海沟是大洋地壳与大陆地壳之间的接触过渡带。

(3)海沟的两面峭壁大多是不对称的“V”字型,沟坡上部较缓,而下部则较陡峭。平均坡度为5度到7度。偶尔也会遇到45度以上的斜坡。

(4)海沟为重力负异常带,自由空间异常值低达-200毫伽以下,热流值仅为1HFU左右,低于地壳平均热流量。

(5)沿海沟分布的地震带是地球上最强烈的地震活动带。震源通常自洋侧向陆侧加深,构成自海沟附近向大陆方向倾斜的震源带。

海沟的分布

海沟主要分布在活动的大陆边缘。世界上最重要的海沟几乎全部聚集在太平洋,例如世界最深点所在地——马里亚纳海沟就在太平洋的西部。大西洋的波多黎各海沟和南桑威奇海沟虽然相距遥远,但它们共同的特点是,它们所处的位置都与太平洋有关,那里的大西洋底或是和太平洋底相连接,或是仅隔一条狭窄的陆壳。

海水温差电理论

1964年,美国的安德森父子在总结前人经验教训的基础上,提出了海水温差发电新理论。他们突破前人的地方,一是把整个发电设备安装在一个巨大的浮体上,使之浮于海中,这样就可以大大缩短冷水区取水管的长度;二是不再直接以海水为工作介质,而采用低沸点的液态丙烷、氨、氟里昂等物质作为闭路系统的工作介质。这样,可使用小的高压涡轮气体发电机,不必采用克劳德使用的那种庞大的低压蒸气涡轮机了。安德森父子称这种工作方式为“闭路循环方式”。

1979年5月29日,美国在夏威夷海域建成了世界上第一个闭路循环海流热能电站。该电站安装在一艘驳船上,使用的工作介质是氨。建成的电站成功地获得电量9~11千瓦。此后美国又着手进行了大型海洋热能发电装置的设计与建设工作。其中一种是16千瓦的半潜式海洋能电站。

1975年,日本科学家完成了闭路循环的温差发电装置,并获得成功。海洋热能发电目前仍处于试验阶段,但海水里蕴藏的巨大的热能,人类是不会让其白白耗费掉的,随着科技进步和人类对能源需求的扩大,海洋热能的开发前景是非常光明的。

海道测量

海道测量是海上交通的先行。1949年6月,中国人民解放军华东军区海军海道测量局成立,从此,我国海道测量进入快速发展时期,一边进行基础建设和人才培养,一边开始为海防建设和经济建设测图。1958年开始了大规模的海区基本测量,9年间测水深图520幅,测深里程78万千米。1978年后,海道测量工作又出现了欣欣向荣的局面,开始大量培养高级技术人才,组建了海洋测绘研究所,建造了大型的远洋测量船,引进和研制了多种先进的海道测量仪器装备,我国海道测量工作又步入了一个高速发展的阶段。

海市蜃楼

海市蜃楼是一种奇特有趣的自然幻景,人们在海面、沙漠甚至城市上空,均发现了这种情景。因为它极为罕见而且具有迷人的奇幻诡谲,古往今来留下不少有关海市蜃楼的宝贵记录和美妙传说。

海市蜃楼是晴朗、无风或微风条件下,光在折射率不均匀的空气中连续折射和全反射而产生的一种光学现象。由于空气折射率变化的不均匀,物像变形,再加微风的扰动,仙境随之消散,这就更使它蒙上了一层神秘色彩。靠近海面的空气由于海水温度较低和潮湿的水蒸气的缘故,折射率较大,而上方的空气因受日照温度较高。亦即海面上空空气层的折射率是由下而上随高度逐渐减小的。光线穿过该空气层时,经连续折射向下弯曲。海面远处的景物隐匿于地平线以下,人们不能直接看到。当这些景物射向空中的光线连续弯向地面而到达人眼时,人们逆着光线看去,就会看到海面上空出现了从未见过的奇景,似仙阁凌空。海市蜃楼的成像原理与变折射率透镜的成像原理相同。即把海市蜃楼形成时的大气看成是一个巨型的变折射率的空气透镜,它使远距离的景物移近、放大,映现于天幕。此看法已在蜃景演示仪的模拟实验中得到了初步验证。

海底坟墓之谜

1980年,在挪威沿海的一个荒芜的半岛上,进行了一场高难度的悬崖跳水表演。随着发令枪响,30名跳水运动员飞下悬崖,却不见有人露出水面。这时,连下海救生的潜水员也无影无踪了。

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