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  • 海底淡水

    海底淡水是指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以及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成的弥散型海底淡水泉。

    编辑摘要

    目录

    基本简介/海底淡水 编辑

    海底淡水开发

    在几十万年前有些海底还是一片陆地,陆地上众多的河流和星罗棋布的湖?白为形成地下含水层创造了有利条件,尽管后来经历了多次海陆变迁,但其中的水分被原封不动地保存了下来;另一方面,海底含水层中的原积咸水在自然条件下,经地下水质点的弥散作用和对流作用可自发淡化成淡水,成为海底淡水的次生源。

    早在上世纪80年代末90年代初,就有专家来到嵊泗县,根据长江三角洲地区古地理位置及水文地质特征,推断嵊泗海域可能存在长江古河道,海底蕴藏着丰富的淡水资源,可以开发作为岛上居民生活用水。希腊爱琴海海底的一处涌泉,一昼夜能流出100万立方米淡水。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”组合条件。

    目前中国海底淡水主要集中在大型河口地区、沿海多个海滩区。根据资料对珠江河口初步估计后的数据显示,该河口海底淡水资源的静储量在12亿—16亿立方米之间,天然补给量可达每年40万立方米,一经开采,水力梯度增大而引起的开发补给量可达每年80万立方米。

    径直涌入海洋的地下水则以泉的形式出现于世界许多近岸地区,如美国弗罗里达两岸,环太平洋的多个地区等。在希腊东南面的爱琴海海底有一处涌泉,一昼夜就能流出100万立方米海底淡水。中国也有如大连湾的“海中龙眼”泉等。有些海泉淡水量大到可以满足当地人的用水需求。

    形成及来源/海底淡水 编辑

    海底淡水
    地球的表面70%是水,但可供人使用的淡水却不是很多,随着人口的增长,环境污染的加剧,淡水资源日趋紧张,于是科学家把目光转向了海洋。科学家们在海底发现有甘甜的淡水,而且数量惊人。例如,在希腊 东南面的爱琴海,海底有一处涌泉,一昼夜能流出100万立方米淡水。关于其来源,各国科学家经过艰辛探索,提出了不少理论,主要有渗透理论、凝聚理论、岩浆理论、沉降理论等。

    渗透理论

    渗透理论认为,海底的淡水来自陆地。海洋每年有33万立方公里的海水被蒸腾,化为雨雪降到陆地上之后,一部分渗入地下,遇到不透水的岩层,便形成了蓄水层。如果这蓄水层靠近大海,淡水就有可能透过海岸流入海底的岩层中。

    凝聚理论

    凝聚理论认为,地面上的淡水渗入海底只能达到一定界限,但实际上在这一界限以下仍有淡水,显然这些淡水不是来自陆地。海底的有些海水是那里空气中的水蒸气凝聚而成的。岩浆理论认为,地球深处存在着放气带,那里每时每刻都释放出数量惊人的气体,其中有大量的氧气氢气,它们相互结合便形成了岩浆水(又称原生水)。据推算,地球内部有140亿立方公里的原生水,约为地球表面水量的10倍,沉降理论则认为,地下水的起源与海底沉积物的沉积过程相联系。海水中携带的大量泥沙,一层层地沉积在海底,下层的沉积物重力的作用下,把水分挤出来;被挤压的水又随沉积物的下降,被带入地层深处,形成了地下水。

    不管哪一种理论更符合实际,但在海底有藏量丰富的淡水已成为不争的事实。科学家们设想,有朝一日在海上建成淡水厂,用钻机像钻石油一样钻淡水。沉降理论则认为,地下水的起源与海底沉积物的沉积过程相联系。海水中携带的大量泥沙,一层层地沉积在海底,下层的沉积物在重力的作用下,把水分挤出来;被挤压的水又随沉积物的下降,被带入地层深处,形成了地下水

    存在条件/海底淡水 编辑

    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”组合条件。[1]

    运移条件

    大量实际资料表明,地质历史中海平面相对于陆棚边缘的升降变化是频繁出现的,相应地使大陆架大河口区的古河谷经历多次“河流下切−河床冲积−海进退积−海退前积”的周期性发育过程,从而造就多期巨大规模的埋藏古河道系统,这些被埋藏的古河道及古陆架。陆坡上发育多套沉积层序,其中有高水位体系域,海进体系域和陆架边缘体系域的河口湾。河流相冲积砂层、滨岸三角洲平原、三角洲前缘和海岸平原砂层,以及低水位体系域的下切河谷相、河口湾相砂层、陆坡扇浊积与碎屑流沉积砂层及海底峡谷相与盆底扇的深水砂层,这些砂层的孔隙度大、透水性好、向陆沿埋藏古河道与陆表水相接。向海在陆架前缘有下切河谷口或海底峡谷口与深海盆相通,它们向海的自然坡降造成上、下游水位差。使含水层内具有良好的径流动力,加上非破坏性的、与古河道有水力联系的控水构造!导水构造的作用,可进一步改善海底淡水的补给、运移、排泄等条件。

    过滤条件

    海底含水层的砂层本身就是一种天然的“滤水器”,深大断裂控制的控水构造、导水构造、容水构造可促进地下水的深循环,同样起着良好的过滤作用。这样,经长距离砂层过滤和深循环过滤,水质会更新,可形成优质的天然淡水。

    储存条件

    各种沉积体系域中的砂层是海底淡水天然的储存空间,具有粗粒砂层的古河道谷、下切河谷和海底峡谷更是良好的储水库,较大型的古河道的发育常受深大断裂的控制。深大断裂及其派生的次级断裂亦是良好的容水空间,加之它们兼有导水作用 故可大大提高海底淡水的静储量和开发补给储量。

    开采/海底淡水 编辑

    开采历史

    哥伦布率领的航行队就曾利用在奥里诺科河口海域中意外获得的淡水顺利解决了断水危机。

    1999年,法国纳菲雅水公司首次进行了从海底汲取淡水的试验。

    2003年,该公司在意大利芒冬凡蒂米之间把一个不锈钢管固定在海床上,让海底36米深处的淡水沿管道喷出海面,而后再用管道输送上岸,水流可达每秒100升。这是世界上首次实现海底工业化取水。

    2007年6月,中国煤炭地质总局水文地质局水文三队在浙江省舟山市嵊泗列岛海域成功打出我国第一口海底淡水井,每小时出水量达120立方米。[2]

    各国情况

    海底找水难在海洋上作业投资大、工艺复杂。但目前中国对海底淡水主要还停留在探测阶段,尚未进行工业化利用,研究也几近空白。有专家认为,海底找水难在海洋上作业投资大、工艺复杂,同时也难在改变人们的观念。在解决水资源供需矛盾时,人们习惯于将目光集中在地表淡水上。淡水资源紧缺是当今世界面临的一个重大问题,而海底淡水具有资源储量大、水质好、无污染的优点。如果有一天能够将“像钻石油一样钻淡水”的设想变为现实,对海底淡水资源合理开发,将有助于缓解近海岛屿和沿海城市淡水资源紧张的状况。

    2013年12月,有澳大利亚研究员宣称在澳大利亚、中国以及北美和南非等地的海床上发现了近50万立方千米的淡水资源。这些淡水资源一旦能够开发出来,将会大大缓解人类水资源匮乏的问题。[3]

    法国

    法国打出的淡水井,水流量可达每秒100升。舟山地处海岛,整个舟山的缺水量达1.6亿立方米。嵊泗县404个岛屿用水主要依靠小水库 、海水淡化、从上海运水,其中海水淡化提供的水源占了大部分。但目前海水淡化每吨至少需要3到4元,从1998年施行的舟山大陆引水应急工程投资3亿多元,其引来的争议又不断。早有专家指出,如果缺水城市全部调水,将带来水资源的根本枯竭。此外,只要引水量超过其河流量的40%%,势必引起泥沙淤积,河道堵塞,破坏当地的生态环境。

    中国

    中国在浙江舟山群岛附近海域打出第一口海底淡水井,也为解决沿海地区淡水紧缺问题提供了一种思路。海底淡水的实际应用可追溯到1498年。当年,哥伦布率领的航行队在奥里诺科河口海域中意外获得淡水,解决了船上断水危机。世界上首次实现的海底工业化取水发生在法国。2003年法国纳菲雅水公司在意大利芒冬和凡蒂米之间把一个郁金香花形的不锈钢管固定在海床上,让海底36米深处的淡水沿管道喷射出海面,倾泻进一个花冠形容器中,而后再用管道输送上岸,水流量可达每秒100升。

    2007年10月,在距离浙江舟山嵊泗县21公里的海洋上,成功打出了一口淡水井,每小时淡水喷涌量达到近120吨。经化验,虽然该井水中含的氯离子偏高些,但已经非常接近饮用水。经过处理后,这些淡水有望成为舟山居民生活用水的理想水源,而如果能把这些淡水运往缺水的嵊泗县,将从根本上解决8万多人的用水问题。

    俄罗斯

    俄罗斯一海洋学研究小组在太平洋海域进行实验考察时,首次发现洋底有类似淡水性质的“隐淡水”。据这个海洋学研究小组透露,这种隐淡水的含量为1.7%—2.5%,而海水平均含盐量为3.4%—3.5%。隐淡水并非静止地存在于海底,而是从洋底岩层裂隙内喷涌而出。俄罗斯海洋学研究人员推断,隐淡水并非原本就是淡水,这是一种被淡化了的海水。这种海水是在水压作用下,经洋底岩层“裂隙高密度区”的气孔的盐析作用而产生,从气孔涌流而出,以“潜流”的形式出现在洋底。俄罗斯研究人员提出,在世界各大洋的底部,拥有极为丰富的隐淡水资源。其蕴藏量可占海水总量的20%左右。他们认为,隐淡水的盐析作用对判明洋底的变迁,海底隐淡水资源的进一步研究乃至开发利用,都是一个新鲜而有魅力的课题。

    开采步骤/海底淡水 编辑

    在下水安装郁金香形管道之前,深海作业专业公司作业船上的吊车会将传输的巨大的金属管道送入水下,在吊车绳索的运送下,金属管道由潜水员进行安装。金属管道将安装在半球形的有机玻璃罩上,后者作为缓冲区,用来调节水源的水流量,尤其是当岸上下暴雨的时候。这个半球形有机玻璃罩还有一个功能,就是避免淡水与海水相混合。在此右侧是一个遥控装置,上面装有摄像机,可以将水下作业的情景拍摄下来并将画面传导到水面上的作业船中。在淡水引出前的最后操作,是潜水员开始进行最后的操作:将下部的基座和管道与上部的“喷泉”对接。在将设备的两个部分对接之前,我们还可以看得出淡水与海水相混合的区域。当实施对接后,由于淡水因比海水密度低,便很自然地从海面上的浮标之间喷涌出来。组装这种设备仅需要几个小时的时间。

    山脉和石灰岩的存在预示着在海下可能存在淡水。经过对海岸的地理研究与调查,配备红外摄相机的飞机检测到了温度的差距,这预示着涌泉的存在。在图上列出的具有这种温度差距的国家有:西班牙、法国、意大利、南斯拉夫、希腊、希腊的克里特岛、叙利亚、黎巴嫩、以色列、塞浦路斯、利比亚、阿尔及利亚、摩洛哥、沙特阿拉伯、阿曼、阿联酋、卡塔尔、巴林、伊朗。除了该图上列出的国家外,在佛罗里达、安的列斯、纳米比亚、印度尼西亚、菲律宾和日本等地,也检测出了淡水水源。

    环境保护主义者难免提出疑问,那就是这种取水方式会不会破坏海下生态环境呢?“绝对不会的,”巴黎第六大学教授吉斯兰·德·马西里回答说。“虽然,我们有时会看到石灰岩层地下水水道的塌陷,但那都是经过了几百万年才出现这种情况的。”但同时,这位生态学家也指出,由于存在微小的裂缝,或由于岩石存在细小的孔洞,微量的海水也渗透到了海下的淡水水源中。水源位置越低,海水越容易渗透进去。对此,将通过一年的流量、温度及盐度测试,对渗透情况进行评估。这项评估工作将由保罗-里卡尔海洋学院学科负责人和艾克斯-马塞大学教授纳尔多·万桑特负责。纳尔多·万桑特说:“在安装取水装置之前,我和同事帕特里克·勒龙潜到海水中。我们在那里建立了生态系统试验点。那里有丰富的珊瑚藻、紫红色的柳珊瑚,还有海绵。取水装置对这个生态系统的影响是零。”不过并不是所有的人都完全放心。罗宾森林协会的成员杰克·伯纳迈对此的回答就是:“最好能对海水中的动物及其变化进行详细评估。”

    最新发现/海底淡水 编辑

    中国漳浦

    “玉带泉”和“淡水井”

    在中国闽南的漳浦县古雷半岛东面,有一个盛产紫菜的小岛叫菜屿,距该岛约500米处的海面上有一处奇异的淡水区,叫做“玉带泉”。

    美国佛罗里达州和古巴东北部之间的海区,周围海水含盐量很高,但中国有一片直径为30米的海域,水却是淡的,这里的水的颜色、温度、波浪同周围的海水不同,人们称它为“淡水井”。

    与上面提到的淡水井不同的是,这两处淡水区,都是天然的。

    成因

    经过科学考察后发现,这些“淡水井”的海底都有一口喷泉,能够源源不断地喷出一股强大的淡水流,当喷出的淡水顶开海水占据了一定的位置以后,就形成了一个同周围海水完全不同的淡水区。

    几十万年前,有些海底还是一片陆地,陆地上众多的河流和星罗棋布的湖泊为形成地下含水层创造了有利条件,所以有些海底仍储存有淡水资源。

    澳洲海底

    2013年12月,澳大利亚研究人员在海底深处发现了庞大的淡水储备。由于现有水资源逐渐变少,这些淡水可供后代使用。

    研究报告的第一作者、澳大利亚弗林德斯大学的文森特·波斯特说,他们在澳大利亚、中国、北美和南非附近大陆架的海底发现了约50万立方千米的低盐度水。

    该研究报告发表在最新一期的《自然》杂志上。波斯特在谈到这一发现时说:“这些淡水储备的总量是我们在整个20世纪从地下抽出的水量的100倍。[4]

    最新消息/海底淡水 编辑

    科学家海底发现大量低盐度水 或解决水资源危机

         中国网12月13日讯 据卡塔尔半岛电视台网站12月11日报道,科学家在世界各地海底发现了约50万立方公里的低盐度水,他们认为这一发现可能为解决世界水资源短缺危机提供新的机遇。
      通过对这些淡水水域的监测,科学家们发现这些淡水可满足澳大利亚、中国、北美以及南非等沿海城镇的淡水需求。
      不久前科学杂志《自然》上发表了一篇关于这一发现的研究报告,该报告的第一作者文森特•波斯特说最新发现的海底淡水资源总量是二十世纪全球从地下抽出淡水数量的100倍。[5]

    相关文献

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    参考资料
    [1]^引用日期:2013-12-11
    [2]^引用日期:2013-12-11
    [3]^引用日期:2013-12-11
    [4]^引用日期:2013-12-14
    [5]^引用日期:2013-12-16
    扩展阅读
    1法新社:科学家发现50万立方千米海底淡水库
    2科学家海底发现大量低盐度水 或解决水资源危机

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