Загадки мироздания

Итак, представим себе бассейн 15 метров в длину и 9 метров в ширину средней глубиной 1 метр 80 сантиметров. Если наполнить его морской водой, то в него поместится 285 тонн жидкости и девять с четвертью тонн из них будут составлять растворенные в воде твердые вещества. Если теперь всю воду из бассейна выпарить, то на дне останется девять с четвертью тонн осадка. Немало для скромного бассейна, верно?

Как явствует из вкуса морской воды, большую часть растворенных в ней твердых веществ составляет обычная поваренная соль — хлорид натрия. Так что одной поваренной соли на дне нашего бассейна останется 7,75 тонны; кроме этого, еще три четверти тонны будут весить соединения хлора с другими веществами, не с натрием.

Но даже если отбросить хлористые соединения, в нашем высушенном бассейне все еще останется три четверти тонны веществ, не имеющих отношения ни к натрию, ни к хлору. После соответствующей обработки из этого остатка мы извлечем 340 килограммов магния, 225 килограммов серы, 105 килограммов кальция, 100 килограммов калия, 16 килограммов брома и около 12 килограммов прочих веществ, среди которых — практически все элементы таблицы Менделеева: медь, серебро, золото, уран и даже радий.

Разумеется, не все так просто. Чтобы извлечь минералы из океана, необходимо собрать отдельные рассеянные атомы, а для этого требуется затратить энергию. Чем меньше концентрация искомого вещества в растворе, тем больше необходимо энергии затратить на его извлечение. От этого никуда не деться.

К счастью, во многих случаях само Солнце уже выполнило за нас часть работы. Периодически в результате геологических процессов получается так, что неглубокое море оказывается отрезанным от океана вздыбившейся косой суши. Если климатические условия способствуют тому, чтобы вода в получившемся внутреннем море испарялась быстрее, чем реки способны восполнять ее запасы, то оно постепенно высыхает и содержащаяся в нем соль становится все более сконцентрированной. В конечном итоге море может пересохнуть полностью, оставив после себя на поверхности все когда-то растворенные в ней твердые вещества.

Соляные копи — это остатки высохших когда-то морей. А нам известно, как велико значение соли. Ее не только кладут в пищу (что, впрочем, уже само по себе необходимо). Для нее существуют сотни способов промышленного применения. Именно поваренная соль является главным сырьем для производства таких важных химических веществ, как газообразный хлор, соляная кислота, гидроксид натрия, карбонат натрия, и многих других, каждое из которых, в свою очередь, тоже имеет множество применений.

Если внутреннее море пересыхает медленно, то соль откладывается слоями. Это происходит потому, что хлористый натрий — одна из самых слаборастворимых солей, содержащихся в морской воде. И она же присутствует в море в наибольшей концентрации. Поэтому по мере постепенного высыхания моря хлористый натрий начинает выпадать в осадок уже тогда, когда для сохранения других веществ в растворенном виде воды еще вполне достаточно. А на последних стадиях высыхания моря уже и другие вещества начинают осаждаться поверх хлористого натрия. Таким образом, Солнце не только отбирает минералы у моря для нас, но даже сортирует их для нашего удобства.

В качестве известного примера процесса подобного расслоения можно назвать соляные месторождения под Стассфуртом в Германии. Это было самое лучшее в мире месторождение калиевых солей, и поэтому калиевые соли в Германии стоили дешевле, чем где-либо в мире. На севере Чили есть высохшие соляные озера, которые служат богатыми источниками нитрата натрия и нитрата калия. До Первой мировой войны эти месторождения служили главным источником нитратов, необходимых для производства удобрений и взрывчатых веществ.

Существуют также и соляные озера, еще не пересохшие окончательно. По периметру этих озер уже образовались соляные месторождения, а вода в них содержит очень высокие концентрации растворенных веществ. Самыми известными примерами такого рода являются Мертвое море в Израиле и Большое Соленое озеро в штате Юта. Минералы Мертвого моря — важный ресурс Израиля.

Кроме того, на свете есть множество солончаков и подземных водоемов с соленой водой, из которых добывают в промышленных масштабах, к примеру, йод.

Но вернемся к самому океану — насколько реально действительно добывать минералы непосредственно из него? Смогут ли ученые разработать искусственный аналог процессу пересыхания?

Возможно. Как минимум два вещества уже добываются из морской воды в необходимом количестве.

Одно из них — магний. Его атомы являются третьими по распространенности в морской воде после атомов натрия и хлора. Извлекают его следующим образом: морскую воду закачивают в огромные резервуары, куда добавляют окись кальция (негашеную известь). Кстати, сама окись кальция берется тоже из моря, ведь ее получают путем прокаливания раковин устриц. Окись кальция вступает в реакцию с водой и растворенными в ней ионами магния, в результате чего образуется гидроксид магния и выпадает в осадок.

Этот осадок отфильтровывают и путем реакции с соляной кислотой переводят в хлорид магния, который пропускают через различные фильтры и сушилки, а в конце концов с помощью электрического тока разлагают на газообразный хлор и металлический магний. Хлор впоследствии снова включается в состав соляной кислоты и используется для обработки следующей партии гидроксида магния.

Второе вещество, получаемое человеком из морской воды, — бром. Бром добывать труднее, чем магний, ведь его концентрация в океане в двадцать раз меньше. Однако задача по его сбору тоже уже решена учеными.

Для этого сначала окисляют большой объем морской воды, а потом добавляют в нее хлор в газообразном виде. (И хлор, и соляная кислота сами также добываются при этом из морской соли.) Хлор вступает в реакцию с ионами брома, содержащимися в морской воде, и в этом состоянии его можно «выдуть» из воды. То есть сквозь морскую воду пропускается воздух, который, поднимаясь наверх, «прихватывает» с собой некоторое количество паров брома. Этот воздух пропускают через трубы, устланные карбонатом натрия. Газообразный бром при этом поглощается с образованием бромистого натрия и бромата натрия. После того как бром концентрируется таким образом в малом объеме, его уже легко оттуда извлечь.

Существует еще и третье вещество, добываемое тоже из морской воды, но не так напрямую. Это йод. Содержание в мировом океане йода в тысячу раз меньше, чем содержание в нем брома. Во взятом нами для примера бассейне после выпаривания останется пуд брома, но вот йода там окажется чуть менее пятнадцати граммов. Для рентабельной промышленной добычи этого слишком мало.

Вернее, слишком мало для добычи с использованием технологий, доступных человеку. Живым существам, обитающим в море, водорослям например, йод необходим для собственной жизнедеятельности, и они постепенно, неторопливо собирают его атом за атомом из морской воды, которой омываются. Поэтому человеку остается только собирать сами водоросли. Затем собранные водоросли сжигаются в специальной печи, и в получившейся золе уже содержится один процент чистого йода. Эта зола, содержание йода в которой в двести тысяч раз выше, чем в морской воде, является вполне подходящим сырьем для коммерчески рентабельной добычи йода. Впервые йод был обнаружен в золе от сгоревших водорослей еще в 1811 году.

Океан — неистощимый источник этих веществ. Мало того что уже содержащегося в нем количества их более чем достаточно для удовлетворения всех потребностей человечества, но даже если предположить, что человек однажды полностью опустошит океан, то дожди и реки, постоянно смывающие в него все необходимые составляющие, очень быстро снова насытят воду всеми элементами.

Скорее всего, в будущем начнется промышленная добыча из океана и других необходимых веществ, помимо трех перечисленных. Причем не обязательно, чтобы концентрация добываемых веществ была высока. Оказалось, что на больших площадях океанского дна есть месторождения самородного магния, никеля, кобальта и меди. Разработка месторождений на дне моря станет обычным делом в будущем.