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 海洋深层水的开发利用
 

一、海洋深层水的定义
海洋深层水 从海洋学的理论上讲,在大陆架外部海域的补偿深度(即海洋植物发生光合作用的极限深度,一般认为以200米为其极限值)以下,便可称为“海洋深层”(无光层)。反之,浅于200米以上的海水则称之为“海洋表层”(有光层)。全世界海洋的平均水深为3800米,从海洋学理论广义上讲,地球上的海水有95%为海洋深层的海水。由于有光层与无光层并没有一个明显的界限,实际上在海洋表层和“海洋深层”之间还存在着一个过渡层,即“海洋中层”。这样,海洋学上一般将海水分为三层:“海洋表层水”为水深200米以上的海水;“海洋中层水”为水深200米~700米之间的海水;“海洋深层水”为水深900米以下的海水。
现在,世界上开发和利用海洋深层水的国家只有挪威、日本和美国。这些国家都分别有自己的地理优势和特点。尤其是夏威夷地处太平洋中部,正好处在海洋大循环的循环带上。因此,夏威夷具备了采集海洋深层水的两大条件。

二、能汲取和利用的海洋深层水应具备的特点
迄今为止,由于研究的滞后以及深海汲水技术的困难,对海洋深层水的研究和认识还比较贫乏。近年来,欧美、日本等工业国开始对海洋深层水表示出了极大的兴趣,并进行了大量的科学研究和应用研究,使有关海洋深层水的定义和许多概念得到了进一步完善。根据最新研究资料的说明,对人类有利用价值且能被人类现有技术所汲取和利用的海洋深层水,至少应该具备以下两个特点:

l.深层循环
即因海洋深层水与表层水水温以及盐分浓度的差异而发生的海水深层大循环。1958年海洋学家斯通梅尔提出“海洋深层大循环”的理论。该理论认为大西洋南北两极冰山不断融化,由于其水温、盐分浓度与海水差异,这些水源源不断地自然沉入千余米以下的深海,从而形成了一个在海洋深层缓慢流动的大深层流。该深层流源起北极格陵兰海,以每秒3000万吨的流速、共花1500年的光阴纵断大西洋,与南极的德雷克海峡的溶冰深层水汇合。该深层水流在此得到了大量的充实,然后再以1000~1500余年的时光沿南印度洋和南太平洋缓慢流向北太平洋。从北极格陵兰海起共计经历2000~3000年漫长岁月的迁移,该深层水流的水温缓慢上升,最终在北太平洋(阿拉斯加南部海域)浮起转为中层水或表层水。变为表层水后,该水流再经太平洋、印度洋向大西洋回流。然后又在南北两极再转为冰-融化-沉入深海-发生深层水大循环,这样,以4000年~5000年的漫长岁月为周期周而复始形成了“海洋深层水大循环”。

2.涌升现象
即由于地球自转引起深层水流上升或深层水流碰到海中山脉(岛屿)等上升的现象,海洋深层水该现象至今为止均为自然涌升现象。所谓深层水的自然涌升现象,指在水深上千米以下缓缓流动的海水,一部分因与大陆架的挤压、或碰到海中山脉(岛屿)而产生的涌升流。正是因为有海洋深层水的涌升流,使人类利用现有的汲水技术,开发和利用海洋深层水成为了可能。夏威夷的海洋深层水实际上是1000~6000米深“海洋深层大循环”的海水。因为夏威夷处于太平洋深层水大循环之要道,深层水流到这里碰到海中山脉(夏威夷群岛)发生涌升,从而使人类第一次实现了从675米深处大量汲取1000~6000米深处流动的大循环深层水的梦想。

自1958年海洋学家斯通梅尔提出“海水热盐深层大循环”(或“海洋深层大循环”)理论后,世界上海洋学家所说的“海洋深层水”则多指狭义的大循环深层水。因此,本文中所提的“海洋深层水”均为狭义的“大循环深层水”,而并非水深在900米以下的深海水(所谓的“广义的海洋深层水”)。

三、海洋深层水的特点

综上所述,海洋深层水处于无阳光进入的海洋“无光层”,而且远离来自人类、陆地以及大气的化学物质的影响和污染。根据研究的结果查明,海洋深层水至少具有以下四大主要特点:

1.低温安定性
不受阳光照射,不像海洋表层水温度变化无常,深层水终年温度不变,恒定于8~10℃左右。

2.成分丰富且稳定性
与海洋表层水相比,海洋深层水中含有曾经孕育过生命的、对植物生长和人体健康都不可缺少的90余种无机盐以及矿物质(包括微量元素)。除了其含量丰富外,由于这些水以漫长的时光流动于“无光层”的海洋深层,无光合作用发生、不受外界影响,因此所含无机盐及矿物质(包括微量元素)的成分十分稳定,是100%的氧还原水。

3.易被人体吸收
海洋深层水亿万年在深海强大的水压作用下,其水分子团明显小于陆地上的水分子团。其分子结合角为165~180度,远远大于陆地上的水分子结合角,与人体内水分、血液的分子结合角极其近似。因此,该水分子团极容易为人体吸收。另外,水分子团之中溶有的营养成分(无机盐及矿物质)在长年深海水压的强大作用下几乎均以活性的游离离子形式存在。因此,人体在吸收这些水分子的同时,也吸收了所含的营养成分(无机盐及矿物质)。

4.无菌清洁性
处于海洋“无光层”的深层水,除了远离人类现代文明的影响以及不受陆地、大气化学物质、病菌的污染外,本身也无生成病原菌等细菌的条件。因此,海洋深层水是非常清洁的无菌自然之水,是100%的“绿色”之水。

四、发展前景
由于海洋深层水具有许多其他水无法取代的特性,就海洋深层水在食品饮料上的衍生产品而言,单凭它具有的洁净、营养丰富、极易吸收的特性,就有许多利用价值有待于我们去继续开发。
随着对海洋深层水的不断开发,它的利用价值引起了世界范围的关注。最近,国际上成立了“海洋深层水利用协会”(DOWA)和“海洋温度差发电”(OTEC)等国际组织。 目前,人类对海洋深层水的认识和开发均处在初级阶段,如何利用海洋深层水还有很大的发展空间。

 

  当世界各国的科学家们为开发新能源而绞尽脑汁的时候,日本科学家已把目光瞄向海洋深层水的开发与利用上。

  所谓海洋深层水是指水深200米以下的海水,而实际开发利用多取自300米以下的深海海水。这类海水具有低温、富含营养、不含任何有害微生物和污染物的特性。此外,深层海水根据所处的不同深度和部位还各具有不同特性:有的富含淡水,有的富含金属类物质或盐类物质。
海洋深层水
从一般规律看,海水的深度越深,上述可利用资源的含量越高。深层水中所含各种资源还具有较稳定、开采若干年后即可恢复、一种物质中含有多种资源特性等特点,许多地方都将其称为“神水”。地球上的海洋平均水深约3800米。按水深200米以下就可称作海洋深层水计算,海水中95%以上都是海洋深层水。仅从这点就可看出,海洋深层水是一种取之不尽,用之不竭的宝贵资源。随着人类经济活动的日益活跃,地球资源正在加速走向枯竭。因此从长远看,作为一种可“循环型”资源,海洋深层水将越来越受到人们的关注。

  海洋深层水的开发利用方法极为简单。只要通过一条特制的管子把海洋深层水抽到地面进行简单处理后就可使用。美国是最早开发利用海洋深层水的国家。1974年,美国在夏威夷建立了一个州立自然能源研究所,开始从理论上探讨对海洋深层水的利用。从1980年起,美国开始利用深层海水与表面海水的温差进行发电,后又进行了小规模的海藻类和深海鱼类养殖实验。日本关于海洋深层水的利用开发起步较晚,但发展很快。1996年,日本高知县首先开发出用海洋深层水加工成的商品并投放市场。第一年,8家公司生产的此类产品总销售额达8亿日元。2000年,仅高知县参与海洋深层水产品开发的就有74家公司,总销售额达105亿日元。目前,日本从事相关产品开发和实验的地区已扩及富山、冲绳、北海道、神奈川、岩手等县与地区。2001年,日本全国与海洋深层水有关的商品总销售额达6000亿日元。环抱富山湾的富山县把开发利用海洋深层水作为该县21世纪重点发展产业之一。

  日本对海洋深层水的开发利用是从对海水进行脱盐、制取饮料水开始的,逐渐扩大到利用深层水高纯度特性制造饮料、食品、化妆水;利用海洋深层水制成人造温泉,治疗各种皮炎和减肥;利用海洋深层水探索深海鱼类、虾类、贝类、蟹类生长秘密的试验也在进行中。

  开发利用海洋深层水面临的主要问题是成本高。抽取1吨海洋深层水的成本约为3000到5000日元。日本专家估计,日本全国平均每人每天要用400立升水,其中作为饮料的用水只3立升,其余的多用于洗澡、洗衣、冲洗厕所等。随着陆地上江河湖泊和地下水日益被污染,人们从陆地上获取纯净饮用水变得日益困难,将不得不求助于从海洋深层水中提炼纯净水。只要把普通用水和专门饮用水分管道供应,海洋深层水就可进入每个普通家庭。