Воды океанов и морей представляют большой интерес для науки и всего человечества.
Прежде всего следует, указать на то, что в них растворено огромное количество различных веществ. Основную их массу составляют соли, общее содержание которых достигает астрономической цифры — 48∙1015 т. Если бы удалось извлечь эти соли и затем равномерно рассыпать по поверхности суши, толщина слоя составила бы 200 м.
Запасы химических веществ в водах Мирового океана можно считать неисчерпаемыми, поскольку они непрерывно пополняются в результате выноса растворенных и взвешенных веществ с речным стоком, разрушения берегов, выпадения их из атмосферы с осадками и ветрового переноса пыли с суши, а также за счет постоянного поступления космической пыли. Хотя промышленные концентрации ряда химических веществ на суше значительно выше, чем в морской воде, они быстро истощаются, тогда как в Мировом океане восстанавливаются за сравнительно короткое время, даже при очень значительных изъятиях, за счет большой подвижности воды. Извлечения некоторых рассеянных элементов из водного раствора нередко бывает выгоднее переработки горных пород. Поэтому использование химических ресурсов Мирового океана будет все время возрастать.
Колоссальные перспективы сулит комплексная переработка морских вод для получения пресной воды и выделения растворенных в ней солей. Уже сейчас воды суши не могут удовлетворить все возрастающую потребность людей: вода необходима не только для утоления жажды, приготовления пищи и бытовых нужд, но и для промышленности. Взрослому человеку для обеспечения всех его нужд необходимо почти 2700 т воды в год. На выработку тонны бумаги идет 250 т воды, а на тонну капрона — 5 тыс. т. А ведь к концу нашего века население Земли должно увеличиться вдвое. Однако у нас сейчас не только многие города, но и целые государства испытывают острый недостаток воды. Вместе с тем пресной воды на земном шаре не так уж много. Поэтому человечеству необходимо создать простые и рентабельные способы опреснения морской воды.
Воды Мирового океана обладают и неисчерпаемыми запасами крайне дешевой энергии, необходимость в которой быстро возрастает в связи с бурным развитием техники.
Использование солей, растворенных в водах океана. В настоящее время в водах океанов и морей обнаружено 44 элемента, но, по-видимому, в ней имеются все элементы, входящие в таблицу Менделеева.
При современном уровне развития производительных сил рентабельным оказывается получение из морской воды хлористого натрия, магния, брома, калийных солей, сульфата, по-видимому, рубидия, цезия и некоторых других веществ. Однако с развитием техники комплексного использования морских вод (в частности, за счет получения пресной воды, подъема глубинных вод в энергетических установках, основанных на разности поверхностных и придонных температур воды) стоимость получения химических веществ из морской воды будет непрерывно уменьшаться. В настоящее время наиболее просто из морской воды добывается поваренная соль — путем выпаривания в мелководных бассейнах. Прочие соли требуют уже специального химического производства.
Поваренная соль, помимо ее огромного пищевого значения, является ценнейшим химическим сырьем. Она используется для получения соляной кислоты, едкого натра, соды, гипохлорита (жавель), хлоратов и пр. Вырабатываемые из поваренной соли кислоты и основания служат для производства различных сложных веществ. Около 1/3 соли получают из морской воды, а остальное добывается в шахтах и соляных озерах. Тогда как запасы соли на суше сравнительно ограничены и постепенно будут исчерпаны, в Мировом океане общее содержание хлористого натрия настолько велико, что оно может обеспечить все потребности быстро увеличивающегося населения Земли и роста промышленного производства в течение 1,7 млрд. лет. Поэтому удельный вес добычи соли из морской воды будет все время увеличиваться. В настоящее время основными потребителями соли, получаемой из морской воды, являются: Британское содружество наций, США, Испания, Италия и Франция. В Советском Союзе этим путем производят соль на Черном и Азовском морях.
Другой продукт, извлекаемый из морской воды, — магний — представляет собой исключительно легкий металл, широко использующийся в самолетостроении. Из него делается большая часть деталей самолетов. Кроме того, магний нашел себе применение в текстильной, строительной, бумажной и резиновой промышленности. За счет выделения магния из морской воды удовлетворяется около 20% мировой потребности в нем. При рациональном производстве этот способ оказывается более дешевым, чем добыча магния из минеральных залежей на суше. Только в 1 км3 морской воды содержится 1,3 млн. т магния, что может удовлетворить мировую потребность в нем в течение целого года. Общее же его количество в Мировом океане составляет 16∙1014 млрд. т.
Калийная соль является очень важным видом сельскохозяйственного удобрения и ценным химическим сырьем. Она используется для производства мыла, взрывчатых веществ, а также солей, применяющихся при отбелке, очистке и протравке тканей. Калий из морской воды добывается в КНР, Японии, США, Англии, Италии, Франции и других странах. Общее его содержание в Мировом океане равно 48∙1013 т.
Бром, представляющий собой летучую жидкость, применяется для выработки красителей, в фармацевтической промышленности, а главным образом горючего для двигателей внутреннею сгорания. Последнее связано с тем, что использование двубромистого этилена позволяет приготовить невзрывающееся горючее, дающее возможность увеличить предел его сжатия без опасности самовозгорания и, следовательно, повысить эффективность работы двигателей. Из морской воды бром получают в США, Англии, Японии, Франции, Индии, Канаде и некоторых других государствах. В Мировом океане содержится 99% мировых запасов брома, что составляет 90 000 млрд. т.
В Советском Союзе одной из главных баз морской химии должен явиться Сивашский залив Азовского моря, отличающийся очень высокой концентрацией солей.
Хотя содержание большинства элементов, растворенных в морской воде, и очень мало, однако при огромной массе воды Мирового океана общее количество каждого из них оказывается исключительно большим. Так, например, при наличии лишь 0,008 мг золота в 1 м3 воды общий его запас составляет 10 000 млн. т.
В решении проблемы использования веществ, растворенных в морской воде в малых концентрациях, существенную помощь может оказать использование способности ряда животных и растений извлекать и накоплять в своем организме различные элементы в количествах, в несколько тысяч, а иногда миллионы раз больших, чем содержатся они в единице объема морской воды. В некоторых организмах концентрация железа оказывается в 6 тыс. раз большей, чем в воде; в крови осьминогов обнаружено много меди, медузы накапливают цинк, олово и свинец, асцидии — ванадий, радиолярии — стронций, некоторые животные способны сосредоточивать драгоценные и редкие металлы в количестве, в миллионы раз большем, чем в воде. Водоросли богаты не только йодом, бромом, алюминием, но и некоторыми другими ценнейшими веществами.
Профессору Тюбингенского университета французу Э. Бауэру удалось искусственным путем получить вещество, подобное тому, которое вырабатывается осьминогом для аккумуляции в своем организме меди, содержащейся в морской воде. С помощью такого вещества были выбраны все ионы меди и урана из той воды, которая была через него пропущена. Затем Э. Бауэру удалось получить другое вещество, позволившее выделить из морской воды золото.
Помимо создания подобных химических способов получения интересующих нас веществ, содержащихся в морской воде, по-видимому, можно будет производить их в промышленных количествах путем переработки искусственно выращиваемых животных и растений, особенно микроорганизмов, которые аккумулируют в больших количествах в своем теле нужные нам элементы.
Перспективы развития морской химической промышленности исключительно велики. Удельный вес ее в мировой экономике будет все время повышаться, и она сможет удовлетворить возрастающие запросы быстро увеличивающегося населения нашей планеты.
Проблема опреснения вод океана. Количество пресной воды на нашей планете, по самым оптимистическим подсчетам, не превышает 500 тыс. км3. Сюда входят воды рек, озер и подземные воды. Из общих запасов пресной воды, имеющихся, на земном шаре, ежегодное ее потребление, по данным квалифицированных экспертов, не может превысить 20 тыс. км3. Этого может хватить для обеспечения нужд не более, чем 20 млрд, человек, а такое количество людей должно появиться примерно через ближайшие 100 лет.
«Водный голод» может быть утолен только водами Мирового океана, количество которых оценивается огромной цифрой — 1,2 млрд. км3. Этого достаточно для удовлетворения нужд человечества на вечные времена. Однако, как известно, морская вода не годится ни для питья, ни для промышленных нужд из-за большого содержания в ней солей. В литре морской воды растворено в среднем 35 г различных солей. Горький вкус ей придают соли магния. В питьевой же воде количество солей не должно превышать 1—2 г. Следовательно, необходимо производить опреснение морской воды, что в целом ряде мест делается уже довольно давно.
Существует целый ряд различных методов опреснения морских вод, из которых для промышленных целей наибольшее распространение получила перегонка воды. В последнее время все большее внимание привлекает идея использования ядерной энергии для дистилляции морской воды, поскольку сна требует большого количества тепла и энергии. Проведенные исследования показали, что для определения морской воды наиболее выгодны реакторы на быстрых нейтронах. Используя природный уран, в процессе работы они превращают его в ядерное горючее — плутоний-239. Пресная вода, получаемая на атомных опреснительных установках, не содержит каких-либо радиоактивных веществ, так как весь процесс проходит без соприкосновения воды с активной зоной реактора.
В Советском Союзе на протяжении ряда лет ведутся работы по созданию эффективной системы опреснения морской воды с помощью ядерной энергии. Так, на Каспийском море действует крупнейшая опытная опреснительная установка, перерабатывающая 4—5 тыс. м3 морской воды. К 1969 г. здесь предполагается закончить строительство атомной электростанции мощностью до 350 тыс. кВт, благодаря которой будет получаться 100 тыс. м3 пресной воды в сутки.
Поскольку аналогичные работы ведутся в США и Франции, между этими государствами подписано соглашение о сотрудничестве в решении проблемы создания промышленных установок для переработки морской воды с помощью атомной энергии. Экономически выгодно создавать такие комбинированные установки, которые позволили бы, используя мощные атомные электростанции, получать большое количество пресной воды и солей, являющихся ценнейшим сырьем для различных отраслей промышленности и удобрением для сельского хозяйства. Установка с реактором в 1 млн. кВт даст возможность получать около 4 млн. т пресной воды в сутки, что достаточно для удовлетворения бытовых и промышленных нужд района с населением около 4 млн. человек. При этом ежесуточно из морской воды можно будет вырабатывать свыше 100 тыс. т поваренной соли, около 3,5 тыс. т калийной соли, 5 тыс. т магния, почти 300 т брома, более 10 тыс. т серной кислоты и некоторые другие ценнейшие химические продукты.
Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют большое внимание тому, чтобы все большее количество расщепляющихся материалов было использовано в мирных целях, для нужд промышленности и сельского хозяйства, науки и медицины, осуществления различных крупных научно-технических проектов.
Океан — неисчерпаемый источник дешевой энергии. Несмотря на то, что мировая выработка электроэнергии неукоснительно растет, потребность в ней в связи с быстрым развитием техники и бурным ростом населения Земли будет все больше и больше.
За последнее столетие производство ее выросло почти в 100 раз. По мнению специалистов, потребление энергии на душу населения в ближайшее столетие должно вырасти примерно в 300 раз. Поскольку население планеты к этому времени увеличится в 2—3 раза, общий расход энергии должен повыситься почти в 90 раз. В решении этой проблемы, помимо использования самых различных видов энергии, немалую роль должен сыграть и Мировой океан. Достаточно сказать, что только постоянно возобновляемая энергия приливов заключает в себе мощность, равную 8 тыс. млрд. кВт, т. е. в 100 раз больше той энергии, которую вырабатывают сейчас все гидроэлектростанции мира.
Удовлетворение все возрастающих потребностей людей в энергии в значительной мере будет происходить за счет использования термоядерной энергии. Однако и здесь роль Мирового океана окажется очень большой, поскольку в нем содержится огромное количество тяжелой воды, которая позволит обеспечить энергией человечество на многие миллионы лет. Помимо того, в водах океанов и морей обнаружено большое количество урана, радия и других радиоактивных элементов. Правда, использование ядерной энергии уже теперь упирается в трудности захоронения продуктов отхода атомной промышленности.
Мировой океан обладает не только огромными запасами топлива для атомных электростанций, но и другими, пожалуй, еще более перспективными, дешевыми и неисчерпаемыми видами энергии. Это механическая энергия ветровых волн и морского прибоя, течений и приливов, которая может быть преобразована в электрическую энергию. Большое внимание привлекает и возможность разработки тепловых поверхностных и холодных глубинных вод.
Из них наибольшее внимание привлекает приливная энергия. Расчеты показывают, что стоимость выработки электроэнергии приливной станцией будет примерно такова же, как и у речных гидроэлектростанций. По мнению некоторых специалистов, при благоприятных условиях приливные станции могут оказаться даже более экономичными, чем атомные.
Особенно большой интерес к постройке приливных электростанций проявила Франция, испытывающая недостаток в дешевой электроэнергии. За счет этих станций она предполагает резко сократить импорт каменного угля, большая часть которого ввозится из других стран. На севере Франции, в устье реки Ране, впадающей в пролив Ла-Манш, сооружается приливная электростанция мощностью в 240 тыс. кВт. Станция будет иметь 24 турбогенератора по 10 тыс. кВт. При этом турбины будут вырабатывать электроэнергию как во время прилива, так и отлива. Созданием таких агрегатов французские специалисты занимались около 25 лет. Летом 1966 г. дал ток первый генератор. В том же районе, вблизи города Сен-Мало, сооружается еще одна приливная электростанция, которая будет давать 544 млн. кВт-ч ежегодно. Кроме того, во Франции разработаны еще четыре проекта приливных электростанций.
Использованием энергии приливов занимаются гак же Англия, США, Аргентина и некоторые другие государства.
Советский Союз по запасам приливной энергии стоит на одном из первых мест в мире. Эти запасы оцениваются примерно в 200 млрд, квт-ч в год. Особенно большое внимание привлекает возможность использования огромных энергетических ресурсов Мезенской губы, достигающих 90 млрд, квт-ч. Здесь в перспективе намечается строительство Беломорской приливной электростанции. Для этого в восточной части Мезенской губы будет возводиться плотина длиной 100 км и высотой 20 м. В ней предусматривается установка 1000—1509 турбин общей мощностью в 25 млн. кВт, что в 11 раз больше мощности Волжской ГЭС им. В. И. Ленина. Перспективно сооружение приливных электростанций и на Мурманском побережье, для некоторых пунктов которого ведется разработка проектов. Самыми большими энергетическими ресурсами из морских прибрежных районов Советского Союза обладает Пенжинский и Гижигинский заливы, где максимальная амплитуда приливов достигает 8—10 м, а в вершине Пенжинской губы даже 12,9 м. Здесь можно построить приливные электростанции, которые позволят получить около 175 млрд. квт-ч в год. Такая масса дешевой энергии будет способствовать освоению суровых северовосточных районов Сибири. В течение нескольких последних лет у нас ведутся работы по сооружению опытной приливной электростанции на берегу Кольского залива в губе Кислой. Первую промышленную приливную электростанцию намечено возводить также в Кольском заливе, вблизи селения Лумбовки. Эта станция мощностью в 300 тыс. кВт будет вырабатывать около 700 млн. квт-ч энергии в год.
Перспективы использования приливов для выработки огромных масс дешевой электроэнергии очень велики, поскольку общая энергия приливов, рассеиваемая в Мировом океане на преодоление трения, оценивается примерно в 1 млрд. квт-ч в год, тогда как энергия всех рек 850 млн. кВт,
В отношении использования тепловой энергии Мирового океана, как и волновой, дело ограничивается главным образом разработкой различных проектов, а также проведением опытных работ и созданием небольших установок. Строительство крупных электростанций, использующих различные виды морской энергии, не за горами.
Воды океана со временем станут основой для создания крупнейшей морской химической и морской энергетической промышленности, которые должны сыграть важную роль в удовлетворении потребности людей и прогресса всего человечества.
Автор: В. Н. Степанов, доктор географических наук, профессор