打开生命源泉之门

    海水利用业是指利用海水进行淡水生产和将海水应用于工业冷却、城市生活和消防。

    我国水资源严重短缺，人均占有量约为世界人均的1／4我国水资源严重短缺，人均占有量约为世界人均的1／4，是世界上21个严重缺水国家之一。特别是我国的东部沿海地区，既是我国的经济发达地区，又是非常缺水的地区。从北方的大连、天津、青岛一直到南方的上海、宁波、厦门，人均年淡水拥有量不到200立方米，距离联合国所颁布的每个人每年3，000立方米的水标准相差甚远。水资源供需矛盾的突出一定程度上影响了东部地区的经济和社会发展。

    随着海水利用技术的不断发展，对取之不尽、用之不竭的海水进行淡化和海水直接利用必将成为解决沿海地区水资源供需矛盾的根本途径。在海水淡化方面，随着各种海水淡化技术的发展，我国海水淡化初步具备了产业化的发展条件。截至2006年年底，中国日淡化海水能力接近15万吨，比2005年翻了一番。在海水直接利用方面，工业上可利用海水除尘、作溶剂、作还原剂、洗涤净化、试漏、冷却等，生活上使用海水冲厕、洗涤、冲洗地面和作为消防用水等。

    海水利用业将成为我国21世纪的朝阳产业。

    海水淡化

    虽然地球表面2／3的面积被水覆盖，但水储量的97％为海水和苦咸水，淡水成为日益稀缺的资源。幸运的是，海水淡化技术使海水变得不苦也不咸，海水能喝了。海水淡化又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的过程。主要途径有两条：一条是从海水中取出水的方法；另一条是从海水中取出盐的方法。前者有反渗透法、蒸馏法、冰冻法、水合物法和溶剂萃取法等，后者有离子交换法，电渗析法、电容吸附法和渗压法等。工业规模的海水淡化多用蒸馏法，反渗透法和电渗析法。

    海水淡化场鸟瞰到目前为止，全世界约有120多个国家和地区采用海水或苦咸水淡化技术取得淡水，共有海水淡化工厂13，000多座，海水淡化日产量约4，600万立方米，其中最大规模的海水淡化厂日产淡化水80万立方米。淡化水中，约有80％作为饮用水，解决了1亿多人的饮水问题。

    我国淡水资源稀缺，是继美、法、日、以色列等国之后研究和开发海水淡化先进技术的国家之一，已经在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面取得重大突破。根据全国海水利用专项规划，到2010年，我国海水淡化规模将达到日产80万～100万立方米，2020年日产250万～300万立方米。

    海水的家庭利用

    香港特别行政区在20世纪50年代末开始采用海水作为居民冲厕用水，运行至今，未出现过技术问题。目前，香港平均每天使用的海水量多达58.1万吨，节省淡水效果十分明显。香港的海水冲厕，与淡水供应系统一样，有一套完全独立的海水供应系统，为市区和新区提供冲厕用水。当海水水质达到第三类海水水质标准，只需进行隔栅分离和加氯处理，就可达到冲厕用水标准，成本非常低廉。

    海水淡化器实施海水冲厕并规划推行，对于许多严重缺水的沿海城市来说，意义非同一般。实施海水冲厕，既可缓解城市淡水资源紧缺的压力，又将大大推动相关产业的发展，具有重要的社会效益和经济效益。海水冲厕示范工程使用的工艺不是很复杂，简单地说，就是在海边挖一个取水井，通过水泵的加压和一些必要的消毒处理，直接送到居民家中。海水利用的运行成本其实很低，海水冲厕已经开展了60年的香港，其海水利用的成本只有淡水的1／3，省下了7亿元的费用。

    海水农业

    科学家预测，21世纪将迎来第三次农业革命，即“海水农业”。海水农业又被称作“海洋农业”、“蓝色农业”等，它就是直接用海水灌溉农作物，开发沿岸的盐碱地、沙漠地和荒漠。建立海水农业的核心问题是海水的直接利用。

    海水农业示意图海水农业就是要使陆生植物“下海”，也就是要陆生植物重返海洋。海水农业的发展，目前已进入两个不同的方向。

    一是通过遗传改良，将耐海水和耐盐碱的野生植物改造成栽培品种。在众多的遗传种质资源中，存在着2，000～3，000种盐生植物，在这些植物中，毫无疑问存在着一种能够适应和利用海水的生理机能和遗传信息，对它们进行筛选，用遗传改良方法培育出人类需要的品种。

    二是用基因工程和细胞工程技术，将不耐海水的植物培育成耐海水植物。大规模品种筛选已获得可用海水灌溉的大麦、小麦等作物，此外，杂交育种已获得耐三分之二海水的西红柿。科学家们正在试验，将陆地植物的基因转移到藻类植物中，把陆地动物的基因转移到海洋动物中使陆地生物适应盐水环境，帮助在进化过程中从海洋“爬”上陆地的生命重新回归“大海”这个生命的摇篮。随着科技的进步，用海水种庄稼将不是天方夜谭，也不是梦。

    海洋冰山和海底淡水

    随着人口的增加和经济发展，陆地淡水资源越来越不够用。冰山是巨大的淡水资源，海洋中有93％的冰山是从南极冰盖上分裂出来的。每年漂浮在海上的冰山，其储水量相当于世界上全部江河的流量，为20世纪以来全部海水淡化装置所生产的淡水的4～5倍。仅一年之内形成的冰山淡水的价值，就可达数亿美元。但目前如何把巨大的冰山从海中拖到干旱地区的海岸，仍然是个问题。

    海水淡化器海床中也蕴藏着可观的淡水资源。例如，在福建南部古雷半岛东面有个名叫菜峪的小岛，距这小岛500米的海面上有个奇异的淡水区，叫“玉带泉”；在美国佛罗里达州和古巴之间的海面上也有一个直径为30米的圆形淡水区，水色、温度与周围皆异，人称“淡水井”。国外在开采海底淡水方面已经取得一些经验并获得成功。例如，美国夏威夷利用遥感技术，在海底发现多处淡水露头，解决了夏威夷火奴鲁鲁市的淡水不足问题；希腊在爱琴海海域，打出日涌水量达100多万立方米的淡水井，灌溉了海岸上300平方千米的旱地。

    所谓“海底淡水”，指的是自然界赋存于海底之下、具有较大空隙度的地层或构造中的淡水资源，及其沿着这些含水地层或构造在海底的出口喷涌而成的海底淡水泉或渗泄而咸的弥散型海底淡水泉。海底淡水资源的生成、聚集和保存需要一定的地质条件。原生的地表淡水需运移、过滤、储存到海底之下有一定保护作用的盖层地区才能保存。而新生代近岸区海平面相对于陆棚边缘的频繁升降变化，正好为河口海底淡水的形成创造了良好的“生、运、滤、储、盖”的组合条件。

    解决人类缺水的危机

    干涸的土地人们每天打开水龙头，自来水就哗哗地流出来，水价也很便宜，这往往使人们产生一个错觉，以为水是很多的，是永远不会匮乏的。世界上的树木可能被砍光，煤和石油等化石燃料可能被烧完，金属矿产也总有一天会被开采一空，这些危机很容易被人们所认识。可是若说淡水也出现危机，不少人会说你这是耸人听闻。其实别的危机还不那么迫切，淡水短缺却是近在眼前的事。有不少地方，解决缺水问题已经摆上领导者的议事日程，不少人已为淡水不足所苦了。

    海底淡水资源的生成、聚集和保存需要一定的地质条件前苏联地理学家里沃维奇经过20年的研究，计算出全球年平均降雨量为5.04×1026立方毫米，其中396，000立方千米降到海洋里，混到海水中去了，其余的部分又有61％被太阳蒸发，回到大气中，成为水蒸气，只有40，000立方千米的淡水或者处在地表的河流湖泊里，或者流入地下成为补充的地下水。这些水中还有相当一部分直接流入大海，没有利用。剩下的能储存在湖泊、水库和河流里的只有12，000立方千米。其中又有1/3在人口稀少的地区白白放着，真正有用的仅有8，000立方千米。淡水资源不多，分布又不均匀。目前世界上100多个国家和地区缺水，其中28个被列为严重缺水的国家和地区。预计再过20～30年，严重缺水的国家和地区将达46～50个，缺水人口将达28～33亿人。

    在国民经济和人民生活中，淡水的位置很重要。农业灌溉是用水的第一大户，每生产1块面包所需要的小麦要消耗70升水。每生产1公斤钢需要700升水，制造1辆汽车需要40万升水，生产1吨纸需要70万升水。一个人要维持正常生活，每年需要1，500吨水。如果不未雨绸缪，采取节水措施，将来耗水量还要增加。

    世界上的沙漠、草原国家十分干旱，像西亚、北非的一些国家一直缺乏淡水。流经几个国家的国际河流的淡水资源历来是国际争端的导火线，像印度和孟加拉为恒河、布拉马普特拉河的水的分配就常有争议。以色列占领戈兰高地的目的之一就是控制约旦河的源头。

    海洋中最宝贵的资源也许就是海水本身我国也有广阔的土地饱尝缺水之苦。全国淡水分布很不均匀，南方多，北方少。华北、西北大片土地常常干旱缺水，黄土高原上的居民和牲畜连饮水都有困难。据统计，我国北方缺水区总面积达58万平方千米。全国500多座城市中，有300座城市缺水，每年缺水量达58亿立方米。

    水的问题已到了非解决不可的时候了水的问题已到了非解决不可的时候了。我国一方面缺少淡水资源，另一方面浪费水的现象很严重。以色列的农田用滴灌和喷灌，而我国大部分农田还是用大水漫灌，大部分水都白白浪费了，渗到地下还使土地退化。同样生产1吨钢，发达国家用的水只有我们的1／5。连城市抽水马桶每次冲水的耗水也比国外的7升要高2升，只这一件“小事”，每年就多用3，000多亿升宝贵的淡水，足以蓄满30个1，000万立方米的水库。这说明节约用水，是解决淡水危机的一条途径。

    解决淡水危机的另一条途径是开源。我们知道海水占全地球总水量的97.5％，如果能充分利用海水代替淡水，或者从海水中提取淡水，那就可以解决水荒问题了。所以我们说，人类最缺的是水，海洋中最宝贵的资源也许就是海水本身。

    从苦咸的海水中提取甘露

    海水中含有氯化钠等无机盐，这些盐类使海水变得又咸又苦，渴时喝下去不但不能解渴，反而会更口干舌燥。盐类会和金属起化学反应，使金属受到腐蚀。钢铁尤其怕海水，完好的钢材放在海水中，不用很长时间就会被腐蚀得面目全非。铝在大气中表面会生成坚硬的氧化层，能保护内部，而在海水中，铝的氧化层也丧失了保护力。真正能够耐受海水浸泡的只有铁，不锈钢和铜合金也有一定的抗海水腐蚀的能力。海水受热以后，一部分盐会结晶出来，附着在容器表面。海水中的附着生物，像藻类、软体动物、甲壳动物和腔肠动物等也会长在通海水的管道和设备的壁上。这些附着物使这些设备传热能力大大降低，甚至被堵塞。

    海水淡化设备从苦咸的海水中提取淡水的技术叫做海水淡化，也称海水脱盐。

    古希腊罗马时代有人做过海水淡化的尝试。亚里士多德用封闭的容器把海水烧开，发现水蒸气里没有盐分，把它冷凝就得到蒸馏水，是纯净的淡水。19世纪英国曾批准用蒸馏法制淡水的专利，在阿拉伯的亚丁湾海滨陆地上建造海水蒸馏器制造淡水，供给过往的船员。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3，775万吨。

    目前世界海水淡化装置主要分布在沿海的干旱地区、淡水供应困难的岛屿和沿海缺水的大工业城市。最集中的地区是以色列和沙特阿拉伯、科威特和阿拉伯联合酋长国等，这些国家没有河流，地下水也奇缺。过去靠船从国外运来淡水。幸好这些国家有丰富的石油，有条件用石油当燃料蒸馏海水，解决淡水供应问题。

    主要的海水淡化技术有蒸馏法、反渗透法和电渗析法。

    蒸馏法实际上还是用亚里士多德阐述的原理，把海水加热使它汽化，再使蒸汽冷凝，得到淡水，剩下的浓盐水另做它用。蒸馏法使水汽化与盐分离，不管从多么浓的海水中都能蒸馏出很纯的淡水，一次成功，所以适合于直接淡化海水。现在已经能用这种技术建造大规模的海水淡化厂，是最重要的一种海水淡化方法。

    蒸馏法也有多种做法，用得最多的是多级闪蒸法。先把海水在管子里加热，然后把海水引进压力比大气压力低的设备中。压力降低，水的沸点也降低，不需要到100℃就汽化了。海水在这个低压容器里急速汽化，蒸汽迅速离开热海水，固态的盐类留在剩下的液体中，不会留在换热面上。产生的蒸汽在换热管外冷凝成淡水，海水在管内吸收冷凝时放出的热而被预先加热。海水这样依次通过多个闪蒸室，每个室内的冷凝管上都生成淡水。重复进行多次闪蒸过程，能够最有效地利用热量，降低成本，使这种办法成为现实可行的技术。

    闪蒸室可以用便宜的低碳钢做成，外面包上不锈钢之类的合金保护，防止腐蚀。冷凝器是最关键的部件，而且温度最高，最容易被腐蚀，得用钛或铜镍合金等防腐材料做。海水中还得加进阻止结垢的化学物质，使剩下的盐不会附着在设备壁上。把各级闪蒸室垂直地叠在一起，效果更好。

    海水淡化设备多效蒸发法是另一种蒸馏法，它使导热面的两面一边是蒸汽一边是水，蒸汽在上面冷却，水在下面加热，一举两得。不过用这种办法时，结垢问题比多级闪蒸法严重，得想办法解决。

    低温多效蒸发法能利用37～65℃的温度淡化，需要的热量少，能用电厂废热供给。有可能用太阳能作为能源，或者直接加热海水，或者把热量储存在太阳能池里再用，这样可以不必燃烧化石燃料。直接利用时把水池壁涂黑，使它能最大限度地吸收太阳能，使水汽化，然后在池上方的玻璃壁上冷凝，加上多效的原理，提高热量的利用率。储存的办法则使太阳能把集热管里的水加热，把热水储存在太阳能池里，热水是很好的热源。太阳能淡化器的投资比较高，因而限制了它的使用。

    反渗透装置反渗透法海水淡化，是用压力驱使海水通过反渗透膜，膜的微孔很小，水的分子比较小，可以顺利地通过，而把分子较大的盐留在膜后面。这种淡化技术近来发展得很快，在它的基础上又发展了超滤技术。反渗透法的关键是在膜上。膜既要能透水留盐，又要能经得起高压的水流过而不致损坏。这种膜是用高分子材料做成的。醋酸纤维素膜的材料来源丰富，价格便宜，可是不耐用，脱盐的效果也不理想，不宜于直接淡化海水；聚酰胺膜的机械强度比较高，脱盐的效果比较好；聚砜高分子膜是一种复合反渗透膜，本身包含有效层和支持层，性能更好。这些高分子材料可以纺成纤维，织成膜。叠成平板形的膜不能耐压；卷成管状、螺旋管状最结实，能承受压力；做成中空纤维的效果最好。在海水通过膜之前，要先进行前处理，灭菌、除污和加化学药剂调节酸碱度，否则海水很快就会把反渗透膜堵塞，使它不能工作。反渗透法脱盐的效果与海水的盐度有关，有时一级反渗透脱盐还不足以制出合格的淡水，需要二级脱盐。反渗透法不需要热源，只需要电力驱动高速旋转高压泵把海水加压。目前新材料层出不穷，有了更理想的膜材料，这种淡化方法的效率会更高，成本也能降下来。

    电渗析法也是用膜把水和盐分开的技术，但是这种膜要在电场的作用下才有淡化的本领。在电渗析槽内插上阴阳离子交换膜和隔板，充进海水，加上直流电场，海水里的电解质就被电解，里面的阴阳离子分别通过交换膜跑掉，留下的水中就不含盐了。用隔板隔开，可以在一个电渗析槽内装多组膜。膜的材料也是高分子聚合材料——聚苯乙烯磺酸和聚苯乙烯季胺。电渗析法的耗电量与海水的浓度成正比，所以这种办法最好用在浓度较低的地下苦咸水淡化中，如果用来淡化海水，一级淡化效果不好，需要多级淡化，成本就高了。我国1981年在西沙群岛永兴岛上建了一座日产200吨淡水的电渗析淡化站，一直工作到现在。

    水有很特殊的性质，汽化时不会把溶质带出来，结冰时也不会把溶质带出来。利用这个性质，与蒸馏法相反，不把海水汽化，而用冷冻海水的方法也可以达到淡化的效果。冰融为水所需要的热量只有水蒸发为汽所需要的热量的13％，可以节约大量能源。另外，低温下盐对容器的腐蚀不像在高温下那么严重，所以冰冻法可能将来还会有发展。如果仿照多效蒸馏的办法，把冰冻和蒸发相结合，可以更有效地利用热量。

    现在海水淡化的真正问题还是成本过高。最初的海水淡化是烧1吨油换1吨水，那就不如用船运淡水了，除非迫不得已，谁也用不起淡化水。自从有了上述的新技术以后，情况要好得多。截至2006年年底，我国日淡化海水能力接近15万吨，海水淡化成本逐步下降，已接近5元／立方米。要使淡化更加实用，还得继续努力开发新技术，研制出效率更高、更耐久的膜，在工艺上巧用多级、多效等方法，更有效地利用能量，以及利用太阳能、风能、地热能和海洋能等可再生能源作为动力。

    冰山大陆架上有很多古河道，在海面上升时被海水淹没，这些古河道下的沙层中藏有大量的淡水。有些地方虽然没有古河道，可是海底地层里有地下水，这也是重要的淡水水源。用卫星遥感的方法可以找到海底淡水储藏在什么地方，再用浅地层剖面仪探查海底地层，详细调查沉积物里淡水的分布。在淡水露头的地方可以直接用潜水泵抽取，在没有露头的地层上可以探明含水构造，然后打井抽淡水。这种水源利用起来可能比海水淡化还经济。美国开发海底淡水解决了夏威夷的城市用水，希腊在爱琴海成功地开发了一处日产淡水100多万立方米的海底涌泉，灌溉了沿海3万公顷旱地。我国长江口古河道中有很丰富的海底淡水，现在已经对资源作了周密的调查，还在长江口外的嵊泗列岛开始开发。将来全面开发这个淡水资源将能解决舟山群岛的淡水供应问题。

    地球上绝大部分淡水都冻结在南极洲和格陵兰等北极岛屿的冰盖里，冰盖边缘不断断裂成冰山后漂流出来。全球冰盖的淡水量等于地表水和地下水总量的3.35倍。能不能把冰山用拖船拖运到缺水的沿海港口，融化成淡水使用呢？有人曾做过这种试验，把南极洲附近的冰山拖到南美洲。人们发现利用冰山淡水有很多困难：形状不规则的冰山在拖运时阻力很大，费力拖到目的地后，很难把它融化，也不容易把融化后的水收集起来，融化时吸收大量的热，会使气候变化，破坏当地的生态环境。

    虽然已经有这么多的办法和设想向海洋要淡水，可是仍然没有找到一个十全十美，既有效又经济可行的办法。这个问题只有留待今后去解决了。

    海水也是工农业的血液

    海水冷却塔分析一下世界上淡水的耗用情况，人们发现在工业中，冷却水是最大的用户，而在冷却水中，发电厂的冷却水用量又是最大的。一座180万千瓦的大型火力发电厂需要的冷却水达66立方米每秒，相当于黄河平均流量的1／25。核电厂需要的冷却水比火电厂还多，在内陆上哪儿去找这么大的水源！出路只有一条，就是直接用海水当冷却水。难怪近些年来新建的大型火力发电厂和核电厂都在海边。一般将厂址设在取海水方便的地方，取水口选在波浪打不到的隐蔽处，或者修筑防波堤保护取水口，用很大的泵从海面下把海水抽上来，用管子通到电机的换热装置中。海水把电机发出的热量吸收，使电机冷却，海水的温度升高。用过的海水在排到海里之前最好先利用它的余热，例如用来淡化海水，化害为利，排出的海水比周围的海水温度就不会高得太多了。冷却电机后排出的海水里可能带有冷却系统中的有毒物质，排海前得处理一下，把毒物去掉。这种直排式的冷却法用水较多，如果循环使用冷却海水，把用过的海水经过处理再用，用水就少多了。

    除了发电厂以外，纯碱生产、石油精炼、炼钢和动力设备的冷却也可以用海水。上面说的冷却过程都是间接冷却，海水从冷却换热器里通过，不接触物料。有些生产过程可以用海水直接喷淋，达到降温的效果。

    大亚湾核电厂日本是个岛国，大部分工业都建在海边，工业用海水的数量已经占了总用水量的60％，1995年仅发电产业就使用海水1，200亿立方米。如果不使用海水，日本哪里找得到那么多的淡水！美国在20世纪70年代末每年就利用了海水720亿立方米。我国沿海工业城市如大连、青岛等早就用海水直接作为冷却水，用于发电和制碱。青岛电厂每天耗海水70万立方米。秦山、大亚湾核电厂和即将兴建的山东、江苏和广东的核电厂都位于海边。新建的大火电厂，如在秦皇岛、黄骅、漳州、江苏北部和深圳等地新建的大火电厂，无不把厂址选在有取海水条件的沿海地区，用海水作为冷却水。

    使用海水会出现管道腐蚀、生物附着和结垢等问题，因此这些问题在设计海水冷却系统时必须考虑到。取水口最好建在较深的海域，如果没有条件，在浅海中取水时，应该建造海水池，把海水先抽上来存在池里，否则落潮时就无水可抽了。有些地方可以打井取海水。

    淡化海水的装置建造冷却塔既可以有效地使用海水，又可以在塔内加进杀生剂，像氯气，把海水中的生物杀死，避免它们附着，堵塞管道，使冷却的效率降低。冷却塔的温度不能过高，否则生物附着和腐蚀都比较严重。对于换热器，得用电化学方法防止海水腐蚀。在管道内壁涂上各种树脂涂料、喷铝、贴橡胶或聚乙烯等塑料衬里，或者用纤维强化树脂、钢化塑料、球墨铸铁、混凝土等耐腐蚀的材料制造。在管道内涂的涂料中掺入含毒物（铜或锡的化合物）的防污漆，也可以防止生物附着。管道里还可以装上能自动在里面刷洗的装置，清除结的垢和附着的生物。

    海水用于纺织印染厂是我国的创举。海水中的许多天然物质对染整工艺不但没有坏处，反而有很大的好处。比如氯化钠对海水中的染料有排斥作用，能促使染料尽快地染到织物上。用海水染的料子带有负离子，排斥大气中的灰尘，所以这种料子有防尘作用。海水中的另一些盐类还能提高染色质量。这一来，每年全国又可以省掉几亿吨的淡水消耗。

    种庄稼用的水比人们的生活用水多得多，科学家当然不会放过用海水灌溉农作物的问题。有些植物喜欢含盐水，或者不怕含盐水。例如海蓬子就是生长在盐碱地里的能用海水灌溉的作物，它的果实含油量很高，榨出来的油可以食用，而且味道不错，榨油剩下的饼还可以用作饲料和肥料。在沙特阿拉伯，已经成功地种植了这种作物，还试种了喜盐的牧草，长得很茂盛，家畜也喜欢吃。

    世界上许多地方都在试验用海水灌溉农作物，有不少人获得成功。用海水灌溉小麦、大麦、蔬菜、牧草、果树和烟草等农作物，效果都不错，照样有收成，也没有因此长出咸麦子或者结出咸西瓜，土地也没有恶化。当然这还是短期、局部的尝试，还需要长期地观察。如果庄稼能改变习性，那么沿海有条件的地区都可以把海水抽上来浇地，淡水危机就能缓解了。

    两千年的古老产业

    盐是人们生活中不能缺少的调味品早在石器时代，人类就知道吃盐和从海水中熬盐。在两千年前的春秋时期，齐国和燕国就因兴渔盐之利而富强起来。所以说从海水中制盐是两千年的古老产业。历代封建王朝一直把盐作为专卖的商品，把制盐业视为国家的命脉。

    盐是人们生活中不能缺少的调味品。“盐和百味”，缺了盐，什么菜也不香。盐的成分氯化钠是人体血液的重要成分，维持血液的渗透压，使血液能够循环，进行新陈代谢。血液中盐的含量低了，人就不能生存。一个健康的人每天需要摄入5～20克盐。用盐腌菜、鱼肉、鸭蛋可以防腐保藏，而且味道很好。盐还是十分重要的基本工业原料，用盐可以制造烧碱（氢氧化钠）、纯碱碳酸钠、氯气和盐酸等基本工业原料和各种化肥，有人称盐为“化学工业之母”。我国海盐产量居世界首位，约占世界海盐产量的30％。

    盐场我国海盐生产的方法几千年基本没变，还是日晒法。这种方法工艺简单，利用太阳能使水蒸发，不需要动力，投资少，耗费也少。在海滩上辟出盐田，趁涨潮从海里引入海水，或者把海水用泵打进盐田，天晴时阳光把海水中的水晒干，结晶出来的就是盐了。剩下的不容易析出的其他化学成分留在苦卤里。盐田里有浓度不同的池子，淡的是晒盐的池子，浓的是结晶的池子。下雨时降下来的淡水会冲淡盐卤，用塑料薄膜苫盖结晶池，浓盐晒盐卤就不会被冲淡了。盐结晶出来以后，用拖拉机牵引的刮板皮带收盐机把它集中到一起，用堆坨机把盐堆成坨，最后用装载机装上汽车或输送机运走。盐池底会渗水，铺上密实的土壤后压实可以防渗，也可以在盐池底上铺塑料布。有一种蓝藻，能生成生物垫层，利用这种生物垫层防渗，是一种较先进的办法。修筑盐田用通常的工程机械就行了。用“深储浅晒”的办法可以比较快地把浅池里的卤水晒浓，这种直观而又简单的办法可以提高制卤水的速度。盐并不都是用来制食盐的，如果把浓的卤水拿去直接制造化工产品，就可以节约很多时间和劳动。准确的气象预报能够指导盐业生产，报准下雨时间对盐业工人可是太重要了。晒盐需要占用很大面积的海岸带，在土地资源缺乏的地方和降雨多、日照短的地方都不适用，因而我国主要的盐田集中在河北、山东、辽宁、江苏和天津等省市。国外有些地方没有那么多的海岸带用来晒盐，于是用电渗析的方法制盐。海水制盐与海水淡化正好相反，前者需要的产品是盐，后者需要的产品是淡水。如果将海水制盐与海水淡化相结合，一面生产淡水，一面生产盐，一举两得，效益就更高了。

    从盐田里扒出来的盐是粗盐，含有很多杂质，需要把它溶解在水中再结晶，才能加工制成供人们食用的精盐。在加工过程中还得加进碘，没有碘的食盐不准在市场出售。如果人缺了碘，甲状腺的工作就不正常了，会造成新陈代谢混乱，得粗脖子病和使幼儿发育不良的克汀病等疾病。碘受热容易挥发，所以炒菜时尽量后放盐，否则加进的碘就白费了。

    储存卤水的盐田可以综合利用。卤水比较淡的盐田可以养虾，卤水比较浓的盐田可以养卤虫。卤虫又可以当虾的饲料。

    海水的七十二变

    晒盐剩下的苦卤里含有很多物质。它本身可以用来点豆腐，有使豆浆里的蛋白质凝固的作用。卤水是有毒的，歌剧《白毛女》里的佃户杨白劳就是服卤水自尽的。用苦卤提取除氯化钠以外的其他化学产品，比直接用海水提取好得多。苦卤的浓度大，而且把海水中主要的溶质氯化钠去掉了。海水中除氯、钠外，镁、硫、钙、钾也是主要元素，溴、碳、锶、硼、硅、氟是微量元素，而氮、锂、铷、磷、碘、铁、锌、钼等则是含量更低的痕量元素。一些元素只存在海水中，陆地上几乎没有，只能想法从海水中提取；而另一些元素在陆地上更好开采，就不用从海水中收集了。

    一些元素只存在海水中，陆地上几乎没有溴基本上都蕴藏在海水里，它本身也是液态的，陆地上的溴还不足世界总量的1％。溴是很有用的元素，可以作为消防用的阻燃剂。溴化物放到汽油里可以抗爆，汽车用的无铅汽油就是这么做出来的，能使汽车的耗油量降低30％。溴还是制造染料、精炼石油以及制造感光材料不可缺少的原料。在有机合成工业中，溴是优良的中间体。常用的红药水、安眠镇静剂都是用溴为主要原料制成的。溴还能用来做农药，杀灭害虫。

    因为溴是海生元素，所以只能从海水或卤水中提取。制溴的方法是空气吹出法和蒸汽蒸馏法。空气吹出法的步骤是酸化、氧化、吹出、吸收和蒸馏。吸收是很关键的步骤，需要找出一种专门的物质，既能从混合物中把需要的溴吸收，又能很容易地把溴解脱出来。以前都是用二氧化硫或碱当吸收剂，后来开发出一种液——固分配型吸收剂，它富集溴的本领很大，而且把溴解吸出来以后，吸收剂还能反复使用。海水提溴的技术已经产业化了。

    海水的苦味就是硫酸镁的味道镁是一种重量轻、强度大的金属，是重要的金属结构材料，镁的铝合金大量用在飞机、导弹和航天器上。镁的氧化物氧化镁是耐高温的耐火材料，炼钢和其他冶金工业用的炉子上都少不了它。镁是组成叶绿素的主要元素，它能促进作物对磷的吸收，所以在化肥中也不可少，常用的有钙、镁、磷肥。海水中氧化镁和硫酸镁的含量仅次于氯化钠，海水的苦味就是硫酸镁的味道。

    从海水中制取镁的工序并不复杂，把石灰乳加入海水中，沉淀出氢氧化镁，注入盐酸，就得到氧化镁。把氧化镁还原可以得到金属镁。电解海水也能得到金属镁。苦卤自然冷冻能结晶出硫酸镁。氢氧化镁也是一种阻燃剂。硫酸镁是化工原料，还是泻药。

    国外海水提镁产业已有相当大的规模。我国陆地上的镁矿比较多，还未大规模地从海水中提取镁。

    钾是植物生命的延续及生长发育所必需的重要元素，它能促进光合作用，又能增加农作物的抵抗力，使基秆挺直，抗旱、抗寒和抗病虫害的能力提高。钾化合物是重要的基本工业原料。

    陆地上的钾盐蕴藏在古海洋干涸后遗留下来的盐湖或古海底的岩石里。世界上的钾盐资源是丰富的，但是分布不均匀，大部分集中在俄罗斯和加拿大，我国只有青海的察尔汗盐湖中才有。海水中钾的含量虽然相当高，可是由于与铀、镁和钙等含量更高的离子共存，所以从海水中提取钾并不那么容易。关键也是在于寻找有效的吸附剂，还得易于解吸才行，现在找到一种叫做冠醚的复杂的有机物可以作为吸附剂。我国试用沸石作为吸附剂也很有效。从苦卤中可以用不同温度下各种盐类溶解度的差异使钾盐与其他盐分离。尽管有这些方法，可是因为成本太高，都没有实用价值。由于我国陆地上出产的钾盐不够用，而钾又是重要的化肥，所以将来还得开发成本较低的从海水或卤水中提取钾的工艺，找出更理想的吸附剂。

    提取碘的方法是别具一格的。海带等褐藻类植物有惊人的富集碘的本领，干海带中含碘0.3％～0.5％，甚至高达1％，比海水中碘的浓度高出几十万倍。利用海带将碘富集之后，再用离子交换树脂吸附，可以得到碘。碘除了用作医药制剂之外，还是火箭燃料的添加剂，精制高纯度半导体材料时要用到它，在照相、橡胶和染料等工业中也不能缺少，切削钛等超硬质合金时，必须用碘的有机化合物作润滑剂。

    每升海水中虽然只有0.033毫克的铀，可是海水中总的铀储量却相当于陆地的4，500倍，海洋将来可能变成核燃料的仓库。海水提铀的办法也是吸附法，试用过的吸附剂既有无机物，也有合成的有机物。由于海水中铀的含量很低，必须使非常大量的海水与吸附剂接触，吸附剂才能起作用。用泵抽取海水是不够的，而且耗电太多，只能利用波浪、潮汐和海流等自然力不断输送新鲜海水。人们在海洋中找到一种能富集铀的单细胞绿藻，它体内的含铀量比海水高5万倍。就像用海带富集和提取海水中的碘一样，也可以用这种单细胞绿藻富集和提取海水中的铀。

    锂在陆地上是资源比较缺乏的元素，可它又是未来的能源和制造电池的原料，在工业上的其他用途也很广。从苦卤中结晶出氯化锂，用树脂吸附，反复浓缩纯化，就能得到锂产品了。

    从海水中提取痕量元素是完全可能的，问题是目前成本太高，还达不到实用的程度。需要是最大的动力。到了陆地资源枯竭的时候，人类必然会进一步地发展新的技术，去大规模地提取海水中的痕量元素。

    第章10海洋——人类的第二家园

    巨大的海洋空间

    浩瀚的海洋，是一个可供人类利用的巨大空间。海洋空间包括海上、海中和海底。海洋空间的利用，就是对海上、海中和海底空间的利用。

    浩瀚的海洋，是一个可供人类利用的巨大空间自古以来，人类就利用海洋空间从事交通运输。但是，海洋空间利用作为重要的工程技术问题，是科学技术高度发达的现代才提出来的。随着世界人口的迅速增长，人们赖以生存的家园——陆地空间日益拥挤，于是，掌握了先进科学技术的人们，把目光转向了海洋空间，要把海洋空间开辟成为适于人类生存和为人类所用的第二家园。海洋空间作为一种可供开发利用的重要资源，日益引起人们的关注。

    现代的海洋空间利用已从传统的海上交通运输扩大到工业和农牧渔业生产、通信、电力输送、储藏、旅游、生活和文化娱乐等许多方面。随着海洋开发技术的进步，人类对海洋空间的利用不断扩大。科学家预计，到21世纪，人类在地球上的生活和生产环境将发生重大变化，海洋空间和陆地空间将被统筹安排使用，海洋将与陆地一样，成为人类赖以生存的家园。

    变沧海为桑田

    海岸是海洋的重要组成部分。海洋空间利用的重点地区是海岸。为开发利用海岸而兴建的海堤、人工岛、海港码头和围海工程等，称为海岸工程。

    我国有大陆岸线18，000多千米，岛屿岸线14，000多千米。我国海岸带地处热带、亚热带和温带，位置适中，气候宜人，港口不冻，资源丰富，开发利用海岸大有可为。

    海堤海岸工程的重要一环是修筑海堤。泥沙质的海岸坡度很小，容易受到潮、风、浪的侵袭，有些岸边还会遭到海流的侵蚀。这类海岸需要海堤保护。世界上有很多大城市位于海边，海拔只有几米，抽取地下水使土地下沉，使这些城市更容易受海水倒灌威胁，如果没有堤坝，海水就会长驱直入。100多年来，随着人类现代文明的发展，大量燃烧化石燃料，产生二氧化碳，把大气层变得像是一座大塑料棚，温室效应使南北极的冰盖融化，引起海平面升高。这对海拔很低的沿海大城市和大洋中的岛国是很大的威胁。这样海堤的作用就更加重要了。

    海堤海堤也用来围海造陆，人工把沧海变成桑田。荷兰正好处在莱茵河入北海的河口，那里原来有个叫须德海的海湾，水很浅。荷兰人的先辈筑了一条30千米长的堤把湾口拦住，用风车把海水抽出去，形成土地，开辟成新的家园。以后又一代一代地围海造陆，因而荷兰的海岸工程是举世闻名的，全国几乎有1／3的土地是向海洋要来的。

    日本陆地狭小，不得不向海洋发展，筑了很多人工岛，在这些岛上建起城市、机场、码头和仓库。在东京湾内用城市垃圾填海，造出了18个小岛。东京的迪斯尼乐园就是建在填海造出来的土地上的，这个2.11平方千米的岛上公园每年要接待1，000多万游客。神户人工岛建在离岸3千米、水深12米的濑户内海上，是花了12年把六甲山的8，000万立方米土石搬来填成的，总面积达4.36平方千米，上面建了规模宏大的港口、码头，还有供2万人居住的住宅区。这个工程很结实，1994年阪神大地震时都没有被震坏。

    新中国成立后也建设了许多围海工程。上海的金山石化企业、福建和广东的一些发电厂的厂址都是填海造成的。在上海市的崇明岛、浙江的杭州湾南岸、福建的幸福洋和广东的磨刀门等地建筑海堤，造出大片良田。磨刀门工程围海170平方千米，造出田地133.4平方千米。这些围垦工程已全面机械化，采用浅吃水液压船施工，插设塑料排水板，大量土方用筑堤机完成，工程的效率很高，质量很好。厦门的筧笃湖原来是一片滩涂，在建设特区时把湾口筑堤拦起来，把12平方千米的海湾填得只剩2平方千米，在形成的陆地上建了开发区。可是外国投资者却望而却步。为什么呢？原来，海堤把海水隔断，堤内的水不能循环，成了一片臭水。后来把海堤挖开一条通道造成桥，使海水能够流出流进，死水又变成碧海，开发区成了公园式的城区，从而引来了大批的投资者。这个工程作为海洋开发的典范得到联合国的表彰。

    海岸工程的重头戏还是为船舶修建港口、航道。海运自古就是隔海相望的人们互相交往的手段，现代文明的发展起源于16世纪起欧洲人的海上探险。船舶远涉重洋，为新兴的资产阶级从殖民地运来原料，又把黑奴从非洲运到美洲，为他们生产原料。欧美发达国家的财富就是这样积累起来的。发达国家当代的生存和繁荣是建立在石油的基础之上的，巨大的油船为他们运来经济的动力。

    虽然现在空运、陆运也很便利，运输石油、煤炭也可以靠管道，可是海运的运输量大，一艘巨轮可以装几十万吨，成本低，所以海运仍然是运量最大的运输形式。

    港口建造港口的岸线应当位于货物的集散中心，像通航大河的河口、大工业城市、大宗货物——石油、煤炭、粮食的出海口，等待运输的货物多，最需要建港。一些港口建在河口，像上海港建在长江口，鹿特丹港建在莱茵河口，新奥尔良港建在密西西比河口。另一些港口建在能避风浪的深水海湾里，像大连、青岛、香港和东京的港口。在没有天然的良好建港条件的地方，就得建一些海岸工程来创造建港条件。在泥沙质海岸上建港，航道深度不够，需要用挖泥船挖出深水港池，疏浚出深水航道，填海造出码头。天津的塘沽港建在海河口，原来的水深不够，不能停泊大船，后来完全靠人工建成了北方的大港，集装箱装卸量还居全国第一呢！有些港口外面没有天然屏障，建在开阔的海岸线上，风浪可以长驱直入，这就得在港口外建防波堤，把波浪挡在外面，否则波浪会使靠在码头边的船颠簸不堪，没法装卸货物。

    在河口港里码头是顺着岸排列的在河口港里码头是顺着岸排列的，因为河道的宽度不大，只能这样摆。在海湾或沿岸的港口，码头多半垂直于海岸，这样才能最大限度地利用岸线。有的码头像一个小岛，用桥或海底隧道把它与海岸连接起来。码头的用途不同，装的货物、停靠的船就不一样，码头的构造和它上面的设备也各不相同。除了一般通用的客货码头以外，还有专门装卸集装箱、石油、煤炭和车辆的码头。

    向海底发展

    人类在利用海洋空间的过程中，不仅向海上和海中发展，还向海底发展，开发利用海底空间。这座桥（或是隧道）取道水底下日本已经用海底隧道、海上桥梁把本州、四国、九州和北海道四座大岛连接起来。本州和九州之间的海峡很窄，早就用关门海底隧道沟通。本州与四国之间隔着濑户内海，利用海中的几个小岛建造濑户内海大桥，把两岛连接起来。本州与北海道之间的津轻海峡比较宽，下面修建的青函隧道全长53.85千米，其中在海底的部分长23.3千米，是目前世界上最长的隧道，工程十分复杂，开工以后经常塌方，只得用高压注入水泥和水玻漓混合凝固液形成防水层。英法之间的多维尔——加来海峡的海底，也已用53千米长的高速铁路隧道沟通，使英伦三岛不再是孤岛。在施工时从英法两边同时掘进，用卫星遥控激光束引导两台巨型掘进机作业。两台巨型掘进机在海底会合时竟不差分毫，可见技术的高明。

    当今世界已经进入信息社会。各大洋底下都已经在100年间陆续铺设了海底电缆。

    上一节我们谈到的日本的人工岛，还有一座建在东京湾里，形成一个离岸7千米的钢铁生产基地，面积达510万平方米，年产钢600万吨，有海底隧道通到岸边。日本打算用100年时间，耗费30亿吨钢在日本列岛周围建设一条环状的钢铁大堤，离岸50千米，高出海面100米，宽150米，总长8，000千米。计划投资39万亿日元建设9个海洋开发项目，其中一个是在离东京120千米、水深200米的太平洋中建一座海洋城，用1万多根钢铁立柱支撑，要用1亿吨钢，是一座4层的大平台，城里有商业中心，还有公园、球场，可以把100万东京人搬过去。建成以后，可就是名副其实的海上宫殿了。

    日本、美国已建了许多大型的海底混凝土建筑物，当做海中的石油、煤炭仓库，不但不占宝贵的土地资源，而且比陆地上的仓库更安全。人类向海底发展的步伐将会越来越大。

    黄金海岸

    海洋空间资源还有一个重要的用途，就是用来发展旅游业。这门无烟产业的地位已经赶上或超过一些传统的海洋产业。

    夏威夷风光湛蓝的海水、金黄色的海滩、美丽的海上景色、迷人的海岸风光，都是宝贵的旅游资源。人们可以在海水中畅游，在沙滩上晒太阳，在碧海中驾驶快艇兜风，在海中垂钓。游览性的潜水运动、冲浪运动在发达国家也很流行。面对大洋的海滩波浪的波长特别长，像美国的夏威夷、加利福尼亚的海滩，很适合于开展冲浪运动。夏威夷海滩是世界著名的旅游胜地。我国昌黎的黄金海岸除了细沙海滩以外，大自然还把沙子堆成一座几十米高的沙山，朝向海滩的一面比较陡，游人可以在山坡上滑沙，惊险有趣。海南的亚龙湾号称“中国的夏威夷”，有清洁的海水和沙滩，现在还建了海洋世界。

    日本、美国和中国香港等地不论是海洋乐园还是海洋生物博物馆，游人可以在透明走廊里走到水下，观赏各种瑰丽的热带鱼、珊瑚以及千奇百怪的海洋生物，也可以坐着透明底船俯视海洋生物的生活状况。很多娱乐中心建在海里，甚至建在海底。海滨自然保护区也能开辟成旅游胜地，像美国的佛罗里达、澳大利亚的大堡礁和日本南部海岸等，使游人在游览海洋美景的同时，增强环境保护意识。

    海上宫殿

    “泰坦尼克”号人们最舒适最有趣的旅游恐怕要算乘坐豪华海上游轮了。这种旅游客船是一座活动的海上游览娱乐场，要求豪华、舒适、环境优美，使乘客在享受着人间富贵的同时饱览海上风光。至于船的运输功能反而是次要的了。

    最著名的，也是命运最悲惨的豪华海上游轮是“泰坦尼克”号，它长270米，排水量46，000吨，有11层楼高，在当时算是世界最大的船了。1912年4月10日，刚下水不久的“泰坦尼克”号从英国的南安普敦出发开始它的处女航，驶往美国波士顿。这是一次历史性的航行。船上载着许多名人、巨富。这艘船号称永远不沉、万无一失。它有双层船底，分隔成16个水密舱，4个舱破损进水也不会沉。当时没有雷达、声呐等导航设备，靠人瞭望导航。开到加拿大的纽芬兰以南处被流动冰山所撞沉没，船上的2，200位乘客中有1，513人不幸遇难。1985年科学家乘着潜水器找到了沉到大洋4，000米深处的“泰坦尼克”号的残骸，发现它已经断成三截，船体很多部位被海底400个大气压的压力挤破。前些年的报道，包括电影《泰坦尼克号》中都认为这艘巨轮右舷被划开一条100多米长的口子，进水沉没，最近又有人认为“泰坦尼克”号悲剧的发生是因为当时的冶金工业技术不高，炼出的钢比较脆，受到冲击时出现很多小裂纹所致。

    沉入海底的“泰坦尼克”号“泰坦尼克”号的悲剧已经过去，发达国家的富豪们还对在海上享受奢华生活情有独钟。现在世界上比“泰坦尼克”号大的5万吨以上的新型豪华客轮有10多艘，而且大部分是20世纪90年代建造的。这些巨轮大部分在加勒比海、地中海和大西洋航行，生意相当兴隆。其中“皇冠公主”号和“皇家公主”号是姊妹船，是在意大利建造的，排水量7万吨，全长247米，宽32米，吃水7.9米，用柴油发电，电力推进，航速19.5节，能载1，590位乘客。这些船上拥有一切五星级宾馆的设备，例如带玻璃天窗的大游泳池、按摩治疗室、能眺望海景的大餐厅和单间餐厅等。意大利建造的“狂欢节命运”号，是10万吨的270米高的巨轮，有16层甲板。船上有9座大厅、16，000个座位的剧场、各容1，050位和750位客人就餐的餐厅、4个游泳池，载1，000名船员和3，400位乘客。

    维系世界文明的海上运输

    豪华海上游轮豪华海上游轮是当前客轮发展的一个方面，客轮发展的另一个方面是向渡轮发展。在发达国家，家家有汽车，出门必开车，渡轮已经不是过去摆渡的那种较小的船只，而是能装载大量汽车越过大河、海峡、海湾的较大的轮船。渡轮的设备也很好，汽车开上船停好，人可以到上层甲板休息、购物和娱乐。

    飞机、火车和汽车都比轮船快，客轮的优越性就越来越小了。在信息社会里，人的时间宝贵，谁还有耐心坐十几天十几夜的轮船横渡大洋办事呢？只能发挥轮船较舒适、便宜的特点，开辟一些夕发朝至的航线，才能与空运、陆运竞争，否则就要被淘汰了。只有豪华游轮和渡轮是海运的专长，不怕竞争。

    船舶的主要用途是货运。现代的货运分工很细，载运的货物不同，要求不同，所用船的结构也不一样。集装箱船是近年来发展最快的货船，钢铁制造的标准集装箱可以把需要运输的物品装在里面，搬运装卸都有特殊装置、设备，货物在箱内可以固定，不会被碰坏，集装箱可以密闭，可以固定在船的甲板上，箱子是标准的，垒在一起节省空间。散装船用来装矿砂、煤和粮食之类的零散货物，船上有很大的舱，用传输机械装卸。货轮都做得很大，每次可以多运一些货物，5万吨到10万吨的大货轮已是很平常的了。这种船虽然经济性好，可是船大，船宽，吃水深，要求航道、码头的水深在12米以上。有的船太宽太大，连巴拿马运河都通不过。滚装船适于装运汽车、工程机械等能够自己开上船的货物。

    油轮油轮是很重要的一种货轮，它是为运输石油设计的，船上有储油舱和装卸用的管道。为了防止万一触礁碰撞损坏，溢出原油，新型油轮都装上双壳双底。有一段时间以为油轮越大越好，建造了50万吨的大油轮，后来发现这么大的船风险太大，万一出了事故后果严重，又改建10万～20万吨级的。50万吨级的大油轮吃水太深，通不过运输最繁忙的马六甲海峡，只能绕行印度尼西亚的龙目——马加撒海峡。我国为国外船东建造过15万吨的大油轮，完全是照国际标准机构船级社的标准设计的，丝毫不比外国人造得差。

    我国现在已经是一个海运大国了。从北到南有大连、塘沽、青岛、连云港、上海、宁波、厦门和广州等200多个港口，大型的港口有20多个。港口中靠船的泊位有1，263个，能靠深水巨轮的泊位有394个，每年吞吐的货物有8亿吨以上。我国有远洋运输船4，000多艘，总吨位2，700万吨。我国香港是世界上最大的集装箱装卸港，超过欧美所有的大港。

    可以毫不夸张地说，世界文明是靠海洋运输维系着的。

    船的大家族

    船不仅用来载客、运货和装油，还有其他的许多用途。设计师为适应各种需要，设计出形形色色的船，组成一个船的大家族。

    集装箱船货船我们来看看船的基本构造。船在水中前进时，它的外壳受到的阻力应当尽量的小。水对船壳有摩擦阻力，船壳越光滑，阻力越小，所以船的表面都做得很平整。钢铁船壳用平滑的焊接代替过去高低不平的铆接，阻力可减小10％。船在海水中停泊时，讨厌的牡蛎、藤壶会附着在船壳上，使船的表面粗糙不平，增加航行阻力，必须及时清除。在船壳表面还需要涂防生物污损的漆。船前进时，船头劈开水面，产生很高的波浪，使船头抬高，船上下摇摆，阻碍船前进。科学家发现把船舶做成球形，能抑制航行产生的波浪。如果你看到在船坞里修理的大船时，就会发现船头有一个球形的大鼻子，叫做球鼻艏。就是这个其貌不扬的结构，可以使船航行的速度提高，而且更加平稳。船高速航行时，在船的周围产生涡流，船上凹凸不平的地方和有孔洞的地方都会产生涡流。推进船用的螺旋桨旋转时，形成的涡流更为重要。为了减小这部分阻力，把船体做成流线型。在水下航行的潜水器、潜艇的整个外壳就像水滴，这种形状阻力最小。在螺旋桨和固定在船壳外的设备外面套上光滑的导流罩，也可以降低阻力。鱼和鲸的力量比人造的巨轮小得多，可是它们却能游得那么快，秘密在它们那柔顺的皮肤，能在水流冲击时顺着水势变形，上面还有一层黏性的物质，使皮肤变得滑溜溜的，从而减小了阻力，提高了游速。人们以这些生物为师，研究出类似海豚皮的有机材料聚氨基甲酸乙酯，蒙在潜艇外壳上，也能使潜艇在水下减小阻力，提高航速。

    古船在古代，船壳是用结实耐久的木材制成的。现代的船壳是用更结实、更宜于大量生产的钢板焊成的。船像鱼一样，在船底的中轴有一根龙骨，两边隔一段距离装上一根垂直于龙骨的肋骨，船的这套骨骼使它能够支撑重量，乘风破浪地航行。船的水下部分横断成几个舱，各个舱之间是水密的，有不透水的门可以相通，把门关起来，即使少数舱进了水也不会沉没。这种有隔舱结构的船还是我们中国人的祖先发明的呢！生于1254年的意大利旅行家马可·波罗，元朝时在中国住了几十年，他回国时就是坐的这种船，从泉州出海回到意大利，他十分佩服地向西方介绍了这种船的特点——隔舱结构，四桅四帆，还有指示方向用的罗盘，使西方人惊叹不已。

    帆船船前进的动力有一个很长的发展过程。最早是人划的桨。古希腊人的划桨船曾称雄爱琴海；太平洋小岛上的波利尼西亚人划着独木船向西航行几千千米到了澳大利亚、新西兰；一直到公元800年，北欧的海盗船仍然是人力划桨的。

    用帆巧借风力，使船长上翅膀，开始了帆船时代。帆利用空气流，在帆的两面产生压力差，推动船前进。风的方向不一定符合船前进的方向，改变帆的角度，能利用各个方向的风，使船以之字形航行，最终达到前进的目的。西方的帆船在13～16世纪才发展起来。帆船发展的关键在于用结实的麻织成帆布，这种帆布比棉布结实，耐风吹雨淋太阳晒。整块的大帆很重，折叠起来很费人力，于是把一块大帆分成横幅较宽、纵幅较窄的几块较小的帆，再靠增加帆杠组合成一张大帆。不同位置、各种形状的帆各司其职，使18～19世纪的西方帆船成为一种工艺十分复杂的艺术品。由于帆船的动力有限，航速不高，操纵又很麻烦，需要很多水手，还有一定危险性，所以帆船在19世纪后期被蒸汽机轮船淘汰。近年来，有人提议给巨型轮船再装上帆或者能在风中旋转的转子圆筒，用计算机控制操纵，利用风的能量，以节约燃料。

    军舰出现蒸汽机以后，把它装到船上作动力，开始时用明轮推进，轮船就是这样得名的。可是大轮子成了风浪的靶子，在海里不实用。后来革掉了大轮子，用螺旋桨在水下推进，就使“轮船”无“轮”，只留下个名字了。螺旋桨的轴上装着桨叶，桨叶有个曲面，装在轴上呈螺旋形，桨叶在轴旋转时把水推向后方，水的反作用力使船受到推动力而向前走。船向前走时，船体附近的水产生和行船方向相同的流动，在设计船和螺旋桨的时候还得考虑这个问题。螺旋桨的旋转速度过高，或者形状设计得不对时，在桨附近会形成压力很低的区域，产生气泡，这就是所谓空化现象。空化产生的气泡不仅会发出很响的噪声，还会腐蚀螺旋桨，是个需要认真设计才能避免的问题。蒸汽机的热效率低，烧煤既费力又肮脏，所以后来又被烧柴油的内燃机代替。现在的船上大部分采用多个汽缸的低速柴油机。在巨轮上也有用涡轮机的，以柴油作燃料，先在锅炉内烧蒸汽，再用蒸汽推动涡轮机带动螺旋桨；或者用涡轮机发电，用电机带动螺旋桨，这样操纵更为方便。军舰还有用核动力推动的。螺旋桨一般安在船尾，可以减少水流的阻力。要求机动灵活的军舰装有两个甚至多个螺旋桨，可以使军舰很快地转弯。海洋调查船必须会在海洋里停泊不动，或者用很低的速度航行，可以在船的两侧装上小功率的螺旋桨推进器。

    船的速度越高，耗费的能量越大，超过一定速度以后，耗费的能量几乎以立方的比例增加。目前民用船的速度一般都在10～20节之间，比较经济。只有担负战斗任务的军舰、缉私快艇和游览、运动用的快艇才达到30节以上的速度。

    船转弯、调速不像汽车那样容易，尤其是万吨巨轮，惯性很大，要想叫它停住，得滑行几千米到十几千米，进出港时还常常不能“自理”，得用拖船拖着它走。船艉小小的舵是确定船航行方向的工具，庞大的船得听它的支配，现代的船都用电动操舵。

    潜艇波浪的威力很大，能把万吨钢铁巨轮打得东摇西晃。船不但有左右的摇摆，还有前后的摇摆，有时还有扭动。没有坐船出过海的人常以为海洋就像诗人所描写的那样美丽雄壮，等到坐船出了海，尝到了晕船时那翻肠倒肚的滋味，才知道海洋的残酷。船摇摆的幅度太大，还会使船上的设备倾覆，仪器失灵，甚至使船翻沉。为了减轻船在波浪作用下的摇摆，在船的两侧装上小鳍，可在船左右摇摆时起稳定作用。在船舱里划出一部分装上压舱水，适当地调整，也可以使船平稳。

    由于发动机不可能突然停车、倒车，因而要使船减速、停泊是比较困难的事。用桨叶角度可以操纵的螺旋桨能使小型的船在几秒钟内停住不动，可是对以15节速度前进的40万吨油轮用同样的方法控制的话，得前进4.5千米才能停得住。将船舷两侧的锚连同锚链抛下海，锚钩住海底，可以把船固定住，一般锚链的长度比水深要大几倍才行，可是如果水深超过500米时，锚就无能为力了，因为船上载不动那么长的锚链。即使抛了锚，船在风和流的作用下还会移动，随着涨潮、落潮时潮流的改变船会绕着锚旋转。要使船在停泊时不移动，完成钻探等任务，就要用多个锚，从船的不同部位分别抛下去。但这时船受风浪的作用特别厉害，抛锚有很大困难。不是有特殊要求，船都是单点系泊的。

    卫星导航系统示意图先进的船的驾驶室里，各种仪器设备五花八门。有自动驾驶仪，能根据预先划定的航线操纵航行，还能根据气象导航台的指示修正航线。全球卫星导航系统GPS的接收机能根据天上21颗卫星发出的信号确定船位，还能精确地告诉你船的位置。用声学测深仪可以不断测出船下方的水深。声呐、雷达可以分别侦察水下、空中的障碍。通信设备可以用电磁波把船与全世界联系在一起。船体上有许多铁磁物质，船壳就是铁的，会屏蔽地磁场，干扰罗盘的工作。人们都有这样的经验，陀螺转动起来就能向一个方向前进，用同样的原理，用高速旋转的陀螺仪能保持稳定的参考方向，用这个方向代替容易受铁磁物质干扰的地磁场参考方向，这样做成的罗盘不会受铁磁的干扰。

    海洋调查船除了推进和驾驶、导航外，船上还有系泊、起重用的绞车，抽水、抽油用的泵，通信设备，照明设备，生活设施，供电系统等，可以说是一座浮在海上的城市。

    有些特殊用途的船必须专门设计。如前面已经提到的科学考察船和海洋调查船，必须适应千变万化的科学实验的要求。此外还有许多种专用船，如拖船、浮吊船、潜水母船、冷藏加工船、打桩船、铺缆船和水船等，都必须专门设计。拖船的拖曳力量要大，航速则不需要很高，船上的远航设备也可以简单一些，但它得能把比它本身大几百倍的船或平台、沉箱等工程设备拖着走，或者是顶推、侧推，帮助它们进出港、靠离码头、进入工作位置。浮吊船是海上的起吊设备，一般本身不会航行，要用拖船拖着走，上面有几十米高的吊杆、功率很大的绞车，能在海上吊起成百吨重的重物，进行安装调试。潜水母船上有潜水员潜水作业所需的装具、气体、减压舱和水下居住舱等设备，它的职责是带着潜水员执行潜水任务。冷藏加工船是一座海上的冷库和食品厂，可以把在海里捕捞的水产就地加工保鲜。打桩船能在海上给海岸工程和近海工程的设施打桩，在上面建造海上建筑物。铺缆船船艏有铺缆设备，专门用来在海上铺设海底电缆、海底光缆。水船专门为海上作业的船和缺乏淡水的岛屿运送淡水。

    水对船的阻力比空气对船的阻力大得多。海豚游泳时不断跃出水面，可以增大前进的速度。水翼船、气垫船和掠海翼船等特种船也学了海豚的这个本领。

    水翼船的船体下部装有水翼，低速航行时与普通船一样浮在水面上前进，船速增加时水流作用在水翼上产生升力，把船体前部托出水面，作用在船体前部的摩擦力和波浪阻力就都不存在了，总的阻力大约小了一半。水翼船还有两个优点，一个是受波浪的作用小，因此横摇小；一个是大部分船体在大气中航行，惯性比在水中小得多，发动机停止运转后，比水面船舶容易停船。

    气垫船气垫船周围被橡胶制成的围裙围住，船底的风机向下鼓风时，在围裙所围的空间，船底和水面之间形成气垫，把整艘船都抬出水面，用空气中的螺旋桨使船前进。这样，船在水中所受的巨大阻力都不存在了。实际上气垫船的航行跟飞机更为接近。

    水翼船和气垫船都要把船抬起来，所以不可能做得很大。海面的波浪如果较大时，它们就不能工作了，所以一般都把它们作为快速渡轮或近距离客船使用。

    掠海翼船是一种介于船与飞机之间的交通工具。在海里滑行一段路以后，腾空而起，但又不像水上飞机那样升上高空，而是在海面以上不高的空中飞行。前苏联制造的“里海怪物”号能载100吨左右重量，飞行数百千米。这种交通工具是很有发展前途的，比飞机经济，比轮船快得多。

    像鱼儿在水里邀游

    当人们看到鱼儿在水里自由自在地游着的时候，很自然地就会想到，如果人也能像鱼儿那样在水里遨游就好了。

    最早，渔民屏住呼吸，仅靠肺里的氧气潜到水下，采集海参、鲍鱼和海藻。古典小说《镜花缘》里描写了才女廉锦枫入海潜水为生病的母亲采海参的故事，梅兰芳还把这段故事改编成京剧。直到现在，在广东、海南还有很多下海采集海产品的潜水姑娘。一般人在海水中屏气停留的时间不超过1分钟，最有技术的人在海水里也只能待上3分钟，潜到几乎有0.7兆帕压力的66米深。这恐怕是人类所能达到的极限了。

    深海潜水要想在水中潜得更深，停留时间更长，就得使人在水中能呼吸到氧气，耐受得住更大的压力。人的肺生来是在空气中呼吸的，在水中就会窒息，而且海水中的溶解氧太稀薄，远远不能满足人呼吸的需要。潜水员穿的潜水服能解决这个问题，把人和海水隔离开来。潜水员头上戴着金属头盔，面部前方有透明的观察窗，口鼻不会接触到水，可以在头盔里呼吸。金属头盔很结实，是一顶很牢固的安全帽。潜水服是硬的，但关节可以活动。脚下穿着笨重的铅靴，使潜水员保持直立的姿势，不会翻倒。潜水服的下部也有压铅，可把衣服拉平。呼吸气体的压力必须与外界海水的压力平衡，否则潜水员就会受到海水的压力，潜水服也会被压坏。压缩气体管、电源线和通信线路都放在橡胶管里，通到潜水母船上，这根橡胶管通常叫做脐带。训练有素的潜水员能在海水中观察、施工、检修和电焊。海岸工程和近海工程都少不了潜水员。潜水员拖着脐带在水下工作，有被脐带缠绕的危险。在浅海里，潜水员可以不用母船供给的气体，而用自己背着的压缩气瓶供气，还可穿柔软的潜水服，这样在水下活动时就灵活多了。

    潜水员潜水员呼吸的空气加压后，其中的氮气也被加压，人呼吸进去以后，氮会溶解在血液中。压力达到一定程度，溶解在血液中的氮的浓度达到饱和，再增长停留时间也不会增加浓度。血液中过多的氮气能使人麻醉，还会堵塞血管，影响血液流通，这个症状叫做潜水病，严重时会使人死亡。潜水员在水下经受高压，血液中溶解有氮气以后，不能马上上升到海面。如果上升得过快，血液中溶解的气体突然失去压力，就会一下子蒸发出来，人就会受不了，甚至危及生命。所以潜水员在工作结束后，必须逐步减压，使血液里的气体慢慢释放出来，才能从高压环境回到常压环境中来；或者分段减压，上升一段，休息一些时间，再上升。有一种潜水舱，从母船上用钢缆吊着放到水下，里面可以加压，潜水员可以乘潜水舱下潜，到了预定深度再出去，进入水中。工作完毕，再回到潜水舱内，升到水面，再在舱内逐步减压。既然氮有这个坏处，是不是可以把空气中的氮去掉，让潜水员呼吸纯氧呢？也不行。氧虽是人不可缺少的好东西，可是过犹不及，吸高压纯氧能使人中毒。氮的比重比较大，高压氮使人呼吸困难，下潜深度超过30米时，要用比氮轻的氦掺到空气里。这种潜水方法叫做氦氮氧潜水。把氮去掉，只用氦氧混合气体的潜水叫做氦氧潜水。潜水员工作时血液中溶解的氦、氮达到饱和时，叫做饱和潜水。人在混合气体里说话，听起来像鸭子叫一样，根本听不清，于是又得解决通信问题，把变了调的声音再变回来，好让人听得清。用比氦更轻的氢代替氮时呼吸阻力比用氦更小，可是氢有爆炸燃烧的危险。美国人曾创造了686米的混合气饱和潜水记录。我国在上海建成500米饱和潜水系统，有加压水舱、过渡舱，潜水员不用潜到水里，可以在这个系统里模拟下沉的过程，在里面长期生活，进行各种作业。现在世界上公认的空气潜水作业深度为60米，氦氧常规潜水为120米，饱和潜水为200米。

    常规潜水时潜水员需要长时间适应水下环境与回到常压环境，所以效率很低。饱和潜水的潜水员在工作间隙可在水下高压潜水舱内休息，而不必减压、加压，使工作效率大大提高。用钟形潜水舱还可以把工作环境罩起来，使潜水员可以在干的环境下操作。

    承压潜水用的气体价格昂贵，潜水员还要有很长的适应时间，因此最好是使人完全与水隔离，避免承受海中高压。用单人常压潜水服可以解决这个问题。单人常压潜水服是用轻而结实的铁合金等金属制造的。潜水员在这种耐压的潜水服内，不受海水的高压作用。不过这种潜水服比承压潜水服笨重得多，潜水员穿着它工作更需要有较高的技巧。常压潜水服有人形、半人形和非人形等。

    人也可以通过一种半透膜与周围海水环境进行氧和二氧化碳气体的交换，跟鱼一样。这种仿照鱼鳃做成的设备叫人工鳃。这种膜是添加血红蛋白的聚合物半透膜——血海绵，它能从海水中吸附溶解氧，集中在集氧器内，吸附一定数量氧使膜钝化后，通电把它激活。背上这种人工呼吸器后，人就可以在浅水里像鱼一样游来游去了。

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