從人造衛星上看地球，地球就是個蔚藍的大圓球。地球的表麵71%都被廣闊的海洋所占據，所以我們經常聽到有人說“地球應該叫水球”。海洋是地球生命的搖籃，是人類生存與發展的重要空間。自有人類以來，認識海洋、征服海洋、利用海洋等活動就從未停止過。在古代，人們認為大海中住著海龍王，居住在華麗無比的水晶宮裏。它神通廣大，能翻手為雲，覆手為雨，高興時，能給人們帶來風調雨順、五穀豐登的幸福和歡樂；一旦被觸怒，就會倒海翻江，給人們帶來巨大的災難。所以，人們總是虔誠地祈禱與敬奉它，將自己的美好願望寄托於海龍王。隨著科學的發展，海洋的真實麵貌和許多奧秘已逐漸被人們所認識和揭示，被古人視為神秘莫測的大海已不再是天塹阻隔，人類越來越有能力駕馭大海，讓大海為自己服務。一望無際的汪洋大海，不僅為人類提供航運、水產和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量。打開這個資源寶庫，必然造福人類。這一章我們就來看看，人們都從洶湧澎湃的大海中，挖掘出了哪些可以利用的能量？
9.1洶湧澎湃話海洋
地球上海洋的麵積要遠比陸地麵積大的多，地球表麵總麵積約為5.1×108平方千米，其中陸地表麵積為1.49×108平方千米，占29％；海洋麵積達3.61×108平方千米，占71％，根據這一比例，把地球稱為“水球”更加貼切。地球上的海洋是非常深的，以海平麵計，全部陸地的平均海拔約為840米，而海洋的平均深度卻為3800米，在海洋最深的地方，即使把地球上最高的喜馬拉雅山倒裝到裏麵，也夠不到海底。那麼廣而深的海洋，能容納的海水也是相當多的，整個海水的容積多達1.37×109平方千米。太陽到達地球的能量大部分落在海洋上空和海水中，部分轉化為各種形式的海洋能。
一望無際的汪洋大海，時而平靜，時而波濤洶湧，其中蘊藏著有無窮無盡的財富，是一個巨大的藍色資源寶庫，像一個藍色鑽石一樣鑲嵌在地球表麵。我們來看一下海底到底有多少種可以利用的資源吧。
9.1.1海底動植物資源
海洋裏有著豐富的生物資源。據調查，海洋中生物的資源是地球上生物資源的4倍，海洋中的動植物多達幾十萬種，僅魚類就有25000多種，可以想一下，我們對其中的魚類又認識多少呢？你會發現，我們知道的魚類和海洋魚類總量比起來，真是九牛一毛。此外，海洋中很多動植物還可作為提煉蛋白質和抗生素藥物的生物，這些生物達30多萬種。我們在藥店中所見到的魚肝油和胰島素等藥物就來自海洋生物。海洋還有豐富的可供食用的水產資源，在不破壞生態平衡的情況下，每年可以開發30多億噸。目前人類每年的捕撈量僅為7000萬~9000萬噸，還不到其中的1／30。
9.1.2海洋礦產
科學家們已經發現，海水中蘊藏著80多種礦產資源，包括金、銀、銅、鐵、鋁、鎢、汞、銻、氧、鎂、溴、碘、銣、銫、鎳、鈾、鍶等，可以這麼說，隻要陸地上有的礦物資源，大海底下也有。科學家估計，僅海底蘊藏的銅礦就夠全世界用6000年，鎳夠用15萬年，鋁夠用2萬年。在太平洋底和紅海附近海底，人們還發現了一種極有價值的金屬軟泥（銅礦砂），它的儲量約有1萬億噸，夠人類用上數千年。近年來，人們還探明了各大洋底蘊含著大量的金屬結核礦，達40餘種，其中，錳結核礦的儲量就有15億噸，僅太平洋就有1萬多億噸，比陸地上的儲量要高出千百倍。這種“未來的資源”，將成為人類共同的財富。
9.1.3海底石油、煤、天然氣
在海底，人們還發現了大量的石油、煤、硫黃和天然氣。據估計，整個地球上的石油總儲量約為3000億噸，其中900億噸埋藏在海底，僅大陸架的石油蘊藏量就達1000多億桶。到目前為止，已有100多個國家和地區開展了大陸架石油勘探與開采，已發現了500多個油氣田。現在，海底石油產量已占世界石油總產量的30％左右，估計到本世紀末，它將同陸地產量並駕齊驅。海底的煤資源也極為豐富。目前，日本的煤產量有30％來自海底，加拿大為40％，而智利則高達80%。此外，海洋中蘊含豐富的鹽分，如果把海洋中的食鹽全部提煉出來，用它平鋪在陸地上，地麵將會增高近百米，可見海洋中食鹽蘊含量之大。
9.1.4海洋是地球的大空調
如果把地球看成一個村莊或一個大城市的居民小區，海洋就是它的中央空氣調節器。太陽能輻射到地球，80％以上被地球表麵吸收，不到20％反射到空中。海洋麵積大，海水吸收熱量的能力強，儲存熱量的能力大。到達地球的大部分太陽能被海洋吸收並儲存起來，海洋成為地球上巨大的熱能倉庫。而陸地表麵吸收太陽熱量的能力差，吸收來的熱量大多集中在地球表層很淺的地方，白天熱得快，夜晚也涼得快。這樣一來，地球熱量的穩定性就主要由海洋來調節。海洋通過海水溫度的升降和海流的循環以及與大氣的相互作用影響地球氣候變化。
海洋不僅通過大氣調節地球氣候，還能夠通過海洋浮遊植物的光合作用調節地球氣候，這些浮遊植物經過光合作用，向地球大氣提供40％的再生氧氣。另外60％的再生氧氣是森林和其他地表植物提供的。因此，人們把海洋與森林並稱為地球的兩葉肺。不過，地球的這兩葉肺與動物肺的功能是相反的，前者吸入二氧化碳，呼出新鮮氧氣。
9.1.5海洋蘊藏能量
波濤洶湧的海洋，還蘊藏著巨大的能量，僅全世界海洋中漲落的潮汐能就約有10億千瓦，我國沿海的潮汐能約有1.9億千瓦。此外，還有海流能、波浪能、海水溫差能等，人們稱之為“藍色的煤海”。
綜上我們可以看出，海洋中資源無限，是個名副其實的巨大寶庫，等待人類去開發。在本書接下來的內容中，我們要重點介紹一下如何讓海洋中的能量為人類服務。
9.2海洋能量寶庫探密
通過上一節的介紹，我們知道洶湧澎湃的海洋不僅為人類提供航運、水產和豐富的礦藏，而且還蘊藏著巨大的能量，我們給這些能量起個統一的名字為“海洋能”。海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋溫差能、海流能和海洋鹽差能等，其中潮汐能與潮流能來源於月球和太陽的引力，其他海洋能均來源於太陽輻射。
海水溫差能是熱能，潮汐、海流、波浪能都是機械能，河口水域的海水鹽度差能是化學能。可見，各種能量涉及的物理過程、開發技術及開發利用程度等方麵存在很大差異。全球海洋能的可再生量很大，上述五種海洋能理論上可再生的總量為766億千瓦。
海洋通過各種物理過程接收、儲存和散發能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在於海洋之中。下麵分別予以說明。
9.2.1洶湧的潮汐——潮汐能
凡是到過海邊的人們，都會看到海水有一種周期性的漲落現象：到了一定時間，海水推波助瀾，迅猛上漲，達到高潮；過後一些時間，上漲的海水又自行退去，留下一片沙灘，出現低潮。如此循環重複，永不停息。海水的這種運動現象就是潮汐，這洶湧的潮汐中蘊含著的能量就是潮汐能。
潮汐能的形成是地球、月亮、太陽相互之間引力作用的結果，是地球旋轉所產生的能量通過太陽和月亮的引力作用而傳遞給海洋的，並由長周期波儲存的能量，潮汐的能量與潮差大小和潮量成正比。與太陽相比，月球離地球更近，所以月球引力占主要地位，而太陽的引力僅為月球的1/2。主要的潮汐循環有規律地與月球的運動同步，也隨著地球-月球-太陽體係的複雜作用而不斷變化。由於地球表麵的不規則外形而使潮汐變化呈現複雜化。在陸地邊緣，由於水深梯度大，潮汐的能量變化劇烈，相當大的能量隨之消失。潮汐能在地球上的淺海、海灣及河口區傳播時，會遇到海溝、岩石等，將近1/3的潮汐能都消耗在這些地區內。全世界海洋的潮汐能約有3×106千瓦·時。若用這些潮汐能來發電，年發電量可達1.2×1012千瓦·時。我國潮汐能蘊藏量豐富，約1.1×105兆瓦，年發電量近9×1010兆瓦。
9.2.2翻滾的海浪——波浪能
波浪能的形成主要是由地球上風的作用產生的，波浪有很快的速度，因而具有動能，波浪又有一定的高度，因而具有重力勢能，波浪的能量與波高的平方和波動水域麵積成正比。波浪能是海洋能中能量最不穩定的一種能源。波浪對1米長的海岸線所做的功，每年約為100兆瓦。全球海洋的波浪能大約為7×107兆瓦，可供開發利用的波浪能為2×106～3×106兆瓦，每年發電量可達9×1013千瓦·時，其中我國波浪能約有7×104兆瓦。
9.2.3潛伏的溫差——海水溫差能
海洋溫差能又稱海洋熱能。在熱帶和亞熱帶海區，由於太陽的照射，使海水表麵吸收大量的熱，溫度升高，而在海麵以下40米內，90％的太陽能被吸收，而40米水深以下的海水溫度很低。熱帶海區的表層水溫高達25～30℃，而深層海水的溫度隻有5℃左右，兩者之間的溫差達20℃以上，這就為發電提供了一個總量巨大且比較穩定的能源。海水溫差能與溫差的大小和水量成正比。據估計，世界海洋的溫差能達5×107兆瓦，而可能轉換為電能的海水溫差能僅為2×106兆瓦。我國南海地處熱帶、亞熱帶，可利用的海洋溫差能約有1.5×105兆瓦。
9.2.4奔騰的海流——海流能
海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道或海峽中較為穩定的流動，以及由於潮汐導致的有規律的海水流動。海流的能量與流速平方和流量成正比。相對於波浪能而言，海流能的變化要平穩且有規律。潮流能隨潮汐的漲落每天兩次改變大小和方向。世界上可利用的海流能約5×104兆瓦。我國沿海的潮流能豐富，蘊藏量約為3×104兆瓦。
9.2.5神奇的鹽差——海洋鹽差能
鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學電位差能。它主要存在於江河入海口水域，由於淡水與海水間有鹽度差，若隔以半透膜，淡水向海水一側滲透可產生滲透壓力，促使水從濃度低的一側向另一側滲透，使濃度高的一側水位升高，直至膜兩側的含鹽量相等為止。鹽差能與壓力差和滲透流量成正比。鹽能差是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源，世界海洋可利用的鹽度差能約為2.6×106兆瓦。我國鹽度差能的蘊藏量約為1.1×105兆瓦。
9.2.6海洋能的特點
上述幾種類型的海洋能具有下列共同特點：
（1）可再生性。海洋能來源於太陽輻射能以及天體間的萬有引力，隻要太陽、月亮等天體與地球共存，海水就會產生周而複始的潮汐、海流和波浪等運動，海水受太陽照射總要產生溫差，江河入海口永遠會形成鹽度差。
（2）能流分布不均、密度低。盡管在海洋總水體中蘊藏著豐富的海洋能，但單位體積、單位麵積、單位長度擁有的能量較小，特別是在不同地理位置和海拔的水域裏能流差別較大。
（3）能量不穩定。海水溫差能、鹽差能及海流能變化緩慢，潮汐能和海流能進行著周期性變化，波浪能則具有明顯的隨機性，但這些海洋能都存在著不穩定的變化因素，導致能量不穩定。
（4）海洋能開發對環境無汙染，屬於清潔能源。
經過以上介紹，我們可以感受到，與常見的煤、石油、天然氣等能源相比，海洋能的強度要低。海水溫差小，海麵與500～1000米深層水之間的較大溫差僅為20℃左右；潮汐、波浪水位差小，較大潮水位差僅7～10米，較大波高僅3米；潮流、海流速度小，較大流速僅4～7米/秒。即使這樣，在可再生能源中，海洋能仍具有可觀的能流密度。以波浪能為例，每米海岸線平均波功率在最豐富的海域是50千瓦，一般的也有5～6千瓦。又如潮流能，最高流速為3米/秒的舟山群島潮流，在一個潮流周期的平均潮流功率達4.5千瓦/米2。海洋能作為自然能源是隨時變化著的，但海洋是個龐大的蓄能庫，將太陽能以及派生的風能等以熱能、機械能等形式蓄在海水裏，不像在陸地和空中那樣容易散失。海水溫差、鹽度差和海流24小時不間斷，晝夜波動小，隻稍有季節性的變化。潮汐、潮流則做恒定的周期性變化，據現在科技水平，人們是可以對大潮、小潮、漲潮、落潮、潮位、潮速、方向做出準確預測的。海浪是海洋中最不穩定的，有季節性、周期性，而且相鄰周期也是變化的。但海浪是風浪和湧浪的總和，其中湧浪源自遠處的風或已經過去的風帶來的海水波動，它們不像太陽能和風能那樣容易驟起驟止和受局部氣象的影響。總的來說，海洋能還是有廣闊的應用前景的。