編譯 易白

人們一度認(rèn)為，約占地球70%表面的海洋具有無(wú)限的自潔能力，人類的污染不會(huì)觸及海洋。然而，現(xiàn)代科學(xué)研究表明，海洋污染越來(lái)越嚴(yán)重，甚至波及到深海區(qū)域。為了改善海洋生態(tài)環(huán)境，科學(xué)家們致力于開發(fā)海洋環(huán)保技術(shù)。最近，國(guó)外雜志評(píng)選出近年來(lái)有利于改善海洋環(huán)境的五種新技術(shù)。

鼩鼱機(jī)器人

鼩鼱是世界上最小的哺乳動(dòng)物之一，體長(zhǎng)只有4厘米左右。鼩鼱通常生活在洞穴中且在夜晚出來(lái)覓食，其視力已經(jīng)退化得很厲害了，不大看得清周邊環(huán)境。不過(guò)，它們可以用胡須來(lái)探測(cè)四周的情況。英國(guó)研究人員由此獲得靈感，設(shè)計(jì)出一種可以探測(cè)深海幽暗環(huán)境的鼩鼱機(jī)器人。這是一種全新的使用“主動(dòng)觸摸”的方式來(lái)探測(cè)周圍環(huán)境的機(jī)器人，完全不同于以往使用視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人。

現(xiàn)在的水下機(jī)器人往往需要照明工具來(lái)探測(cè)深海環(huán)境，然而，探照燈一亮，周圍的動(dòng)物大多都會(huì)被嚇得逃之夭夭，這就使得無(wú)法探測(cè)到真實(shí)的生態(tài)環(huán)境。而鼩鼱機(jī)器人不需要照明燈，它在海底高速前進(jìn)時(shí)通過(guò)“胡須”的振動(dòng)收集對(duì)象的位置、形狀和質(zhì)地等環(huán)境信息，然后將這些信息存儲(chǔ)起來(lái)。除了探測(cè)深海環(huán)境，這種機(jī)器人也可在戰(zhàn)場(chǎng)、災(zāi)區(qū)等視野受限的環(huán)境中工作。

海洋觀測(cè)系統(tǒng)

為了更好地監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境，美國(guó)科學(xué)家正在建造龐大的海洋觀測(cè)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)的主要組成部分是水下傳感網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)家可以通過(guò)安置在近海、公海和海底的數(shù)百個(gè)水下傳感器來(lái)觀測(cè)氣候變異、海洋環(huán)流及海洋酸化等復(fù)雜的海洋環(huán)境變化情況。這些水下傳感器的連續(xù)數(shù)據(jù)流將被整合在一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，提供給科研人員、決策者和公眾。

這個(gè)系統(tǒng)還包括可遙控操縱的潛水機(jī)器人、水下取樣器和通信網(wǎng)絡(luò)。潛水機(jī)器人能夠進(jìn)入比潛水艇更深更遠(yuǎn)的海洋，水下取樣器能夠以每分鐘一次的頻率進(jìn)行采樣，通信電纜將這些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接傳送到陸地上的計(jì)算機(jī)，海面上浮標(biāo)采集的數(shù)據(jù)則通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到衛(wèi)星。一旦這個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建成并投入使用，就可以更好地監(jiān)測(cè)海洋生態(tài)環(huán)境。

包括中國(guó)在內(nèi)的多個(gè)沿海國(guó)家也在建造類似的系統(tǒng)。2009年初，上海附近海域建成了中國(guó)第一個(gè)海底觀測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)——東海海底觀測(cè)小衢山試驗(yàn)站，并運(yùn)行至今。雖然該項(xiàng)目電纜只有1000米長(zhǎng)，水深只有三四十米，但對(duì)海底觀測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索，為組建全面的海洋觀測(cè)系統(tǒng)積累了技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

太陽(yáng)能艦船

2012年5月4日，世界第一艘太陽(yáng)能動(dòng)力雙體船“星球太陽(yáng)號(hào)”完成了環(huán)球之旅。這艘船于2010年9月27日自摩納哥起航，整個(gè)航程歷時(shí)20個(gè)月，航行約7.86萬(wàn)千米。“星球太陽(yáng)號(hào)”是在德國(guó)北部城市基爾的一個(gè)造船廠里建造的，前后共歷時(shí)13個(gè)月，總耗資近1000萬(wàn)歐元。

“星球太陽(yáng)號(hào)”是目前世界上最大的全太陽(yáng)能動(dòng)力雙體船，它的甲板上鋪設(shè)了537平方米的太陽(yáng)能電池板，為船體兩側(cè)配備的4個(gè)電動(dòng)馬達(dá)提供能量。船上還配有6個(gè)巨型充電鋰電池，從而保證該船可以在沒(méi)有日照的情況下繼續(xù)航行。船體長(zhǎng)31米，寬15米，重60噸，可容納40名乘客。

目前，世界上多個(gè)國(guó)家都在開發(fā)太陽(yáng)能艦船，而“星球太陽(yáng)號(hào)”是第一艘完成環(huán)球旅行的全太陽(yáng)能艦船。在整個(gè)全球巡航中，這艘雙體船的溫室氣體排放量差不多為零。它的成功說(shuō)明了利用綠色艦船進(jìn)行遠(yuǎn)洋旅行的可行性，如果逐步推廣類似的用綠色能源驅(qū)動(dòng)的艦船，可以大大減少油污和噪聲對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境的污染。

自動(dòng)海洋生物分析器

要研究海洋生態(tài)，必須采集海洋生物樣品進(jìn)行研究。近百年來(lái)，科學(xué)家發(fā)明了各種各樣的海洋生物采樣器，可以采集魚類、浮游生物、底棲生物、微生物、貝類等不同類型的海洋生物。然而，由于深海環(huán)境和海面環(huán)境差異很大，一些生物被收集上來(lái)之后就會(huì)死亡或者身體結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。為了研究真實(shí)海洋環(huán)境中的生物，美國(guó)研究人員開發(fā)出一種新型自動(dòng)海洋生物分析器。

這種新型海洋生物分析器的外觀很像一個(gè)柱狀的鋼罐，因此被稱之為“罐中實(shí)驗(yàn)室”。實(shí)際上，它就是一個(gè)自動(dòng)潛水艇，可以在纜繩的牽引并在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的指揮下，潛入到深海中收集生物樣本。那么，它是怎樣收集深海中的微小生物的呢？原來(lái)，它有一個(gè)過(guò)濾系統(tǒng)，可以不停地從一端吸入海水，然后從帶濾網(wǎng)的另一端排出海水，海水中的微生物就被截獲在鋼罐中了。

鋼罐的內(nèi)部就相當(dāng)于一個(gè)小型實(shí)驗(yàn)室，集成了多種生物芯片，可以快速地分析所采集生物的相關(guān)信息，包括身體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞構(gòu)造、蛋白質(zhì)組成和DNA種類等。鋼罐中的儀器還能在不同的地點(diǎn)和深度收集海水樣，對(duì)海水的化學(xué)成分進(jìn)行分析。每當(dāng)鋼罐被拉出水面時(shí)，鋼罐就啟動(dòng)無(wú)線信號(hào)傳輸器，把深海中的分析結(jié)果快速傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)基地?？茖W(xué)家通過(guò)分析海洋生物的分布情況及生理構(gòu)成，再結(jié)合海水樣分析結(jié)果，就可以了解海洋生態(tài)環(huán)境及污染情況，并采取合理的應(yīng)對(duì)措施。

海水鋰電池

鋰離子蓄電池如今已被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦等電子產(chǎn)品，但現(xiàn)有的鋰電池有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，這就是怕水。鋰電池之所以怕水，是因?yàn)殇囋谟龅剿蛘叱睗窨諝鈺r(shí)極易自燃乃至爆炸。正是基于鋰電池怕水的特性，它很少被用于艦船及其他與水相關(guān)的器械中。

最近，美國(guó)研究人員反其道而行之，研制出一種海水鋰電池，利用的正是金屬鋰易與水起化學(xué)反應(yīng)而釋放能量的特性。這種電池的關(guān)鍵之處是包裹鋰的電解質(zhì)薄膜，這種膜可以讓海水與鋰慢慢接觸而發(fā)生反應(yīng)，不會(huì)出現(xiàn)爆燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。在海水鋰電池中，每千克鋰可產(chǎn)生1.3千瓦時(shí)電力，而等量的鋰離子電池只能產(chǎn)生0.4千瓦時(shí)電力。

研究人員表示，有了可以接觸海水的電池，海上艦船就可以逐步采用混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至采用純電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這可大大降低燃油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)海洋的污染。