冰雪的作用有哪些

顏士州

近百年來(lái)，世界工業(yè)化進(jìn)程不斷加速，石油、天然氣、煤炭的耗用量與日俱增。然而，地球上這些能源的儲(chǔ)量畢竟有限，總有一天會(huì)枯竭。為此，科學(xué)家們正千方百計(jì)尋找新的能源。

冰做燃料

大千世界，無(wú)奇不有。2017年5月18日，我國(guó)在南海1 266米深的海底的海床中試采可燃冰獲得成功，使我國(guó)可燃冰開(kāi)采技術(shù)領(lǐng)跑世界?？扇急且环N環(huán)保新能源，它是一種奇特的冰塊，可以像煤塊一樣直接燃燒。冰能燃燒？這真令人不可思議！有道是水火不相容，水乃滅火之物，更何況是冰！然而，科學(xué)家經(jīng)過(guò)取樣分析，發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘：原來(lái)這種冰是由一種天然氣——甲烷的水溶液凝結(jié)而成的。當(dāng)溫度很低時(shí)，它的形態(tài)跟普通冰一模一樣；但當(dāng)溫度升高時(shí)，它開(kāi)始融化，內(nèi)部的甲烷氣體便大量逸出，同時(shí)體積也增大一百多倍。因?yàn)榧淄槭且环N燃燒性能很好的氣體燃料，所以這種冰能燃燒。

可燃冰在蘊(yùn)藏天然氣的凍土地帶最容易生成。氣候變冷、地層溫度降低時(shí)，地層中的水便和天然氣凝固在一起，形成可燃冰。另外，在大洋深處，長(zhǎng)年累月沉積于海底的各種海洋生物尸骸會(huì)腐敗分解，不斷產(chǎn)生甲烷氣體；而海底的壓力很高(水深每增加10米，水壓就增加1個(gè)大氣壓)，甲烷氣體不易上浮，因此，在海底沉積層的孔隙里，很容易生成冰晶狀的甲烷水合物。經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年漫長(zhǎng)歲月，海底有可能形成數(shù)千米長(zhǎng)、百米厚的冰礦礦床。

據(jù)科學(xué)家估計(jì)，地球上可燃冰礦的蘊(yùn)藏量十分驚人，可能是煤、石油和天然氣的總量的3倍。例如，在美國(guó)和加拿大的沿海海域，冰礦藏量就達(dá)數(shù)百億立方米，可供開(kāi)采數(shù)百年。在黑海、里海、鄂霍次克海等海域也相繼發(fā)現(xiàn)了可燃冰礦。如果能將地球上所有冰礦都開(kāi)采出來(lái)，人類就無(wú)須再為石油煤炭資源日趨匱乏而憂心忡忡，世界能源危機(jī)也許將不復(fù)存在了。科學(xué)家正在積極探索行之有效的開(kāi)采技術(shù)，使它早日登上能源舞臺(tái)，為人類造福。

冰雪制冷

很久以前，古人就已懂得用冰雪來(lái)制冷。每年冬季，他們鑿取江湖河川的冰塊，貯藏于地下冰窖里，保存到翌年夏季備用。早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，秦國(guó)就建造過(guò)專供皇室消暑用的冰宮，宮里設(shè)置許多巨大的空心銅柱，柱內(nèi)放入從冰窖取來(lái)的冰塊，使宮內(nèi)變得涼爽宜人。在南宋京城臨安(今杭州)，每逢盛夏酷暑，皇宮中便抬進(jìn)數(shù)十只巨大的金盆，盆中堆滿冰塊，于是，盡管宮外赤日炎炎似火燒，宮里依然涼氣習(xí)習(xí)如深秋。

跟空調(diào)相比，冰雪制冷能節(jié)省許多電。因此，在空調(diào)迅速普及的今天，冰雪制冷重新受到科學(xué)家青睞。不久前，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家將5 000噸冬雪保存到夏天，利用它釋放的“冷能”為一座大樓降溫；日本的一個(gè)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)則在糧食蔬菜庫(kù)房周圍堆起厚厚的積雪，使室溫保持在0℃左右，數(shù)月后，貯存的谷物、蔬菜完好如初。

冰雪發(fā)電

在人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上，大膽的設(shè)想往往能推動(dòng)科技進(jìn)步，并最終變成累累碩果。面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，科學(xué)家還“異想天開(kāi)”地提出利用冰雪發(fā)電的設(shè)想。

日本秋田大學(xué)的科學(xué)家別出心裁地提出一種利用積雪發(fā)電的方案，而且已做了一系列試驗(yàn)，取得初步成功。這種積雪發(fā)電裝置在結(jié)構(gòu)上跟電冰箱有點(diǎn)相似，但體積要龐大得多。在白雪皚皚的山上安裝冷凝器，在山腳下設(shè)置蒸發(fā)器，兩者用兩根長(zhǎng)管子連接起來(lái)，并抽出管內(nèi)空氣，注入制冷劑氟利昂。然后，將附近工廠的余熱廢水引到蒸發(fā)器四周。因?yàn)榉汉堋芭聼帷?，即使?℃以下的低溫環(huán)境，它也會(huì)不煮自沸，所以液態(tài)氟利昂在蒸發(fā)器里急劇沸騰汽化，強(qiáng)大的氣流沿著管道往上沖，把設(shè)在管道中部的汽輪發(fā)電機(jī)沖擊得“呼呼”飛轉(zhuǎn)，霎時(shí)間，電力就輸送出來(lái)了。氟利昂氣體則繼續(xù)向上，進(jìn)入山上的冷凝器，被周圍溫度極低的積雪冷卻，凝結(jié)成液體，再沿另一根管道返回地面蒸發(fā)器。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)，就可源源不斷地發(fā)電了。

科學(xué)家還打算利用這種裝置的工作原理，在北冰洋建造“冰洋發(fā)電站”。極地世界氣溫低達(dá)零下幾十?dāng)z氏度，由于冰層覆蓋在洋面上，猶如一條厚厚的“棉被”，使“被子”底下的海水溫度始終保持在-l℃～3℃范圍內(nèi)，人們將蒸發(fā)器安裝在冰層下面“溫暖”的海水里，將冷凝器設(shè)置在冰面上，就能發(fā)電了。

冰雪發(fā)電試驗(yàn)雖然已取得初步成功，但距離投入使用尚有很長(zhǎng)的距離，已建成的發(fā)電裝置功率、容量都很?。辉僬f(shuō)，采用氟利昂也非良策，這些都有待進(jìn)一步改進(jìn)。

地球上冰雪資源異常豐富，除了終年覆蓋于南北兩極的一望無(wú)垠的冰海雪原，還有1/3的國(guó)家或它們的部分區(qū)域處于多雪地帶，降雪量大，積雪時(shí)間也長(zhǎng)。例如我國(guó)東北及新疆北部地區(qū)，每年平均降雪都在40天以上，積雪時(shí)間超過(guò)90天，黑龍江北部及興安嶺山區(qū)積雪時(shí)間長(zhǎng)達(dá)半年。

如果冰雪發(fā)電的設(shè)想能付諸實(shí)施，那么，地球上的巍巍冰山、茫茫雪原都將變成人類的又一種新能源庫(kù)，有望在未來(lái)的能源舞臺(tái)上大顯身手；而迄今為止那荒無(wú)人煙的極地世界也不再僅僅是探險(xiǎn)家的樂(lè)園，它們將奇跡般地成為人們休假旅游、觀光避暑的勝地。