Полезные ископаемые океана

Жидкая руда

Уникальные физико-химические свойства воды и особенности ее происхождения являются причинами того, что в ней содержатся практически все элементы Периодической системы Менделеева. Однако количество растворенных в воде веществ резко различается; содержание некоторых элементов настолько мало, что находится за пределами точности определений. К настоящему времени в морской воде достоверно выявлено 73 химических элемента (рис. 44). Большинство элементов находится в воде в виде различных солей. Как уже отмечалось, из 35 г солей, содержащихся в одном литре морской воды, примерно 27,5 г составляют хлориды натрия и магния (поваренная соль и хлористый магний), 3,5 г - сульфаты (гипс, ангидрит) и около 0,07 г - карбонаты (кальцит, доломит); остальная часть приходится на другие соли. Из химических элементов в этом же объеме морской воды содержится 19,3 г хлора, 10,7 г натрия, 1,3 г магния и т. д.

Рис. 44. Содержание химических элементов в морской воде. Элементы, добываемые из морской воды: 7 - в промышленных масштабах, 2 - в незначительных количествах; 3 - элементы, пока практически не добываемые

Преобладающее большинство элементов имеет сравнительно низкое содержание, измеряемое миллиграммами на 1 л морской воды. Однако в масштабе Мирового океана общее количество растворенного элемента часто достигает значительной величины. Так, содержание лития в Мировом океане (при концентрации 0,17 ^мг/_л) достигает 260 млрд. т, молибдена (0,01 ^мг/_л) - 16 млрд. т, меди, олова и урана (примерно по 0,003 ^мг/_л) - по 4 млрд. т и т. д. Даже при ничтожной концентрации серебра в 0,00003 ^мг/_л общее его содержание в Мировом океане достигает 45 млн. т, а золота (0,000004 ^мг/_л) - 5,5 млн. т. По подсчетам, учитывая гигантский объем Мирового океана, в его воде растворено около 5х10¹⁶ т солей. Этим количеством солей можно было бы покрыть всю поверхность земной суши слоем толщиной в 153 м! Если еще учесть, что содержание многих элементов в морской воде систематически восполняется, то можно сделать вывод об исключительном богатстве Мирового океана.

Однако практическое использование этих богатейших ресурсов пока только начинается. К настоящему времени в некоторых странах - СССР, США, Великобритании, Испании, Италии, Франции и Японии - в промышленных масштабах из морской воды добывают всего несколько видов солей. Связано это с тем, что содержание большинства растворенных в воде элементов сравнительно невелико и их извлечение из воды при существующих технологиях малорентабельно. Поэтому естественно, что сейчас из морской воды добывают в основном только наиболее распространенные компоненты - поваренную соль и хлористый магний. При добыче этих солей обычно применяют простейшую технологию - выпаривание морской воды в естественных лагунах или специальных бассейнах. Используя свойство солей выпадать из раствора при различных температурах и концентрациях, из морской воды в системе последовательно соединенных бассейнов осаждают гипс, поваренную соль, хлористый магний и т. д. Этот способ добычи соли требует определенных затрат на сооружение бассейнов-испарителей, поэтому еще рентабельнее добыча солей из естественных испарителей, каковыми являются природные лагуны.

Среди них наиболее известен Кара-Богаз-Гол, залив в юго-восточной части Каспийского моря. В условиях жаркого и сухого климата здесь с площади около 18 тыс. км² испаряется огромное количество воды. Отметим, что для этих безводных мест название залива совершенно справедливо переводится с казахского как "Черная пасть". В результате интенсивного испарения уровень залива на 3-4 м ниже уровня Каспийского моря, с которым он был соединен узким проливом-водопадом. Кара-Богаз-Гол - интенсивно работающий испаритель, наносящий заметный ущерб водным запасам Каспийского моря, изолированного от Мирового океана. Поэтому несколько лет тому назад было принято решение о перекрытии пролива. Это, с одной стороны, способствовало стабилизации уровня Каспия, а с другой стороны, позволило приступить к открытой разработке миллиардов тонн солей, слагающих дно залива. Однако в последние годы уровень воды в Каспии начал медленно подниматься. В Закаспии же в связи с быстрым испарением воды из залива произошло заметное ухудшение экологической обстановки - ветровая эрозия солей обнажившегося дна и дальнейшее засолонение почв, опустынивание. Поэтому пролив, соединяющий Кара-Богаз-Гол с Каспием, сейчас снова открыт.

Другой естественной лагуной является Сиваш - огромная система мелководных полузамкнутых заливов в северной части Крымского полуострова. Из сильно минерализованной воды Сиваша уже сейчас получают соду, окись магния, бром и другие ценные компоненты. При условии комплексного использования вод Сиваша из них ежегодно можно получать до 146 млн. т поваренной соли, миллионы тонн сернокислого магния, хлористого калия, бром, кальций, хлор и другие соли.

Из зарубежных примеров такой изолированной лагуной является Мертвое море глубиной до 356 м.

Соленость его воды достигает 270‰, а запасы солей оценивают в 22 млрд. т хлористого магния, 11 млрд. т хлористого натрия, 6 млрд. т хлористого калия и других, что обеспечило бы мировое потребление этих солей на многие сотни лет.

Особый интерес представляют современные рифтовые долины, где рождается новая литосфера. Здесь жидкое вещество мантии впервые вступает в контакт с водой, которая вымывает из него растворимые компоненты. Естественно, растворимости способствует высокая температура воды на этом контакте. Результаты изучения центральной части Красного моря (рис. 45), представляющего собой типичную молодую рифтовую долину, показали, что на глубине более 2 км температура воды не снижается (как повсеместно в Мировом океане), а наоборот, скачкообразно повышается до 50-60°С. Таким образом, температура придонного слоя здесь в 2-3 раза выше температуры на поверхности моря, изменяющейся в пределах 20-27°С. Температура придонного слоя связана здесь с аномальным значением теплового потока, в 10-15 раз превышающим среднее значение для океанического дна.

Для придонного слоя установлена также аномальная минерализация - соленость воды на глубине 2-2,2 км достигает 256‰, т. е. более чем в 7 раз выше нормальной солености вод Мирового океана.

Резко отличается и состав растворенных солей - здесь преобладают ионы тяжелых металлов, и прежде всего железа (29%), марганца, цинка (3,4%), свинца (0,1%), меди (1,3%), серебра (0,054%) и даже золота (0,005%).

Таким образом, при спрединге океанического дна на дне рифтовой долины образуются горячие высокоминерализованные рассолы, практически не смешивающиеся с вышележащими слоями воды. С глубиной эти термальные рассолы приобретают илоподобную консистенцию; при этом мощность таких металлоносных илов может измеряться сотнями метров. При высушивании в порошке содержание меди, например, достигает 3%, а цинка - даже 10%. Это свидетельствует о возможности и рентабельности добычи металлов из глубоководных рассолов и илов. А запасы их значительны. Следует учесть, что они периодически пополняются при спрединге океанического дна.

Особо следует остановиться на таком ценном энергетическом сырье, как уран, используемом в качестве топлива для атомных электростанций. Содержание урана в морской воде просто ничтожно - всего 3,33 ^мкг/_л. В устьях рек, куда доставляются продукты разрушения континентов, это содержание может быть выше^*, а общие запасы урана в воде Мирового океана, как уже указывалось, оценивают в 4,2х10⁹ т. В морской воде уран содержится в виде раствора три карбоната урана. Для его извлечения из воды разработана технология фиксации урана на гидроксиде титана, весьма мало растворяющемся в воде. Экспериментальная установка с коэффициентом полезного действия около 50% при прокачивании через нее 170 тыс. т воды дала всего 0,26 г урана, что пока нерентабельно - затраты составили около 100 дол. на 1 кг урана при уровне рентабельности не выше 40 дол. на 1 кг. В будущем, возможно, будут предложены более производительные технологические схемы, которые сделают процесс извлечения урана из морской воды рентабельным.

^* (В устье реки Конго вода содержит урана в 10-30 раз больше его среднего содержания, т. е. до 44-80 мкг/л. Даже в среднем течении Конго содержится до 24 мкг/л урана.)

Перечень природных богатств, связанных с водами Мирового океана, был бы неполным без упоминания о собственно воде, содержащей практически неисчерпаемые для человечества запасы водорода, кислорода и их изотопов. Одним из таких изотопов является дейтерий - изотоп водорода, который планируют использовать в качестве топлива для термоядерных реакторов будущего. Запасы дейтерия в Мировом океане почти безграничны - 2,5х10¹³ т, что определяет широкие перспективы его использования при условии решения проблемы управления реакцией термоядерного синтеза.