Chapter07《海洋科學(xué)》通識-海洋資源化學(xué)

印春生海洋資源化學(xué)MarineResourcechemistrychunshengyin@《海洋科學(xué)》通識上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院18個討論主題：1）本課程的期末登錄成績?yōu)橹黝}報告60%+期末卷面考試40%2）主題報告（從18個討論主題中任選1個自己感興趣的），通過文獻(xiàn)查閱等撰寫3000字以內(nèi)的報告。報告（紙質(zhì)或電子稿均可）必須在6月15日之前交到海洋學(xué)院A236室王凱老師處（Tel：61900396，Email：kwang@），報告若有雷同或部分雷同以先提交者為原作，后交者為抄襲、記零分。3）期末卷面考試為閉卷考，考題形式為多選題。4）請告知學(xué)生，6月7日或6月14日有目標(biāo)達(dá)成度調(diào)查和問卷調(diào)查，務(wù)請學(xué)生全部出席。第七章海洋資源化學(xué)可燃冰：未來世界的能源什么是海洋資源？包括哪些類別？什么是海洋資源化學(xué)？海洋資源化學(xué)是干什么的？海洋資源化學(xué)的遠(yuǎn)景知識點(diǎn)：海洋資源化學(xué)、可燃冰、多金屬結(jié)核可燃冰是什么/v/b/101582873-3272069103.html視頻：我國在南海調(diào)查可燃冰資源明年將開鉆/p/news/c/v/2012-05-27/184961759621.html百慕大魔鬼三角原是可燃冰惹的禍/u59/v_OTA0NjIwMjQ.html上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海底可燃冰可燃冰分子結(jié)構(gòu)可燃冰分布蛟龍?zhí)柌杉扇急鶚颖究扇急菏澜缥磥淼哪茉瓷虾：Ｑ蟠髮W(xué)海洋科學(xué)學(xué)院可燃冰發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)30年代初，人們開始注意到天然氣輸氣管線中形成的可燃冰。因?yàn)樗衔镌斐傻奶烊粴廨敋夤艿蓝氯麊栴}給天然氣工業(yè)帶來諸多麻煩。1934年，前蘇聯(lián)在西伯利亞地區(qū)被堵塞的天然氣輸氣管道里首先發(fā)現(xiàn)了天然氣水合物。同年，美國學(xué)者Hammerschmidt發(fā)表了水合物造成天然氣輸氣管線堵塞的有關(guān)數(shù)據(jù)，人們開始更加詳細(xì)地研究天然氣水合物和它的性質(zhì)。飯店中實(shí)用的固體燃料是什么？上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院神奇的可燃冰（定義）嚴(yán)格地說，可燃冰應(yīng)叫做“天然氣水合物”。它是由天然氣甲烷（或乙烷）和水分子組成。在此類“冰”的內(nèi)部，由水分子結(jié)晶成多面體形態(tài)，就象蟋蟀籠那樣。每個籠子都有空腔，甲烷分子就被鎖在其中。水和氣十分投緣，如果拿走了氣體分子，水“籠”就會垮臺，水和氣相依為命、缺一不可。水氣比例是多少？上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院神奇的可燃冰（定義）天然氣水合物又稱“可燃冰”。冰是固態(tài)的水，怎么可能燃燒呢？但在自然界卻真的存在著可以燃燒的冰。它非但滅不了火，而且還是危險的“火種”。1974年，在海洋石油鉆探時，人們首次提取到這種“冰芯”，并且意外地點(diǎn)著了它。以后在鉆探中常有可燃冰氣爆和火災(zāi)事故發(fā)生。通過調(diào)查，在大陸邊緣、深海區(qū)以及冰雪凍土帶都不斷發(fā)現(xiàn)了此類“可燃冰”。天然氣水合物可以人工合成嗎？上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院可燃冰的組成可燃冰可用通式M·nH2O來表示，M代表水合物中的氣體分子，n為水合指數(shù)（也就是水分子數(shù)）。現(xiàn)在已經(jīng)清楚——組成天然氣的成分如CH4、C2H6、C3H8、C4H10等同系物以及CO2、N2、H2S等可形成單種或多種天然氣水合物。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院可燃冰分子結(jié)構(gòu)籠狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于蟋蟀籠甲烷分子與水分子相互依存、相伴而生上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院燃燒的天然氣水合物/pages/resource/res_2_burning.html上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的特點(diǎn)可燃冰不僅可燃，而且具有極高的熱值。一旦可燃冰融化為水，氣體就全部釋放出來。據(jù)測試，1立方米可燃冰可以釋放出0.81立方米的水和164立方米的天然氣。此類甲烷的能效是煤的10倍，常規(guī)天然氣的2-5倍。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的成因可燃冰是天然氣分子（烷類）被包進(jìn)水分子中，在海底低溫與壓力下結(jié)晶形成的。形成可燃冰有三個基本條件：溫度、壓力和原材料。首先，可燃冰可在0℃以上生成，但超過20℃便會分解。而海底溫度一般保持在2~4℃左右；其次，可燃冰在0℃時，只需30個大氣壓即可生成，而以海洋的深度，30個大氣壓很容易保證，并且氣壓越大，水合物就越不容易分解。那么CH4是從哪里來的？氣水化合物的甲烷主要由缺氧環(huán)境下有機(jī)物質(zhì)的細(xì)菌分解，一般認(rèn)為是從微生物產(chǎn)生的甲烷環(huán)境中原處形成。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的分布可燃冰是在地下低溫、高壓條件下形成的，最佳溫度為0－10℃、壓力大于100個大氣壓。它生成于富含有機(jī)質(zhì)的沉積物內(nèi)，特別是在石油、天然氣藏的周圍。從目前調(diào)查來看，可燃冰遍布全球，無論是高原冰雪、永久凍土、兩極冰蓋，還是大陸架邊緣、大陸坡和深海區(qū)都有可燃冰的蹤跡。其分布的海域估計(jì)可占大洋面積的10％。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的分布

已獲取天然氣水合物樣品的地區(qū)；基于鉆井或地震剖面分析估計(jì)存在天然氣水合物的地區(qū)；

俄羅斯凍土地帶蘊(yùn)藏天然氣水合物的可能范圍。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的儲量估算全球可燃冰的蘊(yùn)藏量極為可觀。據(jù)測算，在全球有機(jī)碳總含量中，可燃冰竟超過50%，總儲量達(dá)10萬億噸，竟是全球煤、石油和天然氣總和的2-3倍?？扇急腥绱梭@人的蘊(yùn)藏量，給人類帶來了莫大的希望。顯然，這應(yīng)該是21世紀(jì)潛在的新能源。據(jù)估計(jì)，已經(jīng)探明的儲量可供人類使用1000年！上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的儲量估算上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的儲量估算上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的環(huán)境效應(yīng)如果真要將可燃冰作為資源來開發(fā)，目前還存在不少難題。因?yàn)榭扇急坏┟撾x地下低溫、高壓環(huán)境，會突然釋放氣體而引發(fā)氣爆或燃燒；而融化出來的水又會使沉積物突然“液化”變成泥漿，引發(fā)海底開采區(qū)的崩塌或滑坡事件。如果一旦失控，甲烷會大量釋放進(jìn)入大氣，這將嚴(yán)重助長全球變暖的趨勢。因?yàn)榧淄橐彩腔钚詷O強(qiáng)的溫室氣體，其影響效應(yīng)是二氧化碳的20倍。有人甚至認(rèn)為近20年來的全球變暖很可能與此類甲烷的釋放有密切聯(lián)系。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的環(huán)境效應(yīng)——水合物釋出上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的環(huán)境效應(yīng)——海底滑坡天然氣水合物在低溫高壓環(huán)境下是穩(wěn)定的，溫壓的變化會導(dǎo)致大量氣體的釋放，從而引起滑坡等海底重大災(zāi)害。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院“可燃冰”的環(huán)境效應(yīng)——?dú)夂蛐?yīng)冰期旋回中總是變冷慢而變熱快，其原因很可能就在于天然氣水合物的釋出，使氣候突然變暖，因?yàn)榧淄榈臏厥倚?yīng)是二氧化碳的十倍。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋資源及其分類海洋資源狹義：與海水水體本身有直接關(guān)系的物質(zhì)和能量。廣義：凡是可以創(chuàng)造財(cái)富的物資、能量以及設(shè)施和活動。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院1、按資源有無生命分類

（1）生物資源：海洋中的一切動植物（即食物資源）。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院1、按資源有無生命分類

（2）非生物資源：無生命的礦物、化學(xué)元素、能量。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院2、按資源來源分類（能量）（1）太陽輻射（第一類資源）：海底石油、天然氣、海水中波浪、海流、溫差、壓力差以及各種生物都直接或間接地吸收并利用太陽的輻射，都是太陽能的不同轉(zhuǎn)換方式和貯存形式。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院2、按資源來源分類（能量）（2）地球本身貯藏（第二類資源）：海水溶解的各種化學(xué)元素或海底沉積的一部分礦藏。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院2、按資源來源分類（能量）（3）地球與其他天體相互作用產(chǎn)生（第三類資源）：海洋中的潮汐或潮流。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院3、按資源能否恢復(fù)分類（1）再生性：

海洋中動植物、海水、波浪、潮汐、潮流、溫差。取之不盡，用之不竭。（2）非再生性：

在漫長地質(zhì)歷史時期形成的海底石油、天然氣及其他礦產(chǎn)資源。開發(fā)一些就少一些。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院4、按資源的可提取性分類（1）可提取：

生物、礦產(chǎn)、化學(xué)資源，可直接為人類所利用。（2）不可提取：

波浪、潮汐、海流、溫差，不能直接利用，需轉(zhuǎn)化成另一種形式。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院5、按資源的屬性分類（1）海洋生物資源：海洋中一切有生命的動植物。（2）海底礦產(chǎn)資源：被海水覆蓋于海底的各種礦物物質(zhì)。（3）海水化學(xué)資源：溶解于海水中的一切化學(xué)元素。（4）海洋動力資源：按物質(zhì)運(yùn)動所產(chǎn)生的能量。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋資源化學(xué)海洋資源化學(xué)海洋資源化學(xué)是運(yùn)用化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)的基本原理，研究海洋中水圈、生物圈和沉積圈中作為資源元素開發(fā)利用中的有關(guān)問題。即：化學(xué)資源的分布、分離、富集（濃縮）、提取方法和技術(shù)以及與之有關(guān)的、在開發(fā)利用中的物理化學(xué)性質(zhì)等問題。廣義：海洋資源化學(xué)研究包括海洋中所有化學(xué)資源的提取和開發(fā)利用。一門應(yīng)用性較強(qiáng)的基礎(chǔ)性學(xué)科。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海水中化學(xué)物質(zhì)上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋資源化學(xué)海洋中元素或鹽類對提供人類能源和發(fā)展近代農(nóng)業(yè)等方面潛在的重大戰(zhàn)略意義。如：

鈾：海洋中儲量約＝42億噸，比陸地多2000倍。

鋰和氚：海洋中分別2500億噸和23.7億噸。

鉀：海洋中儲量500億噸以上。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋資源化學(xué)海洋沉積物產(chǎn)生的多金屬結(jié)核和熱液礦床：多金屬結(jié)核和熱液礦床儲量巨大擁有較高品質(zhì)Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Zn，Ag特別Cu，Co，Ni，Zn和Ag有經(jīng)濟(jì)價值。新的多金屬結(jié)核——富鈷多金屬結(jié)核（富含鈷和鉑）。上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院本章思考題1．什么是