中华学生百科全书-第140部分

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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

的前进、后退、上升、下潜。球形舱里没有复杂的仪表，只有一张舒适的沙
发椅，所有的操纵机关都装在沙发扶手上。球形舱有　5　英寸厚的坚固外壳，
配有艇上照明灯，有和岸上进行通话联系的无线电通讯系统。人们又称微型
单人深潜器为“深海旅游者”。目前，它的潜水深度已达到　1100　米。它的两
只机械手能从海底抓起　200　磅的重物。机械手的“手指”上装有灵敏度很高
的触觉传感器，抓住物体以后，传感器能把所抓住物体的硬度和质地、抓握
的松紧程度通过声音报告给舱里的工作人员。这种具有人工触觉的出色机械
手为采集深海生物标本、矿物标本提供了很大的方便。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　海洋机器人
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　神奇而玄妙的大海，有时水光潋艳，旖旎多姿，但转瞬之间也可能浊浪
排空，惊涛拍岸，肆虐的大海会严重威胁潜水人员的生命安全。此外，恶劣
的海洋环境，复杂的海况也对潜水人员设下了重重险阻。所以人类十分盼望
海洋机器人问世，期待着海洋机器人去攻占海底龙宫的每一个角落。现代科
学的发展，已经使制造机器人的理想变成了现实。
　　　　世界上第一个设有通讯系链、能够独立工作的海底机器人“逆戟鲸”号
是美国研制的。它有　5　台微处理机，有着装有　5000　张胶片的自动摄像机，有
着非常完善的声纳装置声脉冲发送器、频闪器以及传感器等设施。这架机器
人重　2．9　吨。它不需要海面工作人员“指导”其行动，但是如果遇到障碍物、
摄像机失灵或电路中断等情况发生时，它还得与海面联系，因此，这架机器
人在水下工作时每隔　10　秒钟就向工作船报告一次它的行踪及工作状态。这些
报告都在工作船的示波器上显示出来，工作船上的人员可随时了解机器人工
作的深度、方向、水温及发动机工作状况，必要时，工作船还可以发出控制
指令，例如发动机、摄像机和录音机的关闭、镇重块的释放等。
　　　　这架机器人虽诞生不久，却立下了赫赫战功。它潜水达　130　多次，最深
处到达海底　5300　米；曾在几百平方英里的太平洋洋底遨游揽胜，拍下了那里
的全部海底地形图；它也曾探察过意大利海岸附近的海底火山的概貌；连沉
在　9000　英尺深处的一只可口可乐罐头盒子都没有逃出它的火眼金睛。
　　　　现在，日本又出现了海洋气象观测机器人。海洋观测机器人系统由海上
浮标气象观测站和地面无线电接收中心组成。它能够在环境十分恶劣的大洋
上全年实施无人化作业，并及时向地面通报观测和搜集到的气象数据资料。
机器人的浮筒部分为钢质，直径达　10　米；立于浮筒中央的塔杆高出海面　7
米多；塔杆上装有气象观测器。这种机器人可用测链、钢缆和重达　500　多千
克的铁锚牢牢地系留在水深数千米的海洋上。它的电源由空气湿电池和强碱
蓄电池联合提供。这种机器人每三小时自动通报一次观测情况。观测的主要
项目有风向、风速、气压、气温、日照量、水温（分水深　3　米、20　米、50
米三种）、含盐量、流向、流速和波浪等。它先把观测到的气象和海况资料
转换为数字，而后通过无线电装置自动播发出去。机器人发出的电波，由设
在地面的无线电接收中心接收，然后再输入信息转换系统通报给有关部门。
　　　　日本又在继续研制一种根据指令可在海上自行移动的浮游气象观测机器
人，以便更加全面地搜集海洋的各种气象和海况资料。
　　　　海洋机器人是从海洋深潜器发展而来的。海洋深潜器到目前为止大致经
历了　5　个阶段，其中前　4　个阶段都是载人的。第五代深潜器是无人深潜器，

多数是系缆的，少数是无缆的，都由水面工作母船来遥控。第五代深潜器实
际上已经进入了海洋机器人阶段。海洋机器人也分为缆控海洋机器人和无缆
遥控海洋机器人两种类型。至于怎样对海洋机器人更好地进行水下遥控，现
在还有许多问题等待人们去研究。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　开发海洋
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　向海洋要石油
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　我们已经知道，石油是重要的海洋资源，它不仅蕴藏在大陆架，还蕴藏
在海洋深处。
　　　　在高科技的今天，人们运用海洋工程技术，把海洋石油开采出来，是刻
不容缓的事情。
　　　　开采海洋石油，早期是采用固定式的钻探平台，现在发展为移动式平台。
　　　　移动式平台有三种，1953　年开始使用的是自升式钻探平台。自升式平
台，我们在电影中、在图片中经常见到。它像一只庞大的桌子，“桌腿”是
一组钢柱，在拖航时，把“腿”提升，到作业区时，放下柱腿，插进海底，
任凭风浪起，“我自岿然不动”。然后，根据需要，升降钢柱，使平台升高
到波浪打不到的高度。在平台中央安装有钻探机，石油工人在平台上进行操
作。
　　　　钻探机有一个长长的钻杆，在它的下端装有一个能转动钢齿的钻头，钻
杆转动时带动钻头旋转，钻入地下，凿穿岩　41　在高科技的今天，人们运用海
洋工程技术，把海洋石油开采出来，是刻不容缓的事情。
　　　　开采海洋石油，早期是采用固定式钻探平台，石，一直钻到油层。随着
钻孔的加深，可接长钻杆。油井钻成后，把油管装入孔内，石油就会沿油管
流出，再通过输油管道流进贮油罐。开始，石油在周围天然气和水的压力下
自动从井里喷出，过一段时间后，就必须用泵抽取。自升式钻探平台主要是
在　90　米左右水深的大陆架使用。
　　　　半潜式平台是专为开发较深水域海底石油而设计的。它没有“腿”，是
由甲板和浮筒连接组成，拖航时，浮筒浮在水面，到作业地点后，使甲板往
水中沉到规定的深处，这样就可以钻探了。第一艘半潜式平台叫“蓝水”号，
是　1960　年下水的。
　　　　半潜式钻探平台可在超过　300　米水深的海域工作。为了在更深的海底开
采石油，现在使用一种钻井船。钻井船能像船一样航行在海上，作业时用锚
泊固定，钻机安装在船的中央。因为钻井船是用锚固定，所以稳定性较差。
为了防止船由于潮流和海流的影响，偏离作业点，在船上安装了电脑控制装
置和可用　360°转动的推进器，使船随时稳定在作业区。
　　　　钻井船曾在水深　7000　米的海底钻过井。
　　　　1973　年　3　月　27　日，在英国北海海面上，“杰兰”号石油钻井平台日间
作业已结束，人们正在电影厅里悠然地看电影。
　　　　突然，海面上，狂风骤起，掀起　7　米多高的巨浪，冲击着石油钻井平台。
　　　　当时，人们并不担忧，因为“杰兰”号的台墩和浮筒都很坚实，不怕狂
风巨浪的威胁。
　　　　突然，巨大的石油平台震颤了一下，接着，又是一阵震颤，随着就是一

声巨响，电影厅一下子倾斜　40　度，座椅都向一边滚去。这一切来得太突然，
人们还没有清醒过来，“杰兰”号石油平台倾翻在海中了。
　　　　这是怎么回事？后来，经专家分析，平台的倾翻不是它挺不住狂风巨浪，
而是由于海洋金属腐蚀引起的。原来，为了在一根横梁上固定一台定位的电
子装置，工人曾在横梁上面钻了一个小洞，由于海水长久腐蚀，小洞扩大成
一条　27　厘米长的裂缝，造成平台倾翻在海浪中。
　　　　由此可见，海里金属腐蚀和海面上常见的狂风巨浪、急流冲击，常常会
给石油钻井平台和钻井船带来严重的后果，因此，科学家正在试验海底石油
钻井的新技术。
　　　　海面的波浪强度大，随着深度增加，波浪强度会迅速减小。在一二百米
深的海底，基本上没有波浪的冲击，所以，科学家们把原来安装在平台上的
井口装置放到海底去，这样，既可以去掉复杂的海上平台设施，又十分安全。
石油工人可乘小型潜艇下海，通过遥控装置操纵海底采油装置和阀门、管道
等。开采出来的石油，由管道送到停泊在海面上的浮筒内，再送上油轮，运
回陆地。
　　　　开采天然气，通常是用管道输往陆地。新技术是使天然气在海上就地转
换成液化天然气，然后再往外运输，这样，开采设备规模小、成本低。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　向海洋要淡水
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　大概在地球上没有一个人会不熟悉水。生命离不开水，人体含有水约占
体重的　2／3。一个人的生命，每天起码需用　2　升水来维持，工农业生产离不
开水，庄稼成长要靠水来浇灌。生产　1　千克猪肉，要用　4500～8500　升水，造
一辆汽车要用　5000　升水，全世界一昼夜耗水量是　70　亿吨。
　　　　人类生活和工农业生产需要的水是淡水，可是，占地球表面　71％的水
中，97．2％是海洋中的水，实际上能利用的淡水，只占世界水总量的　0．63％。
随着世界人口的增加和生活水平的提高，随着工农业生产的发展，世界淡水
用量正以每年　4％的速度急剧地增加。据统计，近　20　年来，世界不少地区供
水不足，目前估计有　12　亿人口缺水。这样发展下去，到　2000　年，世界供水
将不及需要量的一半，人类社会将出现水危机。
　　　　这怎么办？唯一的办法是向海洋要水。
　　　　可是，海水平均含有　3．5％的盐份，不能使用。人喝了海水，会渴上加
渴，引起机体脱水。用海水浇灌农作物，农作物会“腌死”。有些靠海的浅
滩地常由于海水的浸渍而变成盐碱地，几乎寸草不长。在工业上也不能用海
水，因为海水含有大量的矿物盐类，不合纯度要求，如果用来烧锅炉，会生
成厚厚的锅垢，损坏锅炉。
　　　　这该怎么办呢？办法是使海水淡化，把海水中的盐份与水分开。
　　　　蒸发法是海水淡化最简单的方法，就是将海水加热蒸发，再将水蒸气冷
却，提取淡水。太阳能蒸馏淡化装置就是使用这种方法。
　　　　太阳能蒸馏淡化装置，像一座座矮小的房子，屋顶用玻璃或透明塑料板
组成，可以使阳光透过，照射在海水上。海水变热蒸发，水蒸气上升后，碰
到玻璃会凝结成水滴，收集到两旁的淡水槽中。
　　　　蒸发法还有许多种，目前世界　90％的海水淡化装置是由多级闪急蒸发法
生产的。闪急蒸发法是给加热了的海水施加高压，然后突然降压，使水在瞬

间蒸发的方法。所谓多级就是把许多蒸馏器串联起来，让压力下降几次使水
蒸发。
　　　　《旧约圣经》里有这样一段记载：先知摩西带领以色列人从红海走到阿
拉伯一个叫书珥的旷野，在旷野里走了三天都找不到水。后来，到了一个叫
玛拉的地方，那儿的水苦也不能喝，大家都向摩西抱怨道：“我们喝什么呢？”
摩西向天主呼求，天主让他看到一颗树，他把这树丢在水中，水就变甜了。
　　　　离子交换树脂，我们对它已不太陌生，它就是科学家手中的“摩西神树”，
用它放在海水中，它可以像海绵吸水那样，吸附出海水中的盐份，使海水变
成淡水。
　　　　用离子交换树脂使海水淡化的方法叫离子交换法，这种方法适应于海洋
上的遇难人员应急之用。
　　　　海水淡化还有一种方法是电渗析法，就是在海水淡化装置中插入两根电
极，在两极之间放入一种特种薄膜。这样就把海水淡化装置隔成三室，一个
叫阳极室，一个叫阴极室，一个叫中间室。当接通电源后，奇迹就会发生，
海水中的盐份会向两个电极“靠”去，使得两个极室的海水愈来愈浓，而中
间室的海水逐渐被淡化。这种方法适用于中小型淡化厂，我国西沙永兴岛上
的海水淡化站，是目前世界上最大的电渗析淡化装置，每天生产淡水　20　多
吨。
　　　　在自然界有这样一种膜，它只能透过水分子，不能透过其他物质，科学
家把这种膜叫做半透膜。动植物的细胞膜都是半透膜，如干大豆放在水中浸
泡后会膨胀，就是因为水通过细胞向干果内部渗透的结果。
　　　　利用半透膜可以淡化海水，这种方法叫反渗透法。用人造半透膜把水和
海水分开。海水是盐水溶液，水分子会透过膜渗透到海水中，使海水稀释