21世纪新知

大地震：在未来50年中，旧金山或洛杉矶遭遇一次极具破坏性大地震的可能性非常之高。

在手机信号的帮助下，德国科学家发明了一种海啸早期预警系统，该系统可以提前通知海啸行进区域的居民海啸即将来临。

被破坏后形成的。氧离子在逸出到地表的过程中会和岩石中的氧元素结合，并释放出红外热。卫星辅助的早期预警系统可以监测到这种红外线，并发出地震警报。

印度洋上的海啸早期预警系统由地震记录仪、 GPS浮标、海平面计量表以及海岸观测站组成，GPS浮标能够测量海上波浪的高度。

低平海岸上海啸潮汐波的最高纪录是85米。

■ 一个由计算机控制的太平洋海啸早期预警系统，设在马来西亚。

海啸——港口中的巨浪

大多数海啸是由海底地震引发的。海震导致洋底的垂直移动，进而使上层水体发生位移。波浪在圆形区域的公海上形成。在风暴形成的波浪中，只有上层海水被抬升，而海啸导致的波浪是海水被整体抬升。由于海水变浅和速度降低，波浪在抵达沿海区域时会变得更高。不仅波峰会引发大规模破坏，甚至波谷也会形成浩劫，波谷的吸力通常会将其行进路线上所有物体吸入大海中。

■ 2004年，巨大的海啸袭击了东南亚的诸多海滨地区。这次海啸是由印度洋上一次里氏9.3级的海底地震引起的。

地球上的原料

关键知识点

储量是指利用当下技术可开采的原料总量。

资源是指可利用但仍未开发或使用的原料总量。

在全世界的能源总需求中，约35%由原油提供，23%由天然气提供，25%由烟煤提供，6%由核能提供。

化石原料

化石原料 |天然矿物 |水——一种宝贵的物质 |地球上最珍贵的资源

地球上的原料

未加工或原始材料是地球人类生活的重要基础。这些材料存在于地表、地壳和海洋中，类似木头和谷物这一类的自然资源是可再生的，而原料则是有限的。由于人类对原料的依赖和快速消耗，可以预见，地球上的石油资源终将会枯竭。此外，由于污染加剧，必需的食品和干净的饮用水最后也将出现短缺（第79页）。

由于原料对于经济的重要性，它们通常是政治冲突的导火索。

原油、天然气和煤都属于化石材料，它们主要被用来当作燃料和生产塑料制品。

有机物质被密封和埋藏了数百万年之后即形成了化石原料，它们是世界上最重要的能量来源，但目前人类正在以惊人的速度消耗化石原料，因此

环境破坏

失事油轮泄漏的成团焦油污染了欧洲的海岸地区；铅开采的有毒残留物毒害了非洲的土地；重金属开采导致西伯利亚的空气中含有大量的二氧化硫。化石和矿物原料的开采使环境不断被破坏。人类虽不是导致环境破坏的唯一罪魁祸首，但我们有能力对环境施加巨大影响。《21世纪议程》是一项面向21世纪的国际环境公约，制定类似的纲领性措施已经变得越来越重要了。

■ 上图：有毒环境中的原油污染。

寻找新的能源替代品已经迫在眉睫了。存在于海床和南极永冻带的甲烷水合物是最有希望的能源替代物（第77页）之一。

原油和天然气

传统的原油堪称是当今社会不可或缺的“黑金”。在钻塔和海上钻探平台的协助下，原油的开采不仅便利，而且廉

价。油页岩或油砂也可以用来提炼石油，但所需成本更高，并导致相当严重的环境污染，加拿大和委内瑞拉的油砂储量虽然很丰富，但目前并没有体现出很大的战略意义，其原因即在于此。

世界上四分之一的能源消耗来自于天然气，天然气通常位于油田的附近。从中东跨越里海再到西伯利亚，这一片区域的化石燃料储量占据全世界总储量的三分之二。

煤炭

3亿年前覆盖大部分地表的原始沼泽森林是形成煤炭的原材料。死亡的植物被沙子和泥浆所覆盖；细菌和化学过程导致了石化作用。上百万年之后，沉积层的不断变厚导致石化植物的压力和温度上升，植物细胞水分和气体被挤干，再经过碳化过程即形成了煤炭。

■ 中国南海上的一处钻井平台。

烟煤是由褐煤形成的，褐煤沉积层的历史约为1500万年。

原油和天然气的起源

原油和天然气是由沉积在海床上的微生物形成的。沉积层将这些微生物的遗体密封起来，再由细菌将其转化为更简单的碳化合物。沉积层产生的高压和高温使这些碳化合物变成了液体（原油）和气体（天然气）形式的碳氢化合物。高压将碳氢化合物从岩石包围圈中挤压出来，由于密度较低，这些化合物被抬升到地表附近。在不透明的覆盖层下，原油和天然气累积在储集岩的微孔中。

井塔

天然气石油储集岩石油

渗水岩

母岩

一处不具渗透性的岩层（不透水层）富集了原油

较重的原油存在于天然气的下方

抬升的碳氢化合物

另请参阅：物理学与技术章，化石燃料，第172页。｜ 生物学章，煤的生产，第96页。

天然矿物

天然矿物是当今世界不可或缺的材料之一：制造电脑需要金属，生产玻璃和水泥需要沙子，而盐则是一种必不可少的

食物调味品。

无论是隐藏在大山之中，还是深埋于海面以下，人类总是孜孜不倦地不断发掘和开采着地球上的矿物宝藏。

金属

自然界中的大多数金属是以矿物或矿物砾岩（第62页）的形式存在的。当矿物含量达到了开采价值，这些岩石即被

■ 约公元前4 000年，以色列狄姆纳的高山居民挖出了第一块铜矿。

称为矿石。在那些地壳经历过构造运动，或从地球内部涌出的岩浆形成了新地壳的区域，通常会发现有矿石的存在，因为金属会在这些运动过程中形成结晶体（第62页）。比如，安第斯山脉中的铜、铅、锡和锌的矿含量就很丰富。但洋中脊和海底山脉也会包含镍矿和铂矿。

海床上的巨型锰结核区也是巨大矿床的所在地。结核区除了锰外，还含有铜、镍和钴，它可能是由于储存的金属元素流到分散的海床上而形成的。

金经常会被风力和水力从其所在的母岩中带出来，随后被累积在河流或沙地沉积物中。1972年，世界上最大的金块——霍尔特曼标本在澳大利亚被发现，它重达214千克。

盐

我们食用的食盐通常是从海水或干涸的盐河中获得的。玻利维亚安第斯高原上的乌尤尼盐沼是世界上最大的盐场，其面积足足有1.2万平方公里。但大多数此种“白金”来自地下沉积层，通过管子被压到地下的淡水溶解了盐层，盐水泵到地面上之后再被蒸干，剩下的沉积物即为食盐。磷酸钾和磷酸钠在工业上被当作防腐剂。此外，磷酸钾盐还被当成农业上的肥料。

巨大盐类沉积这一类的矿床可以为科学家们提供地球形成历史的相关信息。它们不仅显示了海水的增湿作用，而且还表明陆地浅海与公海一直处于分离状态。由于太阳的强烈辐射，隔离区的海水被蒸发殆尽，只留下了盐沉积。食盐、钾盐和精盐也可以

■ 上图：第一块钻石出现于公元前4世纪的印度。

■ 左图：人类从地底取

盐已经有3000多年的历史。

地球上的原料

处于冷冻状态的甲烷储量可能是目前的石油、天然气和煤总储量的两倍。

但科学家们还没有办法对其实施工业开发。

■ 甲烷分子被储存在水分子形成的空穴中。

甲烷水合物——未来能源？

“可燃冰”储存于300—4000米深的海底。在这一深度，处于巨大压力下的海水在0摄氏度冻结。细菌分解死亡微生物所产生的甲烷被存储于冰晶中。

从海底开采甲烷水合物非常危险，因为甲烷水合物相当于海底大陆坡沉积物的稳定器。稳定器遭到破坏会导致海底发生巨大的滑坡，再结合一些其他危险因素就有可能引发海啸。同时还会导致大量甲烷气体不受控制地释放出来，甲烷是一种温室气体，是导致大气层变暖的元凶之一，大量甲烷的释放最终会使海洋温度升高。但位于持久冻原上的甲烷冰矿还是可以进行开采的，例如阿拉斯加的甲烷冰矿就处于地下500米的深处，几年时间出产了大量的甲烷。

北美洲欧洲

亚洲

非洲

南美洲澳大利亚

已获取可可能存在

燃冰样品 可燃冰

陆地冰原      可能存在甲烷已知或推测存水合物的陆地在甲烷水合物■ 持久冻原和海洋中永冻带区域 海底永冻带的甲烷冰分布图。

从地下深处的盐矿中获取。

钻石

钻石是在地下深处的上地

幔中形成的，形成时的温度高达1500摄氏度，压力高达40000巴。这种令人垂

涎的珍贵矿物，一般存在

于岩龄为30亿年的金伯利

岩中。钻石一般是在隧道深权威知识点

原料出口国

处开采的，但其冲积矿更容易铝俄罗斯出产钻石，而且品质较高。铅中国世界上大约80%的钻石都钻石博茨瓦纳

铁巴西用于工业生产，它们被用在天然气俄罗斯原油沙特阿拉伯

钻头上当作研磨介质，或用金南非于半导体工业。剩下的20%被铜智利当作宝石和珍贵藏品进行收镍俄罗斯

烟煤澳大利亚藏。世界上最大的钻石矿床铀加拿大

位于非洲。

另请参阅：化学章，受孕和营养，第136页。