海洋中的气候变化

40多年前，国外有一艘考察船在大海中进行科学考察。

一天，船上的一位气象工作者在施放探测气象的高空气球时，无意中将气球贴在脸上，顿时，一阵剧烈的疼痛袭击了他的耳朵。他不由得喊叫起来，他感到似乎有一种使人感到疼痛的强烈振**从气球中发出来。

奇怪的是，考察船在当天晚上遭遇了猛烈的风暴。当时，这位气象工作者只是把这些客观现象记录在航海日记中，并没想到这两件事情之间是否有某种关联。

当这艘考察船返航后，科学考察记录被送交科学研究机构，由另一位科学工作者进行审阅。当他看到气球事件的记录后，灵机一动，忽然想到这一个问题：气球振**与海上风暴是不是有着某种自然联系呢？

为了揭开这个谜团，他们又做了许多实验，结果发现只有在恶劣天气的前夕才会发生气球振**的现象。同时，他们还做出了更细致的工作，用特殊仪器把每次气球的振**全部记录下来，并做出振**曲线。经过比较他们发现，这种振**和人耳听不见的声波振**极为相似。

科学工作者坚持不懈地进行深入而又广泛的研究之后，终于从一只气球人手识破了“海洋的声音”的秘密。原来由于风暴所掀起的波浪与空气摩擦会产生次声波，次声波又引起了气球的振**。

人耳既听不到次声波，也听不到超声波。在自然界中，打雷、地震、极光、风暴等现象都能产生次声波。

在上述事件中，气球收到的次声波是风暴所发出的。强烈风暴的涡流会导致次声波和很多频率的声波产生，因此当遥远的海面上发生风暴时，风暴中心就会产生强烈的次声波，并且很快向四周传播。

次声波传播得又快又远，它在空气中的传播速度达到了每秒340米，远远超过了风暴本身的移动速度。所以，每当风暴来临时，次声波一定会先行，为它奏响“前奏曲”。

尽管人听不到这种声波，但在大自然中，有许多动物都能“听”到风暴的“前奏曲”。

生活在沿海的渔民对于自然界有着深刻的了解，他们通过长期的观察积累知道，如果海鸥和其它鸟类一早就飞出，深入海洋，那么傍晚一定没有强风；若鸟类在弱风中徘徊于岸边，或飞向海洋不远外，便预示着风力即将加强；当大群大群的鸟类从海上飞回海岸，鱼和水母成批地游向大海，生活在近岸水域里的小虾纷纷靠岸，则是风暴来临的预兆。

这些动物都能感受到海洋的次声波。

在这些动物中水母对于次声波有着极强的天然感受能力。水母，又称海蜇，常常漂浮在水面上。

水母很漂亮，有的是乳白色，有的是青蓝色，还有无色透明的，形状像是一把撑开的伞。有很多触手长在它的伞边上，还有长着小球的一个细柄，它就是水母的耳朵。

如果解剖水母，就会发现，在水母耳朵的内部，有一个极小的听石。

听石虽小，却很重要，没了它，水母就不能感受到次声波了。次声波传来时，振动了小听石，听石再把次声波的振动传给水母耳壁内的神经感受器。

于是水母听到风暴声，就从岸边游向大海深处，为自己寻找一个更加安全的家。

水母接收次声波的现象给了人们很大的启示，根据这个原理，人们成功设计出了“水母耳风暴预测仪”。这种仪器的钟形收音喇叭就相当于水母的听石。

它被安装在轮船的甲板上或海岸边，由一个小电动机给它提供动力。它就像雷达的天线一样转个不停，搜索着次声波传来的方向。

当喇叭收到“海洋的声音”时，在仪器的反馈系统的作用下，喇叭立刻停止转动，随后谐振器放大次声振**，再传到压电石英片上，次声振**便转换为电流振**，经过电子放大器放大，在荧光屏上显示出来，或由微伏表指示出来。这种仪器对风暴的预测十分有效，能够准确地提前测出风暴袭来的时间以及强度。

目前，次声波接收器还不是很先进。只能发现离海岸不太远的风暴，距离一远它就无能为力了。但我们相信随着科学技术的发展，随着对大自然的进一步探索，不用多久，科学家一定能用更先进的观测技术预测到海洋上的任何一场风暴。

到那时，人们就真正能够掌握海洋中的气候变化了。如何让海水变成淡水

如此丰富的水资源却不能直接被人类所利用，主要是因为海水中的盐分高达33‰一38‰，根本无法使用。人类要想解决淡水紧缺的难题，淡化海水不失为一条良策。

于是，科学家们迈开了探索的步伐并找到了一些行之有效的途径。

目前，人们已研究出了多种海水淡化方法，但比较常用的实现海水脱盐的方法主要有3种：蒸馏法、冷冻法和反渗透法。

最古老的海水淡化方法是蒸馏法，工艺较成熟，比较适用于处理海水。

这是一个大家都见过的方法，原理特别简单。

当海水被烧开时会冒出热气腾腾的水蒸气，水蒸气没有什么杂质，遇冷会变成水，这一现象启发了人们。海水蒸馏成淡水的方法，也就是首先把海水加热到100℃，使海水冒出热气腾腾的水蒸气。

水蒸气里不含盐分，然后让那些水蒸气通过特别的管子跑到专门预备的冷凝装置里。水蒸气到了那里变成了一滴滴的小水珠，这些小水珠聚集在一起就成了淡水。

蒸馏法尽管简单，但它耗时，而且得到的淡水十分有限，所消耗的能源也特别多。

为了减少能源的消耗，人们便创造了水电联产这种把发电与海水淡化结合为一体的、更为先进的办法。

这种方法是把大中型海水淡化厂与火力发电厂相结合，利用电厂余热的低压蒸汽作为淡化装置的主要能源。

这样，电厂高压、低压的蒸汽能量都得到厂充分利用，大大提高了整个工作系统的热效率，大幅度降低了发电与淡化两个系统的设备造价和基本建设费用。因此，海水淡化的成本大为降低。

那冷冻法是怎样的呢？我们知道，在日常生活中，含盐的**是不结冰的，只有淡水才结冰。

海水虽然是咸的，但它依然会结冰，人们对此疑惑不解。后来，人们尝试着把海水冰冻，发现海水不但会结冰，而且结出的冰一点也不咸。

原来当海水不完全凝结时，它就分成几乎不含盐的冰和浓缩的盐水。于是人们把冰从盐水中分离出来。

就这样冷冻法便诞生了。

冷冻法比较简单，只要使海水温度处在冰点以下，海水中就会结出冰块，然后把冰块取出来融化，就成了淡水。

把海水变淡的另一个主要方法是反渗透法。

反渗透法是用一个特殊结构的膜来过滤咸水。这种膜和平常有孔的过滤器不同，它是没有孔的。

对咸水施加足够的压力，盐分等水合离子留了下来，而水却能穿过膜，变成人们生活所需要的淡水。

上述是将海水中的淡水分离出来的3种方法，除了这些方法外，还可以采取离子迁移法和化学法除去海水中的盐。食盐以及大多数其他的盐类的结构是由带相反电荷的离子组成的。

水合物是这样形成的：当盐溶于水时，这些离子就与水松散地结合在一起。因此，当晶体结构分解时，能独立移动的离子就产生了。由于这两种离子所带的电荷相反，当它们处于两个带相反电荷的电极中间时，它们的运动方向是相反的。

用这种方法使海水脱盐，就是离子迁移法。而化学法则包括离子交换法和沉淀法。

既然有这么多的方法可以用来淡化海水，我们就没必要再为淡水的缺乏而发愁了吧？不，以上几种方法虽然可以实现海水的淡化，但是它们都有一个致命的弱点：成本高昂。

据估计，用任何方法淡化海水，都需要11．6度电才能生产1000加仑的淡水。为什么耗电如此大呢？我们都知道水是**，而液态水分子具有紊乱的分枝结构。如果通过离子转换进行淡化，液态水分子的分枝特性仍然是一个障碍。

将水合离子推过由分子紧密结合形成的“乱网”一样的**，就需要能克服阻力的额外的能量。因此，无论采用哪一种淡化方法，淡化成本都是目前最大的难题。

但科学家们为了人类的共同命运，仍在坚持不懈地进行着探索。大家都知道，水的汽化需要消耗热，水蒸气冷凝成液态水则要释放热能。

在蒸馏中，这两个过程是同时进行的。这个假设引起了人们的兴趣：如果在同一温度上进行两个过程，热量的释放与消耗正好相等。

这样，除了偶然的热量丧失之外，在用蒸馏法进行淡化时，就不需要热能了。这一设想从理论上看起来虽然简单，但实际操作中却没有那么简单方便，因为咸水的蒸汽压略低于淡水。

从蒸馏器中释放出来的咸水的蒸汽，在蒸馏器的温度下无法冷凝成液态淡水，除非采用增大其压力和密度的办法将其稍微压缩。如果进行了压缩，在蒸馏的汽化过程中消耗的热量，将在冷凝整齐时在冷凝器中全部释放出来。

如果能找到回收所有这种热量的方法，就可将热量再用来蒸发新的咸水。用这种方法回收热量所消耗的惟一能量，是用来压缩咸水产生的蒸汽，直到其压力与蒸馏器温度下淡水的压力相同为止。

科学家在热带和亚热带进行了利用太阳能蒸发盐水的大量实验。太阳能的优点是不需成本，缺点是其能量较弱。

随着覆盖在**上的水蒸气密度不断增大，还没有到达水面，太阳光就被遮掉了。

此外，利用太阳能蒸发的最大弱点还在于不能回收蒸发水的过程中消耗的热量。目前，用电热补充太阳能的尝试也不太成功。

为了克服这一缺点，科学家们又研制出新的淡化方式，这种方法是多效蒸发。

在多效蒸发中，消耗的热能大部分能从冷凝器中回收，而且可以反复使用好几次。因此产生的蒸馏水量至少为原来的2．5倍，而在蒸汽压缩蒸馏中，则可能为原来的10倍。

此后，又出现了一些更能节约热量的海水淡化法，如真空急骤蒸馏法。这种方法主要是使用低压废蒸汽——蒸汽发生过程中的副产品或工业中产生的蒸汽和电能的副产品进行海水淡化。

这种方法，由于预热、热输入和急骤蒸馏的循环被打破，形成许多连续的回路，盐水在回路之间反复循环，因此，和其他方法相比较，蒸发过程需要在温度更高的环境中完成。在回路之间，一部分盐水通过前效应反复循环。

和其他方法相比较，这种方法利用热的效率高，因为温度越高，产生的蒸汽越多。现在人们仍对这种方法进行研究，还可能有进一步的突破。

随着研究的加深，向海洋索取淡水已取得了惊人的发展。目前，从事海水淡化工作的国家越来越多，据统计，已有40多个国家开始了研究和生产。他们采用的淡化方法各不相同。

不过，淡化海水的基本原理不外乎上面所提到的。全世界的海水淡化工厂大约有7500多个。

在沙特阿拉伯的尤拜尔，有一个淡化厂每天可提供4．85亿升淡水，目前是世界上最大的淡化厂。在我国南部海疆西沙群岛的永兴岛上的军民也是靠海水淡化来获取大部分的生活用水。

有关数据显示，世界上淡化水的日产量已达到2300万吨，并以10%～30%的年增长率攀升。世界海水淡化市场年成交额已达10亿美元。

虽然海水淡化已取得了一定的成效，但前景却不容乐观。

世界上还有许多国家在这方面的研究尚处于起步阶段。因此，目前的海水淡化技术还需要世界各国共同努力去进一步完善，从而解决人类的淡水问题。