书城教材教辅海洋科学知识(青少年科普知识阅读手册)
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第11章

目前,世界各国海洋生物技术的研究又有新的发展。一是探索有价值的海洋生物种群;二是利用生物技术开发新的海洋动植物优良品种,用于水产养殖业;三是利用海洋生物技术从天然生物中提取或者加工各种化工产品;四是从基因工程理论上阐明生物的特殊功能,并在可能的范围内加以利用;五是用基因工程理论阐明海洋生态系统存在与发展的规律,并对其进行人为的控制;六是建立海洋生物利用系统,包括海水养殖新技术和海洋生物生产系统。

海洋工程

海洋工程,从地理的角度来说,可分为海岸工程、近岸工程(又称离岸工程)和深海工程三大类。一般来说,位于波浪破碎带一线的工程,为海岸工程;位于大陆架范围内的工程,为近岸工程;位于大陆架以外的工程,为深海工程,但是在通常情况下,这三者之间又有所重叠。从结构角度来说,海洋工程又可分为固定式建筑物和系留式设施两大类。固定式建筑物是用桩或者是靠自身重量固定在海底,或是直接坐落在海底;系留式设施是用锚和索链将浮式结构系留在海面上。它们有的露出水面,有的半露在水中,有的置于海底,还有一种水面移动式结构装置或是大型平台,可以随着作业的需要在海面上自由移动。

海上人工岛

海上人工岛是在近岸浅海水域人工建造的陆地,是具有多功能的海洋工程,可用于修建深水港、海上机场、海上城市,

也可供近海油气开发、海底矿产(如煤矿、铁矿、砂矿等)开发、水产品加工、废品处理等充当基地,亦可用作为大型火力电站或核电站站址,以及毒品和危险品仓库等。这种海洋空间利用方式可缓解原有城市的人口密集、交通拥挤、噪声、饮用水和空气污染等都市问题。1961~1990年的30年间全世界的海上人工岛工程项目多达400项,较大型项目50项,工程水深一般20~100米,少数达1000米;离岸最近的0.1千米,最远的达150千米,一般分为固定式和浮动式两大类,用海底隧道或跨海桥梁与陆岸连接。日本神户人工岛、六甲人工岛、东京湾人工岛为此类海洋工程的典范。

香港、澳门的闹市区都曾是大海。香港岛的商业闹市、港区、公寓几乎都是建筑在填海地上,在这个6平方千米的新城区,居住着69万人口,约占全岛的58%。澳门本岛原面积仅2.78平方千米,现在面积增加了1倍多。澳门繁华区几乎都集中在这块新区上。

海上工厂

海上工厂是利用海域便利条件而设置的生产设施。所谓“海域便利条件”系指就地利用廉价的海洋能、广阔的海域空间、丰富的海洋生物资源等,海上工厂多为浮动式,可以转移。如日本等国建造的“海明”号波浪发电装置,美国建造的夏威夷温差发电装置实际上就是一座利用波浪能和温差能的发电厂。日本为巴西兴建的巴西利亚纸浆厂建在两艘长230米的船上,年产漂白纸浆26万吨;德国一座海上氨厂日产氨1000吨;新加坡一个海上奶牛场饲养奶牛6000余头,照明和生产用电全都来自海藻和牛粪所产生的沼气,沼气还驱动海水淡化装置,提供饮用水。此外,随着海洋开发规模的扩大,人们还设想在海底建造采油厂、炼油厂、采矿厂、选矿厂等,以降低生产成本,节省海上空间。

海洋监视卫星

海洋监视卫星是用于探测、识别、跟踪、定位和监视全球海面舰艇和水下潜艇活动的卫星,它能提供舰船之间、舰岸之间的通信,是20世纪70年代发展起来的十分先进的卫星技术。由于它所覆盖的海域广阔,探测目标多而且是活动的,所以它的轨道较高,并且多采用多星组网体制,以保证连续监视。海洋监视卫星分为电子型和雷达型两类,它是军事预警和侦察卫星发展的一个重要分支。海洋监视卫星问世以来,广泛用于发现和跟踪海上军用舰船,探测海洋各种特性。海浪的高度、海流强度和方向、海面风速、海水温度和含盐量等等数据,都是极为宝贵的军事情报。前苏联和美国都先后发射了这种卫星。美国的“海洋1号”卫星能利用其侧视雷达全天候地监视海上小型船只,它还能探测出高度不过10厘米的海浪。

海底森林

在我国深圳经济特区南部,深圳湾的水面,有一块面积为304公顷的福田红树林鸟类自然保护区。每当海潮时,这些生长在海滩上的红树林,就被淹没在海中,潮水退去,它们又重新从海水中冒出来,人们称它为“海底森林”。这一株株红树,是由红树的一个个胎生幼株发育而成的胎生植物。

站在红树林旁,人们可以看到在红树母株上结满几寸长的“角果”,犹如丰产的四季豆垂挂藤架。其实,这些“角果”并非果实,而是一株株已由种子萌发的幼苗。这些幼株将靠自身的重力与母体脱离,坠入淤泥,在半天之内即可生根扎入土壤中,赶在海潮来之前,这已是“锚”在海滩里的一株小树了。这样,它就可以避免被潮水卷入大海。但是,也是一些幼株,坠落时正值潮水上涨,不能顺利地“锚”入淤泥而破卷入海中漂泊。而这些胎生的幼株,在母体上就已形成了忍耐海水盐渍的性能。当它在海“游历”一些时间之后,一旦海潮又将其送上海滩,它又能迅速向下扎根,长大成树,盘根错节,牢固地扎根于海滩的淤泥之中,发展成为一种湿生的常绿乔灌木植物群落。

这些胎生植物都是些很有用的植物。深圳自然保护区的红树形成一道大致与海岸平行的绿色屏障和密结的栅栏,可防风浪,固堤坝,保农田,护航道,沉淤泥。这里又是候鸟的天堂,每当季节交替,便有南起澳大利亚、新西兰、北到蒙古、西伯利亚的10万只候鸟在此歇脚。这里四季常青,蓝天、碧海、绿树、飞鸟,构成了一幅恬淡清新的图画。红树的木材耐腐蚀、用途广。从红树树身的汁液中,可以提取防腐剂,用来涂抹鱼网、皮革、木器,起防腐作用。胎萌幼苗可用作饲料。

海底热液矿床

海底热液矿床是与海底热泉有关的一种多金属硫化物矿床。它是由于海水侵入水深2000~3000米海底裂缝中,被地壳深处热源加热并溶解了地壳内的多种金属化合物后,再从洋底喷出,突遇冷海水而凝结生成的沉淀物。又称“多金属软泥”或“热液性金属泥”,含有铜、铅、锌、锰、铁、金、银等多种金属。其中,金、银等贵金属的含量高于锰结核矿,被称之为“海底的金银库”,其经济价值也高于锰结核。

海底锰结核

锰结核是一种深海海底自生的锰矿产,又称锰矿瘤、锰矿球、大洋多金属结核矿等。主要成分为锰和铁的氧化物和氢氧化物,含铜、镍、钴等多种金属元素,广泛分布于太平洋、印度洋和大西洋水深4000~6000米的海底,一般呈球状或椭球状,或块状,直径1~20厘米。最早由英国“挑战者”号调查船环球考察时发现,至20世纪40年代以后,调查研究工作取得重大进展。据有关专家估计,世界洋底的锰结核总量达3万多亿吨,其中太平洋底最多,约为1.7万亿吨,含锰4000亿吨、镍164亿吨、铜88亿吨和钴58亿吨。这些储量相当于目前陆地矿产锰储量的400多倍,镍的1000多倍,铜的88倍和钴的5000多倍。若以每年消耗锰2400万吨计,可供使用70000年以上;含铜88亿吨,以世界年消耗量400万吨计,可供全世界用2200年;含钴约50亿吨,以世界每年消耗50000吨计,可供使用10万年;含镍达150亿吨,以每年消耗60万吨计,可供全世界用2000万年。

更有趣、更重要的是,这种鹅卵状的黑色物质还在不断生长。据美国科学家梅鲁估计,太平洋底的锰结核,以每年1000万吨左右的速度在“疯狂”生长。如果仅用每年从太平洋底新生出来的锰结核中提取金属的话,其中铜可供全世界用3年,钴可用4年,镍可以用1年。

20世纪70年代,随着勘探技术和开发技术的进展,国际上出现锰结核开发“热”。主要从勘探、采掘、冶炼和环境保护四方面加强研究。

海底锰结核的开采技术

对于大洋锰结核的开采,目前比较成熟、可行的有水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术两种。水力提升式采矿技术是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的。空气提升式采矿技术与水力提升式采矿技术大体相同,区别仅在于船上装有大功率高压气泵代替水泵。这种技术的优势是能在水深超过5000米的海区作业,目前已具有日采300吨锰结核的采矿能力。

海洋是生命的摇篮

在25亿年以前,地球表面绝大部分是深浅不一的广阔海洋,而陆地的面积很有限。这时在海洋中形成了一种类似蛋白质的有机物质,经过长期的演化和孕育,它们慢慢形成为最原始的生命体。到了大约距今6亿年前,即地质史上的元古生代,海水里的生命活动明显地加强了,除单细胞生物外,已有藻类、海绵类等多细胞生物出现了。到了距今约6~2.5亿年前的古生代,海水里已经出现了许许多多的动物,如三叶虫、珊瑚等。到古生代的中期,出现了脊椎动物——鱼类。鱼类逐渐演化成两栖类动物,并且逐渐从海洋向陆地发展,直至进化到今天的规模。

近来,天文学家在宇宙尘埃中发现了大量的有机分子;在陨石中还找到了多种氨基酸,这些物质大部分坠入海洋,在海水和阳光的作用下,经过长期演化,在海洋中形成了最初的生命。因此,人们认为生命起源于海洋,海洋是生命的源泉。

海洋——未来的粮仓

蛋白质是构成生物体的最重要的物质,它是生命的基础。现在人类消耗的蛋白质中,由海洋提供的不过5%~10%。令人焦虑的是,20世纪70年代以来,海洋捕鱼量一直徘徊不前,有不少品种已经呈现枯竭现象。用一句民间的话来说,现在人类把黄鱼的孙子都吃得差不多了。要使海洋成为名副其实的粮仓,鲜鱼产量至少要比现在增加十倍才行。美国某海洋饲养场的实验表明,大幅度地提高鱼产量是完全可能的。

在自然界中,存在着数不清的食物链。在海洋中,有了海藻就有贝类,有了贝类就有小鱼乃至大鱼……海洋的总面积比陆地要大一倍多,世界上屈指可数的渔场,大抵都在近海。这是因为,藻生长需要阳光和硅、磷等化合物,这些条件只有接近陆地的近海才具备。海洋调查表明,在1000米以下的深海水中,硅、磷等含量十分丰富,只是它们浮不到温暖的表面层。因此,只有少数范围不大的海域,那儿由于自然力的作用,深海水自动上升到表面层,从而使这些海域海藻丛生,鱼群密集,成为不可多得的渔场。

海洋学家们从这些海域受到了启发,他们利用回升流的原理,在那些光照强烈的海区,用人工方法把深海水抽到表面层,而后在那儿培植海藻,再用海藻饲养贝类,并把加工后的贝类饲养龙虾。令人惊喜的是这一系列试验都取得了成功。

海洋“剑侠”

海洋“剑侠”就是大名鼎鼎的长吻鱼,它那前冲的吻又长又扁又平,很像长剑。所以海洋学家称其为剑鱼,

别号“洋中剑侠”。它生性好斗,令人生畏。

成年剑鱼的体重达500~900千克,是海洋里的游泳健儿,游速之快令人惊讶,最高时速可达120千米。剑鱼的耐力极佳,可日行千里,在旅途中剑鱼可随意找到食物,谁也逃避不了它的追猎。剑鱼的身体呈流线型,它的新月形尾巴如同大功率推进器,心脏则像一台不知疲倦的马达。尤其令人惊叹的是,剑鱼的心脏被大鱼叉刺中后,仍能跳动很长时间,常将手握鱼叉的人拖下水,一剑穿身。

剑鱼即使被困网中无法挣脱,也能将小型机帆船倒拖10~20千米,甚至将渔船弄翻,一般的渔民还真不敢惹它呢。同剑鱼比武需要胆量,更需要技巧。剑鱼不仅是游泳健将,而且是出色的跳高能手,能将几百千克的身体跃出水面达8米之高。有人在西海岸看到一只以海鱼为食的塘鹅在离海面5~6米空中盘旋,一条长吻鱼突然跃出水面,长吻穿透塘鹅落入水中。

大型长吻鱼类在海中只有三种:剑鱼、旗鱼和长枪鱼。长枪鱼的长吻呈圆形。旗鱼的长吻稍扁,更像一支矛。因而有人称这三者为海洋里的”三剑客”。“三剑客”都会用长吻攻击船只,但长枪鱼和旗鱼的跳高水平比剑鱼逊色许多,最多只能跃出水面2~3米。因而,这种高超的飞剑击水鸟,非“剑侠”莫属。

海参

海参是一种含有高蛋白的名贵海味。然而,你可能没有想到,有几种海参会从肛门释放出一种毒素,这种毒素具有抑制肿瘤的作用。

海底热液矿藏

20世纪60年代中期,美国海洋调查船在红海首先发现了深海热液矿藏。而后,一些国家又陆续在其他大洋中发现了三十多处这种矿藏。热液矿藏又称“重金属泥”,是由海脊(海底山)裂缝中喷出的高温熔岩,经海水冲洗、析出、堆积而成的,并能像植物一样,以每周几厘米的速度飞快地增长。它含有金、铜、锌等几十种稀贵金属,而且金、锌等金属品位非常高,所以又有“海底金银库”之称。饶有趣味的是,重金属五彩缤纷,有黑、白、黄、蓝、红等各种颜色。在当今技术条件下,虽然海底热液矿藏还不能立即进行开采,但是,它却是一种具有潜在力的海底资源宝库。一旦能够进行工业性开采,那么,它将同海底石油、深海锰结核和海底砂矿一起,成为21世纪海底四大矿种之一。

海洋农牧化

海洋农牧化是以海水养殖和增殖手段,发展海洋水产业的过程,是“蓝色革命”的主要内容。此过程可在较短时间内提高海洋生产力,增加海洋生物资源量,满足人类对海洋水产品的需要。当前,日本、美国等发达国家的海洋农牧化成绩突出,鲑、鳟鱼放牧已形成一个稳定的产业。这些国家每年向海域投放大量鱼苗,并增强海洋生物技术的投资,发展自动化程度较高的养殖技术,将优良品种选育、幼苗孵化、病害防治等列为科研工作的主攻方向。据预测,今后50年内,海洋农牧化生产将超过海洋捕捞渔业,成为海洋渔业的主体。

海洋软体动物

海洋软体动物指一类身体柔软、不分节、一般左右对称、通常具有石灰质外壳的海洋动物。俗称贝类。软体动物的种类繁多,有10万余种,其中有一半以上生活在海洋中,是海洋中最大的一个动物门类。软体动物有7个纲,除双壳纲中约有10%为淡水种类、腹足纲中约有50%为淡水和陆生种类外,其余全是海产种类。海洋软体动物分布很广,从寒带、温带到热带,由潮间带的最高处至1万米深的大洋底,都生活有不同的种类。软体动物一般由头、足、内脏囊、外套膜和贝壳5部分组成。头部生有口、眼和触角等;足在身体的腹面,由强健的肌肉组成,是运动器官;内脏囊在身体背面,包括神经、消化、呼吸、循环、排泄、生殖诸系统;外套膜和由它分泌的贝壳包被在身体的外面,起保护作用。

海洋甲壳动物