中国周围海
“镁”在海洋世界里畅游
浩瀚的海洋是一个巨大的“聚宝盆”,相对其它资源而言,海水“取之不尽,用之不竭”的,它不仅是承载航运交通之水路,而且经过淡化后能大量供给工业用水以及未来的生活用水。海水总体积约有137亿立方千米,海水中含有大量的金属元素和化合物,目前已知含有80多种元素,可供提取利用的有50多种。
海水约占地球表面积的71%,具有十分巨大的开发潜力。仅以海水资源为例,海水资源的利用和海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。
海水盐分中镁的占有量仅次于氯和钠,位居第三。镁具有重量轻、强度高等特点。镁合金是制造飞机、舰艇的重要轻型材料;镁锂合金的重量最轻,又最耐热,因而在军事工业和民用企业上具有极其重要的意义。同时它被广泛应用于火箭、导弹、飞机制造业,以及汽车、精密机器等各个领域。各国钢铁工业的迅速发展,不仅对镁砂(氧化镁)的数量要求日益增多,而且也对炼钢所需的优质镁砂要求其杂质含量在2%~4%以下。这个要求用陆上天然菱镁矿烧结后制的镁砂是无法达到的。而且海水提取,早在20世纪60年代其纯度就已达到96%~98%,目前纯度又升至99.7%。如此超高纯度的镁砂,无疑最能满足冶金工业的特殊需要。
在第二次世界大战期中,美国人为了适应镁的生产需要, 德武(Dow)化学公司曾经发明了一种从海水中提取镁的方法。海水提镁,就是要把镁离子跟其他阳离子分离开来。利用离子反应生成难溶物质,可以使某些离子从溶液中析出。那么,能不能向海水中加入一种离子,使镁离子变成沉淀析出,而其他的阳离子仍留在海水中呢?
在氯化镁溶液中加入氢氧化钠溶液或石灰水,生成白色沉淀,这种沉淀是氢氧化镁。氯化镁都是电解质,它们的溶液中有镁离子,这跟在海水中存在的形式一样。因此,向海水中加入碱溶液,镁离子也能转变成氢氧化镁,从而跟其他阳离子分离。海水提镁用的碱是廉价的石灰乳,它是利用海滩大量沉积的贝壳资源(主要成分是CaCO3)经煅烧成生石灰再溶于水制成的。
用海水提镁时,先把海水抽入特大的池中,倒入石灰乳,便生成氢氧化镁的悬浊液。待沉淀沉降后取出沉淀,经洗涤后得到纯度很高的氢氧化镁,它没有多大用途,必须使它变成有用的氧化镁和金属镁。氢氧化镁不稳定,受热后分解成氧化镁和水。
要使+2价的镁离子得到电子而还原成单质镁,是比较困难的。如果用类似炼铁的方法冶炼镁,需要很高的温度。例如在2000℃下用焦炭还原氧化镁,才能制得单质镁。这样得到的镁常含有较多的杂质。
因此,工业上常用电解法使镁离子在阴极得到电子,还原成单质镁。用电解的方法冶炼镁,先要获得含有镁离子的熔融液。在镁的化合物中,典型的离子化合物有氧化镁和氯化镁。氧化镁的熔点太高(2800℃),而氯化镁的熔点要低得多(714℃)。所以人们选择氯化镁作为电解制取镁的原料。用盐酸溶解氢氧化镁(或氧化镁),再使溶液浓缩,就得到氯化镁。在熔融的氯化镁中有能自由移动的镁离子。通入直流电后,氯离子向阳极移动,在阳极上失去电子,氧化成氯原子,两个氯原子结合成1个氯分子;镁离子向阴极移动,在阴极上得到电子,最后还原成高纯度的单质镁。
现今,世界上金属镁和镁化合物很大一部分直接或间接取自海水。与发达国家相比,我国综合提取利用技术差距较大,但是自90年代以来有很大发展,从传统的苦卤化工“老四样”(氯化钾、氯化镁、硫酸钠和溴),已经发展到现在的近百个品种。今后的发展方向是量大面广的系列镁肥(市场有百万吨级的潜力)和高技术含量、高附加值的其他镁产品。
镁是重要的战略物资,畅游海洋世界里的“镁”在机械制造工业上,已经有代替钢、铝和锌等金属的趋势,在冶金工业和化学工业方面也开辟了新的广阔的用途。未来在海洋里提取镁将进一步拓展金属镁的“镁”好未来。
向阳红10号考察船
向阳红10号考察船是我国自行设计制造的第一艘万吨级远洋科学考察船。1979年11月由上海江南造船厂建成并交付国家海洋局东海分局使用。曾参加中国首次发射运载火箭、同步通信卫星等重大科研试验任务,1984年11月参加中国首次南极考察队,开赴南大洋、南极洲执行科学考察任务,1988年获国家科技进步特等奖 。1979年下水,船体设计与大江级打捞救生舰相同。1998年8月,改建成“远望4号”航天远洋测控船。
性能参数
【排水量】13000 吨
【巡航速度】20 节
【动力】9000 匹柴油机2台
【最大航程】12000海里
【舰载直升机】大型直升机2架
舰载装备和系统
1、直升机停机坪和机库。机坪面积533平方米,机库顶部设指挥塔和导航台。
2、前甲板设有28吨起重机,供吊放和回收深潜器用。
向阳红10号考察船
3、齐全的气象体系包括:气象火箭发射系统,探空气球系统,测风和测雨雷达,卫星云图接收,气象传真等设备,可以进行中短期气象预报。
4、大功率发讯机通讯系统和其它通讯设备,能同时进行两个方向的远距离通讯以及船船、船岸、船空的一般通讯。远距离通讯用天线高架在前桅和后桅顶端,罗经甲板和驾驶甲板四周竖立着众多的鞭状天线。
5、配有包括卫星导航定位系统在内的先进导航设备,能在全球范围内安全航行并能满足海洋调查高精度定位要求。卫星导航定位天线安置在机库顶部甲板上。
6、上甲板的两舷和尾部设有调查用吊杆9具,用作海中取样。1200米至11000米的电缆、缆绳绞车10台,供水文物理、水化学、水声、地质、地磁、生物等项试验以及拖网作业用。
7、船上设有各学科的实验室及计算机房数十间,可以在现场进行各项实验、分析和数据处理。
8、全空调系统提供了一个舒适的工作和生活环境。在外界气温为-18℃~35℃的情况下,室内保持20℃~27℃。
9、“向阳红10号”的舵上带有螺旋桨,船中舭部有防摇鳍,船的操纵性和适航性能极好。
科考内容
“向阳红10号”主要承担大洋的海洋水文、气象、水声、物理化学、地球物理、地质地貌、海洋生物等调查研究,为发展海洋科学和开发海洋资源服务。
舰船改造
1998年8月,“向阳红10号”改建成远望4号测量船。此次改装共改造、 更新、修理、特装了4大类,400余个工程项目,主要对航天测量、航海气象、通信导航、船体结构、动力装置、甲板机械及房舱进行了重大改造。改装工程由江阴澄西船舶修造厂承担。1999年7月完成技术改装,正式交付中国卫星发射测控系统部海上测控部使用。主要担负导弹、卫星和宇宙飞船的海上跟踪、遥测、通信和控制任务。具有测控精度高、实时性强、全天候工作等优点。在短短的几年年时间里,出色地完成了我国载人宇宙飞船和“嫦娥一号”绕月卫星的测控任务。
南极科考相关资料
1984年11月19日,中国南极考察委员会派出的第一支南极考察队从上海乘“向阳红10号”出发,赴南极洲和南太平洋进行综合性科学考察。
这支考察队由来自全国60多个单位的519人组成,经过20多天的海上航行,于12月26日抵达南极洲。1985年2月25日,中国南极长城站建成,站址设在乔治岛南端的菲尔德斯半岛东岸,为常年越冬站,中国成为第十八个在南极洲建立科学考察站的国家。
考察队在南极洲和南太平洋进行了海洋生物、水文、地质、气象、地球物理、海洋环境等6个学科23个项目的考察,取得14项突破性的成绩,考察活动历时142无航程4.9万公里。
“白鲨”水下机器人问世
基于在水下机器人领域的深厚技术积淀,天津深之蓝海洋设备科技有限公司日前发布全新一代ROV平台——“白鲨”MAX与“白鲨”MINI水下无人机,分别定位为“企业级”专业应用平台与“个人级”娱乐应用平台。不论是专业级的潜水员水下作业与水下搜索救援、水产养殖观察还是潜水摄影和水族馆中的娱乐体验,“白鲨兄弟”都能应对。
据介绍,“白鲨”MAX作为全新一代的专业水下机器人,拥有独特的全固态推进系统与九轴全姿态平衡运动系统,同时攻克了电机在低转速下的闭环控制难题,因此可以实现ROV水下姿态的精确调整,并支持200万像素的清晰视频。“白鲨”MAX机舱底部更设有多功能挂载点,可视应用场景需求组建成不同的挂载系统,支持水下附加摄像头、声纳、水下定位、机械手、水质传感器、光纤扩展、3D摄像头等。此外,经过人机交互优化的工业设计遥控器也将操作变得异常简便,无线的遥控器连接摆脱了线缆的限制,操作更加便利。长达400米的最大电缆长度(不同模式下可扩展到3000米)与100米的最大潜深,不仅可以让“白鲨”MAX深入内陆95%以上的河流水库区域,更赋予了它真正翱翔海洋区域的超群能力。
相比“白鲨”MAX,“白鲨”MINI则更为小巧灵活,“萌”态十足,属于个人消费级的高端水下娱乐装备,能满足大多数水下观察的需求。
哈尔滨工程大学博士生导师李海森说:“由于声音是目前水下传输最远的信息载体,因而水下目标探测,特别是远距离探测多以声学探测仪器(各种声纳)为核心。以往,声学探测仪器多是采用船载式安装方式,虽然可以获得船上很多便利条件,但是很多情况下,为了更好更精细获取目标信息,则需要尽可能近距离抵近观察和探测水下目标。这就很需要像天津深之蓝公司推出的这种国产水下机器人产品。它不仅自身技术先进,性能指标突出,还可以加载各种水下探测仪器,特别是可以实现与国产声学装备的无缝对接,具有十分突出的优点和特色,是一种值得大力推广和批量生产的海洋探测高新技术产品。”
此次“白鲨”系列水下无人机的问世,不仅为深之蓝ROV家族带来了新成员,相信也将撬动更为广阔的水下机器人应用市场。
“潜龙二号”水下机器人
“潜龙二号”全名:“潜龙二号”自主水下机器人。是“十二五”国家863计划深海潜水器装备与技术重大项目的课题之一,由中国大洋矿产资源研究开发协会组织实施,中国科学院沈阳自动化研究所作为技术总体单位,与国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。这是一套集成热液异常探测、微地形地貌探测、海底照相和磁力探测等技术的实用化深海探测系统,主要用于多金属硫化物等深海矿产资源的勘探作业。
2016年1月10日,我国自主研发的4500米级自主水下机器人——“潜龙二号”,在西南印度洋成功下潜至1600米指定位置,在复杂的海底环境下自主航行作业,获得了这个区域的精细海底地形地貌图,实现了它在洋中脊海底的首次勘探。
“潜龙二号”是国家“863”计划“深海潜水器技术与装备”重大项目的课题之一,由中国大洋矿产资源研究开发协会组织实施,中科院沈阳自动化所作为技术总体单位,与国家海洋局第二海洋研究所等单位共同研制。“潜龙二号”在6000米级auv“潜龙一号”的基础上,针对多金属硫化物矿区需求研制,在机动性、避碰能力、快速三维地形地貌成图、浮力材料国产化方面均有较大提高,为我国海底多金属硫化物调查和勘探提供了高效、精细、综合的先进手段。
刘健
“潜龙二号”总设计师、“潜龙一号”课题负责人,中科院沈阳自动化研究所水下机器人研究室总工,曾担任我国早期“CR-02 6000米自治水下机器人”总设计师。
什么叫海? 什么叫洋? 海与洋有什么区别?
海洋的中心主体部分叫做洋,边缘附属部分称为海。海与洋之间彼此连通,共同组成世界统一的海洋整体。海与洋之间有4个明显的区别:大洋的面积大,约占海洋总面积的89%;海的面积小得多,只占海洋总面积的11%。大洋深度大,平均水深一般都是在3000米以上;海的水深较浅,平均水深一般在2000米以下,有的只有几十米深。大洋有独立的洋流与潮汐系统;海则受大洋流系与潮波的支配。大洋离陆地较远,受陆地影响小,水温、盐度等要素比较稳定,海水的透明度大;海与陆地接连,受大陆影响大,海洋要素随季节变化大,海水透明度较差。
世界上最大的封闭性的内陆海是哪个海?
位于欧亚大陆之间的里海,形似海豹,面积约为40万平方公里,是世界上最大的封闭性内陆海。沿岸有俄罗斯、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、伊朗和阿塞拜疆等国家。过去,人们常把里海当咸水湖看待。据考证,里海是古地中海的一部分,原与黑海、地中海、亚速海相通,到中新世纪晚期,才逐渐变成封闭性内陆海。取名里海,因它深处内陆,不与海洋相邻。
世界上最大的双壳贝是什么?
世界上最大的双壳贝是砗磲。最大的砗磲,体长可达1米。它也是贝类的寿星,年龄可活到100岁。砗磲厚厚的壳面上,长着一条条深沟,好像被车轮扎过的渠道一样,因而得此名。砗磲生活在热带浅海里,一般与低潮区附近的珊瑚礁为伴,有力的足丝附着在岩礁的缝隙里,一部分贝壳露在外面,满潮时张开双壳,靠水流带来饵料。它的外套膜内缘上生有许多晶莹的“眼”,平时供给一种单细胞藻(叫虫黄藻)光线,使虫黄藻生长快,以便供砗磲本身食用。用自己的“眼”来生产食品,也是世界奇闻。
保护海洋的重要性
海洋是一个完整的水体。海洋本身对污染物有着巨大的搬运、稀释、扩散、氧化、还原和降解等净化能力。但这种能力并不是无限的,当局部海域接受的有毒有害物质超过它本身的自净能力时,就会造成该海域的污染。
海洋污染是一个国际性的问题。据不完全统计,世界上每年把1000万吨石油排入海洋;约有100万吨滴滴涕已滞留在海水中。保护海洋环境,防止海洋污染是各国的共同要求。海洋污染的特点是污染源广,有毒有害物质的种类多,扩散范围大,危害深远,控制复杂,治理难度大。因此,海洋污染比起陆上的其它环境污染要严重和复杂。
海洋污染的直接受害者是海洋生物资源的损害。如河北南堡渔场,在近岸未受污染以前,捕捞鲆鱼、鲽鱼多集中在秦皇岛沿岸5~10米等深线以内,现在已移至15~23米水深作业。过去在营口、塘沽、羊角沟附近的浅水区产毛蚶最多,现在也大大外移了。莱州湾的小清河口附近,过去盛产河蟹及银鱼,现因小清河成为排污河,使河蟹和银鱼绝迹。大连湾由于海水受污染,引起海带腐烂和贝类死亡。甘井子区柳柴沟原有7个海水养殖场,现在只剩下了一个;污染荒废的滩涂达5000多亩;过去棉花岛一带盛产海参、扇贝,现也基本绝迹。胶州湾原是一个多种鱼虾产卵、索饵场,生产多种经济鱼虾,现在产量也下降了,每年经济损失约150万元。1978年4月,南黄海北部发生一次大面积的漂油事件,事故发生后的10多天内,在收购的376万斤海产品中,受污染的鱼虾达56万斤。福建沙埕港也因农药厂的污水排入,致使八尺门以内海口的贝类养殖一度大幅度减产。赤潮在中国沿岸也多次发生,辽河口(1975、1976年)、大沽河口(1977年)、黄河口(1952年)、大连湾(1979、1980、1981年)、青岛沙子口近岸、东海(1972年)以及湛江港(1980年)等相继出现过。尤以1952年5月在黄河口由夜光虫形成的赤潮最为严重,持续2个月时间,影响范围长70公里、宽20公里。
此外,海洋污染还直接危害沿海人民的身体健康。卫生部门调查指出渤海、黄海沿岸的渔民头发中发现的汞、镉含量高于内地居民。北戴河、大连、青岛、烟台等地一些著名的风景游览区、疗养区和海水浴场,近几年来也有过油膜或油块的污染。
中国筑海塘及其它围海工程的历史悠久,遍及沿海各省,这对防止海潮泛滥,围垦滩地和发展生产起着重要的作用。但盲目的、不切实际的围垦,任意建造海洋工程,随意挖沙采石,乱砍滥伐防护林,都可能损害近岸的海洋环境,会造成海岸后退,水土流失,破坏鱼虾等栖息、繁殖的场所,使滨海地区和生态平衡失调。浙江、福建、广东、海南沿海兴办围海造田,出现过围后积水过多或缺乏淡水等围而不用的现象。如海南岛四周围垦了7万亩土地,但已利用的还不到10%。要从环境的全局出发,使经济建设、城市建设和环境建设做到同步规划、同步实施、同步发展,实现经济效益、社会效益和环境效益的统一,做到海洋开发事业既能全面发展,海洋环境又能得到保护。