Глава 4. Минеральные ресурсы [1978 Риффо К. - Будущее

Перспективы использования минеральных ресурсов, содержащихся под дном океана, на поверхности дна и в толще океанских вод, многообещающи. Большинство промышленно развитых стран уже приступили в той или иной мере к эксплуатации этих ресурсов. Одни страны делают еще только первые шаги на этом пути, другие уже добились немалых успехов.

Мы уже говорили, что для использования пищевых запасов океана требуется решить ряд трудных задач, помня при этом, что экологическое равновесие легко нарушить, но нелегко восстановить: мы еще не умеем управлять им в должной степени. В будущем мы станем несравненно шире эксплуатировать пищевые запасы океана, но произойдет это не слишком скоро...

С одной стороны, можно сказать, что использовать минеральные ресурсы значительно проще. Ведь в океане имеются все известные на Земле минералы - в растворенном состоянии, во взвеси или в виде донных отложений. И минеральные запасы непрерывно растут, так как. реки и водные потоки несут в моря тысячи тонн обломочного материала. Подсчитано, что в результате эрозии земной поверхности в океан ежегодно попадает 3300 млн. т твердого вещества. Не менее 4 млн. т составляют осадки космогенного происхождения... Одним словом, запасы минеральных веществ в океанах увеличиваются в объеме, большем, чем составляет современный объем добычи полезных ископаемых. Но как добыть эти сокровища?

...которым нелегко овладеть

С другой стороны, при промышленной эксплуатации минеральных ресурсов, безусловно, возникает больше трудностей технического порядка, чем при использовании биомассы. Но зато здесь потребуется меньше предварительных фундаментальных исследований.

Если лов рыбы уже давно идет полным ходом, то в отношении минеральных ресурсов океана мы еще только делаем робкие попытки разведать, оценить, а главное - начать добычу этих ресурсов, за исключением нефти. Нас могут спросить: но ведь о существовании минеральных ресурсов океана людям известно уже давно. Почему же раньше ничего не предпринималось для их использования? И почему сейчас к ним возник такой живой интерес?

Одна из причин состоит в том, что до последнего времени человечество не испытывало в них насущной потребности. Ведь до сих пор на суше было достаточно много месторождений полезных ископаемых, значительная часть которых располагается либо прямо на поверхности земли, либо вблизи нее, что позволяет успешно вести добычу. Надо также признать, что не последнюю роль тут играет относительно низкая себестоимость продукции рудников, шахт и нефтепромыслов; в известной мере это обеспечивается дешевизной рабочей силы, особенно если сырье добывается на территории бывших колониальных стран.

Однако большинство легкодоступных месторождений на суше давно обнаружено и эксплуатируется, многие из них уже истощаются, а другие по разным причинам становятся малорентабельными.

Между тем увеличение темпов развития производства в примышленно развитых странах, стремление их хотя бы частично уменьшить зависимость в сырье от слаборазвитых стран и получить в свое распоряжение потенциальные запасы стратегического сырья заставляют развернуть поиски и добычу полезных ископаемых в океане. Сейчас поиски и определение запасов месторождений нередко ведутся даже в тех случаях, если их промышленная эксплуатация в ближайшем будущем и не предполагается.

Вторая причина, долгое время тормозившая освоение минеральных богатств океана, имеет чисто экономический характер.

Морская разведка рудных месторождений - дорогостоящее предприятие. Нефтяные компании, исходя из конъюнктуры рынка, вкладывают огромные суммы в разведку нефти и газа, и расходы их быстро окупаются. Иное положение складывается при разведке месторождений руд - соответствующие компании не спешат вкладывать средства в их разработку: расходы велики, а когда они окупятся - неизвестно. На суше иной геолог, вооруженный молотком да имеющий в качестве единственного транспортного средства лошадь, способен делать чудеса! В море же геологическая разведка требует специально оборудованных судов со сложной электронной, гидроакустической и магнитометрической аппаратурой, с приборами для отбора донных проб грунта, со сложнейшей навигационной техникой, позволяющей точно определять координаты судна. Правда, морская сейсмоакустическая разведка дает возможность обследовать значительные площади за короткий срок. Но все же, повторяем, предварительные расходы слишком велики, а на скорое получение прибылей рассчитывать не приходится. Поэтому вряд ли можно ожидать, что в ближайшее время разведка подводных рудных месторождений развернется в широких масштабах.

Третья причина - технического порядка: пока мы еще почти ничего не умеем делать под водой.

Современные геофизические и геохимические методы исследований еще не позволяют точно определять местонахождение залежей полезных ископаемых под дном океанов. Правда, сейсмоакустика помогает выявлять осадочные структуры, вулканические образования и кристаллические массивы, а магнитометрическая разведка - зоны магнитных аномалий. Но тем не менее и в этом случае взятие достаточно длинных (до коренных пород) колонок грунта остается делом совершенно необходимым. А техника глубоководного геологического картирования еще далека от совершенства.

Технические трудности еще более возрастают при переходе к промышленной эксплуатации месторождений. Современные драги и землесосы работают лишь на глубинах до 40 - 50 м. Как добывать руды с больших глубин, еще неясно. Поэтому когда мы говорим о промышленной разработке миллиардов тонн россыпей полиметаллических конкреций на дне Тихого океана на глубинах от 2500 до 5000 м, невольно встает вопрос: а осуществимо ли это?

Думается, что да. Мы живем в эпоху вдохновенных научных поисков и дерзаний. Проникновение в космос, победа, одержанная над атомом,- все это убеждает нас в том, что человек может все, что любая научно-техническая задача может быть решена, а следовательно, будет найден и способ добычи руд из океанских глубин.

И последнее. Существуют препятствия юридического характера. Развитие промышленной эксплуатации подводных месторождений тормозится тем, что права изыскателей не подтверждены четко установленными законами. Найдется ли предприниматель, который захочет вложить свои средства в разведку, а тем более в разработку залежей полезных ископаемых, не имея документа, гарантирующего право на владение участком дна, или соответствующей долгосрочной концессии, предоставленной международными или национальными органами?

Женевская конвенция 1958 г. дала определение континентального шельфа, установила права государств на исследование и эксплуатацию его Природных ресурсов и порядок разграничения между государствами районов морского дна.

Однако во многих странах некоторые положения Женевской конвенции о континентальном шельфе истолковываются по-разному.

Мы только начинаем заниматься вопросами статуса океанского дна на глубинах, превышающих 200-метровую отметку.

Как распределяются минеральные богатства в океанах

Мы еще мало что знаем о расположении, характере и концентрациях минеральных ресурсов Мирового океана и его дна, но все-таки приближенно представляем себе те формы, в которых они существуют.

Прежде всего минеральные вещества могут быть растворены в морской воде или находиться в ней во взвешенном состоянии. Далее, они встречаются в форме осадков, состоящих из обломочного материала, частицы которого - в зависимости от веса и размеров - распределяются определенным образом во всей переходной зоне, от прибрежных пляжей до глубоководных долин (абиссалей), включая континентальный шельф.

Кроме того, на шельфе, под слоем рыхлых осадков, обнаруживаются рудоносные жилы и пласты, представляющие собой продолжение соответствующих месторождений на суше.

Еще одна, специфически океанская форма, в которой могут существовать минеральные ресурсы,- так называемые "фумаролы", источники термальных вод в вулканически активных глубоководных зонах, приводящие к отложению ила с большим содержанием различных минералов.

И, наконец, следует назвать такую форму океанских месторождений, как конкреции абиссальных равнин, образующиеся путем концентрации различных веществ в результате еще не вполне изученных химических процессов.

Завершая этот перечень, добавим к нему месторождения биологического происхождения.

Попытаемся теперь более подробно разобраться в названных видах и формах минеральных ресурсов Мирового океана.

Как использовать морскую воду?

Еще из школьных учебников по химии мы узнаем, что все существующие в природе элементы содержатся в морской воде в виде растворов солей. Значит, нужно научиться их оттуда извлекать. Современная наука разработала соответствующую технологию, но, к сожалению, пока еще процесс извлечения большинства растворенных элементов из морской воды обходится слишком дорого, чтобы быть экономически рентабельным...

В 1924 г. немецкое океанографическое судно "Метеор" ушло в океан с заданием добывать во время плавания золото из морской воды. Драгоценный металл был необходим Германии для выплаты военных долгов. Но предприятие потерпело крах. И это неудивительно. На заводе компании "Доу кэмикл" (США) из 15 т морской воды в результате сложного и дорогостоящего технологического процесса удалось получить всего лишь 0,09 миллиграмма золота...

Опреснительный комплекс, построенный в Кувейте для получения пресной воды из морской. Его производительность - 112 500 м3 в день

Опреснительный комплекс, построенный в Кувейте для получения пресной воды из морской. Его производительность - 112 500 м³ в день

В настоящее время из морской воды в промышленных масштабах добывают четыре элемента - натрий, хлор, бром и магний. Причем океан дает уже 90% мировой продукции брома и 60% магния. По технологии, которая разработана фирмой "Доу кэмикл", для извлечения магния, кроме морской воды, используются... устричные раковины, собираемые на дне Мексиканского залива. Порошок, полученный после размола и перекаливания раковин, засыпают в специальные баки с морской водой и затем с помощью различных химических реакций в конце концов выделяют магний.

Концентрации минералов, входящих в состав морской воды, ничтожны. Поэтому при получении, например, брома нужно перерабатывать миллионы литров воды в час.

На извлечение из морской воды брома и магния тратится колоссальное количество электроэнергии, что чрезвычайно удорожает их добычу. Но потребность в этих веществах в различных отраслях химической промышленности такова, что оказывается вполне рентабельным использовать в качестве "сырья" морскую воду. Как известно, магний необходим для производства легких сплавов, лекарственных препаратов, удобрений и синтетических тканей. В последние десятилетия потребность в броме резко возросла в связи с развитием производства фото- и киноматериалов. Бром нужен также для изготовления лекарств и в производстве бензина для автомобилей.

Едва ли стоит распространяться на тему о том, насколько нужна людям обыкновенная поваренная соль. Уже много тысячелетий назад ее выпаривали из морской воды. И в наши дни третья часть мировой добычи поваренной соли ведется практически теми же древними методами. Но мало кто в Европе и Северной Америке знает, что множество людей на земле страдает от недостатка соли, в частности в странах, где отмечается низкий уровень потребления мяса (например, в Бангладеш).

Говоря о производстве соли из морской воды, мы тем самым касаемся и проблемы ее опреснения. А пресная вода - хотя она и не является минералом - пожалуй, одно из важнейших богатств океана.

Что пресную воду можно получить из морской воды, тоже знали еще в древности. Задолго до нашей эры древнегреческие мореплаватели ставили на своих судах деревянные ящики-опреснители, с песком, который послойно фильтровал морскую воду. Эскимосы и в наши дни получают сильно опресненную воду из верхних слоев морского льда. Но до недавних пор опресненная морская вода использовалась весьма незначительно.

В последние годы проблема обеспечения человечества пресной водой стала весьма острой. Запасы пресной воды на суше не безграничны, а потребление ее все растет и растет. Человечество стоит перед угрозой водного кризиса.

Численность населения нашей планеты, как известно, неуклонно увеличивается. Но главная причина надвигающегося кризиса - растущие потребности промышленности и сельского хозяйства в пресной воде. Вот поэтому поиск новых источников пресной воды стал актуальной задачей. Есть только один путь радикального решения этой задачи - опреснение морских вод. Те страны, которые испытывают острый дефицит в пресной воде, уже приступили к такому опреснению в промышленных масштабах.

Методы опреснения морской воды в принципе достаточно просты.^*

^* (При опреснении морской воды применяются опреснительные установки различных видов. Наибольшее распространение получили парокомпрессионные, а также солнечные, электродиализные и гиперфильтрационные (обратный осмос) установки.- Прим. авт.)

Основная причина, тормозящая распространение опреснительных установок,- высокая себестоимость каждого получаемого кубометра пресной воды, определяемая не столько дороговизной самих опреснительных установок, сколько большими затратами электроэнергии на процесс опреснения. Один из возможных путей снижения себестоимости - увеличение мощности и производительности опреснительных заводов.

Сейчас разрабатываются проекты гигантских комплексов производительностью около 1 млн. куб. м пресной воды в день; они будут получать энергию от атомных электростанций. Подобные опреснительные комплексы явятся важнейшим звеном в сельскохозяйственном и промышленном производстве, резко уменьшив степень их зависимости от климатических факторов.

Кроме того, процесс опреснения можно совместить с извлечением из обрабатываемой морской воды растворенных в ней веществ.

Есть и другой способ добычи пресной воды, менее известный, чем опреснение,- использование донных источников, все чаще обнаруживаемых на континентальном шельфе.

Один из наиболее известных источников, который можно было бы назвать подводной рекой - такое большое количество воды он дает,- находится у берегов Нормандии (район Ко). Остается только освоить методы эксплуатации подобных источников.

Но вернемся к возможностям извлечения химических элементов из морской воды. При современной технологии экономически невыгодно добывать из морской воды минеральное сырье, если оно содержится в меньшей концентрации, чем бром. Золото, например, имеет во много раз меньшую концентрацию. И пока что нечего и думать о его добыче.

Предполагают, что к концу нашего века станет экономически целесообразным получать из нее дейтерий ^*. Запасы дейтерия в океане практически неисчерпаемы. Его содержание в обычной воде определяется соотношением 1:5000, т. е. на каждые 5000 атомов водорода приходится 1 атом дейтерия. Если предположить, что через полвека население Земли достигнет семи миллиардов, а потребление электроэнергии, приходящееся на одного человека, превысит в два раза современный уровень США, то использование лишь сотой доли находящегося в воде дейтерия при коэффициенте полезного действия 10% позволило бы удовлетворять нужды человечества в течение трех миллионов лет!

В основе этого фантастического предположения лежат точные расчеты.

Концентрация урана в морской воде ровно в тысячу раз превышает концентрацию золота. В отдаленном будущем - но не исключено, что это произойдет уже к концу нашего столетия,- его добыча станет экономически рентабельной. Разумеется, для этого стоимость "морского" урана должна стать соизмеримой со стоимостью урана, получаемого из бедных месторождений на суше.

В заключение еще раз подчеркнем, что основное препятствие для промышленной эксплуатации минеральных ресурсов, содержащихся в морской воде,- слишком высокая себестоимость конечной продукции. Исключение составляют лишь упомянутые магний и бром.

Повышение рентабельности добычи химических элементов из морской воды зависит в первую очередь от совершенствования технологии. Значительные успехи, достигнутые за последние годы в производстве полупроводящих мембран с применением синтетических ионообменных смол, позволяют надеяться на существенное снижение затрат к 2000-му году.

Все сказанное в полной мере относится и к веществам, находящимся в морской воде в форме коллоидальных растворов,- это, например, золото, марганец, железо, свинец.

Очевидно, для их извлечения придется применять фильтрование, методы электростатического разделения... Основная трудность состоит опять-таки в том, чтобы при минимальных затратах обрабатывать как можно большие объемы воды. Так что, вероятно, и в этом случае решить проблему помогут атомные электростанции.

Континентальный шельф

Континентальный шельф, преимущественное право на эксплуатацию которого ныне признано за прибрежными государствами, занимает обширные пространства. Например, площадь континентального шельфа Франции равна почти трети ее территории на суше.

Согласно принятому международному определению, континентальный шельф, или материковая отмель,- это мелководные зоны, тянущиеся вдоль материков и простирающиеся от берега до резкого перегиба поверхности дна к большим глубинам.

Обычно месторождения полезных ископаемых на шельфе и в прибрежных районах на суше связаны друг с другом. Однако надежно установить эту связь удается далеко не всегда.

Подводные продолжения "сухопутных" месторождений

Подводные нефтяные месторождения нередко являются продолжением прибрежных сухопутных. И точно так же тянутся иногда в море пласты или рудные жилы других полезных ископаемых. Методы эксплуатации таких месторождений похожи на методы, применяемые на суше: с берега материка или островов закладываются шахты, галереи которых уходят под дно моря. Именно так в Японии, Канаде и Великобритании добывают из-подо дна морей уголь, а в Финляндии, Японии и на Ньюфаундленде - железную руду. Однако таким способом можно вести добычу только вблизи берегов.

Под дном морей месторождения полезных ископаемых встречаются на протяжении всего континентального шельфа. Разведка и тем более эксплуатация их - дело сложное, так как месторождения залегают в коренных породах, скрытых толщей осадков. Наконец, минералы встречаются обычно в твердом виде, а это отнюдь не облегчает их добычу.

Исключение составляют залежи серы, обнаруженные у атлантического побережья США и - совсем недавно - у берегов Сенегала. Их разрабатывают, нагнетая в пласты породы горячую воду под давлением. Растворенная сера доставляется на поверхность по трубам мощными насосами.

Подводные россыпи

Россыпные месторождения на континентальном шельфе обычно находятся поблизости от устьев впадающих в моря рек и древних русел. Образование таких месторождений объясняется накоплением осадков, приносимых реками. Россыпи состоят из подвижных осадков, имеющих обломочное или, что бывает чаще всего, аллювиальное происхождение. На накопление осадочного материала и формирование минеральных отложений значительное влияние оказали колебания уровня Мирового океана в четвертичный ледниковый период. В эпоху оледенения, когда уровень океана понизился, речные осадки накапливались на поднявшейся из воды части дна. К концу четвертичного периода таяние ледников привело к поднятию уровня Мирового океана (приблизительно на 80 м) и затоплению пляжей речных долин. На континентальном шельфе повсюду встречаются следы Древних рек и террасы бывших пляжей.

Такова упрощенная схема образования россыпей. В действительности же все было сложнее, поскольку во время четвертичного периода имели место несколько периодов трансгрессий (наступление моря на сушу) и регрессий (отступление моря), связанных с периодами оледенения и таяния льда. Однако большинство обнаруженных россыпей образовалось во время самой последней трансгрессии.

Итак, минералы, обладающие большим удельным весом и представляющие наибольший экономический интерес, тысячелетиями концентрировались в аллювиальных осадочных отложениях. Конечно, часть таких осадков разносилась течениями по прилежащим к устьям рек акваториям. Но, как правило, наиболее богатые россыпи располагаются в зоне ушедших под воду речных долин.

Профиль дна, полученный с помощью сейсмических методов

Их можно разделить на три группы в зависимости от удельного веса:

- тяжелые минералы: золото, платина, олово (касситерит);

- минералы со средним удельным весом: циркон, монацит, титановые соединения (рутил и ильменит), магнетит (железосодержащие пески);

- драгоценные камни: алмазы, рубины, сапфиры, изумруды.

Чем тяжелее минерал, тем слабее воздействие на него различных эрозионных факторов - речного стока, волнения моря, влекущего и разрушающего действия льда. И, следовательно, тем ближе находится он от района своего "происхождения", так называемого коренного месторождения.

Для характеристики распространения россыпей геологи пользуются термином "полурасстояние". Полурасстояние - это отстояние от коренного месторождения плоскости, делящей запасы россыпного месторождения пополам. Таким образом, одна половина запасов россыпного месторождения лежит по одну сторону этой плоскости, а вторая, тянущаяся в сторону моря,- по другую.

Для золота и платины полурасстояние равно 15 км, для олова - всего около 5 км, так как этот минерал имеет свойство дробиться на более мелкие частицы, которые разносятся течениями. Что же до золота и платины, то они, ударяясь о гальку и камни, лишь меняют форму.

Давайте посмотрим, как ведется поиск подводных россыпей.

Сначала геологи исследуют прибрежные материковые породы, проверяя содержание в них тяжелых минералов, а также их способность подвергаться эрозионному воздействию. Дело упрощается, если в районе геологической разведки ведется или ранее велась эксплуатация россыпей на береговых пляжах или в руслах рек,- тогда существует некоторая вероятность обнаружения и в море подобных же россыпей, которые могли образоваться в период регрессии океана.

Если разведка обнаружила в прибрежном районе тяжелые минералы, прилежащий участок шельфа начинают обследовать различными геохимическими и геофизическими методами - сейсмическим, магнитометрическим, гравиметрическим. Благодаря им геологи получают представление о геоморфологии, структуре и стратиграфии пород, а тем самым - и возможность восстановить геологическое прошлое интересующих их районов континентального шельфа.

Так, при помощи сейсмического зондирования выявляются своего рода ловушки полезных ископаемых - подводные каньоны, прорезанные в скалистом основании шельфа руслами древних рек. В таких каньонах нередко встречаются осадки возрастом в несколько тысяч лет.

Нередко породы, содержащие включения золота, платины, олова и т. д., содержат также и магнетит, который благодаря своему удельному весу встречается примерно в тех же местах, что и тяжелые минералы. Поэтому обнаружение магнетита магнитометрическими приборами в свою очередь служит косвенным признаком того, что поблизости могут быть и россыпи тяжелых минералов.

Последний этап разведки - сбор образцов грунта. Сбор образцов требует наибольших затрат. Но если работы ведутся на малых глубинах, то можно обойтись и без судов большого тоннажа.

Эксплуатация россыпей

Месторождения тяжелых минералов обычно сосредоточены вблизи берегов, так как их полурасстояния невелики.

Прежде всего упомянем об известных россыпях олова на континентальном шельфе Бирмы, Таиланда, Малайзии и Индонезии (остров Суматра). Богатые месторождения у Суматры дают большую часть олова, добываемого в море.

Прибрежные подводные месторождения золота эксплуатируются на Аляске в районе Нома. Здесь выбирают породу со дна и промывают ее драгами. Основная масса золота добывается из речных россыпей, образовавшихся в результате водной эрозии коренных пород и размыва ледниковых отложений, но на континентальном шельфе встречаются и месторождения иного происхождения. Однако в достаточной мере рентабельна эксплуатация лишь речных россыпей. Месторождение близ Нома сейчас практически единственное подводное месторождение золота, которое разрабатывается.

Речные потоки несут в моря и частицы изверженных кристаллических пород, подвергшихся эрозии. Это минералы со средним удельным весом (4,2 - 5,3 г/см3), которые концентрируются преимущественно вдоль береговой полосы. Здесь под воздействием волн из осадков вымываются наиболее легкие фракции - кварц и полевой шпат, а оставшиеся частицы разносятся течениями по акватории. Из этих частиц и образуются россыпи, Их протяженность и концентрация зависят от удельного веса минералов.

Подводное электробуровое устройство 'ECSM-II', сконструированное французским Институтом нефти (IFP). Во время бурения это устройство связано с поверхностью кабелем электропитания и телеуправления. Устройство может отбирать пробы-колонки длиной до 40 м, отрезками по 1 м. Диаметр колонки - 9 см

Бывает, что такие частицы переносятся на сотни километров от устьев рек. Поэтому полурасстояние в меньшей степени характеризует распространение минералов со средним удельным весом, чем распространение тяжелых минералов.

Локализация месторождений минералов со средним удельным весом и их концентрация зависят от рельефа дна, силы течения и т. д. Например, такие месторождения могут образоваться за выступающими в море мысами, где скорости течений резко снижаются, или в районах подводных каньонов, куда выносятся кварц и полевой шпат. В то же время поиски месторождений в осадочных породах ледникового или кораллового происхождения малоперспективны, так как полезные минералы обычно слишком рассеяны в толще более легких фракций, не представляющих интереса для промышленности. Поэтому, учитывая, что минералы со средним удельным весом сравнительно дешевы, рентабельнее разрабатывать россыпи с высоким их содержанием.

Разведка морских залежей таких минералов, можно сказать, только начинается. Пока что мы мало знаем о закономерностях их распределения на континентальном шельфе; накопленных статистических данных еще явно недостаточно, чтобы выработать практические рекомендации. Ведущее место в этой области геологических исследований занимают Австралия и Япония. Так, половину всей мировой продукции циркона и рутила добывают на прибрежных пляжах Австралии. Весьма перспективна добыча бокситов^* со дна залива Карпентария, где наличие крупных месторождений было доказано сейсмическим зондированием. В настоящее время ведется картирование грунта. Если предположения оправдаются и толщина осадочных пород окажется не слишком велика, добыча бокситов может стать экономически целесообразной. А так как глубины здесь небольшие, то можно будет качать руду с помощью землесосов прямо в трюмы транспортных судов.

^* (Правда, вряд ли месторождения бокситов можно назвать россыпями в собственном смысле этого слова.- Прим. авт. )

Буровое устройство 'ECSM-III', разработанное фирмой 'DORIS' для фирмы 'Геомеканик'. Это электробуровое устройство может отбирать колонки как мягких, так и твердых грунтов. Оно работает на глубинах до 200 м, отбирая образцы длиной 5 м и диаметром 10 см

Около десяти лет назад на континентальном шельфе Японии была начата добыча магнетита. Но она отрицательно сказалась на рыбном промысле, а потому не получила большого развития.

Из драгоценных камней на шельфе добываются преимущественно алмазы. Сапфиры, изумруды и рубины слишком хрупки и большей частью разрушаются еще во время своего пути по речному ложу. Так как полурасстояние для них не превышает 1 км, то вероятность их нахождения в море, вдали от коренного месторождения, очень мала. А вот алмазы благодаря своей твердости достигают прибрежной зоны и отлагаются здесь.

Несколько лет назад в устье реки Оранжевой (Южно-Африканская Республика) начата эксплуатация алмазоносных россыпей.

Алмазы встречаются на протяжении всей прибрежной зоны, но наибольшие их концентрации отмечаются в руслах рек и на подводных отмелях. Вплоть до последнего времени эксплуатация алмазоносных россыпей на континентальном шельфе была малоприбыльным делом. Однако совершенствование технологии драгирования должно повысить рентабельность их добычи.

Таковы вкратце перспективы эксплуатации подводных морских россыпей. Они представляются нам многообещающими, так как подводные месторождения располагаются на глубинах, доступных практически уже сейчас. Теперь дело за техникой подводных работ, а за последние годы в этой области были достигнуты значительные успехи. Что же касается юридической стороны дела, то принятие Женевской конвенции, о которой мы уже говорили, позволяет провести разделение континентального шельфа между государствами.

Какие же аргументы говорят в пользу освоения минеральных ресурсов континентального шельфа? Перечислим наиболее важные из них: большие потенциальные запасы месторождений; неконсолидированное "рассыпчатое" состояние ценных минералов, что облегчает их добычу; относительно небольшие глубины в районах залегания россыпей; устойчивый спрос на эти минералы на мировом рынке; возможность открытия новых россыпей, например вольфрама, бериллия, хрома, киновари, редкоземельных элементов и т. д.; и, наконец, удобство и дешевизна транспортировки поднятой драгами породы на морских судах.

Но, с другой стороны, есть и такие факторы, которые затрудняют эксплуатацию подводных россыпей: нестабильность концентрации минералов; малая вероятность открытия россыпей с большим содержанием минералов; еще недостаточная изученность континентального шельфа - как его площади в целом, так и структуры и геоморфологии; наличие слоя осадочных пород, порой очень мощного, покрывающего месторождения минералов. Необходимо также отметить, что методы подводной геологической разведки еще недостаточно совершенны: они слишком дороги и требуют длительных исследований, а земснаряды - драги и землесосы - действуют пока еще только на глубинах до 30 - 40 м.

В принципе все перечисленные препятствия могут быть преодолены за относительно короткий срок. Причем основным фактором, от которого зависит развертывание добычи полезных ископаемых из подводных россыпей, остается экономическое стимулирование.

Добыча гравия и песка со дна моря

Добыча строительных материалов со дна моря получила за последние десятилетия широкое развитие.

В США и Великобритании со дна моря добывается 10% песка и гравия, идущих на жилищное и дорожное строительство. Потребность в этих материалах увеличивается настолько быстро (в США за последнее десятилетие рост этой потребности составлял 4,3% в год), что, как считают, примерно через двадцать лет во многих странах месторождения строительных материалов на суше истощатся. Так, уже через десять лет Парижский бассейн не сможет удовлетворять потребности строительной индустрии. Не следует об этом забывать!

Запасы строительных материалов уменьшаются, а темпы строительства, в том числе и дорожного, растут, особенно в прибрежных зонах. Поэтому-то все больше внимания уделяется исследованию запасов песка и гравия на континентальном шельфе.

И хотя песок и гравий отнюдь не благородные металлы, добыча их с морского дна рентабельна, и вполне возможно, что широкая эксплуатация подводных богатств начнется именно с них.

CNEXO проводит в Ла-Манше у французского побережья геологические исследования, цель которых - определение местоположения и протяженности, глубины залегания и качества песчано-гравийных месторождений. В скором времени уже начнется их эксплуатация.

Во-первых, прежде чем приступить к промышленной эксплуатации подводных запасов строительных материалов, необходимо убедиться в том, что это не повлечет за собой разрушение пляжей. А для этого надо провести тщательные исследования динамики грунтов. Мы должны помнить, что спешка в таком деле чревата опасными последствиями. Пример тому - результаты деятельности некоторых предприятий, добывающих песок и гравий на шельфе у Флориды. Здесь начали промышленную добычу строительных материалов, предварительно не изучив в деталях местные условия, что привело к размыву берега и гибели прибрежных пляжей. Злые языки утверждали, что песка, который добывается со дна моря в заливе, едва хватает на восполнение песка, который смывается прибоем с пляжей.

Во-вторых, нужно поставить дело так, чтобы избежать нарушения экологического равновесия региона. Работа землечерпалок и землесосов может привести к необратимому разрушению сложившейся (и очень уязвимой!) экологической системы. Эксплуатация месторождений в некоторых зонах шельфа должна быть или запрещена, или вестись с предельной осторожностью, особенно в районах нерестилищ. И вообще необходимо установить постоянное наблюдение за природной средой в зонах разработок морского дна.

Несмотря на растущий дефицит строительных материалов, реальная возможность промышленной эксплуатации их подводных месторождений появится только тогда, когда они станут конкурентоспособными по сравнению с продукцией карьеров на суше. А для этого районы добычи и районы потребления строительных материалов должны быть не слишком удалены друг от друга. Например, для таких городов, как Нью-Йорк или Норфолк, это расстояние не должно превышать 30 - 40 миль.

Однако это частные случаи, и из них нельзя выводить какие-то общие правила. Целесообразность разработки подводных месторождений строительных материалов будет определяться в каждом конкретном случае отдельно, исходя из конкретных местных условий.

Подводя итог, заметим, что основное препятствие для дальнейшего развития разработок подводных месторождений - это необходимость крупных предварительных затрат на проведение разведочно-поисковых работ, разработку и создание соответствующей техники. А собственно добыча материалов и их транспортировка окажутся проще и дешевле, чем на суше.

Фосфориты

Минеральные ресурсы, о которых речь шла выше, имеют материковое происхождение. Фосфориты же, напротив, образуются в океане в результате биохимических процессов, происходящих при осаждении растворенных в морской воде веществ в тех зонах, где для этого есть подходящие условия.

Подводные фосфориты были впервые обнаружены в 1873 г. у берегов Южной Африки экспедицией на "Челленджере". Несколькими годами раньше с шельфа у берегов Марокко был поднят образец, который - полвека спустя - тоже классифицировали как фосфорит.

Фосфоритовые отложения встречаются на дне моря в виде конкреций размером с крупную гальку, фосфорнокислых песков и фосфорнокислых глин, залегающих пластами.

Обычно фосфориты находят вблизи перегиба дна у внешнего края континентального шельфа, там, где с глубин океанского ложа поднимаются холодные воды, богатые минеральными солями, в том числе и фосфатами. Считается также, что отсутствие взвесей в морской воде благоприятствует быстрому выпадению в осадок растворенного фосфата и образованию фосфоритовых отложений.

Указанными выше особенностями образования фосфоритов можно руководствоваться при выборе районов поиска их месторождений. Например, разведку фосфоритов следует вести вблизи засушливых побережий, где нет крупных рек, несущих в море взвешенные частицы.

Нужно учитывать и подъем глубинных вод - так называемый "upwelling",- который обычно имеет место там, где происходит отток поверхностных вод от берега. У западных границ материков это соответствует зонам пассатов, т. е. зонам, лежащим южнее 40° северной широты.

Нетрудно догадаться, что у берегов Перу и пустынь Южной Африки условия для образования фосфоритовых залежей должны быть особенно благоприятны. Однако пока наиболее крупные из известных месторождений разведаны на краю континентального шельфа Калифорнии (США) и Мексики. Несколько лет назад у берегов Калифорнии началась их эксплуатация, но после аварии на подводной нефтяной скважине в проливе Санта-Барбара из-за опасности загрязнения окружающей среды работы были приостановлены. Фосфориты встречаются также у восточного побережья США - близ северной части полуострова Флорида и штата Джорджия. Обнаружены они и у западных берегов Южной Америки. Недавно образцы фосфоритовых отложений нашли у берегов Новой Зеландии. Найдены они также на шельфах Аргентины и Австралии, но запасы этих месторождений еще не определены.

Чаще всего фосфоритовые отложения встречаются в виде гальки или консолидированных массивов. Фосфорнокислые пески открыты у берегов штатов Южная Каролина и Северная Каролина (США), а также у берегов Мексики. Единственное известное месторождение фосфорнокислых глин находится на небольших глубинах у побережья Индии.

На фотографии рыба оказалась случайно. Снимок сделан с борта подводного аппарата "Бен Франклин" на глубине 400 м у берегов Майами. Цель погружения состояла в сборе фосфоритовых конкреций, которые на снимке видны в виде чёрных пятен, разбросанных среди карбонатных песков.

Полиметаллические конкреции абиссальных равнин

Их запасы на дне океанов исчисляются баснословной цифрой - 1500 млрд. т! Такова оценка залежей конкреций, которую дал доктор Джон Л. Меро - один из самых горячих сторонников скорейшего освоения богатств океанских глубин, которое к концу 20-го столетия может привести к перевороту в горнорудной промышленности. И все же приведенные данные позволяют составить лишь весьма приблизительное представление о запасах конкреций, поскольку научных материалов по абиссальной зоне пока еще недостаточно. Например, крайне малочисленны станции с отбором проб донных грунтов, а точки, где производились такие исследования, отделены друг от друга многими милями. Поэтому для получения общей картины приходится прибегать к интерполированию и к экстраполированию, что довольно рискованно. Но чем дальше совершенствуется наша научная поисковая аппаратура и развиваются методы перспективной разведки, тем очевиднее становится, что эти не имеющие себе равных по площади подводные равнины, вечно погруженные во мрак и холод, обладают поистине фантастическими запасами полезных ископаемых. Неудивительно, что возможностью добычи конкреций заинтересовались такие крупные горнорудные фирмы в США, как "ЮС стил", "Интернешнел никел", "Битлеем стил", "Доу кэмикл", "Коннекот коппер", в Японии - "Сумитомо", во Франции - "Никел пеннаройя", в ФРГ - "Металлгезель-шафт" и "Прейссаг", в Канаде - "Спунер", такие научные организации, как CNEXO...

Полиметаллические конкреции (южная часть Тихого океана)

Когда начнется промышленная эксплуатация запасов конкреций? Специалисты называют разные сроки. Оптимисты утверждают, что технология добычи и металлургической переработки конкреций уже почти освоена и в ближайшие же годы процесс извлечения минералов из конкреций станет рентабельным. Пессимисты же считают, что до промышленного использования конкреций еще далеко и что рекламная шумиха приносит только вред этому делу. Жизнь покажет, кто из них прав.

Что же собой представляют конкреции, эти черные "картофелины"^*, которые, пройдя путь без малого в 5000 м от океанских глубин до поверхности, предстали совсем недавно перед зрителями на телеэкранах?

^* ( Конкреции могут иметь и значительно большие размеры, иногда они даже образуют большие плиты.- Прим. авт. )

Об их существовании знали давно. В 1873 г. конкреции обнаружили ученые экспедиции на знаменитом "Челленджере". Вскоре выяснилось, что конкреции представляют собой настоящий "коктейль" из металлов: в них входят марганец, медь, кобальт, никель, железо, магний, алюминий, молибден, ванадий... Состав и процентное содержание химических элементов в конкрециях непостоянны - все зависит от того, в каком районе океана они образовались. В течение долгого времени их называли "марганцевыми конкрециями", поскольку в них содержится много марганца - в среднем 26% Возможно, именно поэтому горнорудная промышленность не проявила интереса к конкрециям - в те годы наземные месторождения с высоким процентом содержания марганца еще не были исчерпаны, добыча велась открытым способом и обходилась достаточно дешево.

И о конкрециях просто забыли. Об образцах, находившихся в лабораториях, все же изредка вспоминали, в основном из-за их уникального состава. Но никто и не думал об эксплуатации подводных месторождений, находящихся на ложе океана,- это казалось невозможным...

И вот в 1958 г. конкреции оказались в центре внимания мировой науки.

Ученые Калифорнийского университета доказывают, что добыча конкреций со дна океана и извлечение содержащихся в них металлов - дело осуществимое. Так впервые начинают определяться реальные перспективы добычи в промышленных масштабах не только марганца, но также и меди, и никеля, и кобальта. Ученые утверждают, что процентное содержание этих элементов в конкрециях вполне сопоставимо с содержанием этих же элементов в руде лучших месторождений на суше.

Несколько горнорудных компаний разработали соответствующие проекты. Но выяснилось, что для создания технических средств, с помощью которых можно было бы собирать конкреции и доставлять их на поверхность, потребуются значительные капиталовложения. Оказалась трудноразрешимой и задача разложения "коктейля" на химические составляющие.

С 1958 г. опубликовано множество исследований по экономике и технологии использования конкреций. Выводы, к которым приходят ученые в этих работах,- по крайней мере, в тех работах, которые известны нам, ибо многие из них засекречены,- весьма противоречивы.

Что же все-таки известно о процессах образования конкреций, которые с недавних пор стали именовать "полиметаллическими"? В общем-то, немногое. Выдвинуто несколько гипотез, но все они нуждаются в проверке. Согласно одной из них, образование конкреций происходит следующим образом. Растворенные в морской воде железо и марганец выпадают в осадок в виде коллоидных частиц, несущих положительный заряд, и накапливаются вокруг нейтральных ядер самого разного происхождения (ядром одной из найденных конкреций был акулий зуб). В свою очередь на железо-марганцевую оболочку начинают осаждаться прочие металлы. Физико-химические процессы осаждения, надо полагать, идут непрерывно с момента образования океанов и прекращаются лишь в том случае, когда конкреции оказываются покрыты толщей осадков. Не потому ли обнаруженные месторождения располагаются преимущественно на плотных красных глинах абиссальных равнин, где накопление осадков происходит чрезвычайно медленно? Возможно, что именно поэтому.

Как же распределяются уже открытые месторождения?

Конкреции встречаются главным образом в Тихом океане, где дно местами буквально устлано ими, словно ковром. Значительно меньше конкреций обнаружено в Атлантическом и Индийском океанах, что, очевидно, связано с большей интенсивностью осадконакопления в их водах. Наши знания о характере и плотности распределения конкреций еще довольно-таки обрывочны. То, что нам известно,- результат анализа не столь уж многочисленных проб грунта, взятых со дна океана. В некоторых особо перспективных районах были произведены более подробные и систематические исследования залежей конкреций, в частности у берегов Флориды, на плато Блейка.

Марганцевая плита, поднятая со дна океана в районе плато Блейка у берегов Флориды небольшим подводным аппаратом 'Алвин'

Но для получения общей картины распределения конкреций сделано пока мало. Почти вся работа еще впереди!

Путь, который еще предстоит пройти

Что же нужно сделать, чтобы перейти к эксплуатации залежей конкреций и начать промышленное производство металлов из сырья, добытого со дна океана?

В первую очередь надо организовать систематическую геологическую разведку. Вначале следует выяснить, имеются ли полиметаллические конкреции в обследуемом районе. Каким именно способом? Пока единственный эффективный метод для этого - визуальный, выбора у нас нет. Приходится опускать ко дну фото- или телекамеру с высокой разрешающей способностью, а также - в обоих случаях - осветительное устройство. Если фото- и телекамеры опускать ко дну только с лежащего в дрейфе судна, то информация будет неполной, "точечной". Для получения непрерывной информации нужно вести обследование ложа океана по ходу судна. В настоящее время в этих целях применяется буксируемый с малой скоростью (1 - 2 узла) беспилотный аппарат - "Тройка", оснащенный глубоководной фотоустановкой с синхронизированной электронной фотовспышкой, теле- и кинокамерами. Впервые такой аппарат применил Жак-Ив Кусто. Но аппарат этот имеет существенный недостаток: его нельзя использовать в местах с сильно пересеченным рельефом дна. "Тройка" может преодолеть только относительно небольшие препятствия.

Можно также использовать так называемую "рыбу" - устройство, простое по замыслу, но сложное по конструкции и в эксплуатации. Оно состоит из буксируемого на расстоянии 8 - 10 м от дна металлического каркаса, на котором установлены фоторегистрирующая и гидроакустическая аппаратура.

Мы уже говорили, что наиболее простой и доступный метод обследования дна - визуальный. Однако важную информацию можно собрать и с помощью приборов. Например, гидролокатор бокового обзора позволяет получить при помощи самописца графическое изображение рельефа дна в обследуемом районе. Правда, конкреций с помощью этого прибора не обнаружишь - у него низкая разрешающая способность.

Насколько нам известно, для разведки месторождений конкреций еще не использовались магнитометрические способы. Хотя, следует думать, они могли бы дать ценную информацию, которая позволит косвенно судить о процентном содержании железа в конкрециях, и, конечно же, возможность вести разведку месторождений конкреций путем выявления магнитных аномалий.

Определенную информацию можно получить также радиометрическим методом, выясняя физико-химический состав воды и т. д.

Данные, которые будут получены с помощью каждого из этих методов, расширят наши знания о процессах образования полиметаллических конкреций.

Не исключено также, что они понадобятся и при прогнозировании зон вероятных максимальных концентраций конкреций.

Спуск на воду подводного аппарата 'Тройка' с установленной на нем фотокамерой. Снимок сделан во время экспедиции НИС 'Кокий' на плато Туамоту в Тихом океане

С помощью гидролокатора бокового обзора можно получить настоящие 'фотографии' больших площадей дна. На данном снимке (размер площади дна 1000x750 м) можно заметить судно 'Иджипт', которое пошло ко дну с грузом золота. Золото подняли на поверхность водолазы

Следующий после разведки этап - оценка запасов месторождений. Получив данные о наличии и концентрации конкреций и определив процентное содержание в них металлов, устанавливают границы месторождения на дне. Сегодня для получения всех этих данных существует только один способ - сбор образцов на дне океана. Способ довольно примитивный, но зато эффективный и относительно недорогой. Образцы собираются при помощи драги, опускаемой с судна на многокилометровом тросе. Недостатки такого способа - длительный спуск и подъем драги, а также невозможность точной привязки взятого образца к определенному месту из-за большой длины троса.

Тот же недостаток имеют и беспилотный аппарат "Тройка", и буксируемая "рыба". Но от этого недостатка можно избавиться, установив на буксируемом устройстве периодически срабатывающий гидроакустический излучатель или гидроакустический маркерный буй-ответчик. Поскольку положение такого буя относительно судна определяется путем запроса в любой нужный момент и поскольку всегда точно известны глубина (измеряется эхолотом) и место судна (определяется радионавигационными способами), то можно определить и точные географические координаты обследуемой точки на дне океана. Заметим, что вдали от берегов для определения места судна придется пользоваться навигационными спутниками.

Драга возвращается на поверхность с конкрециями (экспедиция НИС 'Кокий' на плато Туамоту в 1970 г.)

Недавно было разработано оригинальное устройство для сбора конкреций - так называемый "free-grab", представляющее собой автономную драгу. После того как под действием силы тяжести это устройство погрузится на дно, в нем срабатывает программный механизм - и "free-grab" захватывает конкреции, а затем всплывает на поверхность в соответствии с заданной программой или по получении гидроакустического сигнала с надводного пульта управления. Можно усовершенствовать прибор, установив на нем глубоководную телекамеру: тогда оператор будет видеть, что именно захватывает драга. Однако для этого придется соединить кабелем судно и "free-grab".

Использование подобных автоматических автономных устройств позволяет ускорить ведение разведки. Работы ведутся следующим образом. Исследовательское судно берет на борт несколько "free-grab" - они достаточно компактны и сравнительно легки (около 100 кг). В обследуемом районе их сбрасывают в море с такими интервалами, чтобы первый "free-grab" всплыл только после того, как на дно уйдет последний. "Free-grab" снабжают яркими флажками и радиомаяками, чтобы их было легче искать после всплытия. Серии спусков и подъемов автономных драг позволят производить периодический отбор образцов и тем самым обследовать значительные площади дна.

Собранные образцы конкреций подвергаются анализу, и если содержание нужных минералов оказывается высоким, решается вопрос о целесообразности их эксплуатации. При этом учитываются, конечно, и конъюнктурные факторы спроса и предложения.

- каким образом обеспечить сбор конкреций в достаточном количестве и как гарантировать стабильность снабжения сырьем промышленных предприятий?

- каким образом извлекать из конкреций нужные промышленности химические элементы?

Мы не хотим давать на этот вопрос абстрактные ответы. Обратимся к уже имеющемуся опыту.

Фирма "Дип си венчурс" добивается успеха

В 1963 г. специалисты американской фирмы "Ньюпорт ньюс шипбилдинг энд драй док", до этого специализировавшейся в области судостроения, создали устройство, предназначенное для сбора конкреций на плато Блейка у берегов Флориды. Выбор района для проведения эксперимента был весьма удачен: относительно малые глубины - 500 - 800 м, небольшое расстояние до предприятий - потребителей сырья. Однако результаты эксперимента не удовлетворили владельцев фирмы, несмотря на то, что с технической точки зрения устройство себя оправдало. Конкреций было более чем достаточно - они покрывают дно океана словно ковром. Но оказалось, что в них значительно меньше железа, чем в аналогичных месторождениях Тихого океана. Добыча конкреций в этом районе была прекращена.

В марте 1969 г. работы по добыче конкреций возобновились. В море отправилось небольшое 300-тонное судно "Проспектор". И опять в районе плато Блейка началась отработка методики промышленной добычи подводных месторождений. Со дна было поднято 40 т конкреций. Но вскоре стало ясно, что судно слишком мало для таких работ. Пришлось приобрести и соответствующим образом переоборудовать старый рудовоз водоизмещением 7500 т.

Судно переименовали - отныне оно стало называться "Дип Си Майнер". В июле - августе 1970 г. работы на плато Блейка возобновились.

Теперь для добычи конкреций использовалось новое оборудование - эрлифтовая гидравлическая драга. Драга имеет коллектор большого диаметра, который, опускаясь на дно, соединяется с поверхностью системой труб. В трубах создается восходящий воздушно-водяной поток, который, увлекая за собой конкреции, поднимает их на борт судна.

Такая система позволяет засасывать конкреции нужного размера. "Дип Си Майнер" вел добычу на глубине 800 м, собирая на ровном песчаном дне от 10 до 60 т конкреций в час. Таким образом, эксперимент удался, и фирма "Дип си венчурс" сообщила о намерении построить подобную же систему для сбора конкреций уже с глубин до 5000 м. Но создание такой системы представляет собой немалые технические трудности. Нужно подумать о том, как обеспечить прочность труб, чтобы они не разрушились под действием собственного веса, трения и кавитационных явлений, как удержать коллектор на нужном расстоянии от дна и какие принять меры для того, чтобы избежать его засорения.

'Дип Си Майнер' - судно, предназначенное для сбора конкреций со дна; принадлежит фирме 'Дип си венчурс'

Экспериментальные работы с этой системой намечено провести в Тихом океане, где содержание минералов в конкрециях значительно выше.

Переход от опытной добычи к промышленной потребует весьма значительного увеличения капиталовложений. До сих пор фирма "Дип си венчурс" израсходовала примерно 20 млн. долларов. Специалисты подсчитали, что на усовершенствование технологии добычи конкреций, предварительного обогащения сырья в море и его хранения, на строительство завода по извлечению металлов из конкреций потребуется еще около 200 млн. долларов.

Руководство фирмы утверждает, что в 1975 - 1976 гг. ее завод сможет уже обрабатывать 1 млн. т конкреций в год - ровно столько, сколько будут добывать их со дна океана ее суда. Минимальный же объем продукции, при котором добыча становится рентабельной, по предварительным расчетам, составляет от 500 000 до 600 000 т в год. Таким образом, порог рентабельности будет значительно превзойден. Фирма получит солидную прибыль!

Мы так подробно рассказали об этапах этого эксперимента по той причине, что он может служить хорошим примером освоения полезных ископаемых океана. Добьется ли фирма "Дип си венчурс" успеха? Пока слишком рано делать окончательные выводы. Многие специалисты считают, что полученные результаты еще не гарантируют успеха в будущем и что говорить о промышленной добыче преждевременно. Ведь сколько, казалось бы, обоснованных прогнозов в конце концов оказывались несостоятельными?!

Однако нет оснований не верить в успех этого дела. Насколько нам известно, специалисты фирмы провели всесторонние комплексные исследования - разведку, оценку запасов (всего взято 30 000 проб!), разработку и создание опытного образца системы сбора конкреций, испытание этой системы с борта специального судна, проверку способа химической обработки конкреций. Наконец, фирмой построен опытный завод и выполнен экономический анализ возможностей сбыта продукции...

Скоро мы узнаем, будут ли пионеры этого грандиозного начинания вознаграждены за свою смелость.

"Решение бедняка", или японская система "D"

Мы видели, что реализация технологических процессов, разработанных и проверенных в США, нуждается в значительных капиталовложениях. Применение способа эрлифтового гидравлического драгирования конкреций требует сложного оборудования и решения ряда технических задач. Кроме того, при таком способе добычи нужно еще создать мощный комплекс, который обеспечил бы непрерывность и стабильность производства (порты, различные суда и т. д.), что не всякое предприятие (и не всюду) может себе позволить.

Остроумный способ добычи, который позволяет собирать конкреции без особых затрат, нашли японцы. Они не разделяют общепринятого мнения, которое сводится к тому, что добиться достижения труднодоступной цели можно лишь с помощью сложных технических средств.

Им и в самом деле удалось найти удивительно простое решение: конкреции собираются в небольшие металлические корзины, укрепленные на полипропиленовом тросе, имеющем вид гигантской петли. Верхняя часть петли проходит через специальные барабаны на палубе судна, а нижняя тащится по дну.

Движение гигантской многокилометровой петли, так называемой нории^*, обеспечивается протяжкой ее троса через специальное устройство на судне. Наполненные конкрециями корзины поднимаются у носовой части судна, опрокидываются в трюм и вновь, уже пустые, опускаются на дно с кормы. Во время добычи конкреций судно идет самым малым ходом или перемещается за счет бортового дрейфа под действием ветра. Курс судна рассчитывается таким образом, чтобы истинное его перемещение (т. е. перемещение с учетом дрейфа) происходило по возможности перпендикулярно плоскости петли.

В 1969 г. нория испытывалась шесть раз на глубинах от 90 до 1400 м. Экспериментальное драгирование показало, что такая система действует вполне удовлетворительно.

Следующая серия испытаний проводилась в августе-сентябре 1970 г. у берегов Таити.^* На испытаниях в качестве наблюдателя присутствовал французский инженер от CNEXO.

^* (Испытывались три модели нории: первая с тросом диаметром 40 мм и длиной 8200 м; вторая - 20 мм и 1000 м соответственно;третья, применявшаяся при драгировании на больших глубинах, имела длину 10 600 м (причем 8200 м представляли собой трос диаметром 40 мм и 2400 м - трос диаметром 20 мм).Последняя модель имела 170 корзин, из которых 60 могли одновременно идти по дну. - Прим. авт.)

Руководители эксперимента считают полученный результат вполне удовлетворительным - корзины не приходили пустыми, технические неполадки были незначительными. Экспериментаторы пришли к выводу, что такая система практически пригодна для работ на глубинах до 6000 м.

Следующие испытания должны происходить в 1972 г. На этих испытаниях будут использоваться корзины емкостью до 5 т и тросы с усилием на разрыв до 250 т. Цель планируемых экспериментов - довести суточную производительность до 5000 т конкреций на глубине 5000 м; доказать, что стоимость поднятой со дна 1 т конкреций не превышает 5 долларов. На испытаниях опять будет присутствовать наблюдатель от CNEXO.

Преимущества разработанного японцами метода состоят в относительной простоте технических средств и малой себестоимости продукции. Действительно, в случае непогоды норию можно довольно быстро поднять на борт; ее можно использовать без конструктивных изменений на разных глубинах и на дне с различным рельефом; при обрыве одного из концов всегда можно выбрать всю петлю, не оставив на дне ни одной корзины. Вся система имеет сравнительно небольшой вес и в подготовленном к работе виде не требует много места, что позволяет быстро оборудовать нориями суда.

Имеет ли способ, предложенный японцами, недостатки?

Безусловно. Недостатки эти связаны с конструктивными особенностями, о которых мы сейчас не станем говорить. Будущее покажет, пригодна ли японская система для добычи конкреций в промышленных масштабах.

Сами японцы считают, что сделан лишь первый шаг. В принципе они не отказываются от применения в будущем более сложных систем типа, скажем, эрлифтовой гидравлической драги, но они помнят и о том, что даже для проведения самых скромных испытаний таких систем нужны большие капиталовложения.

А вот с нориями они рассчитывают довольно быстро достичь добычи в 200 000 т конкреций в год, вложив в это дело всего 5 млн. долларов. Даже при таком уровне добычи предприятие, с их точки зрения, будет рентабельным. При нынешних ценах на рынке Японии прибыль может составить от 60 до 100 долларов за одну тонну - в зависимости от содержания тех или иных химических элементов в конкрециях.

Если все эти расчеты подтвердятся на практике, то в Японии планируют организовать добычу в пределах 1 млн. т конкреций в год.

Итак, японцы и американцы совершенно по-разному подошли к техническому решению проблемы добычи конкреций. Кто из них прав, покажет будущее.

Еще более смелые проекты...

И вариант фирмы "Дип си венчурс", и японский вариант - система "D", предложенная И. Масудой, являются достаточно смелым и оригинальным техническим решением.

Однако оба проекта выглядят весьма скромно по сравнению с теми, что еще лежат, ожидая своего часа, в проектных организациях.

Расскажем об одном из таких проектов, в котором намечен совсем иной подход к решению проблемы. Сначала его авторы дают критический анализ проектов "Дип си венчурс" и Масуды. Способ эрлифтового гидравлического или механического драгирования конкреций, считают они, есть не что иное, как простое перенесение методов, применяемых на континентальных шельфах, на большие глубины. Их эффективность на малых глубинах - менее 100 м - не вызывает сомнений. Такими же методами можно, по-видимому, работать и на больших глубинах. Но до каких глубин эти методы будут оставаться по-прежнему эффективными? До глубины 1000 м? До 1500 м? Существует ведь и некая критическая глубина, при превышении которой производительность способа Масуды резко падает, поскольку число ковшов, драгирующих дно, сильно уменьшится, а время, затрачиваемое на их спуск и подъем, чрезмерно увеличится. Эрлифтовое гидравлическое драгирование столкнется с другими техническими трудностями, непреодолимыми на сегодняшний день: огромный вес трубопроводов; необходимость установки на больших глубинах дополнительных насосных станций; проблема обеспечения водонепроницаемости насосных систем и труб; борьба с кавитационными явлениями. Кроме того, для размещения мощной энергетической установки, различных насосов и другого оборудования эрлифтовой гидравлической драги понадобится судно очень большого тоннажа.

Вывод таков: метод, который хорош на глубинах до 1500 м, неприменим на глубинах в 5000 м.

Значит, нужно искать решение, отказавшись от традиционных способов добычи полезных ископаемых, отказавшись от оборудования, которое опускается с борта надводных судов. А что если всю систему добычи конкреций погрузить на дно океана?

Обычно конкреции располагаются на твердой подстилающей поверхности. Исходя из этого факта, авторы проекта предлагают собирать конкреции при помощи гусеничных подводных скреперов. Скреперами будет управлять или человек, находящийся на дне океана в толстостенной капсуле, защищающей его от гидростатического давления (при современных технических средствах создать такую систему в принципе можно), или же ими будут управлять с поверхности по кабелю, причем часть информации станет поступать с помощью телевизионного устройства на пост управления.

Уже существуют чертежи подобных глубоководных систем. Вот примерная схема их действия. Погрузившись на дно, скрепер собирает в свой бункер до 30 т конкреций. Закончив сбор, скрепер освобождается от водяного балласта и всплывает на поверхность. Движение скреперов и работа устройств для сбора конкреций обеспечиваются гидравлическими механизмами, а необходимая электроэнергия подается с обеспечивающего судна по кабелю, который практически не влияет на маневренность скрепера.

Четыре глубоководных робота днем и ночью снуют между дном океана и плавбазой-рудовозом...

Однако не пора ли остановиться? Уж очень все это похоже на заурядный фантастический роман... А если это научное предвидение? Ведь в принципе создать подобные скреперы-роботы можно уже и сейчас - непреодолимых технических препятствий здесь нет.

Что предпринимает Франция?

И у нас, как и в других странах, энтузиастам противостоят скептики... Тем не менее CNEXO проявил живой интерес к рассматриваемой проблеме. И это не случайно: ведь наиболее богатые конкрециями районы находятся, по-видимому, в южной части Тихого океана, а именно там лежат острова французской Полинезии. Из сказанного вовсе не следует, что Франция имеет больше прав, чем остальные государства, на эксплуатацию абиссальных равнин в указанном районе Тихого океана, в частности у архипелага Туамоту. Отнюдь нет. Но определенное преимущество у Франции все же есть, и оно заключается в том, что на островах этого архипелага мы можем разместить материально-техническую базу, которая будет обеспечивать добычу конкреций.

В первую экспедицию по разведке месторождений конкреций отправилось в 1971 г. судно, принадлежащее ВМС Франции. Перед экспедицией стояла скромная задача - собрать одну тонну конкреций для того, чтобы уточнить процентное содержание в них различных химических элементов. Следующие экспедиции планируются на 1971, 1972 и 1973 гг. Они должны будут точно определить границы и запасы месторождений.

Экспедиции организуются объединенными усилиями CNEXO и французской горнорудной промышленности.

Если результаты окажутся положительными, то после окончания разведки можно будет приступить к организации промышленной эксплуатации этих месторождений конкреций.

Проблема извлечения минералов из конкреций

Львиную долю из 200 млн. долларов, которые фирма "Дип си венчурс" предполагает израсходовать в ближайшие шесть лет, как уже говорилось, планируется затратить на создание оборудования для селективного извлечения содержащихся в конкрециях минералов. По последним сведениям, есть все основания полагать, что такой метод уже разработан и что теперь средства пойдут уже не на лабораторные изыскания, а на строительство завода по переработке конкреций.

Способы определения содержания различных элементов в конкрециях сами по себе не особенно сложны. Здесь можно применить и методы классической аналитической химии, и другие, более простые и требующие меньше времени методы анализа^*.

^* (Они основаны на активации нейтронами или электронным микрозондированием.- Прим. авт.)

А вот выделить из конкреций интересующие нас металлы - медь, никель, кобальт и т. д. значительно сложнее, чем просто установить их наличие. Это связано с самой структурой конкреций - характером распределения элементов в них.

Ядра конкреций состоят из кремнистой глины или известковых илов, вокруг которых концентрическими, как у луковицы, слоями располагаются окиси марганца и железа, составляющие "каркас" конкреции. Внутри этого каркаса распределены медь, кобальт, цинк, никель, причем закономерностей в их распределении пока не обнаружено...

Выделить эти минералы с помощью какого-либо обычного физического способа, применяемого в металлургии,- с помощью, скажем, плавки или прямого восстановления - не удается. Выщелачивание^* дает богатые железом соединения, но затем эти соединения трудно разделить. Ничего не дает и способ газового восстановления, часто используемый при обработке минералов, содержащих марганец.

^* (Процесс выщелачивания состоит в том, что через конкреции, растертые в порошок, пропускают растворитель с тем, чтобы выделить из этого вещества определенные растворяемые составные элементы.- Прим. авт.)

Технологические процессы, разработанные фирмой "Дип си венчурс", разумеется, хранятся в тайне. Известно лишь, что конкреции подвергаются дроблению и сушке. Полученный таким образом порошок обрабатывают соляной кислотой в химическом реакторе. Благодаря этому восстанавливается окись марганца, разрушается кристаллический каркас конкреций, освобождаются и растворяются остальные металлы - марганец, никель, кобальт, медь и др. Затем идет процесс выщелачивания, в результате чего из раствора извлекаются твердые элементы и остаются в нем силикаты, сульфаты, окиси железа и т. д. После этого путем электролитического осаждения получают металлы в чистом виде.

Описанная технология пока что проверена только на опытной установке, в которой ежедневно перерабатывается 1 т конкреций. В дальнейшем намечено построить завод, который будет перерабатывать до 1 млн. т конкреций в год.

Но для проверки технологических процессов вначале введут в строй только один заводской блок, производительность которого пока будет в четыре раза меньше. Если ничто не помешает осуществлению этих планов, то годовая продукция этого блока составит: 260 000 т марганца, 12 600 т никеля, 10 000 т меди, 2400 т кобальта.

Глубоководные термальные источники (рассолы)

В 1964 г. английское океанографическое судно "Дисковери" обнаружило в Красном море на глубинах порядка 2000 м впадины, заполненные горячей водой повышенной солености: средняя температура этой воды около 50° С, а ее соленость в десять раз превышает нормальную. Впоследствии это явление наблюдали также и другие экспедиции (преимущественно американские) в Атлантическом и Тихом океанах. При анализе проб донных рассолов и подстилающих их осадков установлено, что они содержат очень большие концентрации тяжелых металлов - железа, марганца, меди, серебра, золота и т. д.

В непосредственной близости от подводного хребта в восточной части Тихого океана обнаружены термальные источники с очень высоким содержанием кобальта, хрома, никеля и свинца.

О происхождении и механизме образования рассолов и отложения их осадков почти ничего неизвестно. Наиболее убедительна гипотеза, которая объясняет возникновение рассолов поднятием из глубин Земли термальных вод, связанным с подводной вулканической деятельностью.

Дно океанов пересекают подводные хребты, вдоль гребней которых проходят похожие на трещины провалы - так называемые рифтовые долины, в которых вулканические процессы протекают особенно интенсивно. Вот в этих долинах и были обнаружены очаги донных рассолов, образованные выходящими из зон разломов земной коры термальными источниками. Так как у рассолов большая плотность, чем у морской воды, они заполняют впадины, а при контакте рассола с морской водой ионы металлов постепенно выпадают в осадок, образуя донные отложения.

Анализ результатов исследования дна в Красном море и Тихом океане, где брались пробы и проводился каротаж на глубину порядка десятка метров, показывает, что в донных рассолах и образованных ими осадках содержатся колоссальные запасы тяжелых металлов, но, как и конкреции, их еще надо суметь поднять на поверхность. Правда, рассолы и донные осадки имеют по сравнению с конкрециями одно преимущество: они находятся в жидком состоянии, и, возможно, это позволит вести добычу методом засасывания грунта. Теоретически это выглядит проще, чем добыча конкреций...

Фотография скелетов радиолярий, полученная с помощью электронного микроскопа. Проба взята в западной части Тихого океана на глубине 3300 м под 150-метровой толщей осадков

Некоторые американские и западногерманские фирмы уже разработали проекты промышленной эксплуатации рудных осадков.

Илистые отложения абиссальных равнин

В течение миллионов лет на абиссальных равнинах океана постепенно накапливались илистые осадки, в состав которых входят диатомовые илы, состоящие из мелких водорослей и образующие обширные зоны в полярных морях; глобигериновые илы, состоящие в основном из углекислого кальция, и радиоляриевые илы, образованные из скелетов радиолярий - мельчайших организмов, живущих вблизи поверхности. Все эти илистые осадки - перспективное сырье для ряда отраслей промышленности.

Когда-нибудь мы научимся добывать и красные глины абиссальных равнин, которые представляют собой осадки обломочного происхождения. Их можно использовать и для производства строительных материалов, и как сырье для металлургической промышленности.

Надо признать, однако, что это дело весьма отдаленного будущего.

Ставка - на Мировой океан

В предыдущих главах мы смогли лишь вкратце рассказать о возможностях использования колоссальных, но все еще малоизученных минеральных ресурсов Мирового океана.

Да, океан - это настоящее Эльдорадо, но его сокровища не возьмешь голыми руками. И прежде чем минеральные ресурсы океана начнут в полной мере служить человеку, пройдут годы и годы. Для того чтобы ускорить освоение его минеральных ресурсов, нужно продолжать геологические, геофизические и геоморфологические исследования, вести систематическое картирование океанского дна, создавать подробные батиметрические карты отдельных районов Мирового океана, собирать пробы грунта, исследовать магнитные и гравитационные поля.

Все эти методы исследования минеральных ресурсов Мирового океана уже вошли в научную практику и постоянно совершенствуются. Но для широкого развертывания фронта исследовательских работ нужны научные кадры, техническое оборудование и прежде всего значительные финансовые средства.

Между тем, за небольшими исключениями, разведка подводных рудных месторождений субсидируется совершенно недостаточно, и уж во всяком случае в нее вкладывается несравненно меньше средств, чем их выделяется на поиск нефти.

Всем ясно, что ставка на океан - это наш единственный выход, ведь мы живем в эпоху, когда потребность в минеральном сырье неуклонно растет. Однако горнорудные компании предпочитают пока что эксплуатировать месторождения минералов на суше...

Если отбросить всевозможные политические и стратегические соображения, то главная причина такого положения дел - высокая себестоимость минерального сырья, добываемого в океане. И только тогда, когда цены на него станут конкурентоспособными по сравнению с ценами на сырье, добываемое на суше, промышленность начнет вкладывать большие средства и в разработку морских месторождений. Не исключено, что добыча некоторых минералов со дна морей уже сейчас была бы рентабельной, но это надо еще доказать - на деле...

Сыграют тут свою роль и законы конкуренции: как только хотя бы одна компания начнет поставлять на рынок минеральное сырье, добытое в океане, за ней сразу же потянутся и остальные...

Начать эксплуатацию минеральных ресурсов океана следовало бы с относительно более доступных россыпей, лежащих вблизи берегов. На глубинах порядка 45 - 50 м их можно добывать уже апробированными способами, применяя многоковшовые или гидравлические землесосные драги, а также канатные (так называемые грейферные) драги.

Эти же технические средства после некоторых конструктивных усовершенствований можно применять и на глубинах до 200 м. Но прежде чем приступать к добыче, необходимо дать экономические обоснования эксплуатации донных россыпей, а этого пока еще не сделано.

Мы уже говорили о месторождениях конкреций, о целесообразности их эксплуатации. Но и здесь еще предстоит создать необходимое для промышленной добычи оборудование, отработать ее технологические процессы. Надо думать, что задача эта вскоре будет решена. Причем очень может быть, что технические средства, предназначенные для добычи на глубинах до 5000 м, появятся раньше, чем закончится детальная разведка россыпных месторождений, которые лежат буквально у нас под боком.

И тогда, как это ни парадоксально, эксплуатация запасов минералов на абиссальных равнинах начнется раньше, чем на континентальном шельфе...

Ближайшее будущее покажет, в какой мере реальны наши прогнозы.

Сегодня абиссальные равнины океанов еще труднодоступны. Но не получится ли так, что их станут эксплуатировать прежде, чем начнется добыча минералов на континентальном шельфе? На снимке видно скалистое дно в желобе Пуэрто-Рико, глубина 6300 м