海洋探宝——化学家的新天地

海洋是连绵不绝的盐水水域，分布于地表的巨大盆地中。面积约362000000平方千米，大约占地球表面积的70.9％。海洋中含有13亿5000多万立方千米的水，约占地球上总水量的97.5％。全球海洋一般被分为数个大洋和面积较小的海。四个主要的大洋为太平洋、大西洋和印度洋、北冰洋(有科学家又加上第五大洋，即南极洲附近的海域)，大部分以陆地和海底地形线为界。

海洋中含有大量矿物资源、能源资源、植物资源、动物资源，是人类的巨大物质财富。随着科学技术水平的提高，不断向海洋的深度、广度进军，海洋化学也得到了蓬勃发展。

从图海水中所含的化学元素种类来看，目前已测知的就达27种。它们的含量差别较大。根据含量多少，大体上分为三类:每升海水中含有1～100毫克的元素叫微量元素;每升海水中含100毫克以上的元素，叫常量元素;每升海水中含有1毫克以下的元素叫痕量元素。尽管是痕量元素，由于海水量极大，其总储量仍然相当可观，如铀在海水中的浓度是0.003毫克/升，但它的总储量却有40多亿吨，比陆地已知储量大约4000倍以上。化学家们对海洋中包含的矿藏非常感兴趣，努力寻找有效的方法提取它们。

海水中化学物质提取是有无限前景的新兴产业。溶解于海水的3.5％的矿物质是自然界给人类的巨大财富。不少发达国家已在这方面获取了很大利益。我国对海水化学元素的提取，目前形成规模的有钾、镁、溴、氯、钠、硫酸盐等。从1立方英里海水中得到的食盐，足够全世界人们好几年的需用，同时利用食盐还可以大力发展盐化工业，生产烧碱、纯碱、氯气等重要化工产品。镁在航空航天领域中应用非常广泛。大部分金属镁来自于海水，具体生产方法是将海水与石灰混合，使其发生反应生成氢氧化镁，进而从氢氧化镁制得镁。由454千克海水，大约就可制得454克镁。溴用于医药、染料、照像等，多数溴也是从海水中提取的。它是用硫酸和氯气处理海水得到的。先分离出溴，再将空气通入溴水中，溴蒸汽就产生出来。454吨海水中约可得到31.78千克溴。我国是世界海盐第一生产大国，年产量近2000万吨;目前，我国还处在盐碱工业向海洋化工工业的过渡阶段，经过“八五”、“九五”技术攻关，直接从海水中提取化学物质的产业正在我国逐步形成。全球数量巨大的海水，其体积为13.7亿立方千米，约137亿亿吨。海水本身就是一座资源宝库，海水中溶解有80多种金属和非金属元素。通常把海水中的元素分为两类:每升海水中含有1毫克以上的元素叫常量元素;含量在1毫克以下的元素称为微量元素。海水中微量元素有60多种，如锂(Li)有2500亿吨，它是热核反应中的重要材料之一，也是制造特种合金的原料;铷(Rb)有1800亿吨，它可以制造光电池和真空管; 碘(I)有800亿吨，它可以用于医药，常用的碘酒就是用碘制成的。

特别值得指出的是，躺在海洋底部大量的锰结核，含有铁、锰、铜、钴、镍等20多种宝贵的元素。这种锰结核颜色与外形像“炸肉丸子”，可以直接打捞。它在整个海底的储藏量约15000亿吨。更可贵的是这种“矿瘤”每年还会增长。锰结核中所含的金属量是陆地上的几十倍甚至上千倍。例如，钼含量8.8亿吨，是陆地上钼的总储量的40倍;钴的含量58亿吨是陆地上总含量的280倍。这一批巨大的稀世珍宝，正等待着人们去开发利用。

铀是高能量的核燃料，1千克铀可供利用的能量相当于2250吨优质煤。然而陆地上铀矿的分布极不均匀，并非所有国家都拥有铀矿，全世界的铀矿总储量也不过2×10⁶吨左右。但是，在巨大的海水水体中，含有丰富的铀矿资源，总量超过4×10⁹吨，约相当于陆地总储量的2000倍。

吸附法海水提铀示意图

海水提铀的方法很多，目前最为有效的是吸附法。氢氧化钛有吸附铀的性能。利用这一类吸附剂做成吸附器就能够进行海水提铀。现在海水提铀已从基础研究转向开发应用研究。日本已建成年产10千克铀的中试工厂，一些沿海国家亦计划建造百吨级或千吨级铀工业规模的海水提铀厂。如果将来海水中的铀能全部提取出来，所含的裂变能相当于1×10¹⁶吨优质煤，比地球上目前已探明的全部煤炭储量还多1000倍。

重水也是原子能反应堆的减速剂和传热介质，也是制造氢弹的原料，海水中含有2×10¹⁴吨重水，氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢”。氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水”。如果人类一直致力地受控热核聚变的研究得以解决，从海水中大规模提取重水一旦实现，海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。蕴藏在海水中的氘有50亿吨，足够人类用上千万亿年。实际上就是说，人类持续发展的能源问题一劳永逸地解决了。

海洋探宝

重水堆核电站

据估计，世界石油的总蕴藏约3000亿吨，而海洋中占有45％;已探明的世界天然气储量是85000～86000亿立方米，海洋中占1/3。因此，近20年来，世界许多国家都争先恐后地对大陆架的石油和天然气进行积极的勘探和开采。我国的这方面，虽然起步较晚，但已取得了很大成绩。蓝色的海洋，蕴藏着无穷无尽的宝藏。

可想而知，随着人类生活日益增长的需要和科学技术的进步，今后海洋水域工业将有很大的发展。海洋化学是一门极为重要的科学，有着广阔的发展前途。经济学家预言:21世纪将是海洋的世纪。“海洋水产生产农牧化”、“蓝色革命计划”和“海水农业”构成未来海洋农业发展的主要方向。

随着科技的进步和时代的发展，一个开发海洋的新时代己经来临。

海洋水产生产农牧化

就是通过人为干涉，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。具体就是建立育苗厂、养殖场、增殖站，进行人工育苗、养殖、增殖和放流，使海洋成为鱼、虾、贝、藻的农牧场。中国目前已是世界第一海水养殖大国。随着海洋生物技术在育种、育苗、病害防治和产品开发方面的进一步发展，海水养殖业在21世纪将向高技术产业转化。

海水农业

海水农业是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。“蓝色革命计划”是把海水养殖业由近海向大洋扩展。“海水农业”则是要迫使陆地植物“下海”，这是与以淡水和土壤为基础的陆地农业的根本区别。人类为了获得耐海水的植物正在进行艰苦的探索，除了采用筛选、杂交育种外，还采用了细胞工程和基因工程育种。这些研究仍在继续，目前采用品种筛选和杂交等传统方法已经获得了可以用海水灌溉的小麦、大麦和西红柿等。

在不远的将来，人们还将建造“海底城市”，这已不是幻想，而是现实。目前，日本已为阿拉伯国家建造了一座海上游动的“小城市”。它大多用钢铁做成，中心是一座6层大厦。设有室内小花园、电影院，水电全部自己供应。它可以满足海上采油工作人员文化娱乐生活的需要。这个浮动“城市”是靠8根高大柱子托起的，把它们收起来，就可以当船行驶。将来许多海上工厂，将在原料生产地或市场附近的海域兴建起来，为海上城市居民提供物质需要。日本四国岛西南面的龙串湾，有个“海中公园”，人们在海底透过16面直径60厘米的玻璃窗可以饱览海底奇景:奇形怪状的礁石，五彩缤纷的珊瑚，各种奇丽的鱼儿及奇趣的海星、海葵等。自从美国第一个建造了水下实验室以后，不少国家纷纷效仿，在海底建造“钢屋”和其他建筑，“屋”内气压和海面相同，人们可以在里面正常地工作，维修海底油气井，打捞沉船，海底勘探或为潜艇补给等。另据报道，日本一群工程师、建筑师。计划在离东京120千米的海域上，建设世界首座“海洋城”，以解决未来人类住的问题。海洋城将建于200米深的海底，有4层楼高的钢骨平台，离海面约70米，面积23平方千米，全城由1万条坚固直柱顶住，直柱附近设有感应装置。可测台风、海啸及暗流，自我调整力度以抵抗这些外来压力，保持海洋城的平稳。海洋城除了住宅区外，还有一个商业中心，400个网球场，8个高尔夫球场，两个棒球场，1个栽种水果蔬菜的人工田，还有纵横相连的道路。海洋城的建设费用估计需要2000亿美元，这项巨大的工程可望在本世纪末完成。到本世纪，这座“海底城市”将居住万人以上，那时，深邃的海底不再沉默，将会跟大陆一样，变得热闹非凡，越来越多的人将去发掘它、建设它，用自己的智慧和双手去描绘这张硕大无比的宏伟蓝图。

还可以加大力度发展的项目有:发展提溴新技术，以提高现有地上卤水资源的溴利用率，提高溴质量，减少能耗，降低成本，积极发展高效溴化剂和新型阻燃剂等;积极发展“无机离子交换法海水、卤水提钾技术”，这项技术的成功，可以改造老盐化工企业，并能弥补我国陆地钾资源的不足;积极发展高技术含量、高附加值的镁新产品;加强海水提铀技术的研究开发;加强直接从海水提取其他化学物质的研究和开发，以及水、电、热联产与海水综合利用的结合。

海洋的未来向人们展示了辉煌的前景，广袤的海洋将给人类作出巨大的奉献。