调控全球气候变化绿地球工程系统装置

调控全球气候变化绿地球工程系统装置

技术领域

全球气候变化是人类面临的共同挑战，关系到世界各个国家和民族的永续发展和子孙后代的生活福祉，关系到人类的食物来源和健康，关系到人类的能源生产和安全，关系到地球生态系统和生态环境的稳定与保护，关系到地球上各种生物的遗传多样性保护和生存。根据联合国气候变化框架公约精神要求，按照“共同但有区别的责任”原则、公平原则和各自能力原则，同国际社会一道积极应对全球气候变化。所有人都在同一个地球上，绿、低碳和可持续发展是人类社会的共同利益，节能减排和绿发展是可持续发展的内在需求。建设美丽中国，为全球生态安全做出贡献，大力推进生态文明建设，积极推动绿发展、循环发展和低碳发展，进一步加强应对气候变化的政策和行动。我们在这一总体精神要求下，经过多年研究探索，终于完成“调控全球气候变化绿地球工程系统装置”的发明理论设计与验证工作。

在海洋真光层设计营造调控全球气候变化绿地球工程系统装置，为浮游植物提供大面积稳定光合作用场所，提供充足营养盐和光照条件，利用浮游植物光合作用分离、吸收、固定二氧化碳，将太阳光能吸收固定转化为生物质能，在全球范围内调控大气二氧化碳浓度，调控温室效应强度，调控全球气候变化方向和速度，解决全球气候变化危机。在利用浮游植物调控大气二氧化碳浓度同时，利用浮游动物过滤摄食转化浮游植物，利用鱼虾蟹贝参鱿等经济动物摄食转化浮游生物，进而捕捞生产加工鱼、虾、蟹、贝、参、鱿等渔获物，生产加工海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油等水产品，提高光合作用效率，提高物质循环速度，提高太阳光能转化为生物质能的速度和规模，提高生物质能转化为食物和能源的速度和规模，提高可再生能源生产供应规模。由于海洋真光层面积规模足够大，调控全球气候变化绿地球工程系统装置发明技术在解决全球气候变化危机的同时，同步解决全球食物生产供应危机、能源生产供应危机、生物多样性保护危机、生态系统环境保护危机等一系列问题。原理简单，方法可靠，技术成熟，风险可控，物美价廉，实施简易，规模易调，效果显著，收放自如，投资可控，调控容易。

背景技术

21世纪以来，有关全球气候变化的报道屡屡出现在各国报纸杂志的头版头条，飓风、高温、酷寒、暴风雪、冰川融化、海平面上升等极端天气现象越来越频繁出现，全球气候变化幅度越来越大，每年年底世界各国聚集在一起召开全球气候变化大会，研究讨论应对全球气候变化的各国间合作方式，制定完善联合国气候变化框架公约，政府间气候变化专门委员会各工作小组常年工作研究，试图出引起全球气候变化的原因，探索寻应对全球气候变化的措施和方法，各国围绕减缓、适应、资金、技术转让、能力建设和透明度等公约支柱要素不断谈判。究其原因，无非是地球表面平均温度越来越高，引起全球社会政府和民众的普遍关注。

全球气候变化除了自然因素引起的气候震荡原因之外，人们也在仔细寻分析自身的人口、经济、工业、农业、能源、环境等发展过程中对全球气候变化造成的影响。自工业革命以来，由于世界各国大量不间断开采使用煤炭、石油、天然气、页岩油等地下碳基化石能源，大规模砍伐森林，开垦森林、草原、草甸、沼泽、湿地为耕地，在提高地下和土壤中二氧化碳进入大气的同时，降低植被从大气中清除二氧化碳的能力和速度，由于持续时间很长，开采规模很大，地表森林植被破坏面积广大，由此引起地球大气、海洋、土壤、岩石之间碳循环平衡发生变化，引起大气中以二氧化碳为主要代表的温室气体浓度持续性增加，在温室效应作用下，造成大气层蓄热保温能力持续性上升，引起地球表层温度趋势性升高，由此带来一系列全球范围内的气候环境变化。

为了应对全球气候变化，联合国、世界气象组织、政府间气候变化专门委员会、发达国家、发展中国家等机构通过多轮谈判协商，达成联合国气候变化框架公约、京都议定书、巴厘路线图、哥本哈根协议等一系列公约和共识，并就碳排放责任、限额、技术、成本、费用、减排幅度、减排时间等问题召开一系列全球气候变化国际会议，国际学术界、产业界、金融界、政府、非政府机构、团体、组织、财团等，为了应对全球气候变化，各抒己见，献计献策，积极筹划应对办法。

根据目前研究结果，应对全球气候变化问题不外乎两种方法，第一种方法是减少碳源，节能减排，减缓大气二氧化碳增加速度。第二种方法是增加碳汇，利用各种物理化学和生物手段固定并移除大气中的二氧化碳，加快移出速度，提高移出规模，降低大气二氧化碳浓度。

第一种方法，减少碳源，节能减排，减缓大气二氧化碳增加速度，主要表现为限制碳基化石能源使用，降低消费总量。这种方法对现有经济发展模式影响很大，难以实施。以汽油消费为例，汽油主要用于汽车消费，通过改进技术，提高发动机汽油燃烧效率，表面上看汽车百公里油耗降低了，但是随着人们收入水平不断提高，汽车普及率越来越高，空闲时间越来越多，汽车出行频率和出行公里数不断增多，最终整个社会表现为总的汽油消耗总量在不断升高，二氧化碳排放总量不断提高。还有就是整个国家的能源消耗总量，虽然通过节能减排措施万元GDP的单位能源消耗量降低了，但是由于每年GDP总量都在不断增加，能源消耗总量还是在不断提高，否则就是经济衰退，就业减少，收入降低，消费萎缩，日子紧蹙，生活变穷，民怨增加，社会不稳，这是所有国家政府和人民都不愿意看到的结果。反之则是社会财富不断增加，人均消费不断提高，消费带动生产，过量消费带动过量生产，奢侈过量消费越多，意味着浪费越多，社会能源消耗总量不断增加。

至于可再生能源，如水能、风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能等等，无论哪种能源，如果要替代化石能源，大规模推广使用，只有成本足够低，生产足够方便，经营风险足够小，产业规模足够大，才可能具有实际替代效果。如果可再生能源生产成本很高，技术难度很大，产业规模很小，经营风险很高，采集捕获很难，仅靠政府补贴，很难有实际发展前途。

为了控制全球气候变化，通过减少碳基化石能源消费量来降低大气二氧化碳绝对排放量，在目前社会经济生活现实中，难度很大，成本很高，阻力很大，代价很昂贵。目前全球每年新增二氧化碳排放量达360多亿吨，大气二氧化碳浓度每年净增加2ppmv以上。

那么能否采用第二种办法，增加碳汇，利用各种手段分离固定并移除大气中的二氧化碳呢？清除大气二氧化碳主要有两大类方法。一类方法是通过物理化学方法分离固定大气二氧化碳，主要通过碳分离、碳存储，将分离出的二氧化碳以液态形式加压注入地下废弃油田中，投资成本很高，技术难度很大，耗用能源很多，主要靠政府补贴或二氧化碳税收减免支付费用。

另一类方法是通过植物光合作用吸收分离固定大气二氧化碳，这种方法投资成本低，技术难度小，耗用能源少，在固定大气二氧化碳同时，可以生产出大量生物质能、食物、能源等产品。但是唯一的缺点就是需要面积广阔的场地供植物生长发育来吸收固定每年新增加的360多亿吨二氧化碳排放量。现在各国都在尝试鼓励发展生物碳汇，如森林碳汇、草原碳汇、农业碳汇、渔业碳汇、生态碳汇等，但规模都比较小。

发展生物碳汇，必须要光热水肥诸条件同时同地满足才行，陆地上光热水肥资源齐备的地区，绝大多数已经开垦为农耕区，用于生产粮食、果蔬、肉蛋奶等食品，几乎没有闲置空地用于发展生物碳汇。在地球表面上面积广大植被稀少的地区，冰原雪原苔原地区缺少热资源，沙漠石漠荒漠地区缺少水资源，辽阔海洋地区缺少肥资源，海洋深处缺少光热资源。在上述地区大规模发展生物碳汇，都需要人工提供补充相应的短缺资源条件才行。

为冰原雪原苔原地区提供热源，为沙漠石漠荒漠地区提供水源，为深海提供光源热源，在技术上投资上都存在巨大的难以克服的资源瓶颈和投资瓶颈。惟有为辽阔海洋真光层提供肥源，在技术上可行，在投资上难度不大，而且施展空间广阔，吸收固定二氧化碳数量可观，在解决全球气候变化危机同时，同步解决人类食物供应危机和能源供应危机，是个非常好的发展战略方向，只要突破观念和技术限制，就可以取得很大效果。

全球海洋面积占地表面积的71%，一共有3.61亿平方千米，热带亚热带温带海洋面积超过2.5亿平方千米。由于海洋温度跃层密度跃层造成海水分层，尤其在范围广阔的热带亚热带海域，阳光辐射强烈，海洋表层温度比深层温度高20摄氏度以上，深层海水温度低密度重营养盐丰富，表层海水温度高密度轻营养盐贫瘠，在自然状态下深层海水不易自己上升到表层来，而海水中的生物营养盐绝大多数都在海洋深层水中。

当生活在海洋里的生物死亡后，生物体逐渐下沉，在下沉过程中，生物体残骸被细菌逐渐分解，组成生物体的各种营养盐被分解释放回海水中，由于深层海水没有太阳光，不能进行光合作用，这些营养盐没有被生物吸收消耗掉，在海水中逐渐积累储存。在海洋表面300米以下海水营养盐浓度，N含量20mmol/m3以上，P含量1.5mmol/m3以上，Si含量40mmol/m3以上，海洋深层海水中含有十分丰富的营养盐。

营养盐是浮游植物光合作用的必需物质，是海洋生态系统物质循环和能量流动的起点，没有营养盐的持续稳定供应，辽阔海域丰富的光热水资源几乎白白浪费，没能生产出足够的食物和能源。大多数开阔海洋表层缺少营养盐稳定供应，在非上升流大洋海域表面，N含量低于0.1mmol/m3，P含量低于0.05mmol/m3，Si含量低于1mmol/m3，初级生产力低于50gc/m2.a，渔获量低于0.005吨/平方千米，生物资源非常贫瘠。

而在上升流海域则是一片欣欣向荣的景象，上升流带来满足浮游植物生长所需的各种营养盐，且元素配比合理，由此启动了纷繁复杂的海洋生态系统物质循环和能量流动，固定大量二氧化碳，生产大量渔业资源。在秘鲁上升流中心海域表面，N含量10mmol/m3，P含量1mmol/m3，Si含量5mmol/m3，初级生产力最高可达1000gc/m2.a，渔获量最高可达300吨/平方千米。在秘鲁上升流主要影响海域表面，N含量6mmol/m3，P含量0.6mmol/m3，Si含量3mmol/m3，初级生产力可达500gc/m2.a，渔获量最高可达30吨/平方千米。在秘鲁上升流外围海域表面，N含量2mmol/m3，P含量0.2mmol/m3，Si含量1mmol/m3，初级生产力可达100gc/m2.a，渔获量可达10吨/平方千米。

当上升流将含有大量氮、磷、硅、铁等营养盐的深层海水上涌至温暖海洋表层时，在阳光照耀下，光热水肥资源齐备，二氧化碳、水和营养盐经浮游植物光合作用，生产出大量有机物，带来浮游植物的繁盛，继而带来浮游动物的爆发，浮游生物为鱼虾蟹贝参鱿等经济动物提供丰富食物，引起渔业生物资源数量大爆发。营养盐含量是海洋初级生产力和渔获量的主要限制性因素，上升流可以带来营养盐的稳定供应，对海洋初级生产力和渔获量具有非常巨大的影响力。同一纬度上升流海域与非上升流海域相比，表层营养盐浓度相差近十倍，初级生产力相差数十倍，渔获量相差万余倍。这为我们解决全球气候变化难题，大量形成生物碳汇，吸收固定二氧化碳提，大量增加渔业资源供了很好的启发，打开了我们的视野，提供了自然生物碳汇的榜样。

影响海洋渔获量的主要因素是温度、营养盐、光照、浮游植物密度、浮游动物密度、经济动物密度等。海水环境因素垂直分布特点，从上往下，温度越来越低，温跃层后温度急剧降低；营养盐浓度越来越高，到300米水深后趋于稳定；光照强度随深度增加急剧衰减，超过200米水深后光照接近零。海洋表层最适光合作用水层是10-60米水层，这里是生物利用光能进行初级生产和次级生产的最活跃场所，是渔业资源再生和增殖的主要场所，是固定太阳光能吸收二氧化碳的主要场所。准确定位光合作用最佳水层，及时低成本高效率补充光合作用所必需的限制性营养盐，提高光合作用效率，提高二氧化碳固定规模数量，提高初级生产量和次级生产量，提高渔业资源量。

在海洋表层随着海水深度增加，光照强度迅速降低，海洋表面光照强度为100%即10万勒克斯，水深10米处光照强度只有海表面的50%即5万勒克斯，水深19米处光照强度只有海表面的25%即2.5万勒克斯，水深32米处光照强度只有海表面的10%即1万勒克斯，水深49米处光照强度只有海表面的3%即3000勒克斯，水深64米处光照强度只有海表面的1%即1000勒克斯，水深超过200米光照强度接近于零。

以自然上升流渔场为榜样，以大陆架浅海生态系统渔场为模版，通过发明设计一系列调控全球气候变化绿地球工程系统装置，选择合适材料，在没有自然上升流的海域通过人工诱导上升流海洋牧场装置营造人工上升流，在贫瘠深海大洋海域真光层通过人工浅海生态系统海洋牧场装置营造人工浅海生态系统渔场，以人工诱导上升流装置获取深海营养盐，以人工浅海生态系统海洋牧场装置为生物生长繁衍提供场所，光热水肥资源条件齐备，以浮游植物光合作用吸收固定二氧化碳，是一种以近乎零成本方式大规模捕获降低大气二氧化碳浓度的好方法。浮游植物光合作用吸收消耗海水中二氧化碳，当海水中二氧化碳不足时，大气中二氧化碳不断溶解扩散进入海水中，雨水也将大气二氧化碳不断溶解带入海水中。通过海洋浮游植物光合作用分离吸收固定大气二氧化碳，海洋表层真光层为调控全球气候变化绿地球工程系统装置提供充足的机会和宽广的舞台。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置是将人工诱导上升流海洋牧场装置和人工浅海生态系统海洋牧场装置两者整合为一体，以辽阔海洋表层为舞台，以二氧化碳为原料，以太阳光能为能源，以碳氢氧氮磷硅铁等营养元素为骨架，以人工诱导上升流海洋牧场为基本技术途径，以人工浅海生态系统海洋牧场为生物生长繁衍场所，以海水洋流为主要动力，将海洋深层富含营养盐海水经过人工诱导上升流装置涌升至海洋表层进入人工浅海生态系统海洋牧场中参与光合作用，以海洋生态系统食物链食物网为加工厂，利用浮游植物光合作用分离、吸收、固定、还原二氧化碳为有机物，降低大气二氧化碳浓度，解决全球气候变化危机；同时将太阳光能吸收固定转化为生物质能，利用浮游动物过滤收集摄食消化浮游植物，利用鱼虾蟹贝参鱿等经济动物将浮游动物采集摄食转化为渔业资源，经捕捞加工生产为海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油，海鲜、鱼肉转化为食物，鱼粉转化为饲料，以替代粮食解决粮食危机；鱼油加工转化为生物柴油，以替代石油解决能源危机。

人工诱导上升流海洋牧场技术理论突破是调控全球气候变化绿地球工程系统装置的第一步，通过人工诱导上升流海洋牧场装置充分发掘利用深层海水里的免费营养盐；人工浅海生态系统海洋牧场工程技术理论突破是调控全球气候变化绿地球工程系统装置的第二步，通过大面积大规模低成本在深海大洋海域真光层营造人工浅海生态系统海洋牧场绿地球工程，充分利用海洋真光层太阳光能资源；充分利用海洋生态系统物质循环和能量流动原理，光合作用不但大量吸收二氧化碳，而且同时还大量转化利用太阳光能生产食物和能源，既有解决全球气候变化的生态气候效益，又有生产食物和能源的直接投资收益，一举多得。在调控全球气候变化绿地球工程系统装置实施运行过程中，对于那些超过人类需求的过量生物质能，通过导管直接导入深海海沟海底上，参与地球地质史碳循环，将人类以煤炭石油天然气页岩油等形式从地下挖掘出来的碳元素再次以生物质能碳元素的形式重新回归地下，为未来形成新的化石能源提供原料，实现地球地质史碳循环的重新平衡。

海洋，面积辽阔的海洋，为人类解决全球气候变化问题提供崭新宏大的免费舞台！光合作用，浮游植物光合作用，为大规模分离吸收固定大气二氧化碳提供了免费技术途径！人工诱导上升流，富饶神奇的人工诱导上升流，为光合作用提供了取之不尽用之不竭的免费深海营养盐！人工浅海生态系统，光热水肥资源齐备的人工浅海生态系统，为浮游植物光合作用提供了面积巨大的场地！海洋生态系统，纷繁复杂的海洋生态系统，为将太阳光能转化为食物和能源提供了免费自动化流水生产线！太阳光能，温暖柔和永不枯竭的太阳光能，为海洋生态系统长期连续运转提供源源不断的免费动力源！海底，深邃无垠的海底，为长期储存碳元素提供免费的天然库房！创新技术，智慧神奇的创新技术，将自然与人工一切伟大的积极因素统筹集成为完美整体，一揽子解决人类面临的所有重大危机！调控全球气候变化绿地球工程系统装置，以人工诱导上升流为起点，以人工浅海生态系统海洋牧场为舞台，以太阳光能为能源，利用浮游植物光合作用，调控大气二氧化碳浓度，生产食物和能源。因此，从海洋生物碳汇新视角，探索解决全球气候变化良方，大有可为。

调控全球气候变化绿地球工程技术，数量规模是一项非常重要的指标，面对每年新增加的数百亿吨二氧化碳排放量，无论多么优秀的技术方案，如果不能面对如此庞大的二氧化碳排放数量，都不能算是优秀的技术方案。而调控全球气候变化绿地球工程系统装置海洋牧场技术方案恰恰可以提供这么庞大的规模数量，可以调控数百亿吨大气二氧化碳数量，可以调控全球气候变化。海洋牧场，惟有面积辽阔的海洋牧场才能吸收固定每年新增数百亿吨的二氧化碳排放量，惟有人工诱导上升流才可以提供数十亿吨的氮磷硅铁等生物营养盐，惟有海洋真光层人工浅海生态系统海洋牧场才可以提供数亿平方千米的光合作用场所，惟有海洋才能够完成调控全球气候变化绿地球工程系统任务，惟有海洋才能够提供数量庞大满足全人类需求的食物和能源。生命起源于海洋，生命演化发展依赖于海洋，全球气候变化出现失衡危机，还是需要依靠海洋母亲来解决处理生命发展过程中面临的各种危机。

全球气候变化基本数据。二氧化碳总排放量：1750-2014年265年间人类累计向大气排放二氧化碳11000亿吨至16000亿吨，累计在大气中积累二氧化碳9000亿吨，造成二氧化碳浓度增加116ppmv，可能导致地表平均温度升高2摄氏度甚至更高。2014年以后每年二氧化碳排放量大约为360亿吨以上。

大气中主要温室气体浓度：1750年工业革命前大气中主要温室气体浓度：二氧化碳280ppmv，甲烷700ppbv，一氧化二氮270ppbv。现在（2013年世界气象组织数据）大气中主要温室气体浓度：二氧化碳396ppmv，净增加116ppmv，比工业革命前增加41.4%。现在平均每年上升2ppmv。主要来源于碳基化石燃料燃烧、水泥制造、森林砍伐、城市化、工农业生产等。甲烷1824ppbv，净增加1124ppbv，比工业革命前增加160.6%。现在平均每年增加7ppbv。主要来源于水稻种植、湿地释放、含碳永冻层释放、海底甲烷冰受热分解、石油、天然气以及煤层气泄漏、畜牧生产。一氧化二氮325.9ppbv，净增加55.9ppbv，比工业革命前增加20.7%。现在平均每年增加0.8ppbv。主要来源于农业大量施用氮肥。

大气中二氧化碳浓度增加的原因及相关数据，2013年全球二氧化碳排放总量360亿吨，其中煤和石油燃烧占44%，天然气燃烧占36%，其它占20%。CO2是大气中最重要的人类排放的温室气体，它对全球总辐射强迫的贡献率为63%，在工业革命前的一万年间，大气CO2浓度几乎始终徘徊在280ppmv左右 (ppmv = 干空气每百万个分子中该气体的分子数量)。目前二氧化碳浓度的大幅增加主要是由燃烧矿石燃料所致。

地球大气质量，总质量（干重）5.135×10^15 吨，总质量（湿重）5.148×10^15 吨。二氧化碳体积占比：2013年平均数据396ppmv。二氧化碳质量占比：396×二氧化碳分子量44/空气平均分子量28.9634/=601.59ppm。二氧化碳总质量：601.59×10^-6×5.135×10^15=3089.15×10^9 吨。1ppmv二氧化碳相当于3089.15/396=7.8×10^9 吨，即78亿吨二氧化碳。1ppmv二氧化碳相当于78/44×12=21.27亿吨纯碳。固定1ppmv二氧化碳相当于固定78亿吨二氧化碳，即相当于固定21.27亿吨纯碳。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置立足于永久解决全球气候变化危机、粮食危机、能源危机、生物多样性保护危机、生态系统环境恶化危机、水土流失危机、土地沙漠化危机、淡水资源短缺危机、二氧化碳过量排放危机、地球碳循环失衡危机等人类当前所面临的几乎所有重大危机。一项科学发明理论同时解决这么多不同性质的重大危机，看似不可能，实际上却是一回事。这项创新科学理论就是耕海牧洋理论，这项发明技术就是调控全球气候变化绿地球工程系统装置技术，其基本科学原理就是人工诱导上升流和人工浅海生态系统海洋牧场原理。应用一种技术简捷成本低廉的工程措施利用自然动力将200米以深的富含营养盐深层海水提升至海洋表层，利用浮游植物光合作用生产有机物，通过海洋生态系统就地转化为食物和能源。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置将大量深海营养盐涌升至海洋表层参与光合作用，极大促进浮游植物生长繁殖，大量吸收二氧化碳，降低大气二氧化碳浓度，解决全球气候变化危机。浮游植物为浮游动物和鱼虾蟹贝参鱿等经济动物提供大量饵料，为人类提供大量食物，解决粮食危机。浮游植物光合作用将大量太阳光能转化为生物质能，进而转化为生物柴油、沼气、酒精等能源，解决能源危机。由于人们可以从海洋中获得大量水产品食物和生物质能源，从而减轻对陆地环境和生物资源的破坏，让更多土地恢复为森林、草原、沼泽、湿地和自然保护区，为人们提供优美生活环境和舒适居住环境，解决生物多样性保护危机、生态系统环境恶化危机、水土流失危机和土地沙漠化危机。由于1吨水产品相当于5吨粮食，生产5吨粮食需要消耗约5000吨淡水资源，在海洋里大量生产水产品，相当于减少陆地粮食生产用水压力，解决淡水资源短缺危机。大量利用海洋生态系统生产生物质能，替代化石能源，解决二氧化碳过量排放危机和地球碳循环失衡危机。由于海洋面积足够巨大，调控全球气候变化绿地球工程系统装置因而舞台广阔，作用巨大，潜力无穷。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置利用广阔外海大洋表层光热水肥资源生产碳汇、有机物、生物、海鲜、水产品、食物和能源，节水、节电、节能、节地、减排、适应、有机、绿、生态、环保、健康、安全、循环、可持续发展。在降低大气二氧化碳含量同时，不但不需要资金净投入，而且可以产生大量净利润，理论上年投入产出比可达1：100。因为太阳光能免费，洋流动力免费，几乎所有物质消耗性原料如二氧化碳、水、营养盐免费，生产场所海洋真光层免费，海洋生态系统和各种生物免费。只有技术和一些必要的材料需要花些费用，将空旷贫瘠的大洋表层真光层建设为生物繁荣昌盛的富饶海洋牧场。几乎所有中间产品和终端产品都可以销售，如碳汇、二氧化碳排放指标、营养盐、浮游植物、浮游动物、鱼虾蟹贝参鱿等经济动物，海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油、生物柴油、沼气、酒精等产品销售均产生大量利润。另外，海洋生态系统修复、海洋环境污染修复、人工诱导上升流海洋牧场、人工浅海生态系统海洋牧场等都很有价值，具有巨大的社会效益、经济效益、生态效益、景观效益和生物多样性保护效益，还有一些军事用途，都可以产生大量利润。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置所创新营造的海洋牧场经济是循环经济、低碳经济、节能减排经济、可持续发展经济、生物质能经济、蓝海洋经济等创新热点经济的集中综合体现。大规模低成本开发利用海洋表层光热水肥资源，大面积大范围人工增养殖海洋渔业资源，将太阳光能转化为食物和能源，新增数十万亿元绿GDP、数万亿元阳光利润、数千万人就业机会、数百亿吨二氧化碳减排指标、数十亿吨新增粮食生产能力。其终极目标将是食物不再短缺、能源不再短缺、环境不再恶化、人民不再穷困。当物质产品极大丰富时，人们就能够更诗意地栖息在环境优美的大地上，让蓝的地球焕发出更耀眼更璀璨更健康的生命之光。

热带亚热带温带辽阔海洋表层光热水肥资源条件优越，可以建成效益优良的海洋牧场。化海洋为良田，将蓝海洋沙漠化为绿海洋牧场，实现耕海牧洋，将人类能源生产由不可再生化石能源转化为可再生生物质能源，将人类食物增产注意力从陆地转向海洋是我们技术发明理念的主要价值所在，在大幅度提高海洋渔获量的同时固定二氧化碳，应对全球气候变化。这是一种大规模开发利用太阳光能的理论创新、观念创新和技术实践创新。

大量海域表层营养盐严重缺乏，生物量非常低，甚至低于陆地沙漠。食物是一切生物生长繁殖的基础，营养盐和太阳光是浮游植物的食物，海洋表层不缺太阳光，缺的是营养盐，而营养盐就在200米以深的海洋深层水里。海洋单位面积渔获量与陆地相比是很低的，陆地粮食平均年产量可达500公斤/亩以上，而海洋平均年渔获量不足0.2公斤/亩。海洋渔获量远远低于海面所获得的光热资源潜在生产力水平。海洋面积巨大，光热水肥资源丰富，现实平均渔获量很低，渔业资源增殖潜力很大，因此我们只要能够在技术理论工程上稍微前进一步，就能够带来巨大的经济利益、生态利益、环境利益、社会效益和气候效益。又因为渔获量与粮食安全是紧密联系在一起的，而粮食安全始终是国家的核心利益所在，所以它还有巨大的政治利益。

大规模人工营造海洋牧场的最大隐患是对天气和气候变化造成的的长期潜在影响。小范围小面积海洋牧场对天气和气候变化几乎没有什么影响，但是由于调控全球气候变化绿地球工程系统装置及其相关海洋牧场装置技术具有巨大的经济利益，简单的技术模式，低廉的投资成本，无法做到长期技术保密，无法限制别人模仿使用，更无法限制别国模仿使用。在技术原理公开后，很可能马上就会引起各路机构实体争相上马，各种权力资金争相介入，圈海占地，圈洋占地，在利益驱动下各路资金争相介入，飞速发展。如果局面失控，大规模进行人工诱导上升流就会造成大面积改变海洋表层温度场，从而改变气压场，影响大气环流，对天气与气候变化产生影响，对降雨量和降雨范围产生影响，甚至对台风运行路径和强度变化产生影响，由此连锁反应所造成的社会经济政治影响不容忽视。另外，大范围大面积大规模提高海洋浮游植物光合作用强度，消耗固定大量二氧化碳，甚至对大气二氧化碳浓度变化产生重要影响，将现在的气候变暖趋势逆转为气候变冷趋势。因为海洋面积足够大，影响范围足够广，小量级的变化很快就可能积累为巨量级的变化。

调控全球气候变化绿地球工程系统装置技术原理和使用方法不但可以在海洋里用于调控全球气候变化，生产食物和能源，而且还可以用于在湖泊、水库、河流等陆地大水面水体进行渔业资源增养殖工程，用轻便膜状材料在大水面适宜水层设计营造水产增养殖设施，为浮游植物、浮游动物、沉水植物、挺水植物、鱼虾蟹贝等经济生物生长繁殖提供适宜环境，大幅度提高大水面水体渔业生物资源生产能力，提高光合作用效率，提高初级生产力和次级生产力，提高渔获物产量。

发明内容

在海洋表层真光层大面积大范围设计营造调控全球气候变化绿地球工程系统装置。工程主体材料选用各种常用廉价轻薄的柔性膜状材料，简称工程膜，主要包括各种天然纤维材料纺织而成的纯棉布、纯麻布、棉麻布、棉毛布等，以及各种人工合成高分子纤维材料纺织而成的涤棉布、涤纶布、混纺布、化纤布、锦纶布、尼龙布、土工布等各种纺织品面料，还包括各种聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、高透光树脂、有机玻璃、亚克力等透光材料制成的塑料薄膜、高分子材料薄膜以及其它各种天然或人工合成膜状材料，也包括各种天然或合成材料制成的板状材料，可以阻止营养盐下沉，阻止各种生物粪便、残饵、残骸、颗粒物下沉，制造、安装、固定、使用方便快捷。实际选料时依据环保要求、使用寿命、材料强度、对环境影响、生产成本、材料易得性、材料稳定性等综合因素统筹考虑具体材料。

工程膜强化材料主要指在工程膜主要受力部位选用柔性膜状强化复合材料，如涤纶、锦纶、尼龙等各种高强度高分子纺织品面料，在工程膜受力较强部位加装强化带，增加工程膜强度和使用寿命，以抵抗海洋恶劣环境冲击，以柔克刚。海洋表面虽然风急浪高，破坏力巨大，但是离海平面一定深度的海洋真光层，主要在海平面以下20-200米范围内，海流潮汐波浪的影响都不是那么剧烈，利用工程膜材料可以满足工程设计要求。

工程膜除主体材料和强化材料外，还包括缝制安装固定在工程膜上的各种配件，如四周边纲、浮子、坠子、营养袋、沟槽结构、网络固定结构、锚绳和锚碇等。四周边纲是缝制安装在工程膜四周的绳索，用以连接浮子、坠子、工程膜和网络固定结构。浮子用充气塑料球或泡沫材料制作，固定安装在工程膜强化带上。坠子用石块或混凝土材料制作，每间隔一定距离固定安装在工程膜强化带上。网络固定结构、沟槽结构、锚绳和锚碇等固定系统使整个调控全球气候变化绿地球工程系统装置在海洋中能够形成并保持一定设计形状，稳定在海水中一定深度，固定整个装置在海洋中的位置。

营养袋用布料制作，缝制安装在人工浅海生态系统海洋牧场装置工程膜上，用于加装各种营养物质并进行缓释处理，使营养物质在海水中逐渐溶解释放。营养物质包括各种植物限制性营养元素，如氮、磷、铁、硅、锰、维生素、生物素、微量元素以及其它任何对生物生长繁殖所必需的各种限制性营养物质。加装营养袋是为了提高初级生产力和次级生产力水平。可根据实际情况具体选择加装或不加装营养袋。

人工浅海生态系统海洋牧场装置的设计营造。主要材料为工程膜、强化带、四周边纲、浮子、坠子、营养袋、沟槽结构、网络固定结构、锚绳和锚碇等。浮子提供向上浮力，坠子提供向下重力，利用浮子和坠子按一定设计距离相互交替间隔排列安装固定在工程膜上，使工程膜保持凸凹不平的沟槽结构，四周边纲使工程膜保持一定的大小形状。在20-60米深度的海洋真光层中安装固定用于生物生长繁殖的人工浅海生态系统海洋牧场装置，利用网络固定结构保持人工浅海生态系统海洋牧场装置的形状、大小、深度、结构的稳定性，通过人工诱导上升流装置利用洋流动力将富含营养盐温度较低密度较重的深海水诱导上涌至人工浅海生态系统海洋牧场装置里，工程膜阻止含营养盐的深海水自然下沉，阻止各种生物粪便、排泄物、残饵、残骸、有机碎屑、颗粒物等营养物质自然下沉，阻止浮游生物、养殖生物自然下沉。膜上专门设计凸凹不平的沟槽结构阻止颗粒物被海流冲向下游低洼处堆积。

人工诱导上升流海洋牧场装置的设计营造。主要材料为工程膜、强化带、四周边纲、浮子、坠子、沟槽结构、网络固定结构、锚绳和锚碇等。浮子为工程膜提供向上浮力，坠子、底纲、锚绳和锚碇使人工诱导上升流海洋牧场装置底部固定在深海富营养盐海水层中。在等深线为100米以内的浅海海域，人工诱导上升流海水水团来源取含营养盐丰富温度较低的底层水团。工程膜底纲与海底接触，底纲上每隔一定距离安装坠子使工程膜底部固定在海底，底纲两边用锚固定在海底；工程膜其它部分游离，工程膜中部和上部强化带处各连接安装一定数量浮子，浮子数量和浮力大小由海流流速大小确定。坠子提供的总重力是浮子提供的总浮力一定倍数以上，以确保底纲在海底位置的固定，同时不被海流带走。利用浮子向上浮力、坠子向下重力与海流对工程膜迎流面所形成的水流作用力等力的共同作用，使工程膜与海底面之间形成一定的倾斜角度，诱导下层富含营养盐海水沿工程膜面向上层流动，进入到人工浅海生态系统海洋牧场装置中。根据海流流速大小，通过调整浮子数量与浮力大小，来调整工程膜倾斜角的角度大小。以一定倾斜角的工程膜拦截在海流流动路径上，利用水流惯性力以及工程膜迎流面不同深度水压差和不同水流速度差异所形成的压力差，诱导下层压力较大的水团沿着工程膜迎流面向较上层压力较小的上层流动，从而形成人工诱导上升流。

人工诱导上升流的动力来源是海流本身所蕴含的动能与势能之间的转化。工程膜迎流面海流流速减小，动能降低，势能增加，水压增加，动能向势能转化。工程膜迎流面下部固定，其它部分游离，工程膜下部率先与海流接触，降低水流速度，水压增大，水团从下层压力较大处流向上层压力较小处。工程膜面设计成沟槽结构，利用浮子和坠子间隔安装的不同位置来形成并固定工程膜的形状结构，以控制水流流向。人工诱导上升流无需额外施加人工动力。

为了不影响船舶航行，在航道区工程膜顶部离海平面20米以下，以超过船舶最大吃水深度为宜。在非航道区，工程膜顶部可以离海平面10米左右，在不受海面风浪破坏的前提下，尽可能将下层富含营养盐水团诱导上涌到太阳光照辐射充足且温度较高的上层海域。工程膜顶部留有一定长度膜面不安装浮子坠子，顶部工程膜可以随海水自由飘动，为幼鱼扩大遮蔽空间，为海洋生物提供繁殖、产卵、索饵、遮荫、避敌、生长、育肥、活动空间，同时为附着生物扩大附着面，为海洋鱼类提供更多饵料生物。

在海水等深线超过100米以深的深海大洋海域，人工诱导上升流海水水团来源取含营养盐比较丰富的主温跃层以下的低温水团。具体位置依据不同深度海水营养盐浓度测量数据后确定，综合考虑营养盐浓度和工程膜安装营造成本，原则上工程膜底部进入营养盐含量丰富的深海区即可。整个装置通过网络固定结构固定在一定深度的水层中，工程膜底纲两边用锚绳锚碇在海底固定，工程膜其它底纲用坠子固定，坠子的总重力稍小于浮子的总浮力，重力不足部分由锚碇固定系统提供。其它方面与等深线在100米以内的浅海海域工程膜制作安装条件相同。

在没有自然上升流的海域通过设计安装人工诱导上升流海洋牧场装置营造新的上升流渔场。人工诱导上升流装置将海洋深层富营养盐海水涌升至海洋真光层参与光合作用，提高真光层营养盐来源，从而大幅度提高初级生产力水平，大幅度提高次级生产力水平，大幅度提高渔获量水平，大幅度增加二氧化碳固定量。

在贫瘠深海大洋海域真光层通过设计安装人工浅海生态系统海洋牧场装置营造新的浅海生态系统渔场。人工浅海生态系统海洋牧场装置利用工程膜阻止营养盐下沉，阻止各种生物粪便、排泄物、残饵、残骸、有机碎屑、颗粒物等营养物质自然下沉，阻止浮游生物、养殖生物自然下沉，让营养盐一直在真光层中反复循环利用，吸收固定二氧化碳，将太阳光能转化为生物质能，生产鱼虾蟹贝参鱿等经济动物，最终转化为食物和能源。

将应对全球气候变化由节能减排模式，转向依靠大规模增加生物碳汇减少碳源模式。目前国际社会主要利用国际条约等政治经济手段来削减控制发达国家化石能源消费总量，降低发展中国家化石能源消费增长速度，减缓全球二氧化碳排放量增加速度，减缓温室效应强度，社会经济技术难度很高，成本代价高昂。利用调控全球气候变化绿地球工程系统装置，在海洋真光层利用光合作用大量吸收固定二氧化碳，大规模增加生物碳汇，大规模增加生物质能生产，大规模减少化石能源碳源。

将降低大气二氧化碳浓度从物理化学方法，转向生物光合作用方法。传统的二氧化碳分离固定储存成本高昂、技术复杂、投资庞大、风险不确定，无论是分离火电厂烟气中的二氧化碳，还是分离天然气煤层气中的二氧化碳，以及将二氧化碳液化后高压注入废弃油田煤田中，所需费用主要是政府补贴，或公司捐助，不具有长久性经济产出。而通过浮游植物光合作用分离吸收固定大气中分散的低浓度二氧化碳，成本很低，光合作用产物浮游植物经过海洋生态系统食物链食物网转化，最终转化为食物和能源，产生巨大的经济财富价值，其本身产生的巨大利润足以支付前期工程建设投入的费用。

将光合作用主战场从陆地植树造林转向海洋人工诱导上升流海洋牧场和人工浅海生态系统海洋牧场。植树造林需要大量光热水肥资源齐备的土地，陆地上没有足够的土地用于植树造林。海洋有足够面积海域用于增加生物碳汇，海洋占地球表面积71%，热带亚热带温带海域面积占海洋总面积的一大半以上，这些海域光热水资源丰富，唯独缺少肥资源，而肥资源就在海平面以下200米以深海水中，通过人工诱导上升流技术，开采发掘深海营养盐资源，成本低廉，技术简单，将深海无穷无尽的肥资源通过人工诱导上升流技术涌升至海洋真光层，参与光合作用，固定二氧化碳。

将人类食物从依靠陆地生产农牧畜禽奶等产品为主，转向依靠海洋生态系统生产鱼虾蟹贝参鱿等水产品为主。海洋深层营养盐通过人工诱导上升流技术涌升至海洋真光层后，浮游植物获得营养盐充分供应，光合作用旺盛，将太阳光能和二氧化碳大量固定转化为浮游植物生物体，浮游动物以浮游植物为食，大量生长繁殖，鱼虾蟹贝参鱿等经济动物由于获得充分食物供应，大量生长繁殖，人类捕捞收获这些水产品，经过加工处理变成海鲜、鱼肉、鱼粉、鱼油等产品，满足人们食物和饲料需求。

将人类能源生产从化石能源，转向生物柴油、沼气、酒精等生物质能源。在海洋真光层中通过调控全球气候变化绿地球工程系统装置为各种生物生长繁殖提供合适的光热水肥环境条件，在太阳光能驱动下，面积广阔的热带亚热带温带海域通过人工诱导上升流海洋牧场和人工浅海生态系统海洋牧场装置，源源不断将太阳光能转化为生物质能，并最终转化为鱼油、藻油、生物柴油、沼气、酒精等能源产品，用于替代化石能源。

将分别解决全球气候变化危机、粮食危机、能源危机、生物多样性保护危机、生态系统环境恶化危机、水土流失危机、土地沙漠化危机、淡水资源短缺危机、二氧化碳过量排放危机、地球碳循环失衡危机、热带雨林乱砍滥伐危机等各种重大危机，转向通过调控全球气候变化绿地球工程系统装置一揽子统筹解决人类当前所面临的几乎所有重大危机。将解决危机注意力从陆地转向海洋，从不可再生化石能源转向可再生生物质能，从陆地生态系统转向海洋生态系统，由于海洋面积足够庞大，海洋生态系统固定转化太阳光能为生物质能的速度超过人类对食物和能源需求增加速度，成本低于勘探开采利用化石能源的成本，海洋食物生产成本低于陆地食物生产成本，这样用海洋食物和能源生产替代陆地食物和能源生产，为解决陆地主要危机提供一揽子解决方案。大幅度降低陆地生物产品生产压力负荷后，陆地生态系统、森林系统、草原系统、湖泊系统、淡水系统、农田系统等子系统的环境都会迅速得到恢复和再生。

将营造海洋牧场材料由笨重固体材料，转向轻便膜状材料。传统营造海洋牧场材料主要以石块、混凝土构件、废旧轮胎、淘汰船舶等笨重固体材料为主，成本昂贵，生产加工运输均不方便，在海底固定安装也不容易，更主要的是这些材料只能在浅水海域使用，一旦海水深度超过一定范围，就毫无作用。而使用以塑料薄膜和纺织品面料为主要材料的轻便膜状材料，成本低廉易得，生产加工运输均很方便，在指定海域深度的水层中固定安装调试均很容易，海洋牧场的规模大小面积深浅均容易控制，单位面积海洋牧场投资营造成本低廉，安装与撤离都很便捷，更主要的优点是摆脱水深条件限制，在深海大洋里也可以营造海洋牧场，这样大大提高了海洋牧场的营造使用范围，几乎可以在全球所有海洋里都可以营造安装不同面积规模大小的海洋牧场，从量变到质变，从而彻底改变了人类食物和能源生产的游戏规则，实现从陆地到海洋的巨大转变，在深海大洋里营造人工浅海生态系统海洋牧场。

具体实施方式：

在工厂里根据技术设计要求生产安装工程膜、强化带，以及相应的四周边纲、浮子、坠子、营养袋、沟槽结构、网络固定结构、锚绳、锚碇等配件，并缝制安装固定到位，叠放包装整齐。

用船将工程膜以及相应配件运输到实施海域，安放固定好工程膜，安装固定好四周边纲、浮子、坠子、营养袋、沟槽结构，让工程膜在海水中充分展开，形成并保持设计形状，用网络固定结构、锚绳、锚碇将整个装置固定在海洋真光层中的预定位置。

定期定点测量海流流向流速，测量上升流流向流速，测量深海和真光层营养盐浓度，测量初级生产力和次级生产力，测量海区渔业资源量和渔获量，定期捕捞加工渔获量。