物理高新技术-海洋技术.ppt

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1、海洋技术海洋技术一、海洋一、海洋:巨大的资源宝库巨大的资源宝库 地球上，陆地面积占总面积的地球上，陆地面积占总面积的29%，而海洋面积占，而海洋面积占到到71%。海洋是生命的摇篮海洋是生命的摇篮:地球上最早的生物出现地球上最早的生物出现在海洋在海洋(30亿年前生命诞生亿年前生命诞生)目前地球上目前地球上80%的生物的生物资源在海洋中资源在海洋中 5.7亿年前，海洋中开始出现各种动植物。大约亿年前，海洋中开始出现各种动植物。大约1.3亿亿年后，各种动植物开始向陆地迁移，开始了陆上动年后，各种动植物开始向陆地迁移，开始了陆上动植物的进化。植物的进化。在不破坏生物平衡的条件下，海洋每年可提供在不破坏

2、生物平衡的条件下，海洋每年可提供30亿亿吨水产品，能够养活吨水产品，能够养活300亿人口。在海洋水产品中，亿人口。在海洋水产品中，人们吃得最多的是鱼类。全世界有鱼类人们吃得最多的是鱼类。全世界有鱼类2万多种，中万多种，中国海域约有国海域约有2000种。种。海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库巨大的海洋资源宝库巨大的海洋资源宝库:巨量的多金属结核巨量的多金属结核,其中锰含量约其中锰含量约2000亿吨亿吨 海底磷矿、硫化矿、砂矿海底磷矿、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、海水中含有大量化学元素，可提取的元素包括铀、氘、氚等氘、氚等80余种

3、余种 海洋的潮汐能、海浪能、海流能、海水热能等可海洋的潮汐能、海浪能、海流能、海水热能等可再生能源的理论储量约为再生能源的理论储量约为1500亿千瓦，其中可开发亿千瓦，其中可开发利用的约利用的约70多亿千瓦，相当于目前发电总量的十几多亿千瓦，相当于目前发电总量的十几倍倍海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库含含30多种金属元素多种金属元素:锰锰25%,铁铁14%,镍镍1.9%，铜，铜0.5%，钴，钴0.4%大洋底的宝藏之一大洋底的宝藏之一-锰结核锰结核结构结构:团块团块-以岩石碎屑，动、以

4、岩石碎屑，动、植物残骸的细小颗粒，植物残骸的细小颗粒，鲨鱼牙齿鲨鱼牙齿等为核心，呈同心圆等为核心，呈同心圆一层一层成的，像一块切开的葱头。由此被命名为一层一层成的，像一块切开的葱头。由此被命名为“锰结核锰结核”，又称它为多金属团块。大小尺寸变化从几，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。微米到几十厘米，重量最大的有几十公斤。生存生存:海洋海洋2000-6000米水深海底的表层，米水深海底的表层，4000-6000米米 水深海底的品质最佳。水深海底的品质最佳。总储总储量量:估计在估计在30000亿吨以上。其中以北太平洋分布亿吨以上。其中以北太平洋分布面积最广，

5、面积最广，储储量占一半以上，大约量占一半以上，大约17000亿吨。锰结核亿吨。锰结核密集的地方，每平方米面积上有密集的地方，每平方米面积上有100多公斤。多公斤。生长速度生长速度:平均每千年长平均每千年长1毫米，每年增加毫米，每年增加1000万吨。万吨。锰结核的物质资源锰结核的物质资源,大致有四方面大致有四方面:来自陆地，大陆或岛屿的岩石风化后释放出铁、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；锰等元素，其中一部分被海流带到大洋沉淀；来自火山，岩来自火山，岩浆喷发产浆喷发产生的大量气体与海水相互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

6、海水中作用时，从熔岩搬走一定量的铁、锰，使海水中 铁、锰越来越富集；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；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来自宇宙，有关资料表明，宇宙每年要向地球降 落落2000-5000吨宇宙尘埃，它们富含金属元素，分吨宇宙尘埃，它们富含金属元素，分 解后也进入海水。解后也进入海水。海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库最具开发利用价值的海岸带砂和砾石：最具开发利用价值的海岸带砂和砾石：海岸带

7、砂和砾石：由各种途径进入海洋的泥沙和尘海岸带砂和砾石：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，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，粒径大小密度、比重不同，粒径大小不同，扁、圆形状也有差异。不同，扁、圆形状也有差异。这些特征各异的矿物碎屑，这些特征各异的矿物碎屑，在波浪、海流作用下，分别在波浪、海流作用下，分别聚集沉积在一起，就形成了聚集沉积在一起，就形成了海滨砂矿床。海滨砂矿床。海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库我国海滨砂矿资源分布我国海滨砂矿资源分布示意图示意图海滨砂矿大宗应用：建筑用砂和海滨砂

8、矿大宗应用：建筑用砂和砾石。砾石。70年代以来，世界每年开年代以来，世界每年开采海滨建筑用砂和砾石的价值，采海滨建筑用砂和砾石的价值，也在也在2亿美元以上。亿美元以上。海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库较为稀少而价值甚高的海滨砂矿：较为稀少而价值甚高的海滨砂矿：金红石、钻石、金红石、钻石、独居石、石榴石、钛铁砂、独居石、石榴石、钛铁砂、铌铁铌铁砂、砂、钽铁钽铁砂、磁铁砂、磁铁砂、砂、铬铁铬铁砂、锡砂、磷砂、锡砂、磷钇钇砂、金砂、砂、金砂、铂铂砂、琥珀砂、砂、琥珀砂、金金刚刚砂、石英砂等等。砂、石英砂等等。金红石金红石99个面的钻石个面的钻石双面橘红色钙铝石

9、榴石双面橘红色钙铝石榴石 海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库大海就像一个粉碎机和分选机，日夜不停地加工制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。聚集在一起，形成可供人类开发利用的矿体。台湾蓝宝篮玉髓台湾蓝宝篮玉髓 海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库 除海上通道之外，人们除海上通道之外，人们正在开拓新的利用领域，正在开拓新的利用领域，包括建设海上城市、海上包括建设海上城市、海上机场、海下桥梁

10、、海底隧机场、海下桥梁、海底隧道道等等，以期拓展人类生存，以期拓展人类生存的空间。的空间。海洋空间正引起人们越来越大的兴趣：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。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海洋探测技术和和海洋资源开发技术海洋资源开发技术两部分。两部分。海海海海洋洋洋洋巨巨巨巨大大大

11、大的的的的资资资资源源源源宝宝宝宝库库库库二、海洋探测技术二、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考察大约有50年左右。年左右。海洋探测技术主要方面：海洋探测技术主要方面：在海洋表面进行调查的科在海洋表面进行调查的科 学考察船、自动浮标站学考察船、自动浮标站 在水下进行探测的各种潜在水下进行探测的各种潜 水器水器 在空中进行监测的飞机、在空中进行监测的飞机、卫星卫星海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术1.科学考察船科学考察船海洋科学考察船的海洋科学考察船的任务任务：调查海洋、研究海洋：调查海洋、研究海洋它调查的

12、主要它调查的主要内容内容有海面与高空气象、海洋水深与有海面与高空气象、海洋水深与地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海地貌、地球磁场、海流与潮汐、海水物理性质与海底矿物资源底矿物资源(石油、天然气、矿藏等石油、天然气、矿藏等)、海水的化学、海水的化学成分、生物资源成分、生物资源(水产品等水产品等)、海底地震等。、海底地震等。大型海洋调查船性能要求：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。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燃料及各种生活用品的装载量大

13、具有优良的操作性能和定位性能具有优良的操作性能和定位性能海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术 专用科学考查船始于专用科学考查船始于1872年的英国年的英国“挑战者挑战者”号。号。该船长该船长226英尺，排水量英尺，排水量2300，使用风力和蒸汽作，使用风力和蒸汽作为动力。从为动力。从1872年起，历经年起，历经4年时间环绕航行，观测年时间环绕航行，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多种海洋生物，并首次从太平洋上捞取了锰结核。核。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术188

14、81920年，美国的年，美国的“信天翁信天翁”号探测船探测了太号探测船探测了太平洋。平洋。1927年德国的年德国的“流星流星”号探测船首次使用电号探测船首次使用电子探测仪测量海洋深度，校正了子探测仪测量海洋深度，校正了“挑战者挑战者”号绘制号绘制的不够准确的海底地形图。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据报道，全世界总共有科学考察船2000多艘，其中美多艘，其中美国国500多艘，原苏联多艘，原苏联400多艘，日本多艘，日本380多艘。多艘。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术2.潜水器潜水器核潜艇活动范围：核潜艇活动范围：300400米的海洋深处米的海洋深处潜水

15、器征服了深海潜水器征服了深海 潜水器潜水器深海探测的工具深海探测的工具进行水下工程的重要设备进行水下工程的重要设备载人潜水器载人潜水器无人潜水器无人潜水器1953年，法国人奥古斯特年，法国人奥古斯特皮卡德设计建成的皮卡德设计建成的“里雅里雅斯特斯特”号自航式浮水器，号自航式浮水器，1960年年1月月23日由奥古斯特日由奥古斯特皮卡德的儿子雅克皮卡德的儿子雅克皮卡德以及另一名潜水员美国皮卡德以及另一名潜水员美国海军上尉唐纳唐海军上尉唐纳唐维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊维尔什共同乘坐，闯荡万米深渊马里亚纳海沟。创下了马里亚纳海沟。创下了10916米的世界纪录。米的世界纪录。海海海海洋洋洋洋探探探探测

16、测测测技技技技术术术术 1988年，法国研制的可下潜年，法国研制的可下潜6000米的深潜器，可米的深潜器，可载载3人，能直接考察世界人，能直接考察世界97%的洋底，可进行摄影、的洋底，可进行摄影、录像，还有两只分别为录像，还有两只分别为7个和个和5个自由度的机械手，个自由度的机械手，用来采集海底样品。用来采集海底样品。1989年，日本建造了可达水深年，日本建造了可达水深6500米的深潜器米的深潜器“深深海海6500”号，创造了载人深潜器水下号，创造了载人深潜器水下6527米作业的世米作业的世界纪录。界纪录。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术我国首个我国首个7000米超米超深度载人

17、潜水器深度载人潜水器“蛟龙号蛟龙号”俄俄“和平号和平号”深深海潜水器海潜水器2007.08.02从洋底从洋底返航返航 海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术3.海洋卫星海洋卫星主要技术主要技术:传感技术传感技术海面温度分布图海面温度分布图:测量海面的温度及其特征测量海面的温度及其特征 对数据分析并打印成表对数据分析并打印成表海浪高度海浪高度:即主动微波遥感即主动微波遥感(雷达成像系统雷达成像系统)利用海面利用海面“粗糙度粗糙度”不同的原理来进行分析处理不同的原理来进行分析处理卫星上向海面发出雷达波：卫星上向海面发出雷达波：无浪平静海面无浪平静海面(光滑面光滑面):雷达波发生镜反射雷达

18、波发生镜反射,雷达接雷达接收不到回波。收不到回波。海面有波浪海面有波浪(“粗糙粗糙”面面):雷达波向各个方向散射，雷达波向各个方向散射，发生漫反射，雷达收到一部分回波。电脑算出海面发生漫反射，雷达收到一部分回波。电脑算出海面的的“粗糙粗糙”度，从而得知海浪的高度。度，从而得知海浪的高度。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术海洋地质调查主要技术手段：海洋地质调查主要技术手段：利用人造卫星导航、全球定位系统利用人造卫星导航、全球定位系统(GPS)、无线、无线电导航系统，确定调查船或观测点在海上的位置；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

19、测利用回声测深仪，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。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，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

20、术探查海底砂矿。有的还利用放射性探测技术探查海底砂矿。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术 海洋一号海洋一号(HY-1A)卫星是中国第一颗用于海洋水色探测的试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，另一台是四波段的水色扫描仪，另一台是四波段的CCD成像仪。成像仪。HY-1A号星于北京时间号星于北京时间2002年年5月月15日日9时时50分在太原卫星分在太原卫星发射中心与发射中心与FY-1D卫星由长征四号乙火箭一箭双星发射升空，卫星由长征四号乙火箭一箭双星发射升空，在完成了

21、在完成了7次变轨后，于次变轨后，于2002年年5月月27日到达日到达798公里的预定轨公里的预定轨道，并于道，并于2002年年5月月29日按预定时间有效载荷开始进行对地观日按预定时间有效载荷开始进行对地观测。海洋一号测。海洋一号B星于星于2007年年4月月11日发射。日发射。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术1978年年6月月28日美国发射了日美国发射了世界上第一颗海洋卫星世界上第一颗海洋卫星“海洋卫星海洋卫星-1”号号 俄海洋探测卫星可观俄海洋探测卫星可观察察60米深的核潜艇米深的核潜艇海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术 Envisat卫星是欧洲迄今为卫星是欧洲迄

22、今为止研制过的最大的地球观测止研制过的最大的地球观测卫星，欧洲所有的航天企业卫星，欧洲所有的航天企业都参与了研制工作。都参与了研制工作。该卫星该卫星2002年年3月月1日发射，日发射，对地球表面的陆地、大气和对地球表面的陆地、大气和海洋进行监测。海洋进行监测。海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术海海海海洋洋洋洋探探探探测测测测技技技技术术术术2004-7-11上海建立我国首个海洋环境立体监测系统上海建立我国首个海洋环境立体监测系统 三、海洋资源开发技术三、海洋资源开发技术 1.海洋石油和天然气开发海洋石油和天然气开发海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术海

23、海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术中东地区中东地区:石油储量最多石油储量最多,占占56.8%；欧洲欧洲:天然气储量最多天然气储量最多,占占54.6%亚洲、大洋洲亚洲、大洋洲:石油、天然气只有石油、天然气只有5%海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术可燃冰可燃冰99%的储量都在海底的储量都在海底海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术在海洋进行石油和天然气的勘探开采工作要比陆地上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，如平困难多。必须具备一些与陆地不同的特殊技术，如平台技

24、术、钻井技术和油气输送技术等。台技术、钻井技术和油气输送技术等。海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术2.海洋生物资源开发海洋生物资源开发构成海洋生物量的金字塔构成海洋生物量的金字塔 海洋食物链示意图海洋食物链示意图 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。万多种。海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术未来海洋农业发展的主要方向未来海洋农业发展的主要方向:海洋水产生产农牧化海洋水产生产农牧化 蓝色革命计划蓝色革命计划 海水农业海水农业 通过人为干涉，改造海洋环境，以创造经济生物

25、生长发通过人为干涉，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，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。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，深层水温只着眼于大洋深处海水的利用。在大洋深处，深层水温只有有89，氮和磷是表层海水的，氮和磷是表层海水的200倍和倍和15倍，极富营养。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的新的人工生态系统。温差可以用来发电或直接用

26、于农业生产。这项工作将引发一场海水养殖的革命，称为产。这项工作将引发一场海水养殖的革命，称为“蓝色革命蓝色革命”。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。即要迫使陆地植物和荒地。即要迫使陆地植物“下海下海”，这是与以淡水和土壤，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。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。大力推广海水利用，可以大大缓解滨海城市缺水问题的。海水直接利用海水直接利用 海水

27、淡化海水淡化 海水化学物质提取利用海水化学物质提取利用 综合开发海水技术综合开发海水技术海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术3.海水资源开发海水资源开发海水直接利用技术包括海水直接利用技术包括:海水直流冷却海水直流冷却(目前工业应用的主流目前工业应用的主流);海水循环冷却海水循环冷却;海水冲洗海水冲洗;阴极保护阴极保护,防生物附着防生物附着,防漏渗防漏渗,杀杀菌技术等。菌技术等。主要的淡化方法有：多级闪蒸、主要的淡化方法有：多级闪蒸、低温多效、低温多效、反渗透。反渗透。海水中的元素分为两类海水中的元素分为两类,常量元素常量元素:1毫克毫克/升升(有有8080多种金多

28、种金属和非金属元素属和非金属元素)；微量元素；微量元素 1毫克毫克/升升(60多种多种).提溴提溴(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和新型阻燃剂等)；海水、卤水提钾；提镁；提铀；海水、卤水提钾；提镁；提铀.海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术4.海洋能源开发海洋能源开发 海洋能包括温差能、波浪能、潮汐能、海流能、盐海洋能包括温差能、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。度差能、岸外风能、海洋生物能和海洋地热能等。蕴蕴藏于海上、海中、海底的可再生能源，属新能源

29、范畴。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海洋能绝大部分来源于太阳辐射能，较小部分来源于阳辐射能，较小部分来源于天体天体(主要是月球、太阳主要是月球、太阳)与与地球相对运动中的万有引力。地球相对运动中的万有引力。蕴藏于海水中的海洋能是十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。量的几百倍甚至几千倍。海海海海洋洋洋洋资资资资源源源源开开开开发发发发技技技技术术术术海洋能特点：海洋能特点：在海洋总水体中的蕴藏量巨大，但单位体积、单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。位面积、单位长度所拥有的能量较小。具有可再生性。具有可再生性。海洋能有较稳定与不稳定能源之分。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，其本身对环境污染属于清洁能源，一旦开发后，其本身对环境污染影响很小。影响很小。