[科普中國(guó)]-海洋開發(fā)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海洋的價(jià)值也越來(lái)越被人類重視，人們從不同的角度對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和利用。而在此過(guò)程中，所產(chǎn)生的廢棄物也越來(lái)越多，這些廢棄物絕大部分最終直接或間接地進(jìn)人海洋。當(dāng)這些廢物和污水的排放量達(dá)到一定的限度．海洋便受到了污染。諸如海洋石油污染、海洋重金屬污染、海洋熱污染、海洋放射性污染等。受到污染的海域，會(huì)損害海洋生物，危害人類健康，妨礙人類的海洋生產(chǎn)活動(dòng)．損害海水使用質(zhì)量，造成優(yōu)美環(huán)境被破壞等。1

開發(fā)的歷史人類利用海洋已有幾千年的歷史。由于受到生產(chǎn)條件和技術(shù)水平的限制，早期的開發(fā)活動(dòng)主要是用簡(jiǎn)單的工具在海岸和近海中捕魚蝦、曬海鹽，以及海上運(yùn)輸，逐漸形成了海洋漁業(yè)、海洋鹽業(yè)和海洋運(yùn)輸業(yè)等傳統(tǒng)的海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)。

17世紀(jì)20年代至20世紀(jì)50年代，一些沿海國(guó)家開始開采海底煤礦、海濱砂礦和海底石油。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，人類對(duì)礦物資源、能源的需求量不斷增加，開始大規(guī)模地向海洋索取財(cái)富。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)海洋資源及其環(huán)境的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高，海洋工程技術(shù)也有了很大發(fā)展，海洋開發(fā)進(jìn)入到新的發(fā)展階段；大規(guī)模開發(fā)海底石油、天然氣和其他固體礦藏，開始建立潮汐發(fā)電站和海水淡化廠，從單純的捕撈海洋生物向增養(yǎng)殖方向發(fā)展，利用海洋空間興建海上機(jī)場(chǎng)、海底隧道、海上工廠、海底軍事基地等，形成了一些新興的海洋開發(fā)產(chǎn)業(yè)。

開發(fā)的現(xiàn)狀現(xiàn)代海洋開發(fā)活動(dòng)中，海洋石油、天然氣的開發(fā)、海洋運(yùn)輸、海洋捕撈以及制海鹽規(guī)模和產(chǎn)值巨大，屬于已成熟的產(chǎn)業(yè)，正在進(jìn)行技術(shù)改造和進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)；海水增養(yǎng)殖業(yè)、海水淡化、海水提溴和鎂、潮汐發(fā)電、海上工廠、海底隧道等正在迅速發(fā)展；深海采礦、波浪發(fā)電、溫差發(fā)電、海水提鈾、海上城市等正在研究和試驗(yàn)之中海底礦產(chǎn)資源開發(fā)

海底礦產(chǎn)資源開發(fā)
海底礦產(chǎn)資源種類繁多，石油和天然氣的開發(fā)產(chǎn)值占首位，其次是煤礦，另外還有砂、礫石和重砂礦等。

石油和天然氣海底有5000萬(wàn)平方公里（約占海洋面積的14%）潛在的含油沉積盆地，其中石油的可采儲(chǔ)量估計(jì)為1350億噸?？碧奖砻鳎畲笥?00米的大陸坡、大陸隆和小洋盆很可能是未來(lái)油氣生產(chǎn)的遠(yuǎn)景區(qū)。

中國(guó)1959年開始在渤?？碧?，以后逐漸擴(kuò)大到南黃海、東海和南海北部大陸架，包括臺(tái)灣方面在內(nèi)，已發(fā)現(xiàn)了7個(gè)大型含油氣沉積盆地。

20世紀(jì)80年代初從事海上油氣勘探的國(guó)家已達(dá)100多個(gè)。1983年鉆井水深已達(dá)1965米。到1984年5月,全世界共有活動(dòng)式鉆井平臺(tái)715座，其中自升式436座，半潛式 164座，坐底式29座，鉆井浮船和駁船86艘。世界海洋石油產(chǎn)量從1950年的0.3億噸，占世界石油總產(chǎn)量的5.5%，增長(zhǎng)到1983年的6.9億噸，占世界石油總產(chǎn)量的26%。其中以英國(guó)、沙特阿拉伯、墨西哥、美國(guó)和委內(nèi)瑞拉等國(guó)產(chǎn)量最多。海洋天然氣1983年的產(chǎn)量為2960億立方米，占世界天然氣總產(chǎn)量的19%。其中美國(guó)、英國(guó)和挪威的產(chǎn)量占總產(chǎn)量的71.8%。海洋石油和天然氣開發(fā)的產(chǎn)值已占海洋開發(fā)總產(chǎn)值的70%左右。

煤礦開采海底煤礦的國(guó)家有日本、英國(guó)、加拿大、土耳其、智利、中國(guó)等。日本海底煤礦的開采量占其全國(guó)煤總產(chǎn)量的50%左右。智利海底煤礦的開采量達(dá)全國(guó)煤總產(chǎn)量的84%。英國(guó)的位于諾森伯蘭離岸14公里海底的煤礦是世界最大的海底煤礦。

重砂礦和砂礫海濱砂礦的開采方法很多。世界80%的鋯石、90%的金紅石都是由澳大利亞海濱砂礦開采的。世界90%的錫石來(lái)自海濱砂礦，泰國(guó)是最大的產(chǎn)錫國(guó)。美國(guó)在阿拉斯加的好消息灣開采的鉑砂礦占美國(guó)鉑總產(chǎn)量的90%以上。中國(guó)開采的海濱砂礦有鈦鐵礦、鋯石、獨(dú)居石和磷釔礦等。世界上正在開采海洋砂礫的國(guó)家有日本、英國(guó)、美國(guó)、丹麥、荷蘭、中國(guó)和瑞典等。

海水化學(xué)資源海水中存在著豐富的資源。人類直接從海水中大量提取或利用的物質(zhì)只有食鹽、溴、鎂和淡水等。食鹽是提取量最大的海水化學(xué)物質(zhì)，世界年產(chǎn)量已超過(guò)5000萬(wàn)噸。中國(guó)的產(chǎn)量一直居首位，1983年的生產(chǎn)量為1194萬(wàn)噸。海水提溴和提鎂發(fā)展都較快，世界溴產(chǎn)量的70%、鎂產(chǎn)量的34%都來(lái)源于海水。海水淡化的方法很多，發(fā)展很快。1975年世界日產(chǎn)95噸以上的海水淡化裝置有1036個(gè)，日產(chǎn)淡水量約200萬(wàn)噸；到1980年規(guī)模同等的淡水裝置已達(dá)2204個(gè)，日產(chǎn)淡水量達(dá)727萬(wàn)噸。

錳結(jié)核和熱液礦床這兩種礦目前尚未正式開采。海底錳結(jié)核的試驗(yàn)性開采已經(jīng)開始，1978年3月“塞德科445”號(hào)采礦船在夏威夷東南1700公里、水深5000米處試采，日產(chǎn)錳結(jié)核300噸；1980年6月和1981年3月“格洛瑪·勘探者”號(hào)船兩次進(jìn)行試采,日產(chǎn)錳結(jié)核500噸。聯(lián)邦德國(guó)的普羅伊薩克公司1979年已從紅海2200米深的海底采出15000立方米的礦泥。一些國(guó)家正在研究提煉軟泥中的金屬的技術(shù)。

海洋生物資源開發(fā)海水增養(yǎng)殖發(fā)展很快，日本1960年海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為30萬(wàn)噸，到1982年已達(dá)118萬(wàn)噸；美國(guó)的海水牡蠣養(yǎng)殖產(chǎn)量居世界首位，1982年產(chǎn)24590噸牡蠣（凈肉）；中國(guó)海水養(yǎng)殖的產(chǎn)量1983年已達(dá)54.5萬(wàn)噸,比1954年增加了5倍多，養(yǎng)殖品種有海帶、紫菜、貽貝、鮑魚、牡蠣、蛤、海參、對(duì)蝦、梭魚、尼羅羅非魚等。

包括捕撈和養(yǎng)殖兩個(gè)方面。在20世紀(jì)60年代以前，海產(chǎn)捕獲量直線上升，但70年代以后，雖然捕漁船隊(duì)和噸位數(shù)比過(guò)去成倍增加,產(chǎn)量卻徘徊在6000萬(wàn)噸左右。1982年世界海洋漁獲量6820萬(wàn)噸，其中日本居首位，蘇聯(lián)次之，中國(guó)居第三位。由于捕撈量的90%以上集中在大陸架水域，造成捕撈過(guò)度。近十多年來(lái)，水產(chǎn)資源遭到破壞，不少國(guó)家的捕撈區(qū)已向深海遠(yuǎn)洋發(fā)展，并尋找新的海洋生物資源。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織初步估計(jì)，南極磷蝦蘊(yùn)藏量約10～50億噸。在不破壞生態(tài)平衡的前提下，每年可捕撈5000～7000萬(wàn)噸，幾乎相當(dāng)于世界的總漁獲量，受到世界各國(guó)重視。

海洋能利用包括潮汐發(fā)電、波浪發(fā)電和溫差發(fā)電等。世界上第一座具有商業(yè)規(guī)模的潮汐發(fā)電站是1966年法國(guó)建成的朗斯河口潮汐發(fā)電站，總裝機(jī)容量24萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量5.44億度。1968年，蘇聯(lián)也在基斯洛亞灣建成裝機(jī)容量800千瓦的潮汐發(fā)電站。1984年4月加拿大在芬迪灣建成的安納波利斯潮汐發(fā)電站，裝機(jī)容量19900千瓦。中國(guó)1980年建成的江廈潮汐試驗(yàn)電站，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量3000千瓦，年發(fā)電量1070萬(wàn)度。小型的波浪發(fā)電裝置已達(dá)到商品化、實(shí)用化，在導(dǎo)航浮標(biāo)和燈塔上廣泛使用。日本等國(guó)建造“海明”號(hào)波浪發(fā)電船，開始使波浪發(fā)電裝置向大型化發(fā)展，已經(jīng)過(guò)兩次發(fā)電試驗(yàn)。第二次試驗(yàn)于1979～1980年，共裝8臺(tái)機(jī)組，最大輸出功率1000千瓦，年發(fā)電量19萬(wàn)度。溫差發(fā)電從70年代以來(lái)發(fā)展較快，1979年美國(guó)在夏威夷島近海建成一艘試驗(yàn)性的溫差發(fā)電船，輸出功率50千瓦。1982年在夏威夷群島的瓦胡島建設(shè)岸式和海上試驗(yàn)電站各一座，功率均為4萬(wàn)千瓦。日本于1981年在瑙魯島上建成的一座岸式試驗(yàn)性溫差發(fā)電站，發(fā)電機(jī)額定功率100千瓦，試驗(yàn)時(shí)最大功率120千瓦。

海洋空間利用人類為了滿足生產(chǎn)和生活的需要，把海上、海中和海底空間當(dāng)作交通、生產(chǎn)、軍事活動(dòng)和居住、娛樂(lè)的場(chǎng)所。

海上運(yùn)輸海上運(yùn)輸歷史悠， 早在公元前1000年時(shí),地中海沿岸國(guó)家已開始航海。公元1405～1433年中國(guó)鄭和7次率船隊(duì)下“西洋”，曾到達(dá)非洲的馬達(dá)加斯加附近，與東非、印度、南洋30多國(guó)進(jìn)行交往。到19世紀(jì)末,世界大洋的主要航道都已開辟。20世紀(jì)前期，又開辟了通往南極的航道，開鑿了連接太平洋和大西洋的巴拿馬運(yùn)河，開始了北極航道的定期航行。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，海上貨運(yùn)量已由1938年的4.7億噸,增長(zhǎng)為40億噸；海上運(yùn)輸船隊(duì)由1935年的29071艘，6372萬(wàn)總噸，增長(zhǎng)為1982年的7.5萬(wàn)艘，4.3億總噸。

海上城市海上城市是指在海上建立的具有新城市機(jī)能、新交通體系的大型居住區(qū)，可容納幾萬(wàn)人。目前世界上已建成的最大海上城市是日本神戶人工島（見人工島）。

海上機(jī)場(chǎng)海上機(jī)場(chǎng)是把飛機(jī)的起降跑道建筑在海上固定式建筑物或漂浮式構(gòu)筑物上的機(jī)場(chǎng)。如日本的長(zhǎng)崎機(jī)場(chǎng)、英國(guó)倫敦的第三機(jī)場(chǎng)建在人工島上；美國(guó)紐約拉瓜迪亞機(jī)場(chǎng)是用鋼樁打入海底建立的樁基式海上機(jī)場(chǎng)；日本正在建筑的關(guān)西機(jī)場(chǎng)則是漂浮式海上機(jī)場(chǎng)，位于大阪灣東南離泉州5公里的海面上,它是將巨大鋼箱焊接在許多鋼制浮體上，浮體半潛于水中，鋼箱高出海面作為機(jī)場(chǎng)，用錨鏈系泊于海上，機(jī)場(chǎng)面積設(shè)計(jì)為1100公頃。

海上工廠是把生產(chǎn)裝置安放在海上漂浮的設(shè)施上，就地開發(fā)利用海洋能的工廠。日本等國(guó)建的“海明”號(hào)波浪發(fā)電廠、美國(guó)建的溫差發(fā)電廠都是建在船上的海上發(fā)電廠。美國(guó)在新澤西州岸外大西洋東北11英里處建立的海上原子能發(fā)電廠安置在兩只漂浮的大平底船上，周圍環(huán)有馬蹄形防波堤，發(fā)電能力為115萬(wàn)千瓦。巴西在亞馬遜河口建的海上紙漿廠，安置在一艘鋼制大平底船上，可日產(chǎn)紙漿750噸。另外,日本還建有日處理垃圾達(dá)10000噸的海上廢棄物處理廠以及日產(chǎn)5000立方米淡水的浮式海上淡化廠。

海底隧道世界上已建成數(shù)條海底隧道。日本正在修建的“青函海底隧道”是世界上最長(zhǎng)的海底隧道，它穿過(guò)津輕海峽,全長(zhǎng)53.85公里。其中海底部分長(zhǎng)23.3公里；最深部分在海底100米以下，隧道頂部離水面的距離為240米。工程于1964年5月正式動(dòng)工，先導(dǎo)坑道已于1983年 1月全部打通；可并行兩列火車的主坑道也于1985年3月打通，整個(gè)隧道要到1987年才能正式通車。目前正在建設(shè)的還有長(zhǎng)51公里的“英吉利海底隧道”和47公里的“直布羅陀海底隧道”等。

海底軍事基地是指建在海底的導(dǎo)彈和衛(wèi)星發(fā)射基地、水下指揮控制中心、潛艇水下補(bǔ)給基地、海底兵工廠、水下武器試驗(yàn)場(chǎng)等用于軍事目的的基地。它們大體上可分為兩類：一類是設(shè)在海底表面的基地，由沉放海底或在海底現(xiàn)場(chǎng)安裝的金屬構(gòu)筑物組成；另一類是在海底下面開鑿隧道和巖洞做為基地。美國(guó)、蘇聯(lián)修建得最多。

海洋開發(fā)技術(shù)海水淡化技術(shù)向海洋要淡水已成定勢(shì)。淡水資源奇缺的中東地區(qū)，數(shù)十年前就把海水淡化作為獲取淡水資源的有效途徑。美國(guó)正在積極建造海水淡化廠，以滿足人們與將來(lái)對(duì)淡水的需求。全世界共有近8000座海水淡化廠，每天生產(chǎn)的淡水超過(guò)60億米，俄羅斯海洋學(xué)家探測(cè)查明，世界各大洋底部也擁有極為豐富的淡水資源，其蘊(yùn)藏量約占海水總量的20%。這為人類解決淡水危機(jī)展示了光明的前景。

深海探測(cè)與深潛技術(shù)深海是指深度超過(guò)6000米的海域。世界上深度超過(guò)6000米的海溝有30多處，其中的20多處位于太平洋洋底，馬里亞納海溝的深度達(dá)11000米，是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最深的海域。深海探測(cè)，對(duì)于深海生態(tài)的研究和利用、深海礦物的開采以及深海地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，均具有非常重要的意義。

美國(guó)是世界上最早進(jìn)行深海研究和開發(fā)的國(guó)家，“阿爾文”號(hào)深潛器曾在水下4000米處發(fā)現(xiàn)了海洋生物群落，“杰遜”號(hào)機(jī)器人潛入到了6000米深處。1960年，美國(guó)的“迪里雅斯特”號(hào)潛水器首次潛入世界大洋中最深的海溝――馬里亞納海溝，最大潛水深度為10916米。

1997年，中國(guó)利用自制的無(wú)纜水下深潛機(jī)器人，進(jìn)行深潛6000米深度的科學(xué)試驗(yàn)并取得成功，這標(biāo)志著中國(guó)的深海開發(fā)已步入正軌。

大洋鉆探技術(shù)在漫長(zhǎng)的地球歷史中，滄海桑田、大陸漂移、板塊運(yùn)動(dòng)、火山爆發(fā)、地震等都是地殼運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式。洋底是地殼最薄的部位，且有硅鋁缺失現(xiàn)象，沒(méi)有花崗巖那樣堅(jiān)硬的巖層。因此，洋底地殼是人類將認(rèn)識(shí)的觸角伸向地幔的最佳通道，“大洋鉆探”是研究地球系統(tǒng)演化的最佳途徑。

為了得到整個(gè)洋殼6000米的剖面結(jié)構(gòu)，從而獲取地殼、地幔之間物質(zhì)交換的第一手資料，美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)從1966年開始籌備“深海鉆探”計(jì)劃，即“大洋鉆探”的前身。1968年8月，“格羅瑪·挑戰(zhàn)者”號(hào)深海鉆探船，第一次駛進(jìn)墨西哥灣，開始了長(zhǎng)達(dá)15年的深海鉆探，該船所收集的達(dá)百萬(wàn)卷的資料已成為地球科學(xué)的寶庫(kù)，其研究成果證實(shí)了海底擴(kuò)張，建立了“板塊學(xué)說(shuō)”，為地球科學(xué)帶來(lái)了一場(chǎng)革命。

1985年1月，美、英、法、德等國(guó)拉開了“大洋鉆探”的序幕?！按笱筱@探”計(jì)劃主要從兩方面展開研究：一是研究地殼與地幔的成分、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)；二是研究地球環(huán)境，即水圈、冰圈、氣圈和生物圈的演化。

海洋遙感技術(shù)海洋遙感技術(shù)，主要包括以光、電等信息載體和以聲波為信息載體的兩大遙感技術(shù)。

海洋聲學(xué)遙感技術(shù)是探測(cè)海洋的一種十分有效的手段。利用聲學(xué)遙感技術(shù)，可以探測(cè)海底地形、進(jìn)行海洋動(dòng)力現(xiàn)象的觀測(cè)、進(jìn)行海底地層剖面探測(cè)，以及為潛水器提供導(dǎo)航、避碰、海底輪廓跟蹤的信息。

海洋遙感技術(shù)是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段。衛(wèi)星遙感技術(shù)的突飛猛進(jìn)，為人類提供了從空間觀測(cè)大范圍海洋現(xiàn)象的可能性。海洋衛(wèi)星，為海洋遙感技術(shù)提供了堅(jiān)實(shí)的支撐平臺(tái)。

中國(guó)的海洋遙感技術(shù)始于70年代，開始是借助國(guó)外氣象衛(wèi)星和陸地衛(wèi)星的資料，開展空間海洋的應(yīng)用研究，解決中國(guó)海洋開發(fā)、科學(xué)研究等實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，中國(guó)積極研究發(fā)展本國(guó)的衛(wèi)星遙感技術(shù)。1990年9月，中國(guó)發(fā)射“風(fēng)云－1乙”衛(wèi)星，該衛(wèi)星上有兩個(gè)波段為專用的海洋窗口，用于海洋遙感探測(cè)。

海洋導(dǎo)航技術(shù)海洋導(dǎo)航技術(shù)，主要包括無(wú)線電導(dǎo)航定位、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航、水聲定位和綜合導(dǎo)航等。

無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，包括近程高精度定位系統(tǒng)和中遠(yuǎn)程導(dǎo)航定位系統(tǒng)。最早的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)是20世紀(jì)初發(fā)明的無(wú)線電測(cè)向系統(tǒng)。20世紀(jì)40年代起，人們研制了一系列雙曲線無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，如美國(guó)的“羅蘭”和“歐米加”，英國(guó)的“臺(tái)卡”等。

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮膶?dǎo)航系統(tǒng)。1964年，美國(guó)推出了世界上第一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)――海軍衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，又稱子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)已成為使用最為廣泛的船舶導(dǎo)航系統(tǒng)。

中國(guó)的海洋導(dǎo)航定位技術(shù)起步較晚。1984年，中國(guó)從美國(guó)引進(jìn)一套標(biāo)準(zhǔn)“羅蘭－C”臺(tái)鏈，在南海建設(shè)了一套遠(yuǎn)程無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，即“長(zhǎng)河二號(hào)”臺(tái)鏈，填補(bǔ)了中國(guó)中遠(yuǎn)程無(wú)線電導(dǎo)航領(lǐng)域的空白。在衛(wèi)星導(dǎo)航方面，中國(guó)注重發(fā)展陸地、海洋衛(wèi)星導(dǎo)航定位，已成為世界上衛(wèi)星定位點(diǎn)最多的國(guó)家之一。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉勇 - 副教授 - 西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院