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（精簡版）文科大學生自然科學技術(shù)知識讀本

宇宙

（?）宇宙模型

i.有限無邊的靜態(tài)宇宙模型

1692年，牛頓根據(jù)他的萬有引力理論，提出了“無限均勻的宇宙模型”，第一次在自然

科學的基礎(chǔ)上描繪了宇宙圖景：空間平直無限，時間無始無終，天體無數(shù)且均勻分布。1917

年，愛因斯坦提出了一個“有限無邊靜態(tài)宇宙模型”。愛因斯坦通過計算，得出宇宙空間應(yīng)

彎曲成一個封閉的區(qū)域，它有一定的直徑，也有一定的體積，但是沒有邊界，因為球面有固

定的面積，而它的面積是沒有邊緣的。這就是有限無邊的來源。所謂靜態(tài)，是說宇宙在小范

圍內(nèi)有運動，但從大范圍來看則是靜止的。根據(jù)這個圖景，在宇宙任何一點上發(fā)出一道光線,

將約在100億年后返回它的出發(fā)點。換句話說，如果我們有一架可以看到任意遠處的望遠鏡,

我們最終看到的是自己的后腦勺。

由3型間W曲

2.動態(tài)的膨脹宇宙模型

按照愛因斯坦原先建立的關(guān)于宇宙時空的場方程，是不可能得到?個靜態(tài)的解的。也就

是說，我們宇宙的大小是變化的。1917年，荷蘭天文學家德西特在他的論文《愛因斯坦的

引力理淪及其天文學影響》中也提出了個靜態(tài)的宇宙模型，認為宇宙的空間并不隨時間變

化而變化，這與愛因斯坦的觀點是一致的，不同的是，他又認為宇宙的物質(zhì)有運動，不過物

質(zhì)的平均密度趨近于零.德西特認為，在這種宇宙內(nèi)存在著某種斥力，河外星系在此斥力作

用下普遍退行，產(chǎn)生星系光譜的紅移現(xiàn)象。哈勃認為，德西特模型促使天文學家注意到紅移

與距離的關(guān)系。1922年，俄國科學家弗里德曼放棄了愛因斯坦人為插入的宇宙項，重新采

用原來的廣義相對論的引力方程，求得了均勻的、各項同性的宇宙的動態(tài)時空度規(guī)。這個解

反映了宇宙的膨脹特性。同時，弗里德曼認為，宇宙物質(zhì)平均密度不為零。如果宇宙物質(zhì)的

平均密度小于某個臨界值，宇宙將在空間上一永遠而無限地膨脹下去；如果宇宙物質(zhì)的平均密

度大于某個臨界值，物質(zhì)產(chǎn)生的引力場使宇宙收縮、彎曲，甚至回到原來的地方，形成個

無邊有限的動態(tài)宇宙——弗里德曼宇宙模型。弗里德曼等人還預言，宇宙的膨脹會表現(xiàn)為天

體間的種離散運動，離散的速度與離散的距離成正比。后來，這一預言被哈勃等人的發(fā)現(xiàn)

證實了。

（二）大爆炸宇宙學說

1.大爆炸宇宙學說

最早對大爆炸宇宙學說做出貢獻的是英國天文學家愛丁頓,他把哈勃的發(fā)現(xiàn)與宇宙膨脹

理論聯(lián)系起來，提出了大量的觀測數(shù)據(jù)。1932年，比利時天文學家勒梅特在愛丁頓工作的

基礎(chǔ)匕探討了宇宙起源問題，提出一個宇宙起源于“原始原子”的假說。他認為在50億?

100億年以前，一切物質(zhì)起初大概都來自一個極端致密的“原始原子”，或稱“宇宙蛋”，由

于劇烈的放射性衰變的原因，這個“宇宙蛋”發(fā)生了猛烈的爆炸，于是就誕生了我們現(xiàn)在所

看到的這個宇宙。

1948年，美籍奧地利物理學家伽莫夫把基本粒子同宇宙學聯(lián)系起來，提出熱宇宙大爆

炸學說。他把勒梅特的“原始原子”改為“原始火球”，認為宇宙起始于高溫高密狀態(tài)的“原

始火球”，物質(zhì)以基本粒子形態(tài)出現(xiàn)，在基本粒子的相互作用下，“原始火球”發(fā)生爆炸，并

向四面八方膨脹。

大爆炸宇宙模型的主要觀點是：我們的宇宙曾有一段從熱到冷，物質(zhì)密度從密到稀的演

化歷史。這一從熱到冷、從密到稀的演化過程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。

2.宇宙形成學說的困難和發(fā)展

從大爆炸宇宙模型提出以來，已經(jīng)有了一套比較完整的理論體系。與其他宇宙模型相比,

它能夠較好地解釋諸如宇宙的年齡、星系紅移、氫豐度、微波背景輻射等觀測事實，甚至一

些定量的描述也與觀測數(shù)據(jù)符合得較好。因此大爆炸學說成為現(xiàn)代宇宙學中最有影響的一種

學說，在宇宙學乃至整個科學界產(chǎn)生了“爆炸性”的影響，并將現(xiàn)代宇宙學向前推進了一大

步。

?新比粼衣期.宇加在一大“炸”后不到萬億分之抄的舊阿里,wwr

一個極建■賽的過程,從僅由46國對她的尺寸出底成人文致？的戰(zhàn)模

哨德修加速■圖?

行履R發(fā)赧附廓

笈子挑落?人■炸的億年第代出也誕生

41MAI（

琉爾金森電

戶L偏振方向用大爆炸硅聯(lián)過程波各向蚌姓

大爆等放射統(tǒng)光鬃動的方向137億年探測圖

圖J宇宙大堀炸示意圖

二、地球

(一)行星地球

1.地球的形狀

地球是一個不規(guī)則的扁球體。進一步的研究又發(fā)現(xiàn)，地球的南北兩半球不對稱，南極較

北極離地心要近一些，在北極凸出18.9米，在南極凹進25.8米；又在北緯45地區(qū)凹陷，

在南緯45°隆起。這一形狀和參考橢球體對比，地球又有點像梨子的樣子，于是測量學中

又出現(xiàn)“梨形地球”這一名稱。

總之，地球的形狀很不規(guī)則，不能用簡單的幾何形狀來表示。更確切地說，地球具有獨

特的地球形體。

2.地球的運動

(1)地球的公轉(zhuǎn)。按離太陽山近及遠的順序，地球是第三顆行星，它與太陽的平均距離

是1496億千米，這個距離叫做一個天文單位(AU)。

地球公轉(zhuǎn)一周需要365.25個平均太陽日，平均公轉(zhuǎn)速度是29.79千米/秒。

(2)地球的自傳。地球不僅繞著太陽公轉(zhuǎn)，而且還繞著自己的地軸轉(zhuǎn)動——自轉(zhuǎn)。

地軸是通過地心和地球的南極與北極的假想軸，它與地球的赤道面相垂直。

地球自西向東自轉(zhuǎn)。因此，人們在地球上看到太陽東升西落。地球自轉(zhuǎn)一周需要23小

時56分4.09秒平均太陽時，自轉(zhuǎn)軸與公轉(zhuǎn)軌道面之間的夾角為2.45°。由于地球轉(zhuǎn)動的

相對穩(wěn)定性，人類生活歷來都利用它作為計時的標準。簡單地說，地球繞太陽公轉(zhuǎn)一周的時

間叫做一年，地球自轉(zhuǎn),?周的時間叫做一日。

(二)地球的物理特征

1.地球的質(zhì)量和密度

英國物理學家卡文迪許通過萬有引力定律，首先求出地球質(zhì)量的，這種方法一直沿用到

今天。經(jīng)計算，地球的總質(zhì)量約為60萬億億噸。

依據(jù)地球的質(zhì)量和體積，又可計算出它的密度為人52克/厘米3。

地震學家布倫于1970年提出地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式和推算出各層密度，地球內(nèi)部的密度隨

深度的增加而遞增。

2.地球的重力和壓力

地球重力是指作用于1克質(zhì)量的地球引力與地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的合力，用字母g

表示。重力以自山落體的加速度或重力加速度來度量。地球內(nèi)部的茶力值g隨深度而增加，

至地核界面開始直線下降，直達地心為零。17世紀，意大利物理學家伽利略第一個研究和

測定丁重力加速度。

地球重力作用的空間稱為地球的重力場。作用在地球表面上的重力是地球質(zhì)量產(chǎn)生的引

力和地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性離心力共同作用的結(jié)果。地球自轉(zhuǎn)所引起的離心力對重力的影響在

赤道上最強，并隨緯度的不同而呈有規(guī)律的變化，即地球表面重力隨緯度增加而增加，隨高

度增加而減少。

同時，由于地球不同部位的密度分布不均一，也引起重力的變化和異常。因此，重力異

常可以提供地球不同部分密度變化的信息。利用在地表附近（包括空中、地下和海面）測得的

重力加速度隨地點不同的變化來尋找礦體和地質(zhì)構(gòu)造等，并確定它們的形態(tài)、大小、空間位

置及其分布情況，這就是地質(zhì)勘探中常用的重力勘探法。

地球內(nèi)部的壓力決定于地層的厚度、平均密度和平均重力3個因素。這樣，從地表到地

心的壓力，一直隨深度的增加而增加。這一點與重力的分布不完全?樣，但壓力增加的速度

也因深度而有所不同。總的規(guī)律是：接近地表和接近地心的層次，壓力增加比較緩慢，而在

中間的層次，壓力增加得很快。

3.地球的磁性

對磁針或運動電荷有作用力的空間稱為磁場。地球具有一個強有力的、猶如一個位于地

心的磁棒（磁偶極子）所產(chǎn)生的磁場，這個從地心至磁層邊界的空間范圍內(nèi)的磁場稱為地磁

場。

人類對于地磁場存在的早期認識，來源于天然磁石和磁針的指極性。磁針的指極性是由

于地球的北磁極（磁性為S極）吸引著磁針的N極,地球的南磁極（磁性為N極）吸引著磁針的

S極。這個解釋最初是英國的吉爾伯特于1600年提出的。

地磁場是?個向量場，描述空間某一點地磁場的強度和方向，需要三個獨立的地磁要素,

即磁傾角、磁偏角和磁場強度，它們又被稱作地磁三要素。

磁暴是全球同時發(fā)生的強烈磁擾，發(fā)生磁暴時，地球上會發(fā)生許多奇異的現(xiàn)象，如在漆

黑的北極上空會出現(xiàn)美麗的極光，指南針會搖擺不定，無線電短波廣播突然中斷，依靠地磁

場“導航”的鴿子也會迷失方向，四處亂飛。

地球上某些地區(qū)的巖石和礦物具有磁性，地磁場在這些埋藏礦物的區(qū)域會發(fā)生劇變，利

用這種地磁異常可探測礦藏，尋找鐵、銀、銘、金以及石油等地下資源。

在發(fā)生強烈地震之前，地磁的三要素也都會發(fā)生改變,造成地磁局部異常的“震磁效應(yīng)二

這是由于地殼中的巖石有許多是具有磁性的，當這些巖石受力變形時，它們的磁性也要跟著

變化，從而可以較正確地作出“震前預報”。

4.地球的熱量

地球內(nèi)部儲存著巨大的熱能，這就是常說的地熱。地球表層的熱量主要來自太陽輻射熱，

地球內(nèi)部熱能主要來源于放射性元素的衰變，也有一部分熱能可能是由構(gòu)造運動的機械

能、化學能、重力能和地球旋轉(zhuǎn)能等轉(zhuǎn)化而來。

三、地球的構(gòu)造

地球作為個整體，呈現(xiàn)出同心圈層的構(gòu)造，不論是地球表面還是地球內(nèi)部都是如此。

人們經(jīng)常以“比登天還難”來形容某件事的困難程度，但是，今天的現(xiàn)實是“登天難，

入地更難”。當今的宇宙探測器可以遨游太陽系外層空間，但對人類腳下的地球內(nèi)部卻鞭長

莫及。目前世界上最深的鉆孔也不過12千米，連地殼都沒有穿透。科學家只能通過研究地

震波、地磁波和火山爆發(fā)等間接方式來揭示地球內(nèi)部的秘密。

1.外部圈層

(1)大氣圈。大氣圈是地球外圍的大氣層，上限距地面3000千米，下限達地面以下

60T00千米，質(zhì)量為5.2X10"千克。人們常稱大氣圈是地球的外衣，作為地球環(huán)境要素之

一的大氣，是各種生命不可缺少的東西。

大氣圈在結(jié)構(gòu)匕自下而上依次可分為對流層、平流層、中間層、熱層和外層。

(2)水圈。水圈是地球表面和接近地球表面的各種形態(tài)的水的總稱。它包括海洋、河流、

湖泊、沼澤、冰川以及土壤和巖石孔隙中的地下水、巖漿水、聚合水，生物圈中的體液、細

胞內(nèi)液、生物聚合水化物等。

(3)生物圈。生物圈是地球上凡是出現(xiàn)并感受到生命活動影響的地區(qū)，是地球特有的圈

層，它也是人類誕生和生存的空間。

生物圈的概念是由奧地利地質(zhì)學家休斯在1375年首次提出的，是指地球上有生命活動

的領(lǐng)域及其居住環(huán)境的整體。它在地面以上達到大致23千米的高度，在地面以下延伸至12

千米的深處，其中包括平流層的下層、整個對流層以及沉積巖圈和水圈。但是，大部分生物

都集中在地表以上100米到水下100米的大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈等圈層的交界處，

這里是生物圈的核心。

生物圈主要山生命物質(zhì)、生物生成性物質(zhì)和生物惰性物質(zhì)三部分組成。生命物質(zhì)又稱活

質(zhì)，是生物有機體的總和：生物生成性物質(zhì)是由生命物質(zhì)所組成的有機礦物質(zhì)相互作用的生

成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖質(zhì)等；生物惰性物質(zhì)是指大氣低層的氣體、沉積巖、黏

土、礦物和水。

由此可見，生物圈是一個復雜的、全球性的開放系統(tǒng)，是一個生命物質(zhì)與非生命物質(zhì)的

自我調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它的形成是生物界與水圈、大氣圈及巖石圈(土圈)長期相互作用的結(jié)果。

2.內(nèi)部圈層

(1)地殼。地殼是地球固體圈層的最外層，巖石圈的重要組成部分，其底界為莫霍洛維

奇不連續(xù)面(莫霍面)。假如把地球比作雞蛋的話，那么，地殼就相當于雞蛋的蛋殼，其質(zhì)量

只占全球的0.2%。

地殼分陸殼和洋殼，

地殼中已發(fā)現(xiàn)的化學元素有92種，即元素周期表中1?92號元素。地殼中不同元素的

含量差別很大，含量最高的元素氧(47%)與含量最低的氨(10”，)相差1017倍。

(2)地慢。地殼往下的那一層叫做地幔，又稱“中間層”，介于地殼和地核之間，是固

體層，厚度為2900千米左右。

地幔可分為上下兩層。

(3)地核。地幔再往里就是地核，它的半徑約為3500千米。地核可分為外地核和內(nèi)地

核兩層。處在地表以下2900~4980千米的部分叫外地核，是液體狀態(tài)。

4980?5120千米深處，是一個過渡帶，從5120千米直到地心則為內(nèi)地核，是固體狀

態(tài)。

地核的成分主要是鐵，另外還有一些鍥和碳元素。內(nèi)地核的半徑約為1300千米，因為

地核離開地面太深，很少有“信息”傳來，所以我們至今對它了解得很少。

二、地殼運動

(一)海陸的起源

1.地球上的海陸分布

在地球總表面積中，大陸面積約占29%；海洋面積約占71%。大陸上最高的山峰是珠

穆朗瑪峰，海拔達8844.43米，最低點為死海，達-397米，海底最深處的馬里亞納海溝，

深度達到11022米。

在“大陸漂移說”提出之前，以“地槽地臺說”為代表的“海陸固定論”在大地構(gòu)造學

中一直占主導地位。這種理論主張，地殼上的海洋和大陸自形成以來，位置和布局是固定不

變的，地殼的運動以垂直升降運動為主，如坳陷沉降、褶皺隆起等。但是，當“大陸漂移說”

被提出來以后，人們的觀念發(fā)生了巨大的改變。

2.魏格納提出“大陸漂移說”

1912年，德國科學家阿爾弗雷德?魏格納提出了“大陸漂移說”，他認為，距今約3.5

億年前，全世界的大陸是一個連接在一起的、統(tǒng)一的超級大陸——“泛大陸”或聯(lián)合古陸，

世界的海洋是一個連續(xù)的整體——“泛大洋”。由于潮汐力和地球自轉(zhuǎn)離心力的作用，從距

今2億年前的中生代，大陸開始破裂成幾塊，它們就像漂浮在水面上的冰山一樣彼此逐漸分

離，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，這些大陸塊發(fā)生了巨大的水平運動，有的還伴有旋轉(zhuǎn)運動，這才

形成現(xiàn)今世界上各大洲、各大洋的位置，而且這種水平運動目前還在繼續(xù)。

魏格納還認為，山脈也是大陸漂移的產(chǎn)物，大陸漂移過程中遇到洋底的阻礙，前端產(chǎn)生

擠壓和褶皺，以致形成了山脈，例如歐亞大陸塊向赤道漂移、沖撞，產(chǎn)生了巨大的褶皺帶，

以致形成像喜馬拉雅山、阿爾卑斯山和阿特拉斯山等。

930年，魏格納為了進一步論證大陸的漂移，在他50歲時，又一次去了位于北極圈內(nèi)

的格陵蘭島，可是，冰蓋上的嚴寒無情地奪去了這位科學家的生命。

20世紀50年代末期，古地磁研究為“大陸漂移說”提出了第一個直接和獨立的證明。

此后，利用計算機對大陸架輪廓的拼接也與魏格納的說法出奇地相符，很多自然科學的分支

學科取得的研究結(jié)果和數(shù)據(jù)，特別是在定量地測定大陸漂移速度和漂移路線后取得的成果進

一步論證了大陸漂移的客觀性。“大陸漂移說”以其驚人的生命力“復活”了。

二海底擴張

1、海底三大發(fā)現(xiàn)

20世紀以來，山于使用地球物理的方法對海底進行勘探與研究，取得了一系列重要的

發(fā)現(xiàn)，包括中央海嶺、海溝和島弧等。但是，對于海底地殼運動規(guī)律的研究來講，最重要的

發(fā)現(xiàn)有3個方面：

(1)全球裂谷系及海底大斷裂。裂谷是由于地殼斷裂作用所產(chǎn)生的地殼下陷區(qū)。

裂谷一詞首先是英國人格雷格里于1894年用來描述東非肯尼亞陸殼下沉的構(gòu)造火山坳

陷的術(shù)語，后來，人們常從大地構(gòu)造含義上來使用裂谷一詞，主要指有火山活動和地震活動

的全球裂谷系。

大洋中脊上的裂谷又稱中央裂谷，是沿洋中脊軸部延伸的巨大的斷裂谷。其特點是，沿

著大洋中脊有淺源地震帶和高熱流值帶的分布。例如大西洋洋中脊上的洋中谷，就像一條中

線一樣，把洋中脊從頂峰沿軸線劃為兩半，而且各大洋的洋中有無一例外地都有這樣的斷裂

谷，所以地質(zhì)學家們稱之為“全球性大斷裂谷”。

有一定生成聯(lián)系的裂谷組合稱為裂谷系，根據(jù)其在地球上的分布特點可以分為3類：大

洋裂谷系、大陸裂谷系和陸間裂谷系。世界上?些主要裂谷系常常相互聯(lián)系而構(gòu)成全球裂谷

系。不同類型的裂谷系代表不同的裂谷發(fā)育階段，地殼分裂最初階段發(fā)育大陸裂谷系，以后

出現(xiàn)陸間裂谷系，最終形成大洋裂谷系。

另外，洋中脊雖然長達65000余千米，但是它和它頂端的大斷裂谷都不是延續(xù)不斷的,

它們多處被截斷。這些洋中脊的截段彼此錯開，并不在一條直線上，很少有截段能連續(xù)不斷

地延伸達數(shù)百千米。

(2)海底地磁異常與磁條帶。各個地質(zhì)時代的巖石中，常常有一定的磁性，指示巖石生

成時期的地磁極方向，這叫做古地磁或自然剩磁。在巖漿巖中帶磁性礦物所表示的磁性，稱

為熱剩磁；在沉積巖中帶磁性物質(zhì)所表示的磁性，稱為沉積剩磁或化石剩磁。

巖石的磁性標志了巖石形成時的地磁場方向。一個地區(qū)的古地磁，在經(jīng)過一段歷史時期

之后，常常倒轉(zhuǎn)180°,即指示相反的方向，這種現(xiàn)象稱之為地磁倒轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)向)。根據(jù)在大西

洋、太平洋及印度洋地區(qū)的洋底巖石古地磁測算，在大約8000萬年以來的時期，地磁極倒

轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)向)已達170多次，可以用以對比地質(zhì)年代。

1962年，各國科學家乘英國的“歐文”號在印度洋的卡爾斯堡脊上進行磁測，事后將

測量結(jié)果交給劍橋大學的馬修斯的研究生瓦因進行分析。瓦因推論，沿中脊噴發(fā)的巖漿冷卻

后被打上了地磁的印記，巖漿涌出而形成新地殼的過程重復發(fā)生，從而形成磁條帶。

這就是著名的“瓦因一馬修斯假說”。

(3)海底熱流異常。1671年，波義耳最早指出地下溫度隨深度而增高。17?18世紀，礦

工們提供了不少感性材料”19世紀，通過對火山的研究，建立起地熱流的概念。

全球裂谷系、海底磁條帶、海地熱流異常被稱為20世紀海底三大發(fā)現(xiàn)。

三、海洋資源

1.海洋——生命的搖籃

從太空看地球是藍色的，這是因為我們生活的地球上海洋占2/3的面積。海洋是地球

上最大的水環(huán)境，她不僅孕育了生命，孕育了地球文明，還是地球上的氣候調(diào)節(jié)器，為包括

人類在內(nèi)的各種生物的生存提供了多種條件。

大海給予人類生命，人類更應(yīng)該了解大海、利用大海，更好地愛護大海、回報大海。目

前人類對海洋的了解、利用與開發(fā)還遠遠不夠，甚至對海洋的資源儲備情況還未掌握。

2.海洋——資源的寶庫

世界海洋中有2.5億平方千米公海和國際海底區(qū)域，其中有著豐富的共有海洋資源。

隨著陸地戰(zhàn)略資源的日益短缺，沿海各國不斷加大向海洋索取資源的力度，重視對■海洋“藍

色國土”的開發(fā)利用和保護。人類社會的可持續(xù)發(fā)展必然越來越多地依賴海洋，開發(fā)利用海

洋資源對于人類的長遠發(fā)展具有十分重大的戰(zhàn)略意義。

(1)海洋資源種類繁多。海洋是藍色的資源聚寶盆。

(2)海洋資源潛力巨大。

(3)海洋資源開發(fā)難度大。

3.我國的海洋資源態(tài)勢

我國跨越熱帶、亞熱帶和溫帶，東南瀕臨渤海、黃海、東海和南海，海岸線漫長，港灣

眾多，海域遼闊，廣袤的海洋蘊臧著極其豐富的海洋資源。我國海洋資源的基本特點是：

(1)海岸線漫長，海域遼闊。我國大陸位于西北太平洋沿岸，大陸海岸線長達18000

多千米，海洋漁場面積200多萬平方千米，大陸架面積130多萬平方千米，擁有豐富的資源。

我國還可以方便地進人世界大洋，開發(fā)利用公海和國際海底區(qū)域的海洋資源

(2)開發(fā)海洋形成了多產(chǎn)業(yè)組成的海洋經(jīng)濟體系。

(3)海洋資源開發(fā)保護中尚存在較多的問題。

①海洋資源平均值低于世界平均水平。

②重要海洋資源優(yōu)勢不足。在世界海洋油氣資源豐富的沉積盆地中，中國近海不占優(yōu)勢。

世界上海洋油氣資源儲量主要集中在波斯灣、北海、兒內(nèi)亞灣、馬拉開波湖、墨西哥灣、加

利福尼亞西海岸等幾個地區(qū)，這些地區(qū)的油氣總儲量占世界海上探明儲量的80%。據(jù)預測，

中國近海的石油可采儲量僅占世界儲量的3%—12%。

③開發(fā)不足和過度開發(fā)并存。與發(fā)達國家相比，我國的海洋資源開發(fā)利用程度不高，海

洋經(jīng)濟發(fā)展總體水平較低，既因開發(fā)不足而有巨大潛力，又有過度利用和資源衰退問題。

④與海洋資源相關(guān)的海洋環(huán)境問題日益嚴重。

⑤海洋權(quán)益和海洋資源爭端尖銳復雜。海洋權(quán)益是國家利益的重要組成部分，海洋權(quán)益

爭端的實質(zhì)就是海洋資源爭奪，是經(jīng)濟利益的爭奪。目前，我國面臨的海洋資源和海洋權(quán)益

爭端尖銳復雜。東海是中、日、韓三國漁民共同作業(yè)的漁場，漁業(yè)矛盾很多。除此之外，東

海豐富的油氣資源也存在著爭議。

(三)海洋技術(shù)

海洋是生命的搖籃,在這浩瀚而幽深的神秘世界里,至今還生活著眾多奇異的海洋生物,

海洋中蘊藏著遠比陸地豐富得多的自然資源。

海洋是全球生命支持系統(tǒng)的一個重要組成部分，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的寶貴財富。

當前，隨著陸地資源短缺、人口膨脹、環(huán)境惡化等問題的II益嚴峻，各沿海國家紛紛把目光

投向海洋，加快了對海洋的研究開發(fā)和利用，一場以開發(fā)海洋為標志的“藍色革命”正在世

界范圍內(nèi)興起。

海洋技術(shù)也叫海洋工程，是以海洋資源勘查和開發(fā)為核心的新興技術(shù)，它主要包括各類

海洋現(xiàn)象的研究、海洋礦物的開采、海洋生物的捕撈和養(yǎng)殖、海水化學資源的提取、海洋空

間的利用等。

目前，現(xiàn)代海洋工程已經(jīng)使用了世界上最先進的技術(shù)，包括衛(wèi)星導航和定位技術(shù)、遙感

技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、水聲技術(shù)、生物工程技術(shù)、造船技術(shù)、深潛技術(shù)、打撈技術(shù)等。

這些先進技術(shù)的使用，使傳統(tǒng)海洋開發(fā)走上高技術(shù)發(fā)展軌道，同時出現(xiàn)了許多高新技術(shù)領(lǐng)域?

現(xiàn)代海洋技術(shù)是建立在現(xiàn)代海洋科技理論和其他技術(shù)領(lǐng)域最新成就基礎(chǔ)上的跨學科的綜合

性高技術(shù)體系，現(xiàn)代海洋開發(fā)正在由淺海向深海大洋推進，無論其廣度還是深度都是空前的。

海洋資源的開發(fā)已經(jīng)對世界經(jīng)濟的發(fā)展做出了重大貢獻。據(jù)聯(lián)合國秘書長報告的資料，

目前世界國民經(jīng)濟總量約為23萬億美元，其中海洋經(jīng)濟約為1萬億美元，占4%以上。全

球陸地為人類提供的生態(tài)價值為12萬億美元，海洋提供的生態(tài)價值為21萬億美元。

圖14海洋拉術(shù)

(?)海洋礦產(chǎn)資源開發(fā)技術(shù)

海洋礦產(chǎn)資源是指海濱、淺海、深海、大洋盆地和洋中脊底部的各類礦產(chǎn)資源。

在海洋礦產(chǎn)資源中，以海底油氣資源、海底鎰結(jié)核及海濱復合型沙礦經(jīng)濟意義最大。

1.海底石油、天然氣

海底石油、天然氣多“棲身”在海洋中的“大陸架”和“大陸坡”底下。

淺海的地層常常是沙層、頁巖、石灰?guī)r等構(gòu)成的，這些都叫做沉積巖。沉積巖本來應(yīng)當

成層地平鋪在海底，但由于地殼變動，使它們彎曲、變斜或斷開。向上彎的叫背斜，向下彎

的叫向斜，有的像饅頭一樣隆起，叫穹隆背斜。有些含有油氣的沉積巖層，由于受到巨大的

壓力而發(fā)生變形，石油都跑到背斜里去了，形成富集區(qū)，所以背斜構(gòu)造往往是儲藏石油的“倉

庫”，在石油地質(zhì)學上叫“儲油構(gòu)造”。通常，由于天然氣密度最小，處在背斜構(gòu)造的頂部，

石油處在中間，下部則是水。

地球物理勘探是研究和尋找海上石油最基本的方法。目前世界上一些主要的油田構(gòu)造，

多是采用地震法找到的。利用人工地震產(chǎn)生彈性波，根據(jù)巖層對彈性波產(chǎn)生反射和折射的性

質(zhì)來了解海底沉積層的厚度和地質(zhì)結(jié)構(gòu)，便可以確定儲油構(gòu)造的分布情況。

這些調(diào)查方法只能證明海底有沒有儲油構(gòu)造，究竟這一構(gòu)造層里有沒有石油，還得靠鉆

探。鉆探時將油層構(gòu)造中的巖芯一段段地分析研究，油層變化規(guī)律和分布情況都搞清楚了，

就可以開采了。

2.大洋鎰結(jié)核

鎰結(jié)核又叫缽礦瘤或銃團塊，是一種海底稀有金屬礦源。黃褐色的銃結(jié)核，外形像土豆,

切開來看，一層層的又像蔥頭。這種結(jié)核體往往是以貝殼、珊瑚、魚牙、魚骨為核心，把其

他物質(zhì)聚集在周圍。鎰結(jié)核是一種經(jīng)濟價值很高的礦產(chǎn)，開采海底鎰結(jié)核獲取這些金屬顯得

尤為必要。

調(diào)查表明，鎰結(jié)核廣泛分布于4000~5000米的深海底部，它們是未來可利用的最大

的金屬礦資源。令人感興趣的是，鏡結(jié)核是種可再生的多金屬礦物。它每年以約1000

萬噸的速率不斷地增長著，成為一種取之不盡、用之不竭的礦產(chǎn)。

我國從20世紀70年代中期開始進行大洋毓結(jié)核調(diào)查。1978年，“向陽紅05號”海洋

調(diào)查船在太平洋4000米水深海底首次撈獲鋪結(jié)核。經(jīng)多年調(diào)查勘探，在夏威夷西南、北緯

7°?13°、西經(jīng)138°~157°的太平洋中部海區(qū)，探明了一塊可采儲量為20億噸的富礦

區(qū)。1991年3月，聯(lián)合國海底管理局正式批準中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會的申請，從

而使中國得到15萬平方千米的大洋鎰結(jié)核礦產(chǎn)資源開發(fā)區(qū)。同時，依據(jù)1982年《聯(lián)合國海

洋法公約》，中國繼印度、法國、日本、俄羅斯之后，成為第五個注冊登記的大洋鎰結(jié)核采

礦“先驅(qū)投資者”。

3.海底熱液礦藏

20世紀60年代中期，美國海洋調(diào)查船在紅海首先發(fā)現(xiàn)了深海熱液礦藏。而后，一些國

家又陸續(xù)在大洋底部張裂的地帶發(fā)現(xiàn)了30多處由海底溢出物質(zhì)而形成的礦藏——海底熱液

礦藏。

熱液礦藏又稱“重金屬泥”，由于裂谷不斷擴張，地幔的熔巖流出來，加熱了沿裂縫下

滲的海水，大量的礦物質(zhì)和溶解鹽類，也趁機溶進海水。在這些熱的海水里面，含有豐富的

鐵、錦、鋅和鉛等多金屬礦物，這些礦物能像植物一樣，以每周幾厘米的速度飛快地增長。

當海水在高壓下受熱與巖石發(fā)生反應(yīng)時，海水的化學組成就改變了。許多金屬離子自巖石中

溶蝕出來，使海水的成分大為改變，形成所謂的“熱液”。這些含有金屬離子的高溫溶液自

巖石的孔隙中流出，混入匕面的海水中，溶液中主要的金屬離子鐵和缽很快地沉淀于海水中，

并沉積于孔隙附近，形成?種很特殊的泥狀“富含金屬的沉積物”。這些沉積物與陸地上富

含金屬的礦藏相似，在陸地上人們開采的許多重要礦床，也是幾百萬年以前在海底經(jīng)同樣的

化學過程形成的。

在當今技術(shù)條件下，雖然海底熱液礦藏還不能立即進行開采，但是，它卻是一種具有潛

在力的海底資源寶庫。一旦能夠進行工業(yè)性開采，那么，它將同海底石油、深海鎰結(jié)核和海

濱沙礦一起，成為21世紀海底四大礦種之一。

4.海濱沙礦

在沙質(zhì)海岸帶的岸邊和水下堆積著大量的海沙，它本身就是重要的建筑原料，同時在堆

積過程中，不同比重的沙粒又被分選富集起來，形成海濱沙礦。從海濱沙礦中還能篩選出黃

金、石英、金剛石，以及含有大量稀有元素的金紅石、鉆石、金剛石等，它們是牛導體工業(yè)、

航天工業(yè)、核電工業(yè)等所必需的單晶硅、金屬鈦、核燃料社等的重要原料

目前，世界上開采的幾十種海濱沙礦中，儲量最大的當數(shù)石英礦了，從石英中提取的硅

是重要的半導體材料。

(二)海洋生物資源開發(fā)技術(shù)

海洋中有20多萬種生物，其中動物18萬種，植物2.5萬種。海洋動物中有1.6萬多

種魚類；有對蝦、龍蝦、磷蝦、海蟹這樣的甲殼類；有貽貝、扇貝、牡蠣等各種各樣的貝類;

還有海參、烏賊、海蜚、海豹、海龜、鯨等。海洋植物中有人們熟悉的紫菜、海帶、裙帶菜

和鹿角萊等。海洋生物中有不少可以直接食用，有些還具有很高的藥用價值。海洋生物資源

目前的開發(fā)趨勢是：捕漁業(yè)向深海發(fā)展，增養(yǎng)殖向農(nóng)牧化發(fā)展，海洋藥物研究也得到重視。

1.海洋食物開發(fā)

(1)深海遠洋捕撈。

(2)海洋增養(yǎng)殖。

2.海洋藥物開發(fā)

海洋中的生物為了生存繁衍，在自然競爭中取勝，便形成了各自獨特的結(jié)構(gòu)和奇妙的生

理功能，體內(nèi)生成各種各樣的化合物。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人們研究發(fā)現(xiàn)，這些化合物在治療各種疾病方面具有不可替代的

作用。因此，許多科學家為尋找防治多發(fā)病、常見病、疑難病癥，特別是腫瘤、心腦血管疾

病的特效藥，己將注意力集中到開發(fā)海洋生物藥物。

由于海洋環(huán)境的光照、營養(yǎng)等特殊條件，很多海洋生物都能產(chǎn)生或帶有殺真菌、抗癌、

抗病毒、抗凝血、鎮(zhèn)痛、生長抑制等活性物質(zhì)。海洋生物是人類巨大的醫(yī)藥寶庫：鮑魚可平

血壓，治頭暈目眩癥；海蟄可治婦女性勞損、積血帶下；海馬和海龍補腎壯陽、鎮(zhèn)靜安神、

止咳平喘；用龜血和龜油可治哮喘、氣管炎；用海藻可治療喉嚨疼痛；珍珠粉可止血、消炎、

解毒、生肌，人們常用它滋陰養(yǎng)顏；用鱷魚肝制成的魚肝油，可治療維生素A、維生素D缺

乏癥；墨魚骨可止血等。另外，人們還從海洋生物中提取出了?些治療白血病、高血壓、腸

道潰瘍和某些癌癥以及迅速愈合骨折的有效藥物。

因此，從海洋生物中提取、分離海洋天然產(chǎn)物，研究具有特異生物活性的物質(zhì)，己II益

引起世界藥物學、細菌學、化學、海洋學、動物學、植物學等學科領(lǐng)域的科學家的極大興趣。

美國一位海洋問題專家形象地說：“海洋生物猶如一個可提供有關(guān)健康問題解決辦法的

咨詢中心。”科學家們預言，海洋將成為21世紀的藥庫。

（三）海洋化學資源開發(fā)技術(shù)

海水既不是純凈水，也不是單純的食鹽水，而是…種溶解著許多物質(zhì)的復雜的礦物溶液。

海水中溶解的鹽類，平均濃度可達3.5%,也就是說，1立方千米的海水中，含有約3500

萬噸無機鹽類物質(zhì)。因此，可以說海洋水體是地球上最大的連續(xù)礦體。

1.海水制鹽業(yè)

大海最早奉獻給人類并且至今供給量仍然很大的物質(zhì)，莫過于“化學工業(yè)之母”的食鹽

了。食鹽是人類生活所必須的物質(zhì)，人和哺乳動物血清中含鹽量高達0.9%,這就是目前

醫(yī)學上將.。.9%濃度的食鹽溶液叫做生理鹽水的原因。如今，食鹽在化學工業(yè)中的用途越

來越廣泛。它是制造純堿、燒堿、鹽酸的基本原料，還可以用來制造化學肥料、塑料、合成

橡膠等。止匕外，它還被廣泛用于肥皂、染料、冶金、制陶等工業(yè)。

從海水中提取食鹽的方法主要有太陽能蒸發(fā)法、電滲析法和冷凍法，利用后兩種方法還

可同時進行海水淡化。

2.海水提鈾

在陸地上鈾礦原生于巖漿巖中，但是有開采價值的主要在風化殼裂隙及沉積巖中，總儲

量不超過100萬噸。海水中也溶解著為數(shù)可觀的鈾，不過濃度很低，每千克海水僅含3.3

微克鈾，但是，由于海水量巨大，鈾的總含量高達45億噸之多。

目前從海水中提取鈾的方法很多，但大體上可分為沉降法、溶劑萃取法和離子交換法3

種。我國海水提鈾研究始于20世紀70年代，主要集中在無機及有機吸附劑的篩選、研制及

吸附機制等方面。由于我國能源緊張，因此，開展海水提鈾新技術(shù)研究，顯然十分必要。

3.海水提鎂

節(jié)日的夜空，禮花怒放，紅的、綠的、黃的……那最耀眼的銀白色火花，就是鎂粉燃燒

放出的光芒。鎂是一種輕金屬，它的密度是鋁的2/3。鋁摻上鎂制成的合金，具有重量輕

而硬度大的特點，是制造飛機的良好材料，因此被譽為“國防金屬”。鎂是海水中含量較高

的元素，鎂在海水中的濃度為。.129%,僅次于氯和鈉，從800噸海水中就可以提取1噸

金屬鎂。雖然在陸地上可以通過開采鎂礦石提煉鎂，但是從海水中提取可以得到純度更高的

鎂，從而能滿足工業(yè)上的特殊需要。

大規(guī)模的海水提鎂是將石灰乳加人海水，沉淀出氫氧化鎂，注入鹽酸，再轉(zhuǎn)化成無水氯

化鎂，將熔融的氯化鎂放在電解槽中，通上電就可以在電解槽的兩極分別生成鎂和氯氣。盡

管提取鎂的原理很簡單，但是要除去海水中的多種雜質(zhì)，又要經(jīng)濟合理，在生產(chǎn)工藝上.還是

相當復雜的。

4.海水提浸

澳在常溫下呈棕紅色液體狀，有劇毒，并具有強烈的刺激性臭味。現(xiàn)在醫(yī)院里普遍使用

的鎮(zhèn)靜劑，有一類就是用溟的化合物制成的，如溟化鉀、溟化鈉、浪化錢等，可治療神經(jīng)衰

弱和歇斯底里癥。大家熟悉的打藥水，也是浪與汞的化合物。此外，青霉素等抗生素生產(chǎn)時

也需要溟，澳還是制造農(nóng)業(yè)殺蟲劑的原料。

澳還可以用來制作防爆劑。把浪的?種有機化合物與鉛的種有機化合物同時摻人汽油

中，可以有效地防止發(fā)動機爆燃。溟化銀是一種重要的感光材料，被用于制作膠卷和相紙等。

澳在地殼中的含量只有0.001%,而且沒有集中形成礦層，無法開采；而海洋中澳的

濃度雖然僅為o.0067%,但它的儲量卻占地球上溪的總儲量的99%,這也是澳被稱為“海

洋元素”的原因所在。

澳在海洋中大多是以可溶化合物的形式，如浪化鈉、濾化鉀等形式存在的。從海水中提

取浪，首先要使浪從化合物中脫離出來，為此，可以往海水中通氯氣，讓氯取代漠化物中的

嗅，溟就成了游離狀態(tài)的物質(zhì)。但這時它仍然溶解在海水中，如何使它脫離海水呢?這時可

以用蒸譙法，讓它和水蒸氣一起跑出來，再經(jīng)過幾道工序，就能得到浪的液體。

目前，世界上有不少國家在進行海水提澳工作，美國年產(chǎn)澳約13萬噸，日本年產(chǎn)溟約

1萬噸，我國一直是從鹽化工尾液中提取溟的，年產(chǎn)量僅為3000噸，遠遠滿足不了需求。

（四）海洋淡水資源開發(fā)技術(shù)

地球表面雖然覆蓋著n%的水，但總儲水量的97.2%是海水。海水淡化是開發(fā)新水源、

解決沿海地區(qū)淡水資源緊缺的重要途徑。

海水淡化，是指從海水中獲取淡水的技術(shù)。海洋中最重要的資源，首先是水本身，向海

洋要淡水已成必然趨勢。淡水資源奇缺的中東地區(qū)，數(shù)十年前就把海水淡化作為獲取淡水資

源的有效途徑。美國正在積極建造海水淡化廠，以滿足人們目前與將來對淡水的需求。全世

界共有近8000座海水淡化廠，每天生產(chǎn)的淡水超過60億立方米。

海水淡化技術(shù)目前有多種，但主要有蒸儲法、反滲透法和電滲析法。

1.蒸儲法

蒸儲法是把海水加熱，使之變成蒸汽，再將蒸汽冷卻，回收得到淡水。全世界海水淡化

產(chǎn)量的90%是用蒸餌法生產(chǎn)的。多級蒸發(fā)法是蒸儲法中比較先進的方法，使用這種方法時，

首先將海水加熱、加壓，在比較大的壓力下送入第一蒸發(fā)室作第一次蒸發(fā)，然后，再用小于

一級蒸發(fā)的壓力送人第二蒸發(fā)室作第二次蒸發(fā)，這樣，一級一級地蒸發(fā)下去，就可以得到大

量淡水。但是，使用蒸儲法耗熱多、投資大、成本高，因此只適用于能源豐富、盛產(chǎn)石油的

中東地區(qū)。

2.反滲透法

反滲透法是在淡水器里放置一個很大的半滲透隔膜（一般用特殊樹脂制成）。這種隔膜只

能讓淡水通過，而溶解在海水里的鹽分和雜質(zhì)均通不過。這樣用壓力泵向淡化器里打進海水

時，只要施加比滲透壓強大的壓力，淡水就可以通過隔膜。如此不斷循環(huán)地通過這種半滲透

膜，淡水就生產(chǎn)出來了。目前，國內(nèi)外對反滲透法的研究重點是尋找新型或優(yōu)異的高分子隔

膜材料。

我國在海水淡化與反滲透膜研制方面取得了很大進展，現(xiàn)已建成反滲透海水淡化項目

13個，總產(chǎn)水能力日產(chǎn)近1萬立方米。目前，我國正在實施萬噸級反滲透海水淡化示范工

程和海水膜組器產(chǎn)業(yè)化項目。

3.電滲析法

電滲析法亦稱為離子交換膜電滲析法，是在兩個電極板之間，交替排列著陰離子交換膜

和陽離子交換膜，通電后，海水中的鹽類分解成陰離子和陽離子，并分別通過這兩種薄膜到

相反的兩邊去，剩下的便是沒有鹽分的淡水。

電滲析法的特點是從海水體系中除去鹽，能量轉(zhuǎn)換方式較合理，但由于所耗電能與鹽濃

度成比例，且不能除去不帶電荷的雜質(zhì)，因此，若要大規(guī)模地用于海水淡化，尚有待改進和

提IWI。

4.海洋冰山

茫茫的大海給人類帶來了無限的遐想，在那苦澀的海洋里有沒有天然淡水資源呢?還真

有，浮在海上的大冰山就是淡水。海洋中有93%的冰山是從南極冰蓋上分裂出來的。每年

漂浮在海上的冰山，其儲水量相當于世界上全部江河的流量。

如何把巨大的冰山從海中拖到干旱地區(qū)的海岸目前仍然是一個問題。國外有人計算過將

體積1.8億立方米的冰山，以1.94千米/時的速度運往沙特阿拉伯，需要牽引力為5.625

XIO,焦/秒的駁船5?6艘。運輸期間為了防熱，應(yīng)將冰山用塑料材料保護好，使冰山在途

中的損失量不超過原體積的1/5。還有人設(shè)計用秘魯寒流作航線將冰山運往美國的加利福

尼亞海岸，這樣取得的淡水每噸價值為0.5美元。

（五）海洋能源資源開發(fā)技術(shù)

1.海洋潮汐能

潮汐是由于月亮和太陽的引力以及地球自轉(zhuǎn)的共同作用而產(chǎn)生的海水的規(guī)律性活動。海

洋潮汐能是潮汐運動時產(chǎn)生的能量，是人類利用最早-的海洋動力資源。中國在唐朝時沿海地

區(qū)就出現(xiàn)了利用潮汐來推磨的小作坊。

潮水的浪尖與流底形成的差叫潮差，平均潮差高于5米即可建造潮汐發(fā)電站。

潮汐發(fā)電站有許多優(yōu)點。它不需要占用額外的土地，發(fā)電量穩(wěn)定，能準確估算出功率大

小，而且使用壽命長達75-100年。潮汐發(fā)電原理與一般水力發(fā)電站大同小異。所不同的是,

由于潮水有漲有落，因而潮汐發(fā)電站不能像一般水電站那樣連續(xù)發(fā)電。20世紀60年代發(fā)明

的雙向貫流式水輪發(fā)電機，實現(xiàn)了漲潮和落潮時連續(xù)發(fā)電，比單向發(fā)電量提高了20%?

40%。潮汐發(fā)電站一般要求建在通道狹窄、水流湍急、潮差較大的海灣或海峽，所以可供選

擇的壩址有限，可開發(fā)的潮汐能也就受到了限制。

1966年，法國在朗斯河口上建成了世界上第+座潮汐發(fā)電站，共裝有24臺1萬千瓦的

雙向貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量24萬千瓦，年發(fā)電量5.44億千瓦時。我國在1959

年建成了第一座40千瓦的潮汐實驗電站，1980年建成了浙江溫嶺縣的江廈潮汐發(fā)電站，總

裝機容量達3000千瓦。

一些專家斷言，未來無污染的廉價能源是永恒的潮汐，而另一些專家則著眼于普遍存在

的浮泛在全球潮汐之上的波浪。

2.海洋波浪能

海洋波浪能主要是由風的作用引起的海水沿水平方向周期性運動而產(chǎn)生的能量。波浪能

是巨大的，一個巨浪就可以把13噸重的巖石拋出20米高；一個波高S米、波長100米的海

浪，在1米長的波峰片上就具有3120千瓦的能量，由此可以想象整個海洋的波浪所具有的

能量該是多么驚人。據(jù)計算，全球海洋的波浪能達700億千瓦，可供開發(fā)利用的為20億?

30億千瓦。

目前，部分導航的浮標、燈塔和遙測浮標的工作電源可以通過海浪發(fā)電而自給自足。

日本研制成功的“海明”號海浪發(fā)電浮船是目前世界上最大的海浪發(fā)電裝置，裝機容量

達2000千瓦。還有許多國家正在研制大型海浪發(fā)電裝置，日、英、美等國正在積極研制功

率在5000千瓦以上的大型海浪發(fā)電裝置。

我國的海洋波浪能資源相當豐富，僅海岸線的海洋波浪能蘊藏量就可達1.5億千瓦，

現(xiàn)已研究成功了小型波浪能發(fā)電機，未來利用海浪發(fā)電的前景誘人。

3.海水溫差能

海水溫差能是一種熱能，因低緯度海面水溫高而深層水溫低而產(chǎn)生的顯著的溫度差，可

產(chǎn)生熱交換。溫差能利用是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，再轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?jù)統(tǒng)計，全球海水中僅熱

帶海洋水溫下降VC,就能釋放出1200億千瓦的能量。

在熱帶，表層海水吸收太陽的輻射熱，溫度一般可達26?30'(2,而60-100米的深層

海水很少對流，仍保持溫度在4—6℃。海水溫差能發(fā)電，就是利用表層熱水和深層冷水的

溫差來發(fā)電。具體過程如下：先采用熱力循環(huán)法，其流程有閉路循環(huán)和開路循環(huán)兩種，把熱

能轉(zhuǎn)換為機械能，再用發(fā)電機把機械能轉(zhuǎn)換為電能。

海水溫差發(fā)電能量大，發(fā)電穩(wěn)定，不受時間限制，但成本高，自身耗電多，凈剩電少，

發(fā)電效率受地區(qū)限制。我國南海的面積為360萬平方千米，表層海水年平均溫度在27℃以

上，宜于海水溫差能發(fā)電。

除了利用以上3種海洋能資源外，人們還利用洋流能和鹽度差能。洋流是指海洋中形成

的一股股流向、流速比較穩(wěn)定，終年奔騰不息的海中之河。利用洋流的沖擊力，可帶動水輪

發(fā)電機發(fā)電。

(六)海洋空間資源開發(fā)技術(shù)

隨著人口的膨脹、陸地資源與空間的枯竭，海洋空間的開發(fā)和利用問題越來越令人關(guān)注。

海洋空間是指從海面到海底的廣闊領(lǐng)域。海洋空間的開發(fā)和利用，是指為了發(fā)展生產(chǎn)和改善

生活的需要，把海上、海中、海底的空間用作交通、生產(chǎn)、貯藏、軍事、居住和娛樂場所的

活動。利用海洋空間的最大優(yōu)點就是不占用陸地，隱蔽性好，而且還可以減輕環(huán)境污染。隨

著人類逐步向海洋挺進，海洋將成為人類活動的廣闊空間，“海上城市”、“海上機場”、“海

底村莊”等都是有可能實現(xiàn)的夢想。

1.灘涂資源

灘涂是海岸帶上大潮時在高潮線以下、低潮時在低潮線以匕的地帶。

我們可以把灘涂視為土地資源，也可以將其看做空間資源或者綜合資源。灘涂有如下特

點：

首先，它具有很強的造陸功能其次，它周期性地被海水淹沒，因而具有自己獨特的自然

景觀和生態(tài)環(huán)境。有一些海洋生物就適宜在這樣的低鹽度的淤泥灘上生活，如蜂、蛆、蛤等

貝類，蘆葦、紅樹林等植物，它們組成了灘涂上獨特的生物群類。

2.海上設(shè)施

海上設(shè)施是指建在海面上的各種機場、油庫、工廠、城市等。

(1)海上機場。世界上最早的海上機場是日本于1975年建造的長崎海上機場，該機場

一部分地基利用自然島嶼，一部分填海造成。

海上機場有3種類型：第?種是填平淺海造人工島，在島上建的機場稱為填筑式機場。

例如1995年11月建成的澳門國際機場，該項工程共移山61立方千米，填海1.15平方千

米。中國的珠海機場也是填海興建的，上海浦東國際新機場也建在海邊灘涂上。

第二種是在海底打人鋼柱，在鋼柱上建造橋墩，在橋墩上建的海上機場，稱為棧橋式機

場，如美國的拉瓜迪亞機場。第三種是半潛式巨大鋼制浮體支撐的機場，稱為浮動式機場，

如日本的關(guān)西機場。

海上機場不僅能減輕地面的空運壓力，減少飛機噪聲和廢氣對城市的污染，而且可以使

飛行員視野開闊，保證了起飛和降落時的安全。

(2)海上油庫。海上油庫也叫海上油罐，主要有漂浮式和著底式兩種。漂浮式油庫最大

的是美國設(shè)在迪拜的圓柱式儲油庫，可儲油8萬立方米。著底式油庫最大的在挪威，儲油量

可達16萬立方米，頂部還設(shè)有起重機和直升飛機場。

(3)海上工廠。海上工廠是一些國家為了充分利用海洋資源而在海上設(shè)立的工廠和電

站，不少都建在大型平底船上。如美國新澤西州附近的海上核發(fā)電站。

(4)海上城巾。海上城市是隨著海上各種設(shè)施的日漸增多而出現(xiàn)的。日本自第二次世界

大戰(zhàn)后50多年來，已向海洋奪取土地200平方千米，相當于26個香港島的面積，日本建造

的神戶人工島就是一座海上城市。該島位于神戶市南3千米、水深13米的海面上，建于1966

-1981年，耗資5300億日元。這個小島面積為4363平方米，有大橋與神戶市相連。島

上居民為2萬人，各種設(shè)施齊全，有國際飯店、旅館、商店、博物館、游泳場、醫(yī)院、學校

及3個公園，還有休閑娛樂場和600套住宅，是個名副其實的海上城市。

3.海底設(shè)施

許多科學家預言，21世紀人類將“回歸”海洋，在大量圍海造地、建造人工島和海上

城市的同時，人們還將開拓海底世界。

海底設(shè)施是指海底隧道、海底管道、海底軍事基地和海底工廠、海底城市等。

(1)海底隧道。海底隧道用于溝通港灣和海峽兩岸的交通，可克服水面輪渡費時和易受

天氣影響的困難。海底隧道多數(shù)是陸地鐵路交通的組成部分。美國紐約的曼哈頓島和長島、

新澤西州之間，開挖了5條海底隧道，供汽車通行：荷蘭的鹿特丹先后修建了3條海底隧道;

香港的港島和九龍之間修建了一條長1400米的海底隧道，使港島與九龍之間的交通大大改

觀。世界上已建成的最長的海底隧道是日本的青函海底隧道，全長約54千米，鋪設(shè)兩條鐵

路線；1986年開始興建的II韓海底隧道，全長250千米，將成為世界上最長的海底隧道。

(2)海底管道。海底管道主要用于輸送石油、石油制品和天然氣，如英國北海布倫油田

到蘇格蘭的輸氣管道，全長451.8千米。

(3)海底軍事基地。主要是指建立海底潛艇基地，布置海底導彈，建立海底反潛警報系

統(tǒng)。由于海底是人造衛(wèi)星的盲區(qū)，所以海底軍事基地能擺脫軍事偵察衛(wèi)星的跟蹤。

(4)海底電纜。利用海底空間鋪設(shè)電纜已有100多年的歷史。在傳統(tǒng)海底電纜的生產(chǎn)、

鋪設(shè)和維修的技術(shù)基礎(chǔ)上，海底光纜應(yīng)運而生。光纖傳遞信號具有品質(zhì)高、可靠性強、抗電

磁干擾、耐海水腐蝕等優(yōu)點。1988年，世界上第一條橫跨大西洋，連接北美洲與歐洲的海

底光纜投入使用。

(5)海底村莊。海底工廠和海底城市是人類繼海上工廠、海上城市后開發(fā)海洋的又一重

大課題。20世紀初，西歐一些科學家企圖通過實驗證明，人類完全可以像魚類一樣長期在

海底生活，于是倡議建立海底村莊。

幾年前，美國有人在佛羅里達州基拉各市的淺海底開設(shè)了一家酒店。這家酒店以19世

紀一位科幻小說家的名字命名，叫“凡爾納海底酒店”。該酒店用金屬合成材料制成，包括

客廳、臥室、廚房和浴池。房間里安裝了彩電、電腦、電話、微波爐等現(xiàn)代化家用電器。這

個酒店吸引人的地方是，從每個房間窗口望出去，都可以看到海中的美景，讓人感到像是住

在水晶宮里一般。酒店里有一個“潛水室”，在這個潛水室里換上潛水服，可到酒店外的海

底活動。

未來，隨著各種海洋資源的大力開發(fā)，很多海底采礦區(qū)、海底工廠、海底倉庫和海底城

市將出現(xiàn)，那時海底交通問題將變得日益重要。科學家們正在研制一種可以在陸地上和海底

連通的軌道上行駛的兩棲列車，并計劃在幾年以內(nèi)投入使用。至那時，人們乘坐這種密封的

列車潛入海底，通過玻璃窗，可以盡情地欣賞水下世界的誘人景色。

海洋遙感技術(shù)是海洋環(huán)境監(jiān)測的重要手段。衛(wèi)星遙感技術(shù)的突飛猛進，為人類提供了從

空間觀測大范圍海洋現(xiàn)象的可能性。目前，美國、日本、俄羅斯等國已發(fā)射了10多顆專用

海洋衛(wèi)星，為海洋開發(fā)提供了堅實的支撐平臺。

展望未來，增強海水是寶貴資源的意識，制定海水資源開發(fā)利用政策、法規(guī)和發(fā)展規(guī)劃，

建設(shè)國家級海水資源開發(fā)利用綜合示范區(qū)和產(chǎn)業(yè)化基地，強化海水資源開發(fā)利用裝備研發(fā)和

生產(chǎn)基礎(chǔ)，培育我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海水淡化、海水直接利用和海水資源綜合利用技術(shù)、

裝備和產(chǎn)品體系，是推動我國海水資源開發(fā)和利用朝陽產(chǎn)業(yè)形成、發(fā)展，并成為我國沿海地

區(qū)的第二水源，以及走向世界的重要保障。

三、物質(zhì)

（一）牛頓和他的經(jīng)典力學原理

1.牛頓第一定律慣性定律

物體在不受外力作用而改變它的運動狀態(tài)的情況下，都保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，

這個定律叫牛頓第一定律。

物體具有保持原來勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)的性質(zhì)，叫物體的慣性。因此，牛頓第

一定律又叫慣性定律。

物體的慣性大小怎樣量度呢？II常生活經(jīng)驗告訴我們，物體的質(zhì)量愈大，要改變它的運

動狀態(tài)愈困難。要推動一輛人力車或讓它停下來，是比較容易的，因為它的質(zhì)量比較小。但

要推動一輛汽車或讓行駛中的汽車停下來，就比較困難了。啟動或阻止一列火車則是更困難

的事。由此我們得出結(jié)論：描述物體慣性的物理量是它的質(zhì)量。質(zhì)量是標量，單位是千克（或

克），符號是k晨或g）o

2.牛頓第二定律

物體運動加速度的大小與作用力成正比，與物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向與作用力

的方向相同。通常用公式表示：

F=kma

式中的F指物體所受的合力，m是物體的質(zhì)量，a是物體運動加速度，A是比例系數(shù)。

在使用相同單位制的情況下，k=l。

3.牛頓第三定律

力是物體與物體之間的相互作用，它們總是成對出現(xiàn)的：物體的重量壓在桌面上產(chǎn)生壓

力，桌面產(chǎn)生支撐力（彈力）。我們用手拉彈簧，彈簧發(fā)生形變，彈簧受到拉力的同時.，人手

也受到彈簧的位力。

當一個物體A對另??個物體B施加作用力時，物體B一定同時對物體A施加反作用力。

牛頓第三定律指出，兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同

一條直線上。

(二).愛因斯坦和相對論革命

(1)狹義相對論的建立。1946年，即在愛因斯坦67歲這一年，他應(yīng)出版公司寫了一篇

《自述》，簡要回顧了自己的科學思想發(fā)展歷程。他說：“法拉第一麥克斯韋的電力學，使物

理學家們在長期猶豫不決之后，終于逐漸放棄了把全部物理學建立在牛頓力學之上的信念。

因為這一理論及赫茲實驗對它的證實表明：存在著這樣一種電磁現(xiàn)象，它們按其本性不同于

任何有重物質(zhì)，它們是在空虛空間里由電磁'場'組成的波。”換言之，牛頓力學是描述宏

觀低速物體機械運動規(guī)律的力學體系，而電磁波是以光的速度傳播的高速運動，是遵守狹義

相對論力學原理的。

牛頓力學認為，有絕對的時間空間，物體相對于絕對時空的運動是絕對運動，相對于其

他參照系的運動則是相對運動。但在愛因斯坦看來，所有參照系都是等價的，一切運動都是

相對的。

狹義相對性原理是指物理定律在一切慣性系中普遍成立，經(jīng)過這樣的發(fā)展，使它的范圍

擴大了，不僅適用于力學定律。而且適用于電磁學定律、光學定律和其他一切物理定律。

(2)時間空間的相對性。

①同時的相對性。設(shè)想當一列火車停在車站時，它的中間正上方P點有一道閃電發(fā)出。

這時處在車尾部的觀察者A和處在車頭處的觀察者B距離P恰好相等，兩人將同時看到閃電

的光信號。如果火車以很高的速度勻速前進，當P點發(fā)出的光信號到達時火車已經(jīng)前進到A：、

B1的位置，此時PBDPA1,A觀察者必然先于B觀察者看到光信號。原本同時的事件現(xiàn)在明

顯地不再同時了。

②時間的延緩效應(yīng)。由于光速在真空中運動速度的不變性和有限性，觀察者必須借助光

信號判定時間和空間，這樣，處在不同慣性系中的觀察者所看到的時間，其“節(jié)奏”有可能

不再同步，即運動慣性系中的時鐘走得較慢。這種狀況稱為時間延緩效應(yīng)，或鐘慢效應(yīng)。

③空間距離的相對性。在相對論看來，距離的長度與坐標系的運動狀態(tài)有關(guān)。運動的速

度越快，測量的長度越短，當運動速度接近光速時，長度接近于零。這就是“尺縮效應(yīng)”。

④質(zhì)量與運動的關(guān)系。質(zhì)能等當原理。運用狹義相對論的變換關(guān)系，可以得出任何具有

質(zhì)量為M的物體，都具有能量E,它們之間的關(guān)系是：

E=mc"

即使當物體處于靜止時，即它的運動速度為0,也有一個對應(yīng)的能量E0=m℃2

(三)原子結(jié)構(gòu)

1.人類對原子結(jié)構(gòu)的認識

人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索，一直是“自然之謎”中的一個重要謎題。中國古代學者曾經(jīng)猜

想物質(zhì)是可以無限分割的，古希臘人則認為物質(zhì)由不可再分的基始——原子所構(gòu)成。

19世紀末，有兩個實驗對原子“不可再分性”提出了有力挑戰(zhàn)，?個是X射線的發(fā)現(xiàn),

再一個是放射性元素的發(fā)現(xiàn)，這兩個重大發(fā)現(xiàn)均有一定的偶然性。

德國醫(yī)生倫琴在做陰極射線實驗中卻意外發(fā)現(xiàn)放在實驗臺下的照相膠卷曝光變黑了。這

種現(xiàn)象過去也有其他實驗者遇到過，但卻作為偶然事件而沒有引起注意。倫琴對多次發(fā)生的

膠卷感光事件的原因做了進一步的思索，認為是電子管發(fā)出的一種波長很短的“以太橫波”

造成的。科學界稱這種射線為倫琴射線。

在原子結(jié)構(gòu)理論建立后才搞清楚，倫琴射線是原子周圍低軌道電子被激發(fā)躍遷時釋放出

的高頻率電磁波，它比紫外光的波長還要短得多，因而不可見，但穿透性很強。這種現(xiàn)象向

人們提示：原子內(nèi)部是有結(jié)構(gòu)的。

1896年，法國科學家貝克勒爾發(fā)現(xiàn)，鈾化物能發(fā)出?種類似于X射線的射線，它能使

密封在黑紙中的照相底片感光，能穿透人的衣服使人的皮膚灼傷。科學家斷定，這種能量很

強的射線來自原子的更深層——原子核內(nèi)的變化。這種山放