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第29章 学科猜想(1)

未来“水银行”

水银行,顾名思义即与水有关的银行。它是国外一些发达国家在水资源调配或水权运作中使用的一种配置手段。水银行并非纸上谈兵,当前,国际上已有一些国家开设了水银行,并利用水银行进行存水和贷水,优化了水资源的时空配置。

美国爱达荷州州议会指导州水资源局在1979年成立水银行。其运作方式是沿袭20世纪30年代民间运河公司经营租赁水池的管理方式,在租赁水池中储存农业多余的水资源,并给缺水用户供水。在不涉及水权交易的情况下,利用民间运河进行水量输运,调配地区工业、农业、公共用水,大幅度降低水资源的运输成本,并提高了水资源交易的时效性。

1991年,美国加州历经5年的干旱,州政府设立了加州水银行,并利用水银行进行救旱。在干旱期水银行进入水市场,农民购入灌溉水、抽取地下水或从水库引用剩余水等,并由水银行制定固定且高于买入水价的售水价,将水售给需水用户。

美国得州位于干旱的沙漠地区,早年即有许多私人的水利公司存在,1993年在州政府的建议下成立了美国得州水银行。得州水银行与爱达荷州或加州水银行的运作方式截然不同,得州水银行的宗旨为:“避免干旱发生,并使水市场交易更为活泼。”所以水银行成为水资源买主与卖者之间的中介机制,买卖双方只要向州自然资源保护委员会提出申请,就可以暂时或永久转移水权或所持有的水量,亦即得州水银行提供各种水价和其他必要的交易信息,活化水市场的信息交流,并进行执法把关。

荷兰自20世纪50年代起在沿海人口稠密的城市地区开展了大规模的地下水补给工程。荷兰进行地下水人工补给的主要目的是增大供水能力,减少地下水的持续下降和海水入侵。其次是利用廉价的、天然过滤消毒入渗系统提供卫生可靠的水资源。到1990年,地下水人工补给量达到了18亿立方米/年,占荷兰总供水的15%。

英国伦敦一家水务有限公司为缓解伦敦干旱缺水的局面,开展了地下水战略工程,工程由新建的14口补给井和现有的9口补给井组成。提供的地下水水质符合英国或欧共体的有关法规标准。这项工程不仅可以提供大量的供水水源,还是保证河流不断流的重要水源,产生了很大的生态价值。

在一些干旱和半干旱的中东国家,对于利用城市污水进行地下水人工补给并不陌生,如约旦、科威特和摩洛哥都在继续着小规模的污水补给工程。特别是以色列的补给工程的成功经验更是引人注目,该地下水补给工程是利用经三级处理的污水,通过入渗盆地对含水层进行补给。

水银行在我国有着非常广阔的前景。目前许多城市农业用水量比城市用水量多,农业用水便宜,国家供得也特别多,其中存在着较大的浪费,如果把剩余的水存在水银行,水银行再把它卖给缺水的地方或城市,这样不但自然调节了水的差价,还达到了节水的目的。我国北方缺水城市多,每年降水又集中在夏季的3个月内。由于没有大量配套的雨水收集系统,每年有上亿立方米的雨水白白流走。因此,专家提议建设水银行,雨季蓄水,旱季调水。

智慧人生

人们对金钱大都有节约意识,会把多余的钱存进银行,但人们节水意识并不是很强,如果把水也当成货币,多余的时候存进水银行,需要的时候取出来,水资源将会得到更好的支配和利用。

健康的核辐射

1945年,广岛原子弹爆炸,众多无辜者遇难死亡。造成死亡的一个主要原因就是核辐射。前苏联切尔诺贝利核电站发生事故,很多人不得不背井离乡,怕的是什么?也是核辐射。难怪人们一提起核辐射,就感到恐惧、害怕,好像惧怕魔鬼一般,躲得越远越好。不过这只是核辐射的一个方面,其实,核辐射并没有那么可怕,科学家研究发现:少量的核辐射不但有益健康,而且一旦制服了核辐射,它还是人类的好帮手呢!

1954年3月1日在马绍尔群岛的比基尼岛礁,美国试爆了一颗威力为日本广岛原子弹1000倍的氢弹。从1945年到1958年间,美国在马绍尔群岛总共进行了66次原子弹和氢弹爆炸试验,530人因此患上癌症,另有超过一半的癌症当时没被诊断出来。对核辐射的恐惧使比基尼岛成为无人岛。2008年,一群意大利、夏威夷、澳大利亚和马绍尔群岛的科学家来到比基尼岛礁,他们惊奇地发现,当初爆炸过后的惨状早已不复存在!1954年的核爆炸造成的55万摄氏度高温,在比基尼环礁留下一个直径180米、深约72米的大坑,珊瑚全部死亡。但是经过54年的时间,这里就成了高7米、枝干直径30厘米的珊瑚丛林。蓝绿色海水中,成群结队的各式鱼儿怡然穿梭往来,身体透明的软体动物在色彩斑斓的珊瑚丛中忽隐忽现,一切都在茁壮成长。要不是清晰可辨的巨坑与周围水域中的舰艇残骸,谁也不会想到这里曾经是美国重要的核试验基地。据检测,比基尼岛礁附近捕获的鱼虾可以放心食用。随后,特别是近年来,微量辐射的益处开始受到广泛关注,更多研究显示出小剂量辐射可给人体带来好处。其实在此之前人类已经开始利用核辐射了,医生给癌症病人进行放射治疗,便是利用核辐射来杀死癌细胞。

利用核辐射处理环境污染物是近20年中发展起来的治理技术。同别的治理技术比,它可是个“多面手”,能处理废水、废气,也能处理固体废物。

核辐射处理废水,能使其中的有机物显著降解,从而大大降低废水中的总有机碳、生化需氧量和化学需氧量等指标。核辐射还能彻底消灭废水中的病菌、病毒等各种病原体。特别值得夸奖的是它能解决污水处理场的污泥问题。污水处理场有那么多的污泥,没有地方堆放,必须先脱水,再放在焚烧炉里烧掉,这要消耗很多很多能量。用核辐射处理过的污泥,很容易脱水,过滤也快,污泥的体积就能大大缩小,还能把污泥彻底消毒。这样处理污泥比焚烧少花2/3的钱。世界上一些工业发达国家都建有大大小小的废水核辐射处理场和污泥核辐射处理场,仅美国就有40座,一座较大的处理场每天能处理400立方米的污泥。

核辐射处理废气,能使烟道气与氨发生辐射化学反应,使废气中的二氧化硫转变成硫铵,氮氧化物转变成硝铵,能做到同时脱硫又脱硝。日本率先建成废气处理示范装置,每小时能处理3000立方米废气,脱硫、脱硝效果很好。现在,美国正在和日本合作建造规模更大的处理装置。21世纪,核辐射处理方法将成为处理工业废气的主要方法。

核辐射技术用于处理塑料废物、废纤维以及食品废弃物的消毒方面,也能大显身手。例如,聚四氯乙烯下脚料,经核辐射处理后可制成超细粉,可用作高级固体润滑剂。废纤维素经核辐射处理后,更容易用酸或酶水解转化成葡萄糖,葡萄糖可转变成工业原料乙烯,用核辐射处理可以提高转化率,节约成本。大量的食品加工废弃物,用核辐射消毒后,可做动物饲料或肥料。以色列已建成一座核辐射处理场,每天能处理100~300吨的食品废弃物。

核辐射不愧是处理废物的多面手。将来,随着核工业的迅速发展,核辐射处理技术必能在许多领域中发挥作用,为改善地球环境做出贡献。

知识链接

核辐射普遍存在于包括水和空气在内的所有物质之中。从钻石、玛瑙等宝石到建筑用的花岗石和砂岩,甚至鹅卵石中都存有不同程度的放射性。目前已经有很多的例子证明微量的核辐射对人类健康有着积极作用,只是科学家们还没有给出“微量”的明确定义。

降服“温室效应”元凶

我们知道,二氧化碳是引起温室效应的主要元凶。理论分析表明,大气中的二氧化碳增加1倍,可使大气的平均温度上升29℃。正是由于大气中二氧化碳的含量急剧增长,才使地球上的气候出现明显的变暖现象。减缓全球气候变暖的根本对策是全球参与控制二氧化碳向大气的排放量。遗憾的是,工农业发展又需要大量焚烧煤和石油,需要进行各种有机化合物的生产,而它们势必会增加二氧化碳的排放。为了解决这个矛盾,科学家孜孜以求,寻找着妥善的解决办法。

众所周知,绿色植物能通过光合作用,吸收二氧化碳,所以,森林在控制温室效应方面发挥着不可替代的作用。二氧化碳是植物生长的重要营养物质,树木通过叶片的光合作用,吸收二氧化碳,释放氧气,并将光合产物通过一系列生理生化过程固定在生物量中。这种通过光合作用将太阳能转化为化学能、将大气中的二氧化碳转化成有机物的过程,就形成了森林的固碳效应。根据科学研究,森林每生长1立方米木材,大约可以吸收183吨二氧化碳、释放162吨氧气。随着森林年龄的增加,固定二氧化碳的效率也在提高,长寿命的树种可以将这些固定的碳保持几百年。因此,发展林业可能是人类目前控制温室效应的最佳出路。

除了林木等植物之外,海洋生物吸收二氧化碳的潜力也很大。日本环保科学家已筛选出几种能在高浓度二氧化碳的环境中繁殖的海藻,并计划在太平洋海岸进行繁殖,以吸收附近工业区排出的二氧化碳。经过实验,证明这个设想是对的,效果良好。科学家们发现,倘若能用深层水来代替实验时使用的一般海水,藻类将会繁殖得更加迅速,从而使二氧化碳的排放量得到更有效的控制。

同时,大量在海水中繁殖的藻类,可以利用二氧化碳作为饲料或肥料。海洋中的珊瑚虫也可以吸收消化二氧化碳,珊瑚虫是一种腔肠动物,单个珊瑚虫是圆筒形的,顶端有个大口,或卵圆形,或裂缝形,水和食饵以及其他不能吃的碎屑都从顶端大口进入,不能消化的东西也从这大口排出。它的长长的内腔分若干个小室,这是它的消化腔。当海水进入它的消化腔,海水中溶解的二氧化碳被吸收下来,最后从它的外层分泌出由碳、氧、钙组成的物质,即石灰质,也叫碳酸钙。珊瑚虫分泌石灰质,是为了建造它的骨骼。正是这些珊瑚虫的石灰质骨骼,堆积成了珊瑚树乃至形成珊瑚礁。据科学家们分析测定,每平方米珊瑚礁上的珊瑚虫一年可固定43千克二氧化碳,堪称吸收二氧化碳的“大肚皮”!现在全世界大约有62万平方公里的珊瑚礁,算算看,一年能固定多少二氧化碳,大约25亿吨,相当于全球二氧化碳全年总排放量的12%。珊瑚虫虽小,可吸收消化二氧化碳的本领却十分强大。要是我们大家好好保护海洋,保持海水清洁,不随意破坏珊瑚礁,珊瑚虫就能大量地繁衍生息,消除更多的二氧化碳。

随着人们对深层海水的开发,科学家意外地发现了一些奇妙的现象。在600米的深水处,封存着天然的液态二氧化碳。科学家解释说,这是因为在水下600米处,水的压力可使二氧化碳向液态转化;在水深3000米以下,液态二氧化碳竟变得比水还重,极容易沉入海底。在深部低于10℃的水温下,液态二氧化碳还会出现一层果酱状的薄膜,可以防止二氧化碳扩散到周围的海水中去。根据这个意外发现的奇特现象,日本科学家已计划把二氧化碳直接输入深海中,利用深海水把它们封存起来。他们估计,这种封存的二氧化碳要重新返回大气层,至少需要1000年的时间,那时候,人们就会有足够的时间来处理使现代人头痛的温室效应问题。

学科展望

把二氧化碳通过各种手段“捕捉”起来,并储存在沉积盆地或者海底的“二氧化碳捕存技术”,被越来越多的专家看好。虽然目前全球范围内还没有一套公认的完整的“二氧化碳捕存系统”,但其中的部分技术已相当成熟。专家估计,如果全面使用“二氧化碳捕存技术”,将使人类的减排行动的成本降低30%。

古怪招术给地球“退烧”

阳光是太阳内的核反应“燃烧”发出的光,经很长的距离射向地球,再经大气层过滤后到达地面。正是太阳光的照耀,才使得地面富有生气,花开果熟,生物生生不息。千百年来,人们都在想方设法利用太阳能,但目前全球变暖已成为人类必须面对的重大环境问题。为遏制地球不断升温的趋势,人们又不得不开始考虑如何减少照射到地球上的阳光了!

美国科学家们提出,可以通过反射部分太阳光、减少“见天日”的方式给地球降温。他们算了一笔账:按目前的趋势,造成全球变暖的罪魁祸首——大气层中的二氧化碳含量在50年后将达到工业革命前的两倍,这将导致地球气温上升25℃。如果将射到地球的太阳光遮蔽掉18%,那么就可以抵消这一上升幅度。在此理论基础上,科学家们提出了多种奇思妙想,其中最为大胆的,当属美国科学家们构想的“太阳盾”计划。这个计划是由美国的光学权威安杰尔想出来的。他提出在太空为地球支起一把巨大的遮阳伞。这把伞由6面可调整倾斜度的镜子组成,长约2000公里,永久定位于距地面约150万公里、被称为拉格朗日的至高点。这把硕大的遮阳伞将遮挡一部分阳光,使地球吸收的太阳能减少2%,足以抵消温室气体排放造成的气温上升。但不少专家警告说,遮蔽阳光实践起来难度极大,不仅可能劳民伤财,而且还会产生意想不到的恶果。专家们特别指出,地球气候是一个复杂的大系统,在尚未搞清众多因素是如何影响气候的情况下,摆弄太阳光这样一个对气候变化至关重要的参数,一定要慎之又慎。

另外一个给地球降温的构想是由成功揭示南极臭氧空洞成因而荣获1995年诺贝尔化学奖的荷兰人克鲁岑提出的。这个主意的提出与一次火山爆发有关。1991年6月15日,位于菲律宾吕宋岛的皮纳图博火山突然喷发,大量火山灰喷发到空中,遮蔽了太阳。这是20世纪世界上最大的火山喷发之一,300多人因此丧生,但是这次火山喷发也给科学家提供了将人类从气候灾难中拯救出来的巨大启示。当时,有2000万吨二氧化硫逸出,进入大气层的最上层,像灰霾般遮盖了地球,将太阳光折射回太空。此后几年,气象学家惊讶地发现,这次火山喷发导致地球的温度降低了05℃,尽管这一作用是暂时的——两年后地球的气温又开始上升了,但是克鲁岑从中受到启发,他建议模拟皮纳图博火山的喷发效应,用气象气球将二氧化硫微粒释放到大气层最外面的平流层中,在空中,这些漂浮的颗粒通过反射阳光,阻挡一部分热量,从而达到为地球降温的目的。但有科学家却指出,皮纳图博现象十分复杂,至今未能完全解释清楚。所以克鲁岑的建议是否可行,还需要进一步讨论。

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