Вода и жизнь на Земле

Ученые подсчитали, что в морской воде растворено 6,5 млрд. т натрия, 80 млрд. т никеля, 800 млн. т молибдена, около 10 млрд. т золота — примерно по 3 т на каждого жителя Земли.

Если распределить по всей суше соль, имеющуюся в морской воде, то получится слой толщиной 153 м. Больше того, в 1 км ³воды содержится 700 тыс. т калийной соли, идущей на удобрения и для отбеливания тканей, причем добывать ее в море гораздо эффективнее, чем на суше. Море богато и сульфатом натрия — ценнейшим сырьем для стекольной, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности. Особенно много его в водах знаменитого залива Кара-Богаз-Гол. В воде Мирового океана хранится 90 млрд. т йода; брома — в восемь раз больше, чем в равном объеме земной коры. Все мировое производство брама основано на океанских промыслах.

Морское происхождение имеет пятая часть производства тяжелой воды. В морях и океанах имеется до 200 млн. т лития — этого источника энергии XXI в., а 1 т морской воды содержит 3,3 мг урана.

В Японии, как известно, нет природного урана и его приходится импортировать из-за границы. Это обстоятельство серьезно тормозит интенсивно развивающуюся в стране атомную энергетику. Однако эта проблема, кажется, находит решение. К 1985 г. в Японии намечено завершить строительство экспериментальной опытной установки по извлечению урана из морской воды. Технология, разработанная на основе опыта эксплуатации этой установки, найдет применение на трех заводах общей производительностью 3 тыс. т урана в год. Такого количества урана достаточно для снабжения топливом 12 атомных электростанций мощностью по 1 тыс. МВт каждая.

Истощение запасов полезных ископаемых на суше заставляет многие страны проявлять все больший интерес к поиску и добыче различных минералов со дна моря. Немногим более ста лет началась история подводных полиметаллических руд. 7 марта 1873 г. трал английского фрегата «Челленджер», совершившего трехлетнее кругосветное плавание с целью исследования глубоководных впадин, поднял с глубины 4 тыс. м нечто вроде черноватой гальки. Химики быстро установили, что эти любопытные образования состоят почти исключительно из окиси марганца и представляют собой «марганцевые конкреции». В наш век интерес к этим конкрециям значительно возрос — ведь, кроме марганца, концентрация которого наиболее высока (в среднем около 25 %), они содержат большое число других металлов, в том числе медь, никель, кобальт, молибден. Конкреции обычно залегают в осадочных отложениях, так называемом радиоляриевом иле (радиолярии — планктонные животные организмы), на глубине свыше 4 тыс. м.

По данным американских исследователей, только в одном Тихом океане хранится 1500 млрд. т руды в форме конкреций. Если использовать всего лишь 1 % этой руды, то человечество будет обеспечено марганцем на 285 лет, никелем — на 230, медью — на 17, кобальтом — на 1200 лет. Правда, в последнее время появились менее оптимистические цифры — от 1 до 3 млрд. т руды для всего Мирового океана (никеля от 15 до 50, меди — от 12 до 36, кобальта — от 2,5 до 7,5 млн. т).

По установленным в настоящее время критериям, месторождение считается рентабельным, если общее содержание меди и никеля в руде составляет примерно 2,5 %. Другое необходимое условие — плотность конкреций на дне. Она должна быть от 4 до 10 кг/м ²для месторождений площадью порядка 30 тыс. км ², что обеспечит добычу 3 млн. т руды в год. Этим требованиям пока отвечает лишь одна зона, расположенная в северной части Тихого океана между 5° и 20° с. ш. и 110° и 160° з. д. Именно в этой зоне, которая занимает 6 млн. км ²(в 10 раз больше территории Франции), ведется основная исследовательская работа. Однако до сих пор никто не смог доказать, что предполагаемая промышленная добыча, которая по-прежнему упирается в технические трудности, экономически рентабельна.

В настоящее время рассматриваются два пути разработки подводных месторождений: механический и гидравлический. Механическая фильера представляет собой систему ковшей, перемещающихся вдоль троса, соединенного с двумя судами. Сторонники этого проекта утверждают: чем проще система, тем меньше у нее шансов выйти из строя. Гидравлическая фильера — это или система откачки (морская вода — конкреции), или система с эрлифтом (морская вода — конкреции — воздух). Главной проблемой этой гигантской отсасывающей трубы длиной в 5 тыс. м остается установка головки землесоса, которая должна собрать как можно больше руды достаточно быстрыми темпами в среде, имеющей консистенцию меда и обладающей неровным рельефом. Переработка, которая заключается в разделении различных руд, содержащихся в конкрециях, не ставит никаких специфических проблем. Она осуществляется так же, как и переработка любой «классической» руды.

Причины увлечения многих стран конкрециями различны. Например, для США они представляют огромный интерес, поскольку им приходится импортировать 85 % марганца и почти полностью кобальт и никель. Есть и другие страны, также зависящие от ввоза этих металлов. Так, Япония импортирует 95 % меди, кобальта и марганца и около 75 % никеля.

В конце 1978 г. группе американских, японских, канадских и западногерманских исследователей удалось добиться успеха. С глубины 5000 м в Тихом океане к юго-востоку от Гавайских островов подводный земснаряд исследовательского судна «Седко-445» впервые извлек на поверхность большое количество так называемых марганцевых конкреций. Внешне они напоминали крупные клубни картофеля и содержали никель, кобальт, титан, медь, а также марганец.

По оценочным данным, запасы нефти на морском дне, как разведанные, так и предполагаемые, составляют 90 млрд. т, т. е. в 30 раз превышают объем ежегодной мировой добычи. В конце 70-х годов в прибрежных шельфах действовали около 400 разведочных буровых платформ, из них 60 — в Северном море; свыше 3 тыс. установок на платформах уже добывали нефть с морского дна.

Значение Мирового океана в жизни человечества стремительно возрастает. В нем таятся колоссальные запасы энергии. Люди научились утилизировать лишь ничтожную ее долю, но есть надежда, что в будущем океан может сделаться одним из основных поставщиков энергии.

Идея использовать энергию приливов и отливов не нова. Но путь от замысла к его воплощению в строительстве приливных электрических станций — ПЭС — оказывается тернистым.

На первый взгляд, что может быть проще! Отгородил залив от моря в узком месте плотиной, поставил турбины — и черпай энергию. Во время прилива вода, вливаясь в залив, заставит крутиться лопасти гидротурбины. То же самое произойдет и во время отлива, когда вода будет стремиться уйти обратно в море. Однако, когда в 1967 г. во Франции была сооружена приливная электростанция (ПЕС) «Ране», то оказалось, что ее строительство обошлось в три раза дороже обычной речной ГЭС.

В Советском Союзе ПЭС в основном смонтировали на заводе в Мурманске и затем уже отбуксировали к месту расположения — в губу Кислая. Там готовый блок посадили на заранее приготовленную «постель», загрузив песчаным балластом. Так, в 1968 г. появилась первая отечественная ПЭС — Кислогубская.

Этот вариант стал основой нынешних проектов ПЭС, например в Лумбовском заливе, у побережья Кольского п-ва на границе Баренцева и Белого морей. Приливы в этом месте достигают 7-метровой высоты. Здесь предполагается построить две дамбы общей длиной 2,8–5 км и в одной из них расположить 8 отверстий для пропуска воды, в другой — 6 наплавных четырехагрегатных блоков, аналогичных Кислогубской ПЭС. 24 капсульных агрегата общей мощностью 0,3 млн. кВт позволят выработать за год около 600 млн. кВт*ч электроэнергии.

В 30 с лишним раз большую мощность — 10 млн. кВт — разовьет будущая Мезенская ПЭС. Плотина длиной 86 км отсечет восточную часть акватории залива в створе мысов Михайловский и Абрамовский. На 17-километровом трапециевидном «выступе» встанут 100 наплавных блоков с 400 агрегатами.

Большие возможности для строительства ПЭС открываются на побережье Охотского моря, где наблюдаются 14-метровые приливы. Так, в Пенжинской губе предполагается построить ПЭС мощностью в 100 млн. кВт. (Для сравнения укажем, что мощность крупнейшей в мире Саяно-Шушенской ГЭС — 6,4 млн. кВт.) Море в заливе редко бывает спокойным. Ураганный ветер гонит на берег волны высотой 5–7 м. Ветер не утихает и зимой, когда столбик термометра нередко опускается к отметке минус 50°. Более 200 дней в году море покрыто ледяными полями толщиной до 2 м. Какую же прочность должна иметь станция, чтобы противостоять натиску воды и льдов! Поэтому здание ПЭС предполагается сделать с наклонным перекрытием, через гребень которого могут свободно переползать льды. В техническом отношении создание Пенжинской ПЭС вполне осуществимо.

В последнее время появился новый тип волновой гидростанции, названной изобретателями «Ракушкой». Ее необходимо строить на морской отмели, с резким перепадом глубин от 100 до 20 м. Лучше всего для этого подходит подводная сопка. На ее вершине, и следует монтировать «Ракушку» — полую бетонную полусферу диаметром. 80 м. От макушки полусферы вниз идет вал гидротурбины, вращающий генератор. Работа такого энергоблока основана на возрастании волны, приближающейся к отмели. Вода, достигнув отверстия в «Ракушке», падает вниз. По расчетам, за 1 с на лопасти турбины будут обрушиваться 80 м ³морской воды. Этого вполне достаточно для работы мощного (1,5 МВт) генератора.