Минеральные богатства океана люди начали использовать давно, но только в последнее время стало возможным оценить их запасы.
Сама морская вода является ценной «полиминеральной рудой». 1 кг морской воды содержит в среднем 35 г солей.
В Мировом океане сосредоточено около 5·1016 т минерального сырья. Насколько велика эта масса, можно оценить из такого сравнения. Если извлечь всю соль из океана и равномерно распределить по поверхности земной суши, то на каждый квадратный метр придется по 330 т соли, а толщина слоя составит около 150 м.
Больше всего в океане хлора — 2,64·1016 т, натрия — 1,4·1016 т, магния — 1,8·1015 т, кальция — 5,6·1014 т, калия — 5,3·1014.
По приближенным подсчетам, в воде Мирового океана содержится 20 млрд. т урана, 15 млрд. т меди, 0,5 млрд. т серебра, 8—10 млн. т золота.
Однако и опресненная вода потенциально является одним из наиболее важных соединений, которое может быть получено из морской воды. От употребления воды низкого качества в мире ежегодно заболевают 500 млн. человек. В настоящее время в промышленно развитых странах мира начал ощущаться недостаток пресной воды.
Все эти обстоятельства заставляют искать способы опреснения морской воды. В Мировом океане заключена огромная масса воды.
Объем гидросферы:
- Океаны — 1380 км2
- Озера и реки — 0,5 км2
- Лед — 22 км2
- Вода в атмосфере — 0,013 км2
- Вода в морских и континентальных осадках — 196 км2
Высокая стоимость получения пресной воды является основным недостатком всех методов опреснения. С экономической точки зрения выгодно создавать опреснительные установки совместно с атомными электростанциями или другими дешевыми источниками энергии.
В Советском Союзе опреснительная атомная электростанция построена в городе Шевченко на Каспийском море. Мощность станции по опреснению воды равна 120 000 м3 в сутки.
Интересна идея получения пресной воды из айсбергов. Подсчитано, что если буксировать айсберг объемом 250 млн. м3 из района Антарктиды в Чили (пустыня Атакама) и он за время пути потеряет 86% своей массы, то полученная прибыль составит 1,4 млн. долларов (стоимость оставшейся воды 2,7 млн. долларов минус 1,3 млн. долларов — расходы на транспортировку).
В настоящее время из всех известных химических элементов, находящихся в морской воде, добывают натрий и хлор (в виде поваренной соли), бром, магний, калий.
Запатентованы способы извлечения урана, золота, серебра и ряда других элементов из морской воды в отдельности или в виде полиметаллического концентрата.
Добыча поваренной соли из морской воды была известна еще с времен античной Греции и Рима. Соль была дорогим продуктом, и во многих странах существовала монополия государства. Еще в XVIII в. в Италии по морскому побережью расставлялась охрана, которая следила за тем, чтобы жители «не крали» морскую воду.
Извлечение соли из морской воды возможно путем естественного испарения или вымораживания. Основной способ — испарение морской воды, протекающий в две стадии. Мелководные заливы разгораживают на ряд бассейнов, в которых после испарения первым выпадает сульфат кальция. Затем полученный рассол перекачивают в другой бассейн, где после дополнительного испарения осаждается хлористый натрий. Эффективность этого способа получения поваренной соли крайне низка: извлекается всего 4%.
Производство магния из морской воды хорошо освоено. Стоимость магния из морской воды значительно ниже, чем из минеральных залежей на суше. На заводах морская вода смешивается с реагентом (известковое молоко) и полученные соединения магния подвергают химической обработке соляной кислотой с последующим получением чистого магния в электролитических ваннах.
Соединения магния широко используются в различных областях промышленности: при производстве бумаги, текстиля, резины, как огнеупорный материал для облицовки плавильных печей.
Бром можно рассматривать как исключительно морской элемент: в океане растворено 99% мировых запасов брома. Процесс извлечения брома из морской воды несложен. Морскую воду подкисляют серной кислотой и затем продувают сильной струей воздуха. Бромо-воздушная смесь затем реагирует со стружками железа, образуя бромистое железо. Существуют и другие способы извлечения брома из морской воды с использованием хлора, сульфата, анилина.
Главные потребители брома: производство антидетонаторов для горючего, органическая синтетическая промышленность, медицина и фотография.
Полезные ископаемые. Полезные ископаемые океана можно классифицировать следующим образом:
I. Сырье в недрах под океаном (нефть, газ, уголь, сера, железная руда, барит).
II. Прибрежные россыпные месторождения (ильменит, монацит, циркон, магнетит, золото, алмазы, касситерит, вольфрамит, платина).
III. Полезные ископаемые морского дна (железомарганцевые конкреции и фосфориты).
По данным ООН, наибольший интерес представляет добыча нефти и газа на океанском шельфе (материковая отмель). Мировая добыча нефти составила в 1972 г. 2,6 и, по прогнозам, в 2000 г. может достигнуть 7,4 млрд. т. В 1975 г. на континентальный шельф приходилось уже 1/5 всей добываемой нефти, и предполагается, что в 2000 г. уже половина всей нефти будет добываться со дна океана.
Самые большие нефтяные месторождения — Персидский и Мексиканский заливы. Запасы нефти бассейна Северного моря оцениваются в 5 млрд. т и газа — 3,0—4,5 триллиона м3, и следует отметить особую ценность этого района для европейских стран.
Потребности мирового хозяйства в нефти и природном газе растут очень быстро, свидетельством тому явился так называемый «энергетический кризис».
Кроме нефти и газа, на шельфе имеются залежи угля и руд. Много лет ведется добыча угля шахтами, расположенными на суше в Англии, Японии, Канаде, Чили и других странах. Разведаны месторождения угля на шельфе Турции, Китая, Австралии, в Арктике, США. Считается, что экономически выгодна добыча угля до 25 км от берега. К 1980 г. станет оправдана добыча угля до 25 км от берега. Извлечение угля из недр морского дна составляет для Англии 10% годовой добычи, а для Японии — 30%.
Железная руда. Добыча железной руды из недр шельфа ведется с крупнейшего из известных в настоящее время месторождения Вабана, расположенного у восточного побережья о. Ньюфаундленд. Запасы месторождения Вабана оценены в 2 млрд, т, а производительность рудника — 3 млн. т в год. В меньшем объеме ведется добыча руды во Франции, Финляндии и Швеции.
Сера. При разведочных работах на нефть были обнаружены значительные залежи серы в Мексиканском заливе, вблизи побережья США. Запасы серы оцениваются в 40 млн. т. Для эксплуатации серного месторождения Гранд-Айл построена стальная эстакада, на которой нагревают морскую воду и под давлением закачивают в серный пласт, где она вызывает плавление серы. Расплавленную серу перекачивают на сушу по трубопроводу. В настоящее время на океан приходится 4% мирового производства серы.
Барит. На шельфе вблизи побережья Аляски эксплуатируется единственное месторождение барита, производственная мощность которого составляет 1000 т в сутки. Общие запасы составляют 2,5 млн. т.
Прибрежные россыпные месторождения тяжелых минералов образуются на границе океан — суша вследствие разрушения берегов, выноса обломочного материала реками, сортирующей и транспортирующей деятельности ветрового волнения и течений. Крупнейшие прибрежные россыпи находятся в основном в тропической и субтропической зонах. Они имеют большое экономическое значение, так как на них приходится значительная часть добычи и запасов редких металлов. Минералы ильменит и рутил содержат титан, циркон — цирконий, гафний, монацит — торий.
Наиболее известны морские россыпи Австралии, на долю которых приходится 90% производства рутилового концентрата в капиталистическом мире, 60% мировой добычи циркона и 25% монацита.
Богатейшие прибрежные россыпи имеются на побережье Бразилии. Их протяженность — 1600 км. Годовая добыча монацита составляет до 7000 т (в 1963 г. — 1/3 мировой добычи).
Крупные месторождения ильменита, рутила и циркона находятся на полуострове Флорида (США), на южном побережье Индии.
Олово. Кассетеритовые пески — одна из ценных руд, которая встречается в подводных россыпях. Основной район добычи олова — Юго-Восточная Азия, где находится 75% запасов олова всего капиталистического мира.
Золото, платина и алмазы. Добыча золота из россыпей невелика. Предполагают, что в будущем начнут разрабатывать морские россыпи золота. Основные районы золотоносных песков — Аляска (США).
Морское месторождение платины в заливе Гудньюс (Аляска) разрабатывается с 1926 г. и обеспечивает 90% потребностей США в платине.
На африканском шельфе у берегов Намибии известен и разрабатывается район подводной добычи алмазов, которая оказалась вполне рентабельной.
Среди полезных ископаемых океанского дна наибольший практический интерес представляют железомарганцевые конкреции и фосфориты. По химическому составу конкреции — полиминеральная руда, содержащая ценные металлы: никель, кобальт и медь. Конкреции наиболее распространены в акватории Тихого океана, запасы конкреций в котором оцениваются в 1,5·1012 т. Суммарные ресурсы Индийского и Атлантического океанов равны 1·1011 т. Содержание в конкрециях отдельных элементов во много раз превышает запасы их в месторождениях суши.
Фосфориты. Фосфориты широко распространены на шельфе и частично на материковом склоне Мирового океана. Наиболее крупные месторождения расположены у берегов Калифорнии. Общие запасы сырья оцениваются в 1,5—3 млрд. т. Фосфориты обнаружены у берегов Чили, Перу, Мексики, Аргентины, Японии, Австралии, Мадагаскара, Намибии, Южно-Африканской Республики.
Общие запасы фосфоритов на шельфе составляют не менее 30 млрд. т, но экономически выгодно для разработки лишь 10% этого количества.
При современных темпах потребления фосфоритов в качестве удобрений этого количества хватит на ближайшие 200—1000 лет.
Загрязнение океана. В Мировой океан, занимающий 2/3 общей площади Земли, попадает большинство отходов с суши и атмосферы. По данным ЮНЕСКО, в океан ежегодно сбрасывается 6,5 млн. т фосфора, 2,3 млн. т свинца, 320 млн. т железа.
Нефть и нефтепродукты в настоящее время являются одним из основных видов загрязнения океана. Основные источники поступления — нефтяные скважины, танкеры и речной сток. К особенно тяжелым последствиям приводят аварии нефтеналивных судов. Так, в 1967 г. из супертанкера «Тори-Каньон», севшего на мель у берегов Англии, вылилось в море 117 тыс. т нефти, которая вызвала массовую гибель морских рыб и птиц.
По оценкам специалистов, суммарное количество нефти, поступающей в океан, составляет от 2 до 10 млн. т.
Нефть и нефтепродукты загрязняют огромные пространства, покрывая водоемы тонкой пленкой. 1 т нефти покрывает пленкой 12 км2 поверхности океана. Нефтяная пленка затрудняет газообмен между водой и атмосферой, а в Мировом океане производится более половины всего земного кислорода.
Морские животные (планктон, нектон) могут усваивать растворенную нефть, которая оказывает вредное воздействие также на виды, их поедающие. Нефтяное загрязнение приводит к гибели 1/3 молодых морских организмов.
Нефть погубила бы океан, если бы не было нефтеокисляющих бактерий. Борьба с нефтяным загрязнением сложная и неотложная задача.
С промышленным стоком в океанскую среду попадают металлы — свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, сурьма, хром, медь, цинк и ряд других. Многие тяжелые металлы являются токсичными, аккумулируясь в морских организмах, могут вызвать гибель их или сделать опасными для употребления в пищу.
В последние годы в океан стало попадать огромное количество моющих синтетических веществ, которые губят рыбную молодь и водоросли.
Значительно возросло количество твердых отходов: тара, мусор. Так, в районе Гавайских островов, по подсчетам американских специалистов, плавает 35 млн. пустых пластмассовых бутылок. Загрязненность Средиземного моря в 1977 г. по сравнению с 1974 г. полимерными материалами, по оценке советских ученых, возросла в 4 раза.
Беспорядочное загрязнение Мирового океана может вызвать необратимые процессы и привести к гибели флоры и фауны. Защита Мирового океана от загрязнения — проблема международная.
Мировой океан как источник сырья в состоянии обеспечить длительный прогресс человечества при условии сохранения чистоты его вод.
Авторы: И. И. Волков, кандидат химических наук, В. А. Коннов, кандидат химических наук