Богатства голубого континента

Богатства голубого континента

Мы не всегда задумываемся над тем, что нам дает море. Чаще всего, когда говорят о ресурсах моря, имеют в виду рыбу, морского зверя, реже водоросли. Действительно, общее потребление белкового вещества, добытого в море для питания людей и в качестве промышленного сырья, составляет во всем мире до 30 млн. тонн. В среднем, это составляет свыше 10 кг в год на каждого жителя нашей планеты. Однако с уверенностью можно утверждать, что океан может дать "морского белка" во много раз больше.

Однако в будущем роль океана должна неизмеримо возрасти. Человечество использует естественно накопившиеся на дне древних океанов запасы, соли, известняка, мергелей и других осадочных пород.

Исключительно велико значение океана в формировании климата. Огромное количество энергии заключено в водах океанов и морей, современное состояние техники позволяет вполне обоснованно смотреть на океан как на источник механической (приливы, волны, течения) и тепловой энергии.

Очевидно и транспортное значение океана. Миллионы тонн самых различных грузов перевозят по "голубым дорогам".

На первый взгляд может показаться, что количество судов в морях и океанах по сравнению с прошлым веком не увеличилось, что развитие транспортного судоходства идет не так интенсивно, как развитие движения на железных дорогах или в авиации.

Конечно, скорость движения имеет первостепенное значение. Человек для передвижения с материка на материк пересел на самолет и покрывает за несколько часов то расстояние, для которого пароходу потребовалось бы такое же количество суток. Но мощность и тоннаж современных судов настолько возросли, что например обычный танкер, водоизмещением в 30 тыс. т, заменяет 100 судов эпохи парусного флота.

В будущем предполагается провести частичную замену надводных пассажирских и грузовых судов подводными. Над этим заставляет серьезно задумываться зависимость надводных кораблей от условий погоды.

Что же касается промысловых судов, то еще недавно они теснились в издавна известных, небольших по площади районах мирового промысла рыбы и морского зверя, оспаривая друг у друга все уменьшающуюся добычу. Это было вызвано приуроченностью скоплений основных видов промысловых рыб - трески, пикши, морского окуня, камбалы, палтуса - к мелководьям и банкам и эффективностью лова этих видов рыб донными тралами. Такая локализация промысла объясняется трудностью лова над большими глубинами, особенно в тропических широтах, и невозможностью длительной транспортировки улова. Сейчас эти трудности в значительной степени преодолены. Изобретение разноглубинного трала, который позволяет ловить рыбу не только у дна, и развитие рефрижераторного флота дает возможность рыбакам на долгие месяцы уходить в любые, в том числе и приэкваториальные районы океана.

То, что рыба имеется и там, где ее обычно не ловили, доказано работой наших и зарубежных рыболовных тральщиков-разведчиков и случайными плаваниями мореходов, такими, например, как рейс Тура Хейердала на "Кон-тики", и опытом глубоководных погружений батисфер и батискафов.

Время от времени вдалеке от обычных и освоенных промыслом районов обнаруживают крупные скопления рыбы. Так, рыбные стада были обнаружены в низких широтах Атлантического океана на стыке экваториального противотечения и пассатных течений обоих полушарий. Сейчас на очереди стоит вопрос отыскания и освоения новых районов, богатых рыбой. Ждет своего решения и разработки способ искусственной концентрации рыбы, что позволит ловить ее в море, как в большом садке.

В самом недалеком будущем будет широко использован растительный и животный планктон - источник белка, запасы которого в океане огромны. Первые шаги в этом отношении уже предприняты и у нас за рубежом.

Однако нельзя ограничиться мероприятиями, направленными только лишь на увеличение рыбного промысла.

Печальный опыт убедил нас, что запасы рыбы в морях и в океанах могут быть исчерпаны. Подобно тому как на суше, где хищническая и неразумная охота приводит к резкому сокращению численности зверей и птиц или даже к полному истреблению некоторых видов животных(например, американских бизонов, зубров и т. д.) и морская "охота" на рыб и морского зверя приводит к истощению их запасов и ставит под угрозу промысел.

Общеизвестно истребление китов в Северной Атлантике в XIX веке; интенсивная добыча лосося на подходах к местам нереста и хищнический лов его японцами с помощью мелкоячеистых сетей в открытом море привели к тому, что кеты, горбуши, кижуча, чавычи, нерки стало в море заметно меньше.

Сейчас назрела необходимость упорядочения промысла рыбы и установления для него таких же жестких сроков, как и для охоты на суше.

Значительно более сложной оказывается проблема восстановления стада. Советским Союзом затрачиваются значительные средства на воспроизводство лососей; на Дальнем Востоке построены многие рыборазводные заводы, проводятся работы по акклиматизации лосося в других водоемах страны. Но мы еще слишком мало знаем об условиях обитания, откорма и миграций мальков и взрослых особей этих рыб. Дело осложняется еще и тем, что нерест, инкубация икры, развитие личинок и мальков лосося происходят в реках и притом как раз в тех, где вывелись взрослые особи. Дальнейшее развитие и откорм взрослых рыб проходит уже в море. Развитие рыб зависит от температуры воды и воздуха, ветров, течений, наличия питательных веществ и т. д. Поэтому необходимо тщательное изучение влияния этих фаюоров, которое должно помочь решению проблемы восстановления запасов лосося на Дальнем Востоке. Изучение влияния морских течений на пути миграции лосося в Тихом океане помогло японцам, как мы увидим ниже, организовать промысел его в открытом море.

Не только неправильная организация и хищнический лов уменьшают запасы рыбы. В Японском море исчезла дальневосточная сардина. Это произошло не столько в результате вылова, сколько под воздействием изменившихся условий среды, в которой она обитала. Резкое похолодание воды сначала в местах нереста у побережья Японии, а затем и в районах откорма (нагула) у берегов Советского Приморья в 40-х годах нашего столетия привели к полному исчезновению сардины и полному прекращению промысла ее в отечественных водах. Изучение причин, вызвавших эту катастрофу, поможет ответить на вопрос о сроках вероятного возвращения сардины к нашим берегам и, что самое главное, предсказать опасность повторения катастрофы в будущем, когда промысел восстановится.

Установлено, что не только температура, но и морские течения и океанические фронты оказывают большое влияние на поведение рыб в море. Рыба чаще всего держится в районах, где граничат друг с другом теплые и холодные течения, создающие в местах их стыка как бы "стену", по обеим сторонам от которой резко меняются свойства вод.

В зоне океанического фронта развивается так называемая вертикальная циркуляция вод, то есть их подъем и опускание. Глубинные воды приносят с собою к поверхности минеральные вещества, необходимые для развития растений. Опускающаяся вода уносит с поверхности вглубь растворенный кислород, без которого ни растения, ни животные жить не могут. Поэтому в зоне океанического фронта интенсивно развиваются растительные организмы.

В океане, как и на суше, исходным источником пищи служат растительные организмы. Где много растении, там много пиши, а следовательно, много и рыбы, питающейся планктоном. Здесь же сосредоточиваются и хищные рыбы и морские птицы.

Морская вода представляет собою довольно концентрированный раствор всевозможных солей, что резко отличает ее от воды рек и озер. Общее количество солей в мировом океане огромно и исчисляется астрономическими цифрами. Подсчитано, что если бы можно было перевести в осадок всю соль океана, то морское дно покрылось бы пластом морской соли в 57 м толщины. В морской воде можно обнаружить почти все химические элементы Но они представлены неодинаково: одни вещества содержатся в больших количествах - в килограммах на тонну, другие же - в ничтожных, исчисляемых лишь тысячными долями грамма на тонну воды. Так, если хлористого натрия в тонне воды содержится 27 кг, а хлористого магния - около 4 кг, то серебра - только 0,0002 г на тонну, а золота еще меньше - 0,000005 г на тонну. Это так мало, что даже в простой уличной пыли содержится золота больше. А между тем делались попытки добывать золото из морской воды, которые, естественно, кончились неудачей, так как содержащееся в тонне воды золото стоит 0,05 копейки, а его извлечение из воды обойдется во много рублей. Общее же количество золота и серебра в мировом океане исчисляется миллионами тонн.

В настоящее время из морской воды извлекают многие вещества. Так, ежегодная добыча поваренной соли составляет около 5 млтк т, магния - 300 тыс. т, брома - 100 тыс. т. Не так давно почти весь йод добывали из морских водорослей, главным образом, из ламинарии (морская капуста - вид бурых водорослей). Теперь йод получают более экономичным способом - из неорганических веществ. Однако и на долю водорослей падает существенная часть мировой добычи йода.

Подобно тому, как бурые водоросли концентрируют в себе йод, содержащийся в морской воде в ничтожных количествах, так другие морские организмы накапливают другие вещества.

Не так давно обнаружили, что в крови некоторых морских животных в качестве существенной составной части содержится медь, хотя концентрация меди в море не превышает концентрации серебра. Это обстоятельство наводит на мысль о возможности использовать морские организмы в качестве биологических концентраторов минералов для создания рудных накоплений, пригодных для промышленных разработок.

Однако до сих пор не удалось обнаружить в морской воле соединений таких важных элементов, как олово и вольфрам.

В течение ряда веков человечество пыталось использовать энергию морских приливов. Первые успехи в этом отношении были достигнуты почти 1000 лет тому назад, когда в Англии и Франции были устроены примитивные мельницы, работающие на энергии прилива. Значительно позднее сооружались и маленькие электростанции. Проекты более крупных электростанций не могли быть осуществлены из-за трудностей, которые возникали в связи с неравномерностью мощности установок на различных стадиях прилива.

Для правильной работы турбин необходим определенный минимальный перепад уровней (например, в 1 м), а так как при приливе уровень непрерывно меняется, то такого перепада естественным путем, с помощью одной плотины, достичь нельзя, станция должна неизбежно простаивать. Сильно меняется в течение месяца и величина прилива, т. е. разность между наивысшим и низшим уровнем. Два раза в месяц, когда земля, луна и солнце находятся на одной прямой, то есть в сизигии, приливообразующие силы луны и солнца складываются, и в море бывают наибольшие приливы, так называемые сизигийные. А когда луна в своем движении вокруг земли оказывается по отношению к солнцу под углом в 90°, то есть в квадратуре, приливы резко уменьшаются. Такие приливы называют квадратурными. Во время сизигия приливные электростанции будут давать максимум электроэнергии, а при квадратурных приливах мощность электростанций упадет в несколько раз.

Долгое время приливные электростанции оказывались неэкономичными. Для устранения пульсаций в работе станций пробовали применить подкачку воды насосами в особый резервуар во время сизигийных приливов, когда станция имела избыточную мощность, но и это не было эффективным и рентабельным.

Дальнейшие попытки усовершенствования регулирующих устройств привели к разработке такой схемы использования турбин станции и насосов, при которой возможно достаточно равномерное поступление энергии прилива. Однако полностью проблема регулирования не была решена, и всегда возникала необходимость устройства дублирующих электростанций (тепловых или обычных речных гидростанций). Стало очевидным, что придется считаться с пульсирующим характером приливной энергии.

Наиболее экономичной оказалась однобассейная установка, снабженная так называемыми обратимыми турбинами (двухстороннего действия). Мощность таких приливных станций зависит от размеров отгороженного от моря бассейна и средней величины прилива. Она выражается следующей простой формулой:

где: N - мощность станции в квт,

а - средняя величина прилива в м,

F - эффективная площадь бассейна, отсеченного от моря, в км².

Очевидно, что приливные станции целесообразно сооружать там, где приливы велики. В 20-х годах этого столетия началось строительство двух приливных станций: одна из них (Кводди), на границе США и Канады, в заливе Фанди, где наблюдаются самые большие в мире приливы, другая (Абе-Врак) во Франции. Вскоре, однако, строительство обеих станций было приостановлено.

В 1956 г. во Франции было начато строительство крупной станции Сен-Мало в устье реки Ране, мощностью 340 тыс. квт, в плотине которой разместятся 40 турбин двухстороннего действия^*. Сейчас ведется проектирование еще более мощной станции - Шозе В этом случае предполагают отрезать от моря огромную акваторию бухты Мон-Сен-Мишель (600 км²). Запроектированная мощность этой станции колоссальна - 12 млн кет. В этом районе величина прилива достигает 13,5 м.

^* (Строительство в настоящее время приостановлено по финансовым соображением.)

В Англии разработан проект создания приливной станции Северн в вершине Бристольского залива, где прилив достигает 15 м. Для этого предполагают отгородить плотиной верхнюю, суженную часть Бристольского залива у Кардифа. Мощность станции - около 1 млн. квт.

В США снова вернулись к проекту станции Кводди, на что в 1959 г. ассигновано 3 млн. долларов. В Аргентине разрабатывают проект станции Сан-Хосе на берегах залива Сан-Матиас (42°15/ ю. ш., 64°20' з. д.), мощностью в 600 тыс. квт.

В Китайской Народной Республике в 1958 г. построены десятки малых приливных станций, которые уже дают ток.

Плотина приливной электростанции

В Советском Союзе ведут проектирование мощных приливных станций - Одна из них-в Мезенском заливе Белого моря. Инженер Л. Б. Бернштейн разработал проект, согласно которому плотина длиной в 100 км отсечет от моря восточную мелководную часть Мезенского залива площадью 2000 км². Высота плотины будет достигать 10-15 ж, а число обратимых (работающих при прямом и обратном движении воды)турбин 2000.

Высота прилива в районе Беломорской станции почти вдвое уступает английским, французским и американским станциям, но если учесть огромную величину отсекаемой эффективной площади, то проектируемая стайция окажется самой "Мощной в мире (14 млн. квт).

Предполагается строительство приливных станций в Охотском море в заливе Шелехова, в Гижигинской и Пенжинской губах, а также на Шантарских островах.

Не менее интересна идея использования энергии морских волн. Каждый, кто видел прибой во время шторма, имеет представление о силе штормовых волн Но хотя во время сильного шторма на каждом километре побережья развиваются мощности, измеряемые миллионами лошадиных сил, обуздать эту энергию не так просто. И если использовать силу приливов с помощью технических установок научились много веков тому назад, то эксплуатацией энергии волн занялись совсем недавно.

Исследователи нашли два принципа использования энергии морской волны. Волны - это колебания уровня с очень коротким периодом, в несколько секунд. Эти колебания могут привести в движение поплавок, заставив его производить какую-либо работу, например, качать насос. В другом случае было предложено использовать силу удара волн. Этот, удар может привести в движение лопасти волнобойного колеса или растягивать и сжимать пружину.

Итальянский конструктор Каттанео в 1919 г. в поселке Вольтри соорудил колодец, свободно сообщающийся с морем. В колодец входили волны и поднимали и опускали поплавок, с которым были жестко соединены сверху две трубы, которые приводили в движение поршни двух насосов.

В 1931 г. Каттанео смонтировал эту установку в Монако возле здания Океанографического музея и заставил ее питать морской водой аквариумы музея. "Волнонасос" Каттанео, мощностью всего лишь в половину лошадиной силы действовал в Монако в течение десяти лет.

Принцип волнобойного колеса был использован французским инженером Сансери. Лопатки колеса (ротора) в его установке движутся благодаря различию давления волны на выпуклые и вогнутые его стороны. Сконструированная по этому принципу установка использовалась в Монако для тех же целей, что и предыдущая. Она развивала приблизительно такую же мощность, как и волнонасос Каттанео. Академик В. В. Шулейкин считает, что как ту, так и другую установку можно усовершенствовать.

Установка русского инженера Колтагова представляет собою небольшой буферный волновой насос. Волна ударяет в буфер, укрепленный на штоке, и заставляет его отступать назад и двигать поршень. Возвращает буфер и поршень в исходное положение сильная пружина, обеспечивая работу насоса.

Для подъема воды на некоторую высоту можно использовать таранный эффект морских волн. К такой мысли академика В. В. Шулейкина привело наблюдение затем, как высоко взбрасывает волна массу воды в естественных шелях между камнями и скалами. В этом случае можно избежать устройства каких-либо движущихся деталей, если не считать клапанов в трубопроводах. Однако опыта работы установки подобного типа еще нет.

Как видно из изложенного, эффективного технического воплощения идея использования механической энергии волн еще не достигла. Расчеты показали, что большая прерывистость волновых явлений (при штилях или слабом волнении аппараты не работают), делает волновые установки мало экономичными и непроизводительными.

Несколько особняком стоит идея использования тепловой энергии моря. Но именно она, как ни странно, раньше всех других нашла свое практическое решение в современной технике В 1928 г. французские инженеры Клод и Бошеро предложили использовать разность температур воды на поверхности тропических морей (25-30°) и в глубине (около 5°). Глубинные воды выполняют функцию холодильника, поверхностные - нагревателя. Рабочим веществом между холодильником и нагревателем служит опять-таки морская вода, кипящая в вакууме при 25С. Хотя в опытных установках коэффициент полезного действия подобных машин оказался довольно низким (7-15%), стабильность энергии, получаемой в результате использования постоянной разности температур вод в тропических морях, в известной степени компенсировала этот недостаток Экспериментальный завод, основанный на этом принципе, скоро будет закончен в Абиджане (Берег Слоновой Кости, Африка). Он будет производить большое количество соли, пресной воды и электроэнергии.

Этот же принцип может быть применен и в наших северных морях. В этом случае холодильником будет служить морозный воздух (-20°). а нагревателем - морская вода подо льдом (около 0°). В качестве рабочего вещества можно использовать пропан или бутан (углеводородные соединения), кипящие при температуре около 0° и конденсирующиеся в жидкость при низких температурах.

Вполне возможно использовать тепло глубинных вод приполярных районов в борьбе со льдами. Хотя разница в температуре поверхностных и глубинных вод в этих районах не столь значительна, всего 2-5°, но огромные "запасы" вод, а следовательно, количества тепла, захороненного в глубинах, вполне достаточно для плавления льдов в пределах весьма значительных акваторий Расчет показывает, что если в море, таком, например, как Баренцево, будет вертикально установлена труба диаметром в 2-3 метра, длиною несколько десятков метров, то потребуется очень немного энергии для того, чтобы установить постоянный поток воды снизу вверх. Вполне возможно, что в некоторых районах в вертикальной трубе возникнет движение воды лаже самотеком, после того, как она будет первоначально принудительно заполнена более теплой, а следовательно, более легкой глубинной водой. Во всяком случае эффективность такой установки должна быть высокой, так как подъем воды будет осуществляться в условиях "невесомости", ведь вода будет подниматься в воде, а пс закону Архимеда поднимаемая вода потеряет в весе столько, сколько она весит.

До сих пор мы говорили о веществах, которые можно получить из морской воды, и об использовании самой воды, но и дно хранит поистине сказочные богатства.

О том, что на дне моря имеются россыпи золота, залежи угля, запасы нефти и газа, люди знали давно. Но до них трудно было добраться.

Раньше для того, чтобы достигнуть дна моря, устраивали земляные насыпи, если глубина позволяла это сделать или строили колодцы и срубы, изолирующие небольшие участки дна от моря. Так, еще в начале XIX в. близ Баку предприимчивый и изобретательный добытчик Касымбек получал нефть из таких колодцев, расположенных в море в 15-30 м от берега. Установка Касымбека действовала несколько лет, но в 1825 г. она была разрушена штормом. Это была, пожалуй, первая попытка добывать нефть со дна моря.

Бурение скважин на мелководье вблизи берега с целью добычи нефти производилось в Калифорнии, начиная с 1880 г. Способ засыпки обширных акваторий моря, дно которого богато полезными ископаемыми, был применен японцами близ г. Идзумодзаки (префектура Ниигата). Здесь в 1888 г. возник целый искусственный остров, на котором высились нефтяные вышки.

В Баку в 1910 г. были начаты работы по засыпке мелководной бухты с нефтеносным дном (теперь бухта Ильича) На этой территории, начиная с 1923 г. успешно добывается нефть.

Нефтяные вышки в открытом море

Этот способ применяют и в настоящее время. Например, в 1958 г. близ Райнкона (Калифорния) на расстоянии около 1 км от берега, на глубине 15 м в море были обнаружены крупные запасы нефти. Американцы здесь соорудили искусственный остров для добычи нефти.

Однако наиболее распространен способ устройства нефтяных вышек на сваях. Целый лес таких ажурных стальных конструкций вырос вокруг Апшеронского полуострова в Каспийском море. К северу от о. Артема вышки стоят изолированно одна от другой, а на Нефтяных Камнях они соединены друг с другом эстакадами. Сейчас там вырос большой поселок с многочисленным населением - почти целый город, расположенный в открытом море. В центральной части его расположены конторы клуб, столовая, склады, магазины и жилые дома. По эстакадам поселка Нефтяные Камни движутся по узкоколейной дороге электровозы, автобусы, грузовые и легковые автомобили.

Свайные поселки выросли не только у берегов Апшерона, но и в других районах Каспийского моря.

Богатые морские месторождения нефти обнаружены на дне Персидского залива. Одно из них, называемое Сафания, - крупнейшее в мире. Оно расположено вблизи берегов Саудовской Аравии и имеет размеры 32 км в длину и 1 км в ширину. Рядом, в 13 км от берега, недавно открыто новое месторождение, Манифа. Несомненно, что на дне Персидского залива будут открыты еще многие месторождения.

В настоящее время намечаются поисковые работы и промышленное освоение западной части Мексиканского залива, западной части Карибского моря у берегов Панамы, Гватемалы и Никарагуа, Яванского моря у о. Ява, Северного моря у берегов Федеративной Республики Германии, Восточного и Южно-Китайского морей, где уже найдены нефть и газ.

Не случайно, что 2/3 известных на суше нефтегазоносных территорий расположено у побережья лорей. Это обстоятельство наталкивает на мысль, что на дне моря значительно больше нефти, чем на суше. По крайней мере это справедливо в отношении материковой отмели и материкового склона до глубин 1000-2000 м, геологическое строение которых не отличается от строения материков.

Оцененные мировые запасы нефти на 1959 г. составляют 38 млрд. т. В год во всем мире добывают около 1 млрд, т, следовательно разведанных запасов нефти хватит не более чем на 40 лет. Отсюда становится очевидной необходимость освоения нефтяных богатств, таящихся на дне моря.

Богато дно моря и запасами угля. Хотя человечество еще не ощущает угольного голода и доступных запасов угля хватит, примерно, на 3000-4000 лет, все же залежи угля на дне моря следует учитывать как резерв. Уже сейчас идут разработки угля со дна моря. Так, в Японии, к западу от о. Кюсю, от прямоствольных шахт подо дном моря проложены горизонтальные штольни, подводящие горняков к богатым пластам высококачественного угля.

Если на суше запасы полезных ископаемых разведаны еще далеко не полностью, то к разведке несметных богатств, таящихся под морским дном, человек только лишь приступает. Развитие новых методов исследований, применение совершенной технологии буровых работ, изучение дна моря подводными аппаратами в будущем откроют человечеству неисчислимые богатства морского дна.

А они поистине безграничны. Уже на самой поверхности дна океана с помощью подводной фотографии обнаружены богатейшие скопления железо-марганцевых конкреций - потенциальные промышленные запасы важного минерального сырья. Кроме железа и марганца, эти конкреции содержат никель, кобальт, медь и редко-земельные элементы. В среднем, содержание марганца в них достигает 20%, никеля, кобальта и меди - 0,5%.

Эти залежи широко распространены на обширных участках дна Атлантического и особенно Тихого океанов.

В Атлантике они обнаружены в районе глубоководной впадины Пуэрго-Рико. В Тихом океане богатые скопления найдены у Калифорнийского побережья. Чаще всего они залегают на больших глубинах (5-8 км). На дне Атлантического океана разведано по предварительным подсчетам около 50, а на дне Индийского океана свыше 100 млн т. Запасы их в Тихом океане огромны и по осторожным подсчетам достигают 100 млрд. т.

В США разработана система глубоководного драгирования,позволяющая добывать конкреции с глубин 4-5 км.

Предполагается, что добыча конкреций обеспечит потребность США в кобальте на 200%, в марганце на 26%, в никеле на 6%.

Обнаружены скопления железо-марганцевых конкреции и в наших морях: в Баренцевом, Карском и Беринговом и в Прикамчатских водах. Располагаются они на значительно меньших глубинах, возможность их промышленной разработки сейчас изучают.