二、海洋与环境科学技术

1、海洋科学技术

在人类赖以生存和发展的宇宙幸运之舟——地球上，陆地面积仅占总面积的29％，而海洋则占到71％。

海洋可以为人类提供食物、能源、矿物、水源、化工原料乃至于广阔的空间，当今社会所面临的一切严重问题，几乎都可以从海洋中找到出路。人类要维持自身的生存与发展，在现实的条件下，充分利用地球上这块最后的资源丰富的宝地，是最为切实可行的途径。因此，海洋科学技术目前已成为世界各国争先发展的高科技领域，在21世纪必将成为人类最为重要的、支柱性的高科技之一。

1)海洋牧场化技术

所谓海洋牧场化，就是采用人工繁殖的鱼苗种，在人为舒适的环境中，经过中间培育，待鱼苗身体强壮时再放到海中养殖；幼鱼通过摄食海水中的天然饵料生长发育，最大限度地利用海水中的初级生产力——海洋浮游植物，最后，科学合理地进行捕捞。海洋牧场化技术，充分体现出现代高科技的综合性。建设海洋牧场，首先要考虑环境的控制。现有的技术是采用喷流系统、海底潜流、人工涌升流和水泵提水等控制海水中营养盐的含量，调节水温，减少水体中的有机质和病菌：用太阳光集光装置和人工养殖方法，增加海水中海藻的数量，改善水环境和为幼鱼提供饵料。

2)海水淡化技术

蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据设备及具体流程的不同，蒸馏法又分为太阳能蒸馏法、立式长管蒸馏法、蒸汽压缩蒸留法、多极闪急蒸馏法等。此外，以上方法的组合也日益受到重视。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，海水中的阴阳离子分别透过阳膜与阴膜，

从而使一隔室海水被淡化，而相邻隔室海水被浓缩，淡水与浓缩水得以分离。用电涌渗析法水不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。

反渗透法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开方法。

反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1／2，蒸馏法的1／40。

3)海洋矿产开发技术

海洋矿产资源勘探开发技术，特别是深海矿产资源勘探开发技术，是一项高技术密集型产业，涉及到地质、海洋、气象、机械、电子、航海、采矿、运输、冶金、化工、海洋工程等许多学科和工业部门。

(1)海洋石油、天然气的勘探与开采。

海洋石油、天然气，是指蕴藏在海底地层中的石油与天然气。海底油气的勘探阶段，要经过地质调查、地球物理勘探、钻探三个步骤。地质调查是指在沿岸地质构造带调查分析的基础上，用回声测探仪或航空拍照的资料来研究海底地质、地形的特点。完成地质调查后，就要对可能形成储油构造的海区进行地球物理勘探。这是寻找海底石油最基本的方法，主要包括重力、磁力、人工地震等勘探方式。地球物理勘探的结果只是理论上说明海底储油构造的存在与否，至于海底是否有石油，还要取决于最后一步——钻探。分析钻探取得的岩芯，就可以得出油层的变化规律、性质以及分布情况，从而完成勘探阶段的使命而进入开采阶段。

(2)大洋锰结核的调查与开采。

大洋锰结核又称大洋多金属结核，呈结核状，成分以锰为主，且富含多种其他有色金属，如镍、铜、钴等，总组成元素多达近80种。预计21世纪，大洋锰结核将成为世界重要的有色金属来源。

大洋锰结核的开采技术，目前比较成熟、可行的有水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术两种。水力提升采矿技术是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的。这种技术在80年代中期就已达到日产500吨的采矿能力。空气提升式采矿技术与水力提升式采矿技术大体相同，区别仅在于船上用大功率高压气泵代替水泵。这种技术的优势是能在水深超过5000米的海区作业，目前已具有日采300吨锰结核的采矿能力。

2、环境科学技术

1)重建的尝试：从认识污染到治理污染

要解决面临的环境危机，人类首先得弄清楚环境问题的由来及环境污染的实质，生态学和地球化学的研究为此提供了基础。

一般地，生态系统内部的能量流动是单向不可逆的，从低营养级流向高营养级。由于能量在营养级间和各营养级内的耗损，大约只有10％的能量能够从上一营养级流到下一营养级。

物质的代谢过程则与能量的流动有较大的区别，从整个生物圈来说，物质的代谢是一个闭合的循环，大体沿着非生物一生物一非生物的路径周而复始，不同的物质元素代谢的过程又千差万别，诸如气候、地质、生物等各种条件都影响到物质代谢的周期。

在一个成熟的生态系统内部，存在着自我调节的机制。正常情况下，能量和物质的流动保持着动态的平衡，虽然有起伏波动，但不致破坏系统的稳定。一旦外界的干扰(自然灾害或是人为因素)破坏了生态系统的自我调节，能量或是物质代谢出现障碍，就出现了环境问题。

找到环境问题的症结不是环境科学的最终目的，治理污染、改善我们的生存环境才是根本。按照一般的划分，环境污染分为大气污染、水污染、固体废弃物污染等。汽车尾气是大气污染的重要来源。目前，在汽车上安装电控喷嘴和新一代的催化转换装置以提高发动机的效率和减少尾气中的致酸雨成分，以达到控制污染的目的。美、日、德则相继研制出新一代“零排放”的汽车，这种汽车的尾气中不含或含有微量的有害成分，但如何降低成本，实现规模化生产是一难题。城镇居民使用煤取暖做饭是造成我国大气质量不断下降的主要原因之一，采用天然气液化技术，推广天然气的覆盖率是改善大气质量的重要举措。在污水的处理方面，有物理、化学和生物三种方法。固体废弃物即是垃圾又是另一危害环境的罪魁祸首。利用垃圾制作建筑材料已经得到实现，在德国甚至利用垃圾来发电。如何使垃圾得到再生利用是一个重要的研究课题，目前，许多国家都很重视。

2)可持续发展：社会发展的必由之路

可持续发展不是一门学科，而是一项庞大的系统工程，但因可持续发展理论的提出源于环境保护的思想，其宗旨在于从根本上改变社会发展与环境保护方之间的对立，因此认为可持续发展即是广义的环境科学并不为过。

按照世界环境和发展委员会(WECD)的定义，可持续发展是“既满足当代人又不危及后代满足其需要的发展”。这个定义虽然很简洁却有着深刻的内涵，是一个涉及经济、社会文化、技术与自然环境的综合概念。它包括三个方面：自然资源与生态环境的可持续发展、经济的可持续发展、社会的可持续发展。因此可持续发展不仅涵盖了原有的环境科学研究的范围，更从社会的经济、文化、伦理道德、法制等方面来分析和解决环境问题，力图在保护环境与促进社会发展之间找到最优的结合点。

可持续发展将环境保护的事业纳入整个社会，而不是孤立地依靠企业和某些职能机构。可持续发展认为，环境污染是一个涉及到全人类社会的问题，它的解决不是单纯的技术上的问题，如果没有公众的参与，环境保护只能是一句空洞的口号。因此，建立新的伦理道德观念取代现有的“人类中心主义”，唤醒公众的环境意识是可持续发展的主要研究课题，也是原有的环境科学最为忽略的问题。

可持续发展的思想为人们通向新的世纪指明了方向。人类的生死存亡完全取决于能否在这个方向上找到出口。