海洋工程

海洋是个什么样

海洋的起源


　　有人说自从有了地球也就有了海洋；有人说是海洋哺育了地球；还有人 说海洋很年轻??那么，海洋到底是怎样形成的？这也是人们一直探讨了几 百年的问题。
　　关于海洋起源的科学假说也是多种多样的。因为人类是继地球和海洋诞 生之后才出现的，所以不可能目睹海洋形成的奇观，因此，对海洋的起源问 题只能以已经掌握的科学知识来进行推测。
　　1879 年，著名生物进化论创立者达尔文的儿子 G．达尔文提出了一种形 成大洋的“月球分出说”。说是在地球刚刚形成的时候，地球的自转速度比 现在要快得多。由于太阳的引力作用和地球的高速自转，使部分地块分出了 地球，被甩出的地块在地球引力的作用下，绕着地球不停地旋转，后来便成 为我们夜晚常能看到的月亮。月球被甩出后，在地球上留下了一个大窟窿， 逐渐演变成今天的太平洋。但是，这种假说后来遭到了许多科学家的反对。 有人曾计算过，要使地球上的物体飞离，其自转速度应是目前地球自转速度
的 17 倍，也就是说一昼夜不得长于 1 小时 25 分，这显然是难以令人置信的。
还有的人认为，若月球从地球上飞出，则月球的运行轨道应在地球赤道的上 空，而事实上却不是这样。
此后，法国学者 G．狄摩切尔又提出了新的太平洋成因假说——“陨星
说”。他认为，太平洋是由另一颗地球的卫星（其直径比月球大两倍）坠落 地面造成的。这颗卫星冲开了大陆的硅铝层外壳而形成巨大的陨石谷，它还 可能深入地球内核，引起地球的强烈膨胀与收缩，其结果不仅形成了太平洋， 而且又使其他陆壳也破裂张开，形成了大西洋等大洋。随着宇航科学的发展， 这个学说的研究又重新兴盛起来了。然而，人们还是特别怀疑偶然的碰撞是 否能形成占地球表面积 1／3 的巨大太平洋盆地，因为，无论是地球上还是月 球上的陨石坑，其规模都是很小的。
1910 年，关于海洋成因的一个新的假说又被提出来了。当时，30 岁的德
国地球物理学家魏格纳在阅读世界地图时，发现大西洋东西岸的海岸，虽然 也和其他海岸一样弯弯曲曲的，但是它们的形状却很相似，好像一张被撕成 两半儿的报纸。如果把这两半儿“报纸”拼合在一起，恰好形成一块完整的 大陆。事情为什么会这么凑巧呢？这在魏格纳的脑海里留下了一个疑问。后 来，他又发现大洋两边的大陆有着相同的地质年代和古生物化石，在地层和 地质构造等方面也有某些相似之处。经过反复研究，魏格纳断定大西洋两岸 原来是连在一起的，分开只是后来的事。于是，1912 年 1 月 6 日，在德国法 兰克福召开的地质学代表大会上，他首次提出了“大陆漂移说”。这个科学 假说后来又被许多科学家所完善，成为地球四大洋形成的最有说服力的一种 学说。
　　大陆漂移说认为，在距今 2 亿年前，地球上现有的大陆是彼此连成一片 的，从而组成了一块原始大陆，或称为泛大陆。泛大陆的周围是一片汪洋大 海，叫做泛大洋。在距今 1 亿 8 千万年前，泛大陆开始分裂，漂移成南北两 大块，南块叫岗瓦纳古陆，包括南美洲、非洲、印巴次大陆、南极洲和澳洲； 北块叫劳亚古陆，包括欧亚大陆和北美洲。以后，又经过上亿年的沧桑之变，
　　
到了距今约 6500 万年前，泛大陆又进一步分裂和漂移，从而形成了亚洲、非 洲、欧洲、大洋洲、南美洲、北美洲和南极洲；而泛大洋则完全解体，形成 了太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。
　　为了更合理地解释大陆漂移现象，科学家们又在探索新的科学依据。1961 年美国科学家赫斯和迪兹提出了“海底扩张说”，事过两年，法国的凡因和 马修斯也提出了这个理论。海底扩张说认为，洋底新地壳有一个不断形成的 过程，地幔里的物质不断从大洋中脊上的裂谷里涌出，冷凝和充填在中脊的 断裂处，从而形成新的洋底。新海底不断扩张，把年老的海底向两侧排挤， 当被挤到海沟区时，它们便沉入地幔。据计算，海底扩张速度每年有几厘米， 最快的每年可达 16 厘米；这样，就使得海底每隔 3～4 亿年便要更新一次。 这一海底扩张的过程被深海钻探资料所证实，还可以从洋脊两侧岩石的磁性 上得到证明。
　　到了 60 年代后期，在“漂移”和“扩张”理论基础上，又产生出一种崭 新的科学假说，从而使海洋起源的研究进入了一个新的时期。
　　1968 年，法国学者勒比雄提出了“板块构造说”。这种学说认为，全球 岩石圈不是整体一块，而是被一些构造活动带所分割，分成的一些不连续的 块体称为板块。勒比雄将全球分为六大板块，即亚欧板块、美洲板块、非洲 板块、太平洋板块、澳洲板块（印度洋板块）和南极洲板块。这些板块很像 漂浮在地幔上的木筏，游游荡荡，存在着种种形态的漂移关系。地壳的活动 就是这几个板块相互作用引起的，在板块相互交接的地带，地壳活动比较明 显，常常会形成地震和火山爆发等现象。这些板块还在不断地进行相对的水 平运动，当大洋板块向大陆板块运动时，板块的边沿便向下俯冲进入地幔； 地幔把俯冲进来的地壳加温、加压和熔化，再运向大洋海岭的底部，然后再 上升出来。这恰恰与“海底扩张说”相吻合，在地幔的相对运动中大陆确实 被“漂移”了，经过很久很久的一段时间，才形成了今天地球上海陆分布的 面貌。
至此，大陆漂移、海底扩张和板块构造三种理论结合了起来，构成了新
的全球构造学说。我们所讨论的海洋起源问题，也就有了一个比较清晰的眉 目，然而，人类的历史才只有 300 多万年，与地球相比，这段历史显然只是 一段极短暂的时光。对于海陆起源的问题，上述种种学说都有它不能解释的 问题，所以，这个问题并没有得到彻底解决。

海水的来源


　　看了以上的内容，你是否还有另一个疑问呢？构成海洋的主要成分是水 体，在海洋形成时，海水到底是从哪来的呢？现在，我们就来讨论这个问题。 我国唐朝大诗人李白的《将进酒》的开头是这样一句：“君不见黄河之 水天上来，奔流到海不复回。”诗人为我们提供了一个海水来源的线索。我 们早已知道，黄河的源头在青海省，它一路上汇聚众河，形成浩浩荡荡的浊 流，直向渤海奔去。但是，浩瀚无垠的海洋，包蕴着 13 亿 7 千万立方千米的 海水，这么多的海水仅靠江河注入是不现实的，那么，海水还有没有其他来
源呢？
　　目前，关于海水的来源也还是众说纷纭，但比较有代表性的是这样几种 观点：
　　
　　有一种观点认为，在地球诞生的初期，大气圈和水圈是密不可分的，当 时的水分呈气态（水蒸气）混于原始大气之中。随着地球的不断冷却，地面 上的温度逐渐降低，于是，包围着地球的水蒸气开始冷凝成小水滴，小水滴 漂浮在空中，集结成云雾，最后形成雨水降了下来。据说，大约在 10 亿年前， 地球上不停地下着倾盆大雨，这种降雨长达若干万年。由于那时还没有生物， 地球上连根草也没有，因此，雨水便冲洗着山岭，带走了泥沙和溶解物质， 浊流滚滚，奔向地球低洼的地方，从而形成了原始的海洋。
　　另一种观点认为，经计算，海水的质量比大气的质量要大 282 倍，在原 始的地球上会有那么多水蒸气吗？就算有这么多水汽，这些水汽又是从哪里 跑出来的？于是人们应当从地球本身去寻找海水的来源。这种观点认为，地 球最初的水绝大部分以岩石结晶水的形成存在于地球内。在地球诞生后的一 段时期里，地球很不安分，处处出现大地龟裂和火山爆发。因此，地球内部 的水通过岩浆活动逐渐析出和汇集于地表，或通过火山活动将高温水汽带到 大气中，然后凝结成雨落到地表，在洋盆内汇合成海洋。人们可以设想这两 种情况都同时或先后存在过，经过亿万年的风雨雷电、山崩地陷、烈焰腾空、 岩浆奔流，终于形成了海洋。原始的海洋只是略带咸味，后来由于大大小小 的水流在汇入海洋的路途上，溶解了一些物质，使海水中氯化物和硫酸盐含 量增加，才使海洋变成了一个又咸又苦的“聚宝盆”。
最近，美国依阿华大学研究小组的科学家们又提出了一种发人深省的新
观点：地球上的水可能是来自太空中由冰组成的小彗星。他们在研究从人造 卫星发回的数千张地球大气紫外辐射图像时，发现了圆盘形状的地球图像上 总有一些小黑斑，每个小黑斑大约存在 2～3 分钟，面积约有 2000 平方千米。 经过仔细分析，表明这些斑点是由一些看不见的冰块组成的小彗星冲入地球 外层大气，破裂和融化成水蒸气造成的。据估计，每分钟大约有 20 颗平均直 径为 10 米的冰状小彗星进入地球大气层，每颗小彗星大约释放 10 万千克的 水；地球的形成大约已有 40 多亿年了，因此由这些小彗星不断增加的水分，
足以形成如今这样辽阔的海洋了。
　　以上几种观点，都从不同的角度对海洋中的水体来源做了科学解释。我 们先不管哪种观点是最科学、最有说服力的，总之，海洋是形成了。少年朋 友们，对地球上海水的来源，你是否也能提出一种科学的假说呢？相信，随 着科学的发展和你自身知识的增长，经过锲而不舍的研究，你一定会实现这 一理想的。

海洋与生命


　　海洋在生命的形成过程中起到了举足轻重的作用。科学研究表明，生命 起源的基本条件有三：一是原始大气，它是生命化学演化的最初舞台；二是 能源，它是生命化学演化的催化剂；三是原始海洋，它为生命的演化提供了 活动场所。
　　在生命发生与发展的进程中，从无机物到有机物，从无生命物质到有生 命物质，从单细胞生物演化到千姿百态的高级动物??这是一组富有创造性 而又奇妙无比的交响曲。但是，无论现今的生命已经进化到怎样高级的程度， 它们生命的演化最初、最关键的几步都是在原始海洋里进行的，没有海洋， 就没有生命。
　　
　　在 40 多亿年前，地球上已经有了海洋和大气，然而那时还没有生命，只 是在原始星际的云状物中，存在着像碳、氢、氮等各种最简单的元素，后来 出现了氧。生命的出现首先经历了漫长的化学过程。这些无机物质（元素） 经过一番复杂的化合，产生了一种有机物质，这就是生命最原始的胚种。
　　由于当时地球上气候恶劣，时而倾盆大雨，时而赤日炎炎，山崩地裂， 飞沙走石，而且还要遭到大量紫外线和宇宙射线的袭击，因此，原始的生命 是无法在陆地表面生存的，最后，它们明智地选择了海洋，尽管它们还没有 思维。
　　这些有机物质汇聚到汪洋大海之中，扮演了古代海洋里的重要角色，因 而，有人说那时候的海，是一个溶各种各样有机物的“肉汤般的海”。它们 在混浊的海水中，互相碰撞、聚合，终于形成了原始蛋白质分子。经过若干 亿年的不断演变，大约在 30 多亿年前，它们的功能愈加复杂，结构更加完善， 形成了组成现代细胞的两大物质——蛋白质和核酸。
　　这些蛋白质和核酸构成的小颗粒，在海洋里生长着，它们吸收着阳光和 营养，并且分裂着自己的身体，把自己变成 2 个、4 个、8 个??一代一代传 下去，又经过了亿万年，才诞生了细菌。这是生命起源和发展过程中的一个 较高级阶段，是生命漫长演变历史中的一次飞跃。
感谢太阳送来了光线和温暖，生命在它的照耀下，哺育在海洋的摇篮里。
约 30 亿年前，海洋里又出现了一种蓝绿色的生命——蓝绿藻，这些原始的藻 类含有光合色素，在阳光的爱抚下，用阳光作能源，把水、二氧化碳和其他 盐类合成为糖、淀粉和蛋白质等有机物，就像一座座精致的有机合成化工厂， 从而使生命的链条一环一环地被连接起来了。这条“生命之链”又是怎样连 接的呢？原来，生命本身在地球发展的过程中都留下了自己的踪影，那些曾 经生存过的生命，在它们死后有些遗体幸运地封闭在淤泥里，后来淤泥又被 挤压成岩石；古老的海底在地壳的变动时又上升为陆地和高山，那些保存下 来的尸体也就以“化石”的模样展现在科学家的实验室里和显微镜下，使人 们能够了解和推知亿万年里海洋生命的活动情况。
据研究发现，在距今 5 亿多年前，海洋里的原生动物就已经是十分活跃
的“居民”了。这些原生动物有独立活动的本领，有刺激感应，它们能伸出 一些树枝状的“小脚”，捕捉食物或改变自己“行走”的路线。到了 2 亿年 前，海洋已是一个繁忙的世界，生命在它的怀抱里不断进化着。大约在距今
4 亿年前，蓝绿藻首先登陆，以后又有裸蕨植物、蕨类植物、裸子植物和被
子植物相继出现。由于这些植物的出现，给昔日荒山秃岭的大地披上了绿装， 使各种微生物和昆虫找到了活动的场所。在距今 4 亿年前，海洋里还出现了 一种无颚鱼，说起来，它还是人类的老祖宗呢！它们经过上万年的繁衍，成 为海洋的主人，以后，不管地球上发生什么样的剧烈变化，总有一些无颚鱼 的后代适应了已改变的生活环境，变换着自己的身体结构。到距今 3 亿年左 右，这些无颚鱼越过潮间带爬上了陆地，成为既可在陆地，又可回到海洋里 生存的两栖动物。随着陆地上氧气的增加，生物用来呼吸的肺也变得更加完 善。顽强的生命抵御着来自各方面的侵袭，它们终于度过了两栖阶段，脱离 了海洋。到了 2.3 亿年前的中生代，爬行动物开始大量繁殖，至 1.8 亿年前 的一段时间，地球可以叫做爬行动物时代，此间，又出现了许多哺乳动物， 又过了 1 亿多年，哺乳动物才成为陆地上的统治者，此外，鸟类也由另一支 原始爬行动物演化而成，这些都为更高等生物的出现提供了适宜的条件。

　　在距今 800 万年前，地球上出现了人类的祖先——古猿，继后又出现了 南猿和猿人。这些人类的远古祖先，为了生存下来，向自然界不间断地索取 食物，从采集野果到捕捉小虫，从野外打猎到驯养培植动物，经过不断的劳 动，使脑和肌肉更加发达与健全，从而进化成为生物界和自然界的主人。
　　从生命的起源，到动植物的形成和登陆，直至人类的出现，海洋在生物 进化的历史上有着不可磨灭的功绩，这是因为海洋具备了生命生存和发展的 必要条件。海水里溶解着各种各样的营养物质，如碳酸盐、硝酸盐、磷酸盐 和氧等，为生命提供了丰富的养料。海洋把那些原始生命拥抱在自己的怀里， 充足的海水使这些生命可以进行新陈代谢，直到如今，水也一直是生物的“命 根子”。海洋还可以把阳光遮住，使得生命在它的怀抱中免受阳光的杀伤； 海水还吸收了阳光，使表层变得温暖，以免它怀中的“婴儿”被冻死。海流 和潮汐的运动，还有助于生命种类的分布和种群的繁衍。
　　总之，海洋是生命的真正摇篮，是一切生物进化的发源地，所以说，海 洋是万物之母。

海底真相


　　海底并不像人们想象的那么平坦，它和我们所看到的陆地表面一样，有 高山和深沟，也有平原和丘陵。在海洋与陆地相接处，我们可以看到一段地 面，当海水升高时它被淹没，而海水退落后它又露出，这条镶在陆地边沿的 “带子”，被称为海岸带。海岸带随着地形的不同而弯弯曲曲，形状各异， 有宽有窄，平坦处可宽达几十千米，越是陡峭处，也就越窄细。在海浪的拍 打下，海岸带也在令人难以觉察地改变着自己的形状，而江河入海口泥沙的 淤积，也会使海岸带发生变化。
越过海岸带便可出现一片浅海区域，它好像大陆在海中的边架，缓缓地
向海中延伸，它的坡度一般在 1°左右，平均 1 千米下降 1.5 米，水深一般
在 200 米左右，这个大陆在海洋中的延续部分称为“大陆架”。大陆架的宽 度也各不相同，世界大陆架的平均宽度为 70 千米，其面积约占海底总面积的
8％。那里，阳光充足，食物丰富，是水族们栖息繁衍的好场所。那畅游的鱼
虾、蠕动的蟹贝、摇曳的海草??无不呈现出一片生机，真可谓是一个海底 的水族乐园。
从大陆架再往深处去，地势突然变陡，出现了一个陡峭的斜坡，人们从
前管这里叫做“大陆坡”。比起大陆架来，这里的倾斜度大大增加了，平均 坡度为 3°～6°，陡峭处可达 14°，个别的达 20°以上。这里的地形急转 直下，水深从几百米很快急增到上千米；大陆坡的宽度通常从 15 千米到 80 千米，占海底总面积的 12％。在大陆坡海底，最引人注目的要算是海底峡谷 了，这些峡谷是一些又长又窄的深沟，两侧的谷壁几乎是陡立的，峡谷的上 部较宽，底部相当窄，呈 V 字形。多数海底峡谷起源于大陆架，贯穿整个大 陆坡，它是由一种叫做浊流的东西造成的。在暴风雨天气下，巨浪把海岸的 泥土打碎，把海底的泥沙搅起，使海水变得异常浑浊，浑浊的海水受到某种 力量（如地滑）的推动，就会形成一股强大的浊流。浊流的力量很大，它能 冲动数十吨的巨大石块，当它沿着大陆坡向下流动时，强烈地冲刷着海底， 从而形成了海底峡谷。大陆坡底部已不再是热闹繁华的世界了，深深的海水 阻挡了阳光的透射，海底是黑暗的。在这种暗无天日的地方，植物已不可能

生存，水族也显得稀少，没有了大陆架那种生机勃勃的景象。 从大陆坡再向下去，便可看到一片比较平坦的地区，这一海底叫“大陆
基”。它的平均深度为 3700 米，宽度从 100 千米到 1000 千米。这一地带就 好像我们陆地的平原一样，而且比陆地平原还要平坦。但是这个平原由于海 水太深，一般没有生命存在，否则，真可成为一个绝好的龙宫水族们的练兵 场了。由于这个地带好像给大陆镶了一道宽宽的衣裾，因此又有人称它为“大 陆裾”。
　　穿过这坦坦的“平原”，便来到了深海区。这个区域在海底所占面积最 大，约占洋底面积的 75％，平均水深为 4～6 千米。科学家们将这个深海区 叫做“大洋盆地”，大洋盆地的大部分地区地势平坦，但也有深深裂开的海 沟、几千米高的山脉和高原、狭长蜿蜒的海脊和一些突然隆起的海山等。广 阔的大洋盆地离陆地很远，已不再有江河带来的泥沙，海底多半是红色的深 海沉积物，这是生物尸体和火山灰等物质在强大的压力下，经过化学作用变 成的红粘土。
　　在大洋盆地，最吸引人的要算是海底山脉了，这些海底山脉也叫海岭或 洋脊，是海底规模最大的构造，它们就像是龙宫世界的“万里长城”，贯穿 整个大洋。如大西洋底山脉，它起自北冰洋，呈 S 形，向南延伸到南纬 40°， 规模超过了阿尔卑斯山或喜马拉雅山。太平洋深海底部也高耸着一条巨大的 海底山脉，它从澳大利亚横贯南太平洋到达智利，长达 1 万多千米。而印度 洋海岭则呈“人”字形，其西南分支绕过非洲与大西洋海岭，其东南分支则 绕过大洋洲与南太平洋海岭相联，可见，海底山脉绕遍了全球。

海底宝藏


　　传说中的海底龙宫，是个蕴藏着许许多多奇珍异宝的地方。在那里，各 种各样的“珠宝”比比皆是，取之不尽，就连神话中“齐天大圣”手中那变 化无穷的如意金箍棒，也是从东海龙宫中得来的哩！
随着科学技术的进步，人类对海洋的认识也越来越深入。人们逐渐发现，
现实中的海洋要比传说中的龙宫富有得多，它简直就是一个巨大的“聚宝 盆”，人类不仅可以从中获得陆地上所能获得的一切自然资源，而且还可以 得到在陆地上所得不到的宝藏。
说到海洋资源，大家首先想到的可能是餐桌上品尝到的鱼、贝、虾、蟹
等，其实，这些仅仅是海洋所提供给人类的资源的一小部分。从资源分类的 角度来认识海洋宝藏，大体可有这样几种：生物资源、矿产资源、海水资源、 海洋能源和海洋空间资源等。这些资源择海而栖，与海共生，形成了一座富 有的资源宝库。
　　人类最先认识和开发的是海洋中的生物资源。大家可能参观过自然博物 馆或水族馆，在那里，各种各样形态各异的鱼类、贝类、藻类和海兽等真令 人眼花缭乱，目不暇接，然而，海洋中的生物比这要多得多！据生物学家统 计，海洋中约有 18 万种动物和 2 万多种植物，也就是说，海洋中的生物多达
20 万种以上。海洋生物资源的最大用途是为人类提供高蛋白质食品。目前， 经济价值比较大的鱼类有 400 多种，其中捕获量最高的是鳀鱼、鲱鱼、鳕鱼、
石首鱼、鱼、鲭鱼、金枪鱼和鲽鱼等。可供食用的贝类和虾、蟹等甲壳类
约 100 多种，还有 70 多种藻类也可食用。这些海洋生物作为人类的食品，不

仅可以为人类提供丰富的蛋白质和各种维生素，而且味道也好极了！因此， 在未来的海洋开发中，海洋很可能成为人类最理想的“蓝色粮仓”和“食品 基地”。
　　海洋生物还是重要的药物资源和工业原料。随着海洋生物化学技术的发 展，人们已经发现 200 多种海藻中含有各种维生素，有近 300 种海洋生物含 有抗癌物质。目前，生物化学家们已经能够从海洋中分离出许多珍贵的疗效 很高的药物。此外，在海藻中还可分离和提取出碘、氮、长拉胶和琼脂等化 工原料。因此，蓝色的海洋又一座“药品制造厂”和“化工厂”。
　　在广阔和沉寂的海底，沉睡着许许多多的海底宝藏，它们就是海洋中的 矿产资源。海洋中有陆地上所有的各种矿产资源，而且储量极其丰富。海洋 中的矿产资源种类很多，主要有石油、天然气、煤、铁、硫、锡石、岩盐、 钾盐、磷钙石、海绿石、锰结核、多金属软泥等等。这些矿产资源，对人类 的生活和建设都有着相当的经济价值，是十分重要的工业原料和物质财富。 在这些海洋矿产资源中，最有开采价值的要数石油与天然气、滨海矿砂和锰 结核了。
　　据统计，世界海洋中的油气贮量极其丰富，不算深海的油贮量，仅大陆 架的石油贮量就达 2000 多亿吨，如果将它们全部开发出来，按目前消耗计 算，大约可供人类使用 200 多年。
在绵延万里的海岸，还聚集着许多奇异的“珍珠”，这便是滨海砂矿。
可别小看这些泥、沙和砾石，它们中间包含有价值很高的“宝贝”，其中常 见的矿物有铌铁矿、磁铁矿、钛铁矿和锆石等；还有很多稀有矿物，如金红 石、独居石、金、金刚石、白钨矿、黑钨矿、锡石和铂金矿等等。这些矿物 都是工业生产中必不可少的金属原材料，如从金红石中提取的钛，是制造兵 器、舰船和火箭不可缺少的材料，从锆石中提取的锆，已广泛地应用在各种 机械及精密仪表中；从独居石中提取的钍，经过加工，可以代替铀作珍贵的 原子能燃料。海洋中这些矿产资源的蕴藏量很大，一般都高于陆地上的蕴藏 量，并有相当的开采价值。
在水深 2000～6000 米的大洋底部，分布着一种最引人注目的海底矿物资
源，这就是被认为是锰、铜、镍、钴等金属的新来源的多金属矿藏，它们像 一个个大“瘤子”，直径一般为 1 毫米到 20 厘米，人们称之为“锰结核”。 它是一种难得的资源。据科学家们估计，大洋底部锰结核的总储量多达 3 万 亿吨；仅太平洋底就沉睡着 1 万多亿吨。而这 1 万多亿吨锰结核中，含锰 4400 亿吨，是陆地的 67 倍；含镍 164 亿吨，是陆地的 273 倍；含铜 88 亿吨，是 陆地的 21 倍；含钴 58 亿吨，是陆地的 967 倍。按目前工业的消耗量计算， 这些锰结核至少可供人类使用近万年，这是一个多么诱人的数字啊！
　　说到海水，大家可能认为它只是一种又咸又苦的液体。实际上，海水不 仅孕育了生命，组成了浩渺而神奇的海洋，而就海水本身来说，它还是一种 用之不竭的资源。在海洋资源的宝库中，海水资源要算是最阔绰的“亿万富 翁”了。
据估计，总量约 13.7 亿立方千米的海水中含有极其丰富的化学资源，如
每 1 立方千米的海水就含 3750 万吨固体无机物。海水中铀的总量有 50 亿吨， 这可能是未来世界的能源支柱；海水中氘、氚的含量也很惊人，如果将它们 的总能量折算成石油，那么，将比现存海水的总体积还要多；海水中还含有 黄金 550 万吨，银 5500 万吨，锌 137 亿吨，钡 27 亿吨，钾 550 亿吨，钙 560

万亿吨，镁 1767 万亿吨??海水真像一个巨大的化学资源宝库，正等着人类 去利用和提取。
　　地球上 99％的溴都在海水中，因此人们称溴为“海洋元素”，从海水中 提取的溴可用于照像、医药、农药、塑料及某些合成纤维的耐燃剂、灭火剂 等。镁也是海水中含量较高的金属元素，每 800 吨海水就可提取出 1 吨金属 镁，它可用于耐火材料和橡胶工业，也可满足冶金工业特殊需要。海水中铀 的总储量是陆地储量的 1000 倍，而铀的同位素又是核裂变反应堆最主要的原 料。至于说从海水中提取的盐，就更是人类生活和建设必不可少的东西了。 随着海水淡化技术的进步，海洋将成为人类最大、最重要的“水源地”， 用之不尽的海水将为人类提供源源不断的淡水资源，以满足我们生活和建设
的需要。 海洋还是一个巨大的“能源基地”，从这里人类可以获得所需要的更多
的能源。“海洋能”是一种崭新的能源，是指海洋本身所具有的能量，即蕴 藏在海水中的可再生能源。这些能源主要是海水温差能、波浪能、潮汐能、 海流能和盐差能等。在这些能源中，波浪能、潮汐能和海流能属于机械能， 温差能属于热能，而盐差能则属于化学能。据科学家们估计，全球海洋中的 波浪能的蕴藏量为 700 亿千瓦，实际可以利用的就有 30 亿千瓦；潮汐能的蕴 藏量为 3000 亿千瓦，可开发利用的潮汐能为 1400～1800 亿千瓦。全球海洋 的温差能蕴藏量为 500 亿千瓦，而可能利用的就达 20 亿千瓦。此外，盐差能 的蕴藏量也有 26 亿千瓦。海洋能源的蕴藏量真是惊人，如果对这些能源加以 开发和利用，我们人类将获得更多的能源，保证我们生活和建设的需要。
在地球上，陆地犹如海洋中的岛屿，而连接这些大陆岛的“桥梁”便是
海洋。海洋为人类提供了博大的空间资源。海洋空间资源包括海面、海中和 海底三个部分。海面空间为人类提供了相互交往的通道，为海洋运输业提供 了方便。海洋“通道”既不需要“修筑”，也不需要“养护”，当然就更不 占用人类那宝贵的土地资源。只要巨轮一启锚动桨，便可架起连接五洲的“金 桥”。除了海洋运输之外，人类还充分利用海洋空间资源来解决土地危机问 题，在海上修建机场和跨海大桥，建设海上电站、工业人造岛、海上城市、 海中渔牧场；在海底修建海底隧道、海底货场和海底仓库，并在海底铺设电 缆等；为了观赏“海底龙宫”的迷人景色，人类还可利用海洋空间来修建海 上公园和海底展览馆等娱乐设施；为了争取更多的生存空间，人类还可围海 造田、填海造地，把索取空间的手伸向海洋。

探测海洋 探测海洋的历史

　　到了 19 世纪，所有的陆地和海洋基本上都已发现，探险时代宣告结束。 这些目的不同的各种远洋航行和探险活动促进了人们对海洋的大小、深浅、 洋流和风浪的认识，并开拓了新的航道，发展了造船技术，从而也为海洋科 学调查和海洋探测奠定了基础。
　　如果说，海洋探险始于新石器时代的独木舟的话，那么，真正意义上的 人类海洋探测活动，是始于距今 120 多年前的英国“挑战者”号的那次科学 考察航行。这次大规模探险工作是在英国政府的主持和指导下进行的。作为
　　
一次规模空前的综合海洋探测活动，这次航行标志着海洋探险时代的结束和 科学调查、探测时代的开始。此后，各国竞相建造海洋调查船，改进和发明 了许多更加精密的科学探测技术。
　　本世纪 60 年代以来，海洋调查与探测进入了一个崭新的时期。这个时期 的显著特点是海洋调查开始从基础科学研究转向海洋开发研究。与此同时， 海洋观测技术也发生了根本性的变化，开始在海洋观测中使用飞机、卫星、 深潜器、深海钻探船等，并引进计算机技术，从而可以宏观地、主体地观测 海洋。
　　1960 年，美国发射了第一颗气象卫星。1978 年美国又发射了第一颗海洋 卫星，开创了人类从空间观测地球表面的时代，把海洋观测技术从海洋表面 的局部观测，引向从空间进行全面的宏观调查，使对海洋的监测、预报成为 可能。1978 年，美国海军还成功地下潜到世界大洋的最深处太平洋的马里亚 纳海沟，宣告了人类已经具有征服大洋任何深度的能力。
　　随着现代科学技术的发展，目前海洋调查中已广泛应用遥感、遥控、水 声、深潜、浮标、电子计算机等尖端技术，使现在的海洋探测向着海面、空 间、海底立体化的方向发展。这些现代科学技术宛如优秀的侦察兵，日夜不 停地探测着海洋的奥秘，并向人类预告万里海洋的最新情报??

原始探测


　　我们的人类从一开始就对神秘莫测的海洋产生了浓厚的兴趣。人类最早 是用树棍、竹竿来测量水深。后来又发展为用绳索来测量水深。葡萄牙人麦 哲伦做出了最早的深海测深报告。当他率领的船队航行到南太平洋的土阿莫 土群岛时，他把拴有坠子的 10 根缆绳（每根约 700 米）接起来探测海深。但 是仍未到底。于是麦哲伦宣称，这里是世界海洋最深的地方。后来调查的结 果，这里的深度有 5000 米。
用缆绳测量海洋深度，测出的数字一般比实际深度大。这是因为装上坠
子的缆绳放进深海后，由于中下层海流的作用，缆绳变成弓形，以致坠子碰 到海底时，所放出的缆绳长度比实际深度大得多。
后来，美国人威克斯船长和丹纳博士又改用铜索作为测量绳。
　　在这期间，还存在着其他的测深方法。比如有一个叫开尔文的人曾经发 明了化学管测深法。原理是这样的，首先，他将一支玻璃管内壁涂上红色的 物质铬酸银，然后用拴有重锤的测量绳带着这支玻璃管沉入海中。入水后， 海水便从开口处涌入管内。海水与管壁的铬酸银发生反应，生成白色颜色的 氧化银。海水越深，压力就越大，进入玻璃管内的海水就越多，从而可以测 得海底的最大水压，然后再根据物理学上的定律、公式，就会很容易地由水 的气压算出海水的深度。
　　但是，在 1920 年以前，也就是距今 70 多年以前，用绳索来测量海深还 是人们经常使用的、主要的探测方法。这种原始的探测手段，直到近几十年 来才被更为科学的方法所替代。

声波探测

在第一次世界大战期间，德国的潜水艇发挥了很大的威力。为了能够探

测到德国潜水艇的位置，英国、法国等国家的科学家们进行了长时间的研究。 法国有一位科学家叫郎之万的，发明了用声波来探测潜水艇的方法。那就是， 向水中发射声波，并检查反射来的声波，这样来捕捉敌人的潜水艇。这种研 究在当时曾经非常活跃。
　　在这种研究的基础上，人们进一步发展了音响测深法，以此来测量海洋 的深度和海底地形。
　　大家都知道，当我们对着山丘或高大建筑物高声喊叫时，声音会在碰到 它们之后反射回来，这就叫做“回声”。而声音在水中传播的性能和速度比 在空气中传播的还要好、还要快。声音在空气中的传播速度是每秒 340 米， 而在 0℃水中是 1500 米。此外声波在水中的衰减比在空气中小，因此，声音 在水中比在空气中传播得更远。
　　声音在水中遇到障碍物之后，也会反射回来。这样，根据声波在水中的 传播速度，只要测出声音从船上发射再反射到船上的时间，就能知道海的深 度。
　　这即是利用“回声”来测量海深的道理。但实际上，问题要比我们想象 的复杂得多。这主要是由于，声波在海水中传播的速度不是固定不变的，它 是随海水温度、盐度和水深的变化而变化的，也就是说，海水下面存在着声 速不同的水层。如在温度为 0℃的海水里，声音每小时可跑 5000 多千米，比 在空气中的传播速度快 4 倍多；在 30℃的海水里，它每小时可以跑 5600 多 千米；在含盐多的水里，声音传播的速度比在含盐少的水中要快。另一方面， 声音在穿过声速不同的水层时，还会产生不同的折射。此外，声音碰到海底 或障碍物也会拐弯，也就是说，声音在水中是沿着一条看不见的声道，弯弯 曲曲前进的。
这样，一种现代化的水声探测技术——声纳问世了。什么是“声纳”呢？
实际上，声纳就是人们利用水声能量进行水下观测和通信的一种仪器。前面 我们已经讲了，声波在海水里并不是直线传播的，不同的水域、不同的水深 以及不同的障碍物或海底地形，都会对声音的传播发生影响。而声纳正是利 用了这一原理，通过回收不同的“回声”来探测海水的不同界面、海洋深度 以及海底地形等。
声纳基本上可以分为两种。第一种可以称为主动声纳。它可以发射声波，
遇到目标时，会产生回声，而声纳里装有能感受声音的装置，这样，声纳就 可接收这种回声，并加以处理，然后在显示器上显示出目标的方位、大小及 形状。有的还能根据回声的大小确定目标的远近。第二种可以称为被动声纳。 这种声纳不能发射声波，它只接收目标发出的噪音，然后加以处理并将结果 显示出来。
　　结果按照声纳安放的位置分，声纳还可以分为舰艇载、飞机载和固定式 三种。
　　近年来，人类又发明了多波束回声测深仪。这种多波束回声测深仪与普 通的声纳测深仪不同，它可以发射多束声波，而其接收装置会把反射回来的 每一束声波都单独地接收下来，经过仪器内部的处理装置就会得出多束声波 所接触的海底深度。这样，再经与之相联的电子计算机进行处理，就可以绘 制出较大区域的海底地形图。
　　随着电子计算机技术的飞速发展，微型计算机的迅速崛起，回声、水声 探测技术现在又进入了微处理机时代。一些国家已开始把微型计算机引入了
　　
水声测深技术之中，实现了水声测深仪中央控制和精细的信息处理。同时， 在水声测深仪终端上不仅采用了屏幕显示器，进行传统的水深曲线的记录， 而且还能够记录测量点编号、测量时间、测量位置等多项参数的情况，实现 了图表注释可以自动打印记录，大大减轻了操作人员和绘图人员的劳动强 度，提高了工作效率。而且这种测量精度高，图像数据记录清晰、可靠、直 观，便于资料存档和查阅，特别适用于港湾、码头、湖泊、水库以及海洋上 航道水深的测量和海图标绘，对于船舶导航，也有很大帮助。
　　总之，海洋探测的“顺风耳”——回声、水声探测技术为海洋事业的开 发，提供了巨大的帮助。“顺风耳”耳听八方，为海洋开发充当着“侦察兵” 的作用??

神奇的观测


　　海洋观测仪器是海洋调查工具，海洋调查是海洋开发和海洋科学研究的 基础。没有高精度、高速稳定可靠的海洋仪器，就不可能为海洋开发和海洋 学研究提供准确的一手材料。因此，海洋观测仪器的现代化受到了人们广泛 的重视。
自从 1950 年以来，航空遥感作为海洋环境调查和海洋开发的有效手段，
开始受到了很多国家的关注，并同卫星、调查船、浮标、潜水器等一起列入 了多数国家的发展规划。
尤其是最近 10 年来，航空海洋遥感技术在世界范围内取得了较大的进
展，并已在气象和海洋领域开始广泛的应用。遥感飞机各种类型，如气象研 究机、海洋学观测机、海洋磁测机、摄影测量机、地质调查机、综合研究机 等等。
在航空海洋遥感的基础上，航天海洋遥感技术在近年来也获得了可喜的
发展，而且其优势和性能远远高于航空海洋遥感，成为海洋调查空间技术的 后起之秀。一般航空遥感飞机的飞行高度在 10 千米左右，一张航空照片覆盖 地面面积只有 10～30 平方千米，探测一遍全球表面需要十几年的时间；而以 人造卫星为观测平台的航天海洋遥感所覆盖的面积可达 3.4 万平方千米，每
18 天就可以覆盖全球一遍，其优越性是显而易见的。
　　以美国 1978 年发射的海洋卫星“西塞—A”号为例，它重 2200 千克，是 由一个 33.3 米长的火箭把它带到 805 千米的高度。它的传感器可以观测海 流、潮汐、波浪、海面温度、风暴、冰况及海岸现象等。这些信息传送到地 面，经过加工处理被人们研究使用。“西塞—A”号卫星工作时间是 1 年，它 每天绕地球 14 圈，它的传感器 6 小时扫描（即探测）一次，扫描的面积包括 世界 95％的海洋。国外认为这颗海洋卫星开创了“海洋科学发展的新纪元”， 揭开了“海洋研究的新的一页”，价值很高。
　　中国在海洋遥感，特别在海洋航空遥感方面也取得了很多成果。自 1970 年以来，中国已能连续发射自己制造的人造卫星，并收回了各种科学数据。 此外，中国还收集了美国陆地卫星 1、2、3 号的卫星图像将近 500 幅，这些 图像包含了中国沿岸和周围海域的丰富信息，反映了沿岸流、泥沙流、河口 冲淡水的路径、变化、扩散范围等海洋特征。航空、航天海洋遥感技术，完 全可以称得上是扫描（探测）万里海区立体画面的“千里眼”，在海洋探测 和海洋调查中发挥着神通广大的积极作用。那么，这个“千里眼”是怎样工
　　
作的呢？原来，卫星和飞机对海洋的观测是通过安装在卫星或飞机上的遥感 仪器来实现的。
　　遥感、遥感仪器又是怎么一回事呢？“遥感”这一新的术语，是美国海 军的一位军官首先提出的。从广义上讲，远距离、不接触探测目标发射的或 反射的某种能量（如电磁波、声波），并能够把探测目标转换成人们容易识 别和分析的图像和信号，从而弄清目标的性质和特点，这个过程，即称为遥 感。遥感的最显著特点是不接触目标和远距离探测。遥感所用的设备和仪器， 称为遥感或遥感仪器、遥感设备。
　　目前遥感器大致有三种分类方法。一种是根据探测的结果来划分，把得 到像照片那样结果的遥感器叫做成像遥感器；把仅通过感觉温度、音响、深 浅等物理量的高低、大小来区分目标的遥感器，称为非成像遥感器。第二种 分类方法是根据遥感器外部发射能量目标进行分类，把能够发射能量并接收 目标反射回波的遥感器，称为主动遥感器；把不发射能量，只接收目标反射 的能量或目标本身辐射的能量遥感器，称为被动遥感器。第三种分类方法是 根据遥感器探测物理量的不同来分类：以探测声音来区分目标的，称为声学 遥感器；以电磁波来区分目标的，称为光电遥感器。
　　那么遥感器又是靠什么来探测目标的呢？对于微波、红外、可见光的遥 感器来说，它们是凭借物体反射和发射的各种电磁波（光也是一种电磁波） 来探测目标的。电磁波是自然界存在的一种物质，是由物质内部电子强烈运 动而产生的。任何温度高于绝对零度（-273℃）的物质，其内部都存在着电 子，而且其内部的电子在运动着，因而该物质都要发射电磁波。
物体温度不同，发射电磁波这种能量的本领也不一样。物体温度越低，
发射电磁波的能量越弱，电磁波的波长越长；物体温度高，并且发射的能量 多，电磁波的波长就越短。另外，物体的化学成分和物理构造不同，反射电 磁波的本领也不一样。
物质物体反射和辐射不同电磁波的本领，叫做目标特征信息，它是识别
有用目标的重要依据。收集和研究物体反射和辐射电磁波随时间、地点和季 节变化，以及电磁波在大气中传播的规律，是遥感技术的一项重要内容。
通过前面的叙述，我们大体上了解了什么是遥感及其相关的知识。现在
让我们看一下“千里眼”是如何扫描万里海区的。 我们已经知道，卫星和飞机对海洋的遥测是通过安装在卫星或飞机上的
遥感器来实现的。
　　一方面，卫星和飞机上的遥感器主动地向海洋发射能量，辐射电磁波， 然后再通过遥感器内部的装置来接收这些目标反射回波，进行处理之后成像 或非成像显示，传向地面。
　　卫星和飞机遥感仪器经过不断完善，已经历了三代技术更新。第一代是 可见光遥感仪器，如光导摄像机等。这种遥感仪器只能在白天工作，黑夜就 变成了瞎子。第二代技术产品是红外线遥感仪器。这种遥感仪器可以使卫星 实现昼夜观测，但每当天空阴云密布或雨雪交加时，红外遥感仪就会受到干 扰。第三代是微波遥感仪，这是新一代的“全天候”遥感仪器。微波是介于 红外波段和无线电波段的电磁波，它不仅可以昼夜工作，而且具有一定的穿 透云层、雨雪和地面植被的能力。目前海洋卫星上试用的遥感仪基本上都是 微波遥感仪。
已经试验使用过的海洋遥感仪器有海洋水色扫描仪、海水温度扫描仪、

机载激光测深仪、图像自动传统系统、高级光导照相机、多光谱海洋环境监 测扫描仪等。
　　海洋卫星的观测本领极高，可以直接对海面温度变化、海冰分布、海上 灾害、天气和海况进行有效的监测，其中对海洋上台风的生成和活动的监测 效果尤为显著。卫星借助遥感器可以精确测量海面的变化、海面起伏和海浪 高度，还可以测出海水表层的流速，可以测量海面风速、海面水温以及海水 和大气中的水汽含量等。海洋卫星所获取的信息量之大是极惊人的，它一天 所获得的海洋情报，相当于 2 万份船舶观测资料。
　　另一方面，卫星和飞机上的遥感器还可以定时地接收放在海洋里的锚系 浮标和漂流浮标所探测到的信息。锚系浮标基本上是位置固定的浮标，大致
有 12 米和 10 米直径的钢质饼型浮标、6 米铝质船型浮标、3 米直径铝质饼浮 标等几种规格。锚系浮标的观测项目和搜集信息的范围有风、气压、气箱、 海面温度等。这些浮标的标体都载有太阳能供电系统。浮标上装置着单根长 索，长索上悬挂着许多小型紧固的传感器。这些传感器的可靠性都很好。
　　锚系浮标中的信息接收机可以接收海水中的传感器所搜集的信息，卫星 或飞机遥感器会定时地接收这些信息，进行处理。现在世界上已有两颗极地 轨道卫星专门来负责接收这些海上指定点的信息情况。这种卫星每 105 分钟 就绕地球一周，轨道高度约 900 千米，能够覆盖全球范围的海域。
漂流浮标主要用于监测飓风和热带气旋、海啸等。除此之外，对海浪、
海温、潮汐、海冰、极冰、赤潮等也都有良好的观测作用。这种浮标重在流 动性，可以在船上或飞机上投放，其工作原理和锚系浮标基本类似。
卫星、飞机遥感器主要是通过上述两方面的渠道来时刻监视海洋的。它
们宛如无数只“千里眼”，时刻不停地洞察、扫描着这无垠的海洋，探测着 这万里海区的最新“敌情”??

水下照相


　　现在让我们把历史的聚光灯扫向 130 多年前。那时，有一位叫汤姆森的 英国人对摄影着了迷，拍摄了大量的照片。后来，他对水下世界也逐渐感兴 趣起来。于是他经常拿着照相机在海滩上游玩，或驾着小船在大海中飘荡。 有一天，他忽然灵机一动，用他的普通照相机摄下了第一张水下照片。从此， 水下摄影成了此后很多人所追求的事业。后来，一位法国潜水员路易·布当 又迷上了水下摄影，并对水下摄影做出了卓越的贡献。这位潜水员花了 8 年 时间，研制出当时世界上第一架水下摄影机。这架摄影机从外观上看，既大 又笨重；摄影机外面罩着一个金属箱作防水外套；前边镶嵌着一块玻璃，镜 头可以通过这里摄影。防水金属箱的里面是一个 9×12 厘米的普通玻璃底板 摄影机。这个法国人身穿潜水服，潜入 水中进行摄影。当时还没有研制出摄 影用的防水表，所以在水下不能掌握准确的曝光时间，还必须在这架摄影机 上系上一条绳子，由水面上的人拉动作为信号来确定曝光时间。这位法国人 就是用这架原始的水下摄影机，拍摄了大量的海蟹、游鱼等多种海洋生物的 照片。但是，由于当时还没有研制出水下摄影用的闪光灯，这些摄影只能安 排在天气晴朗而且较浅的海区进行，只有这样才能保证照相需要的足够的光 线。这样一来，照相的时间和海域都受到了很大限制，为水下照相带来了极 大的不便。这个法国人又经过了不断的实验，终于制造出一种水下闪光灯。
　　
这种水下闪光灯其实就是一个大玻璃球。球里面放上一盏酒精灯和一些镁 粉。大家知道，镁粉遇热燃烧会发出明亮的光来。下水前，只需把酒精灯点 燃，这样酒精灯就会诱燃镁粉发出阵阵明亮的光来，就可以进行水下摄影了。 这个玻璃球和水面上充满空气的大酒桶相连接，可以保证有充分的氧气燃 烧，因而球里面的灯火也就不会窒熄了。遗憾的是，这种水下闪光灯经常发 生爆炸，有时也会伤害一些摄影人员，所以这种方法很快就不使用了。这位 法国人布当仍然继续进行水下摄影照明的研究。最后，他终于制造出一种防 水的弧光灯。用这种弧光灯进行水下摄影，可以在 50 米的海洋深处拍到效果 非常好的照片。这位法国人还专门写了一本介绍水下摄影的专著，为后人留 下了宝贵的资料。
　　继法国人布当之后，进一步发展水下摄影事业的是美国人列·普里也尔， 他为水下摄影机设计了一个不锈钢的外壳，胶片装在一个发条机构上，潜水 时使用这样的摄影机，一次可以连续拍摄 35～36 个镜头。美国电气工程师德 米特里·列比科夫，又研制出一种水下自动摄影机。这种摄影机的外壳像一 个鱼雷，是一个长长的椭圆形；壳体是不锈钢的，浮力为零，不升不降地处 于悬浮状态。壳里面装着摄影机、聚光灯和电池组。壳的外面装上电动螺旋 钉，可以在海中自动前进。壳里面的摄影机也是自动装置的。于是，这种水 下自动摄像机可以穿越海洋中狭小的通道，拍摄下沉船内部和水下岩洞的情 况。后来，人们又经过不断探索，发明了深海摄影机。这种摄影机的原理是 这样的：摄影机上附着一个重物，这块重物携带着照像机迅速下沉，当重物 与海底碰撞时，照像机上的照明灯会自动打开，启动快门，转动胶片，同时 把重物弹射开，这样摄影机又浮上了水下面。这种深海摄影机可以拍摄深海 中的许多景色，可以在几千米的深海中照相。
现在水下摄影机已经十分普及了，而且种类繁多，功能齐全，对焦距、
拨光圈、转底片都可以在水下进行，水下闪光灯也比较完善了。

　潜水技术 古代潜水

　　在科学不发达的古代，辽阔深邃的海洋使人们心中充满了神往和迷惘。 变幻莫测的海上风云，早就引起了人们无限的憧憬和遐想。但那时人类还没 有遨游海洋的能力，只能把美好的愿望编织到神话和传说里去，借以满足人 类的某种希翼和期待。于是就有了海底龙宫、避水珠、宝葫芦、聚宝盆之类 的神奇故事。其中留给我们印象最深刻的大概要算《西游记》中孙悟空大闹 龙宫的故事了。孙悟空靠着一套“避水诀”，在大海里来往自如，几番在龙 宫中冲杀往返，最后从龙王那里借来了“如意金箍棒”。在这里，作者充分 表达了人们渴望到海洋深处去寻珠问宝的心愿。可是，人类要回到祖先的居 住地，却远没有神话中孙悟空那么容易。深深的海水，设置了重重障碍。人 类从开始尝试跨越这些障碍，到可以自如地在水下漫游，经历了几千年漫长 的努力。在潜水史上，中国和外国的潜水技术发展都很缓慢，大体经历了裸 潜、通气管潜水、重潜水、轻潜水、饱和潜水几个阶段。
　　在古代，居住在海边的人们为了捕捞鱼、贝和海产品，常常要赤身、屏 气、不采用任何装具潜入水中，然后回到海面换气休息，这种潜水方法叫做
　　
裸潜。这种方法传至现在，我国南方的沿海渔民仍在使用；另外，这也是一 项潜水体育运动。现在，世界上竞技潜水的最高纪录已经高达 101 米。
　　但是，这种潜水方法由于不能在水下呼吸，因而潜水的时间是有限的。 如何解决人在水中的呼吸问题呢？2000 多年前，人们从多次观察大象过河中 得到了很大的启示。人们发现，大象过河时，整个身体都浸没在水里，唯有 象的鼻子伸出水面，自由地呼吸着新鲜空气。人们从这种现象中得到启示， 于是发明了呼吸管潜水法。

呼吸管潜水


　　最早用的呼吸管是用芦苇制成的。潜水者把呼吸管的一端含在嘴里，另 一端露出水面。这样，潜水者在水下就可以呼吸到新鲜空气了，大大延长了 潜水时间。后来人们又发明了水面通气管式潜水服。这种潜水服用皮带扎紧 在身上，头罩顶部用一根通气管与水面相通。这样，潜水员不但能呼吸到新 鲜空气，潜水员的双手也得到了解放，可以打捞海产品和进行各种水下作业。 除此之外，还用两个动物的膀胱做成浮子浮在水面上，以便和水面上进行联 系。这种方法在 500 年前被广泛地应用。
呼吸管潜水虽然延长了人在水下的停留时间，但另一方面这种方法只适
用于浅水中，有着很大的局限性。这是因为，人在水上呼吸的空气是 1 个大 气压；水下越深，气压越高。每下潜约 2 米，人身上就要多承受 1／10 个大 气压。用呼吸管潜水的潜水员所呼吸到的空气是水面上的 1 个大气压的常压 空气，而身体却处于高压状态；这样潜水越深，人吸入的空气的气压与人身 体实际的受压就越不平衡。所以要想再往深处下潜，就必须让潜水员呼吸到 压缩空气，以保证人的体内外的压力维持平衡。另外，通气管式潜水服头罩 里的二氧化碳的积聚问题也要解决，因为潜水员呼出的二氧化碳不能自我消 散，而二氧化碳气体浓度的增加，会大大缩减潜水员在水下的停留时间。为 了克服这些问题，人们经过反复研究，不断实践，终于又研制出一种新式潜 水装具——潜水服，使潜水技术又上了一个新台阶。

潜水服


　　200 多年前，英国人发明了木制潜水头盔、金属潜水头盔和装甲潜水服， 并在水面上用风箱或手揿式压气机给潜水头盔供给压缩空气。这样一方面解 决了呼吸问题，另一方面也可以不断地自动排出头盔内多余的气体，这就是 最原始的通风式潜水装具。后来，人们又对这种潜水装具进行了某些改进。 在金属头盔上开了一个透明观察窗，把金属头盔和潜水服联接在一起，头盔 里装置排气阀，使得头盔里面的气体保持一定的压力，并可以自动向外排放 一部分呼吸气体，供气也采用了双缸手揿式压气机。潜水服也设计得能够更 好地防水保暖。潜水员身上一般都携带着重物，脚上穿着笨重的金属靴子， 可以帮助下潜；上浮时，潜水服充满了气体，鼓得圆圆的、胖胖的，身后还 拖着两根长尾巴（其中一根是供气软管，一根是信号绳），样子非常滑稽可 笑。潜水员在水下作业时，水面上还会不时冒出串串连珠式的气泡，以至人 们常常称这种潜水员为“冒气的魔鬼”。这种潜水装既大又笨，人们称它为 重潜水装具，相应的潜水方法叫做重潜水。
　　
这种潜水在早期的下潜深度还是有一定局限的。当时它的极限下潜深度
为 60～70 米。为什么会这样呢？这是因为，我们平常所呼吸到的空气实际上 是一种混合气体，其中 78％是氮气，21％是氧气，剩下的 1％是一些杂质、 灰尘、二氧化碳和惰性气体。在一般情况下，这些气体处于 1 个大气压的状 态下。但是前面我们已经知道了，水越深，气压越高；在 60 米以下海水深度 时，潜水员呼吸到的高压空气中，氮气的大气压达到了 5.6 个，氧气则达到
了 1.4 个。高压的氮气会使潜水员发生氮麻醉，思维不连贯，精神恍惚，动 作身不由己；而高压的氧气也会产生氧中毒，出现恶心、耳鸣、眩晕和全身 不适的症状，严重者会呼吸停止以至死亡。鉴于这样，所以当时的潜水深度 都要在 70 米以内。如果再想继续深潜，使用压缩空气是明显不行了，必须另 外寻找一种合适的气体做为呼吸介质。后来，人们在研究中发现了一种叫氦 气的气体。这种气体对人体没有什么不良作用。于是人们在潜水中就使用了 氦—氧—氮或氦—氧人工混和气体。在混合气体中，氮或氧的比例加以人为 控制，以确保它们的含量不至于引起氮麻醉或氧中毒，其余的成分都为氦气。 但是氦气是一种比较昂贵的气体，人们为了有效地和经济地使用氦气，又发 明了一种氦—氧混合气体的喷射再生式潜水装具。这种潜水装具和前面讲到 的通风式潜水装具差不多，不同的是在头盔里安装了呼吸气体再生装置，当 高压的氦—氧混合气体喷进头盔时，通过一个诱导装置使头盔内气体形成自 身循环；呼出的二氧化碳经过吸收器时，被化学药品吸收，气体得到了净化， 可以再循环使用。毫无疑问，我们已经清楚地看到，这种潜水装具已经突破 了早期潜水受到的深度限制，现在可以自如地下潜到 200 米左右了。
在这里，我们还有必要了解一下潜水员的克星——减压病的情况。减压
病是潜水员最容易得的职业病。潜水员为什么会容易得减压病呢？减压病是 怎么一回事呢？是否可以防止减压病呢？首先，潜水员在水下呼吸的是高压 气体，这些气体在进入人体后会发生不同的反应。进入血液中的氧气在帮助 机体新陈代谢时也就同时消耗掉了；而进入血液和机体组织里的氮气或氦气 是不消耗的。在高压状态下，它们大量溶解在血液和机体组织里。如果潜水 结束时，潜水员突然减压，人的机体组织、血液里的氮或氦气不能马上释放 出来，就会出现像开汽水瓶一样的情况，大量的气泡残留在体内，这样不可 避免地容易造成血管堵塞、关节疼痛、瘫痪以致死亡。这种现象就叫做减压 病。不过减压病不是不可避免的。潜水员在上升过程中要根据减压表或医护 人员的规定和安排，在某些深度上停留一段时间，逐渐减压，以保证体内的 气体慢慢析出，最后返回水面。

轻装潜水


　　我们在前面叙述了裸潜、呼吸管潜水和重潜水。采用这些潜水方法，尤 其是重潜水，潜水员已经能够在较深的海下自由地遨游了。但是这些潜水方 法还不能使人完全像游鱼那样在水下自由地行动。即使是水平较高的重潜 水，人的后面也还是甩不掉两根长尾巴。人类怎样才能摆脱这些束缚，轻松 自在地在水下活动呢？科学家们一直没有停止对这些问题的探索。40 多年 前，一位法国海洋学家创造了自动供气的水下呼吸器，人们称之为“水肺”。 这种水肺主要是由呼吸面罩、呼吸囊、二氧化碳吸收器、阀门、管道及高压 气瓶组成。潜水员潜水时，把高压气瓶背在身后就可以供气了。附属的设备
　　
有潜水服、脚蹼等。这种潜水方法称为轻潜水，也叫自携式潜水。今天我们 比较常用的潜水技术就是轻潜水。
　　现在世界上又出现了“电子肺”，这是一种新型的水下呼吸器，它是用 微型计算机来控制的。它可以随着下潜深度的变化，自动控制人工混合气体 的成分，来适应人体在不同深度下的生理要求。
　　潜水员用的加温器，现在也已达到了较高的水平。大家知道，在冷水下 面进行作业的潜水员是需要不断供暖的。开始只是尝试着把潜水服设计得防 水保暖性能好一些，但这只适用于水温不太冷的海域或海层。一旦在较冷的 水域工作，没有供暖设施就显得捉襟见肘了。它外形像个小桶，里面有一层 氧化铝和钼的催化剂。它的工作原理大致如下：将燃烧的氢气流（燃烧起来 不带烟）通过喷射器压入催化剂层，使之发生反应产生热量，并借助水衬衫 回收热量，再将变热的水用压缩机从水衬衫里送到潜水员的衣服里。这样， 加温器里面形成了一个循环系统，可以自动地不断地为潜水员供暖。人类的 探索仍在继续，像游鱼那样自由地在水下呼吸、遨游的愿望也日益变得强烈 起来。当前人工鳃已处于研究阶段。这是一种特殊的薄膜，能通过溶解在水 中的氧而不让水通过。有了它，潜水员就可以像鱼一样，直接呼吸来自水中 的空气，不必再携带复杂而笨重的水下呼吸器了。

饱和潜水


　　饱和潜水是人类对于潜水技术的又一个突破。在饱和潜水发现之前，人 们虽然掌握了足够的潜水技术，却仍然只是海底的匆匆过客。每个潜水员进 行一次潜水后，要花费大量的时间进行减压，这大大影响了工作效率。40 年 前，美国的一位乡村医生经过和同事们反复试验，获得了一个惊人的发现。 人如果在高压下逗留到一定时间，其血液组织里渗入的气体就会达到饱和程 度。从这一程度起，只要压力不变，即使再增加停留的时间，血液和组织里 的气体含量也不会改变。这就像一只盛满了水的杯子，它的含量达到了极限， 再加一滴也是不行的，无论把水龙头再开多长时间，效果总是一样的。根据 这一发现，潜水员在海洋的某个深度工作一段时间后，不必匆忙回到海面上 来减压，他可以继续在海中呆下去，直到工作干完后再返回海面，进行一次 减压就行了。这种潜水方法，就叫做“饱和潜水”。饱和潜水使潜水作业时 间大大增加了，潜水工作效率也得到了很大提高。饱和潜水的作业系统主要 有下列三种类型：甲板加压舱系统、水下居住舱系统和出入式深潜器系统， 它们都可以把潜水员送到海中进行长时间的工作。
　　甲板加压舱系统主要由潜水工作船、甲板加压舱、潜水钟等组成。潜水 员在甲板加压舱内加压或等候，工作时用潜水钟送到水下，再出钟作业。
水下居住舱系统由潜水工作船和水下居住舱等组成。 出入式深潜器系统由潜水工作船、出入式深潜器及大吊等组成。 在这里还应说明的是，随着饱和潜水技术的发展，各种深潜器相继问世。
这实际上是潜水的进一步延伸，也是潜水技术的一次革命。最近，微型单人 深潜器又试潜成功，这是当今深潜技术的最新发明。微型单人深潜器是一位 英国工程师设计制造的。深潜器的主体部分是由两个透明的丙稀塑料半球组 成的密封舱，附带着小巧的高能蓄电池箱和两只机械手。整个深潜器看起来 好像儿童游乐场里的游艺机。它装有 4 只小型电动机，4 个螺旋桨控制着它