海洋:人類的鹽庫
食鹽是人類普遍食用的調味品,是人體不可缺少的物質。據科學家統計,一個健康成年人每天要從各種飲食中吸取5~20克的鹽分。這些鹽分能維持人體血液的滲透壓,促進血液的循環,保持新陳代謝的正常進行。
食鹽也是基本的化學工業原料,製造肥皂、精煉石油、煉鋼和煉鋁,提煉純堿、燒堿,生產鹽酸及化學肥料氯化銨等都是以海鹽為原料的。可以說,在化學工業中,凡是用到鈉和氯的產品,絕大多數都源於海鹽。所以說,鹽不僅是人類生活的必需品,而且是化學工業之母。
我國擁有漫長的海岸線,沿海有許多海灘,平坦、廣闊,多晴朗幹燥的天氣,對發展海鹽生產有著極其有利的條件,因此,海鹽產量居世界首位,而且利用海水製鹽已有幾千年的曆史。
煮海為鹽和灘曬法是從海水中提煉鹽的兩大方法。
煮海為鹽就是把海水取上岸來,放在鐵鍋等設備內,用火燒,待海水燒開後,蒸發出水汽,使海水濃縮成苦鹵,再使苦鹵繼續蒸發,蒸發到最後,食鹽就會變成一粒粒像冰糖一樣的晶體,從海水中跑出來。世界曆史學家們公認,中國是最早從海水裏提取食鹽的國家。據文物考證,早在5000年前,我們的祖先已經用海水煮成食鹽了。相傳曆史上有個風砂氏,他是跟神農氏同時代的人,首先煮海為鹽。
從海水中製取鹽的另一種方法是灘曬法。灘曬製鹽的地方是鹽田,一般建在海灘邊,借用海灘逐漸升高的坡度,開出一片像扶梯似的一級一級池子,利用漲潮,或用風車或用泵抽取海水到池內。海水流過幾個池子,隨著風吹日曬,水分不斷蒸發,海水中的鹽濃度愈來愈高,最後讓濃鹽進入結晶池,繼續蒸發直到析出食鹽晶體。
在我國,灘曬法最早出現在元代,到了清朝康熙年間,大規模開辟華北長蘆鹽區,開始大麵積灘曬食鹽。其他國家海水製鹽的方法基本上和我國相似。有趣的是,美國實現專利法時,第一個專利就是灘曬食鹽的工藝,灘曬法經濟有效,到現代還在廣泛采用。
現在我國有40多萬製鹽工人,隨著現代化的機械操作,加上科學管理,海鹽生產逐年上升,每年可以生產海鹽近2000萬噸,占食鹽總產量的80%,居世界第一位。
在製鹽方法上,還有一種是冷凍法。在瑞典和前蘇聯等國家,他們讓海水天然冷卻成冰,冰幾乎由淡水組成,剩下來的是苦鹵,就是濃鹽水。讓苦鹵經過幾次冰凍,得到的鹽水越來越濃,最後,再用人工加熱的方法得到食鹽晶體。這種方法隻能在冬天生產,其產量不高。
海水淡化:人類的水源
人類生活和工農業生產需要的水是淡水,可是,占地球表麵71%的水中,972%是海洋中的水,實際上能利用的淡水,隻占世界水總量的063%。隨著世界人口的增加和生活水平的提高,隨著工農業生產的發展,世界淡水用量正以每年4%的速度急劇地增加。據統計,近幾十年來,世界不少地區供水不足,目前估計有12億人口缺水。
這怎麼辦?惟一的辦法是向海洋要水。
可是,海水平均含有35%的鹽分,不能使用。人喝了海水,會渴上加渴,引起機體脫水。用海水澆灌農作物,農作物會“醃死”。有些靠海的淺灘地常由於海水的浸漬而變成鹽堿地,幾乎寸草不長。在工業上也不能用海水,因為海水含有大量的礦物鹽類,不合純度要求,如果用來燒鍋爐,會生成厚厚的鍋垢,損壞鍋爐。
這該怎麼辦呢?辦法是使海水淡化,把海水中的鹽分與水分開。
蒸發法是海水淡化最簡單的方法,就是將海水加熱蒸發,再將水蒸氣冷卻,提取淡水。太陽能蒸餾淡化裝置就是使用這種方法。
太陽能蒸餾淡化裝置,像一座座矮小的房子,屋頂用玻璃或透明塑料板組成,可以使陽光透過,照射在海水上。海水變熱蒸發,水蒸氣上升後,碰到玻璃會凝結成水滴,收集到兩旁的淡水槽中。
蒸發法還有許多種,目前世界90%的海水淡化裝置是由多級閃急蒸發法生產的。閃急蒸發法是給加熱了的海水施加高壓,然後突然降壓,使水在瞬間蒸發的方法。所謂多級就是把許多蒸餾器串聯起來,讓壓力下降幾次使水蒸發。
離子交換樹脂,我們對它已不太陌生,它就是科學家手中的一根魔杖,用它放在海水中,它可以像海綿吸水那樣,吸附出海水中的鹽分,使海水變成淡水。
用離子交換樹脂使海水淡化的方法叫離子交換法,這種方法適應於海洋上的遇難人員應急之用。
海水淡化還有一種方法是電滲析法,就是在海水淡化裝置中插入兩根電極,在兩極之間放入一種特種薄膜。這樣就把海水淡化裝置隔成三室,一個叫陽極室,一個叫陰極室,一個叫中間室。當接通電源後,奇跡就會發生,海水中的鹽分會向兩個電極“靠”去,使得兩個極室的海水愈來愈濃,而中間室的海水逐漸被淡化。這種方法適用於中小型淡化廠,我國西沙永興島上的海水淡化站,是目前世界上最大的電滲析淡化裝置,每天生產淡水20多噸。
在自然界有這樣一種膜,它隻能透過水分子,不能透過其他物質,科學家把這種膜叫做半透膜。動植物的細胞膜都是半透膜,如幹大豆放在水中浸泡後會膨脹,就是因為水通過細胞向幹果內部滲透的結果。
利用半透膜可以淡化海水,這種方法叫反滲透法。用人造半透膜把水和海水分開。海水是鹽水溶液,水分子會透過膜滲透到海水中,使海水稀釋,並且產生一種壓力,叫滲透壓。然後,向海水加一個壓力,大於滲透壓,這時,海水中的水分子就會被擠出海水,透過半透膜,到純水這邊來。
反滲透法脫鹽效率高。近年來,各國都在研究、推廣應用,是一種前途誘人的方法。在1978年到1982年期間,世界已建成21家日產300噸以上的反滲透海水淡化廠。
向海洋要水,一些國家生發奇想,把漂浮在南太平洋的南極冰山,用船拖來,讓它融化掉,供人類利用。一座小冰山可供幾十萬人的城市用一年,初步試施,已取得成功。
有了海水淡化技術,海洋就成了人類取之不盡、用之不竭的淡水庫。
海潮發電
永不休止的海水漲落運動,蘊藏著巨大的能量,能不能把潮汐的巨大能量充分利用起來?這是自古以來人們一直在考慮的問題。1000多年來,我國勞動人民為研究潮汐的利用做出了巨大貢獻。
比如,在我國的山東蓬萊縣,人們利用漲潮落潮的水位差來推動磨車,碾磨穀物。在福建泉州市的東北與惠安縣交界的洛陽江上,有一座我國著名的梁架式古石橋——洛陽橋,它建於宋皇佑五年到嘉佑四年(1053~1059年)。當我們遊覽參觀了這座至今保存完好的古石橋之後,一定會驚訝地提出:在900多年前的技術條件下,數十噸重的大石梁,是怎樣架到橋墩上去的呢?說來也很簡單,當時的能工巧匠巧妙地利用了潮汐能。他們預先將石梁放在木浮排上,趁漲潮之際,將木排駛入兩橋墩之間。隨著潮漲,石梁慢慢舉高,當臨近高潮、石梁超過橋墩時,用不著花多大力氣,就可將石梁扶正對準橋墩,待落潮一到,大石梁就穩穩地就架在橋墩上了。泉州的大潮潮差可達6米以上,高舉大石梁對於巨大的潮汐能來說,簡直不費吹灰之力。今天,當人們站在洛陽橋上讚歎我國人民的聰明才智之餘,當然也不免為潮汐能年複一年,日複一日地白白付之東流而惋惜。