物理高新技术-海洋技术.ppt

海洋技术,一、海洋:巨大的资源宝库,地球上，陆地面积占总面积的29%，而海洋面积占到71%。,海洋是生命的摇篮:地球上最早的生物出现在海洋(30亿年前生命诞生)目前地球上80%的生物资源在海洋中,5.7亿年前，海洋中开始出现各种动植物。大约1.3亿年后，各种动植物开始向陆地迁移，开始了陆上动植物的进化。,在不破坏生物平衡的条件下，海洋每年可提供30亿吨水产品，能够养活300亿人口。在海洋水产品中，人们吃得最多的是鱼类。全世界有鱼类2万多种，中国海域约有2000种。,海洋巨大的资源宝库,巨大的海洋资源宝库:巨量的多金属结核,其中锰含量约2000亿吨 海底磷矿、硫化矿、砂矿 海水中含有大量化学元素，可提取的元素包括铀、氘、氚等80余种 海洋的潮汐能、海浪能、海流能、海水热能等可再生能源的理论储量约为1500亿千瓦，其中可开发利用的约70多亿千瓦，相当于目前发电总量的十几倍,海洋巨大的资源宝库,海洋巨大的资源宝库,含30多种金属元素:锰25%,铁14%,镍1.9%，铜0.5%，钴0.4%,大洋底的宝藏之一-锰结核,结构:团块-以岩石碎屑，动、植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆一层一层成的，像一块切开的葱头。由此被命名为“锰结核”，又称它为多金属团块。大小尺寸变化从几微米到几十厘米，重量最大的有几十公斤。,生存:海洋2000-6000米水深海底的表层，4000-6000米 水深海底的品质最佳。总储量:估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，储量占一半以上，大约17000亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上有100多公斤。生长速度:平均每千年长1毫米，每年增加1000万吨。,锰结核的物质资源,大致有四方面:来自陆地，大陆或岛屿的岩石风化后释放出铁、锰等元素，其中一部分被海流带到大洋沉淀；来自火山，岩浆喷发产生的大量气体与海水相互 作用时，从熔岩搬走一定量的铁、锰，使海水中 铁、锰越来越富集；来自生物，浮游生物体内富集微量金属，它们死 亡后，尸体分解，金属元素也就进入海水；来自宇宙，有关资料表明，宇宙每年要向地球降 落2000-5000吨宇宙尘埃，它们富含金属元素，分 解后也进入海水。,海洋巨大的资源宝库,最具开发利用价值的海岸带砂和砾石：,海岸带砂和砾石：由各种途径进入海洋的泥沙和尘埃中包含有各种不同的元素。不同成分的尘埃颗粒，密度、比重不同，粒径大小不同，扁、圆形状也有差异。这些特征各异的矿物碎屑，在波浪、海流作用下，分别聚集沉积在一起，就形成了海滨砂矿床。,海洋巨大的资源宝库,我国海滨砂矿资源分布示意图,海滨砂矿大宗应用：建筑用砂和砾石。70年代以来，世界每年开采海滨建筑用砂和砾石的价值，也在2亿美元以上。,海洋巨大的资源宝库,较为稀少而价值甚高的海滨砂矿：金红石、钻石、独居石、石榴石、钛铁砂、铌铁砂、钽铁砂、磁铁砂、铬铁砂、锡砂、磷钇砂、金砂、铂砂、琥珀砂、金刚砂、石英砂等等。,金红石,99个面的钻石,双面橘红色钙铝石榴石,海洋巨大的资源宝库,大海就像一个粉碎机和分选机，日夜不停地加工制造富含各种金属和非金属的细砂，并把它们按种类聚集在一起，形成可供人类开发利用的矿体。,台湾蓝宝篮玉髓,海洋巨大的资源宝库,除海上通道之外，人们正在开拓新的利用领域，包括建设海上城市、海上机场、海下桥梁、海底隧道等，以期拓展人类生存的空间。,海洋空间正引起人们越来越大的兴趣：,海水本身也是一种重要资源，它不仅可以通过脱水处理变成淡水，还可以直接用于工业冷却、印染、清洁、消防，甚至将来有可能用于农业灌溉。,从现代海洋技术的发展来看，目前主要集中在海洋探测技术和海洋资源开发技术两部分。,海洋巨大的资源宝库,二、海洋探测技术,人类用科学方法大规模、系统地对世界海洋进行考察大约有50年左右。,海洋探测技术主要方面：在海洋表面进行调查的科 学考察船、自动浮标站 在水下进行探测的各种潜 水器 在空中进行监测的飞机、卫星,海洋探测技术,1.科学考察船海洋科学考察船的任务：调查海洋、研究海洋它调查的主要内容有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源(石油、天然气、矿藏等)、海水的化学成分、生物资源(水产品等)、海底地震等。,大型海洋调查船性能要求：稳性和适航性能好，能经受住大风大浪的袭击。船上的机电设备、导航设备、通讯系统等先进燃料及各种生活用品的装载量大具有优良的操作性能和定位性能,海洋探测技术,专用科学考查船始于1872年的英国“挑战者”号。该船长226英尺，排水量2300，使用风力和蒸汽作为动力。从1872年起，历经4年时间环绕航行，观测资料包括洋流、水温、天气、海水成分，发现了4700多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。,海洋探测技术,18881920年，美国的“信天翁”号探测船探测了太平洋。1927年德国的“流星”号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度，校正了“挑战者”号绘制的不够准确的海底地形图。,据报道，全世界总共有科学考察船2000多艘，其中美国500多艘，原苏联400多艘，日本380多艘。,海洋探测技术,2.潜水器核潜艇活动范围：300400米的海洋深处潜水器征服了深海,1953年，法国人奥古斯特皮卡德设计建成的“里雅斯特”号自航式浮水器，1960年1月23日由奥古斯特皮卡德的儿子雅克皮卡德以及另一名潜水员美国海军上尉唐纳唐维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊马里亚纳海沟。创下了10916米的世界纪录。,海洋探测技术,1988年，法国研制的可下潜6000米的深潜器，可载3人，能直接考察世界97%的洋底，可进行摄影、录像，还有两只分别为7个和5个自由度的机械手，用来采集海底样品。,1989年，日本建造了可达水深6500米的深潜器“深海6500”号，创造了载人深潜器水下6527米作业的世界纪录。,海洋探测技术,我国首个7000米超深度载人潜水器“蛟龙号”,俄“和平号”深海潜水器2007.08.02从洋底返航,海洋探测技术,3.海洋卫星主要技术:传感技术,海面温度分布图:测量海面的温度及其特征 对数据分析并打印成表,海浪高度:即主动微波遥感(雷达成像系统)利用海面“粗糙度”不同的原理来进行分析处理卫星上向海面发出雷达波：无浪平静海面(光滑面):雷达波发生镜反射,雷达接收不到回波。海面有波浪(“粗糙”面):雷达波向各个方向散射，发生漫反射，雷达收到一部分回波。电脑算出海面的“粗糙”度，从而得知海浪的高度。,海洋探测技术,海洋地质调查主要技术手段：利用人造卫星导航、全球定位系统(GPS)、无线电导航系统，确定调查船或观测点在海上的位置；利用回声测深仪，多波束回声测深仪及旁测声纳测量水深和探测海底地形地貌；用拖网、抓斗、箱式采样器、自返式抓斗、柱状采样器和钻探等手段采取海底沉积物、岩石和锰结核等样品；用浅地层剖面仪测海底未固结浅地层的分布、厚度和结构特征。用地震、重力、磁力及地热等地球物理方法，探测海底各种地球物理场特征、地质构造和矿产资源，有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。,海洋探测技术,海洋一号(HY-1A)卫星是中国第一颗用于海洋水色探测的试验型业务卫星。星上装载两台遥感器，一台是十波段的海洋水色扫描仪，另一台是四波段的CCD成像仪。HY-1A号星于北京时间2002年5月15日9时50分在太原卫星发射中心与FY-1D卫星由长征四号乙火箭一箭双星发射升空，在完成了7次变轨后，于2002年5月27日到达798公里的预定轨道，并于2002年5月29日按预定时间有效载荷开始进行对地观测。海洋一号B星于2007年4月11日发射。,海洋探测技术,1978年6月28日美国发射了世界上第一颗海洋卫星“海洋卫星-1”号,俄海洋探测卫星可观察60米深的核潜艇,海洋探测技术,Envisat卫星是欧洲迄今为止研制过的最大的地球观测卫星，欧洲所有的航天企业都参与了研制工作。该卫星2002年3月1日发射，对地球表面的陆地、大气和海洋进行监测。,海洋探测技术,海洋探测技术,2004-7-11上海建立我国首个海洋环境立体监测系统,三、海洋资源开发技术,1.海洋石油和天然气开发,海洋资源开发技术,海洋资源开发技术,中东地区:石油储量最多,占56.8%；欧洲:天然气储量最多,占54.6%亚洲、大洋洲:石油、天然气只有5%,海洋资源开发技术,可燃冰99%的储量都在海底,海洋资源开发技术,在海洋进行石油和天然气的勘探开采工作要比陆地上困难多。必须具备一些与陆地不同的特殊技术，如平台技术、钻井技术和油气输送技术等。,海洋资源开发技术,2.海洋生物资源开发,构成海洋生物量的金字塔,海洋食物链示意图,中国海域的生物种类丰富多样，已有描述记录的物种达2万多种。,海洋资源开发技术,未来海洋农业发展的主要方向:海洋水产生产农牧化 蓝色革命计划 海水农业,通过人为干涉，改造海洋环境，以创造经济生物生长发育所需的良好环境条件，同时也对生物本身进行必要的改造，以提高它们的质量和产量。,着眼于大洋深处海水的利用。在大洋深处，深层水温只有89，氮和磷是表层海水的200倍和15倍，极富营养。将深层水抽上来，遇到充足的阳光，就会形成一个产量倍增的新的人工生态系统。温差可以用来发电或直接用于农业生产。这项工作将引发一场海水养殖的革命，称为“蓝色革命”。,指直接用海水灌溉农作物，开发沿岸带的盐碱地、沙漠和荒地。即要迫使陆地植物“下海”，这是与以淡水和土壤为基础的陆地农业的根本区别。目前已经获得了可以用海水灌溉的小麦、大麦和西红柿等。,大力推广海水利用，可以大大缓解滨海城市缺水问题的。海水直接利用 海水淡化 海水化学物质提取利用 综合开发海水技术,海洋资源开发技术,3.海水资源开发,海水直接利用技术包括:海水直流冷却(目前工业应用的主流);海水循环冷却;海水冲洗;阴极保护,防生物附着,防漏渗,杀菌技术等。,主要的淡化方法有：多级闪蒸、低温多效、反渗透。,海水中的元素分为两类,常量元素:1毫克/升(有80多种金属和非金属元素)；微量元素 1毫克/升(60多种).,提溴(以提高现有地上卤水资源的溴利用率，发展高效溴化剂和新型阻燃剂等)；海水、卤水提钾；提镁；提铀.,海洋资源开发技术,4.海洋能源开发,海洋能包括温差能、波浪能、潮汐能、海流能、盐度差能、岸外风能、海洋生物能和海洋地热能等。蕴藏于海上、海中、海底的可再生能源，属新能源范畴。,海洋能绝大部分来源于太阳辐射能，较小部分来源于天体(主要是月球、太阳)与地球相对运动中的万有引力。蕴藏于海水中的海洋能是十分巨大的，其理论储量是目前全世界各国每年耗能量的几百倍甚至几千倍。,海洋资源开发技术,海洋能特点：在海洋总水体中的蕴藏量巨大，但单位体积、单位面积、单位长度所拥有的能量较小。具有可再生性。海洋能有较稳定与不稳定能源之分。属于清洁能源，一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。,