海洋技術簡史日新月異的海洋技術01海洋技術的歷史與發展人類利用海洋已有幾千年的歷史。17世紀20年代至20世紀50年代，一些沿海國家開始開采海底煤礦、海濱砂礦和海洋石油。1957年海洋研究科學委員會（SCOR）和1960年政府間海洋學委員會（IOC）的成立，促進了海洋科學的迅速發展。美國核潛艇“鸚鵡螺”號1950年從冰下穿越北極，美國的潛水器“迪里雅斯特”號1960年曾深潛到10916m的海洋深處，這表明海洋的任何部分都能被人類所征服。但是，1960年美國潛艇“蝎子”號和1963年“脫粒機”號失事，全體乘員喪生，又從反面證明海洋環境仍然是難以掌握的。事實上，從技術的角度來說，人類在深海海底上行走并不比在月球上漫步容易。1．在海底行走并不比在月球上漫步容易

20世紀60年代以來，海洋科學中所有的重大進展都與新的觀測儀器、研究手段和方法的研制成功，以及廣泛而密切的國際合作有關。同時，隨著科學技術的進步，人類對海洋資源及其環境的認識有了進一步的提高，海洋工程技術也有了很大發展，海洋開發進入到新的發展階段。2．海洋觀測與開發推動海洋技術發展

海洋科學技術也稱海洋工程，是一門以綜合高效開發海洋資源為目的高技術，其內容主要包括以下五個方面。（一）海洋科學技術1．海洋觀測（監測）技術2．海洋油氣勘探開發技術3．海水綜合利用技術4．深海技術5．海洋農牧化技術海洋開發技術是海洋技術的一個分支，是人類進行海洋開發，實現海洋實際價值所采取的手段的總稱，它是海洋開發吸收和消化各種現代科學技術、通用技術，使之適應海洋這個特殊的環境而形成的。（二）海洋開發技術

海洋開發技術主要包括海洋資源開發技術（包括海洋生物資源捕撈和養殖技術，海水中各種有用物質的提取技術，海底礦物資源的開采和波浪、潮汐、溫差等海洋能的利用技術）、海洋空間開發技術（包括實現高效益海洋運輸，建造海上石油平臺、機場、人工島，鋪設海底電纜、輸油氣管道，建造海底倉庫、基地等）和海洋服務技術（包括進行海底作業和考察的潛水服務，預報海浪、海溫、潮汐、風暴潮和為航船選擇最佳航線的海洋預報技術，防止污染的海洋環境保護技術）三個方面。海洋蘊藏著豐富的資源海洋資源的開發利用02海洋資源占地球表面積71%的海洋是地球上最大的沉積場所，是水生生物最廣闊的生活場所，也是個巨大的資源寶庫。海洋資源主要是指與海水本身有直接關系的物質、能量和海洋底部的礦藏，如海水中的礦物、海洋生物、海底礦藏、海水運動所產生的能量和儲藏在海水中的熱量，以及隨著旅游業的發展而出現的海洋旅游資源等。1．礦物資源天然氣和石油是迄今人類開發利用的最主要的海洋礦物資源。近些年人們所發現的“可燃冰”（見圖23-1）其實是水與天然氣相互作用形成的晶體物質，在學術上稱為“天然氣水合物”，是天然氣（甲烷類）被包進水分子中，在海底低溫與壓力下形成的透明結晶。據測定，1m3固體“可燃冰”可釋放出約200m3甲烷氣體。海底還存在著大量的錳結核。海淀砂礦中含有大量的貴金屬和寶石砂礦，如金、金剛石等。海水中含有大量的鹽類，例如人們所吃的食鹽，海水中的含量約為4億億噸。圖23-1可燃冰2．生物資源據統計，海洋中大約有20萬種生物，其中魚類大約16000種，占全世界魚類的50%以上，但海洋魚類產量占全球魚類產量的80%以上，是海洋生物資源的主要組成部分。海洋生物中數量最多的是植物，主要是一些藻類，如海帶、硅藻、甲藻、金藻、藍藻等。海洋不僅為人類提供食品、能源和礦產，而且是人類未來的大藥房。3．動力資源潮汐是海水的一種周期性的漲落現象。“潮”指白天海水上漲，“汐”指晚上海水上漲，不過通常我們往往將潮和汐都叫做“潮”。這種壯觀的現象其實蘊藏著巨大的能量，潮能為每秒10億千焦耳，年潮能總量約為87000億千瓦時。海水溫差也可以發電，海洋表層水溫可達20～30℃，但深層海水的溫度則接近零攝氏度。除此之外，潮流、海流、海水濃度差、海水壓力差都蘊藏著巨大的能量。4．其他資源隨著旅游業的發展，濱海沙灘、海島、海水中的奇形怪狀的魚類和各種各樣的動植物、繽紛多彩的海底世界等已成為重要的海洋旅游資源。海洋作為地球上最大的水體，是重要的航道。由于水產養殖的發展，沿岸淺水區和灘涂已成為重要的水產養殖資源。海灣是建設港口的重要資源。（一）海洋石油開發1．海洋石油開發的主要特點（1）海洋地球物理勘探技術和裝備與陸地截然不同。（2）海上鉆勘探井和開發井必須采用專門的鉆井平臺（船）、大功率的海洋鉆機，以及船體升沉平移運動而保持船位與鉆壓的專用鉆井水下與水面設備。（3）海上采油與集輸都需要適應海洋的特殊環境，采用與陸地差異很大的高技術性能的采油、集輸工藝和裝備。（4）海上鉆井、采油作業者的作業器材和生活物資都需要用船舶和直升機運送，受氣象影響大、費用高。（一）海洋石油開發2．海洋石油開發的主要內容

海洋石油開發的內容主要包括開發鉆井、完井采油、油氣分離處理和油氣集輸。開發鉆井：是繼勘探鉆井之后，為開采石油所進行的鉆井，即鉆生產井。鉆生產井的方式有浮式鉆井和固定平臺鉆井兩種。完井采油：完井是指對已經完鉆的生產井中，以一定的作業程序和下入井內作業器具，通過射穿油氣層，到安裝好采油樹，控制油氣按照人們的意志能從井中開采油氣的過程；采油是指對完井的各井，有計劃地開啟采油樹閥門、控制各井產出原油，或以機械提升、化學注入、注水、氣舉等方式，從井內采出石油。（一）海洋石油開發2．海洋石油開發的主要內容

海洋石油開發的內容主要包括開發鉆井、完井采油、油氣分離處理和油氣集輸。

油氣分離處理：是指將從井內采出的混合流體，通過物理、機械等方法分離為達到向外輸出標準的原油、天然氣和達到排放入海標準的水的整個過程。

油氣集輸：是指為將各采油平臺分離處理后的原油和天然氣加以集中、儲存和通過穿梭油輪和海底油氣管線等方式，將原油、天然氣輸送至油氣終端。（二）其他海洋資源開發1．海底煤礦開采目前，開采海底煤礦的國家有日本、英國、加拿大、土耳其、智利、中國等。日本海底煤礦的開采量占其全國煤總產量的50%左右；智利海底煤礦的開采量達全國煤總產量的84%；英國位于諾森伯蘭離岸14km海底的煤礦是世界最大的海底煤礦。2．海濱砂礦資源開發目前世界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%的錫石來自海濱砂礦，泰國是最大的產錫國。美國在阿拉斯加的好消息灣開采的鉑砂礦占美國鉑總產量的90%以上。中國開采的海濱砂礦有鈦鐵礦、鋯石、獨居石等。3．錳結核資源開發

19世紀70年代，英國深海調查船“挑戰”號在環球海洋考察中，首先發現了深海洋底的錳結核。20世紀80年代，美國、日本、德國等國的礦產企業組成跨國公司，取得日產錳結核300～500t的開采成績。總之，錳結核的開采、冶煉在技術上已不成問題，一旦經濟上有利，便可形成新的產業，進入規模生產。（二）其他海洋資源開發4．海水化學資源開發海水化學資源開發主要包括：海水制鹽及鹵水綜合利用（回收鎂化合物等），海水制鎂和制溴，從海水中提取鈾、鉀、碘，海水淡化等。此外，隨著科學技術的進步，海洋天然有機物質的研究和利用也得到了迅速發展。食鹽是提取量最大的海水化學物質，世界年產量已超過5000萬噸，中國的產量一直居首位。5．海洋生物資源開發海洋生物資源開發包括捕撈和養殖兩個方面。海洋捕撈排名居前的國家有秘魯、日本、美國、印度尼西亞、俄羅斯、中國等；海水養殖的品種有海帶、紫菜、貽貝、鮑魚、牡蠣、蛤、海參、對蝦、梭魚、尼羅羅非魚等。（三）海水淡化

地球水儲量的97%為海水和苦咸水，這些水是很豐富的。

目前，全世界有120多個國家和地區采用海水或苦咸水淡化技術取得淡水。據統計，海水淡化系統與生產量以每年10%以上的速度在增加。

現在，海水淡化作為一項高新技術產業，正在得到各國的重視，美國華爾街的專業人士甚至預言，繼IT產業和生物產業之后，海水淡化將成為炙手可熱的新興成長產業，由此可見海水淡化的重要性及其美妙的前景。（四）海洋空間的利用

人類為了滿足生產和生活的需要，把海上、海中和海底空間當作交通、生產、軍事活動、居住和娛樂的場所。人類對海洋空間的利用主要表現在以下幾個方面。1．海上運輸海上運輸簡稱海運，是使用船舶通過海上航道運送貨物和旅客的一種運輸方式。海上運輸包括遠洋運輸、近海運輸和沿海運輸。它利用天然海洋通道，船舶噸位一般不受限制，具有運量大、成本低等優點。（四）海洋空間的利用2．海底隧道海底隧道是為了解決橫跨海峽、海灣之間的交通，而又不妨礙船舶航運的條件下，建造在海底之下供人員及車輛通行的海洋建筑物，如圖23-2所示。圖23-2海底隧道（四）海洋空間的利用3．海上工廠海上工廠是利用海域便利條件而設置的生產設施，如圖23-3所示。所謂“海域便利條件”是指就地利用廉價的海洋能、廣闊的海域空間、豐富的海洋生物資源等。海上工廠多為浮動式，可以轉移。圖23-3海上工廠（四）海洋空間的利用4．海上城市和海上機場海上城市是指在海上建立的具有新城市機能、新交通體系的大型居住區，可容納幾萬人。目前，世界上已建成的最大海上城市是日本神戶人工島，如圖23-4所示。圖23-4日本神戶人工島科學考察船海洋衛星03海洋探測技術潛水器科學考察船擔負著調查海洋、研究海洋的任務，是開發和利用海洋資源的先鋒。其調查的主要內容有海面與高空氣象、海洋水深與地貌、地球磁場、海流與潮汐、海水物理性質與海底礦物資源（石油、天然氣、礦藏等）、海水的化學成分、生物資源（水產品等）、海底地震等。大型海洋調查船可對全球海洋進行綜合調查，其穩性和適航性能好，能夠經受住大風大浪的襲擊。船上的機電設備、導航設備、通信系統等十分先進，燃料及各種生活用品的裝載量大，能夠長時間堅持在海上進行調查研究。衛星技術在海洋開發中的應用十分廣泛。海洋衛星在幾百千米高空能對海洋里的許多現象進行觀測，這是因為它有一些特殊的本領。如果用海洋衛星測量海浪的高度，就要用主動遙感技術。雷達成像系統是一種主動微波遙感，可以用來測量海浪的高度，這是利用海面“粗糙度”不同的原理來進行的。

潛水器既是深