Книга: Вода и жизнь на Земле

Ресурсы Мирового океана

Ресурсы Мирового океана

Ученые и экономисты едины во мнении, что Мировой океан таит в себе в огромных количествах продукты питания, сырье и энергию. Из 160 тыс. видов растений и животных, обитающих в Мировом океане, мы используем только 1,5 тыс. И хотя за последние 30 лет мировой вылов морепродуктов перевалил за 70 млн. т, ученые полагают, что можно без ощутимых потерь для океанского «населения» вылавливать еще дополнительно около 30 млн. т. Впрочем, уже сейчас возникают опасения о допустимости ловли некоторых ценных видов рыб и китов. Происходит это, в частности, потому, что в ряде капиталистических государств рыбная ловля велась без учета научных рекомендаций. Кроме того, издавна рыбу ловят всего лишь на 25 % акватории Мирового океана, расположенных преимущественно в прибрежной зоне. Подсчитано, что на шельфе с глубин до 200 м вылавливается 90 % всего мирового улова морепродуктов. Около 75 % океанской поверхности вообще не охвачено рыболовством.

Советские ученые, исследуя различные районы Мирового океана, установили перспективность лова и на больших глубинах. В частности, такие глубоководные рыбы, как макрурус, сабля-рыба, хек, путассу, и ряд других уже стали объектами промышленного лова советских рыбаков. Отметим, наконец, такой факт: во время одной экспедиции на «Витязе» была поймана рыба с глубины 7,5 тыс. м.

Весьма перспективной выглядит также идея активного воздействия на океанскую фауну, в частности искусственное разведение рыб, переселение их из одних водоемов в другие, увеличение кормовой базы и т. д. Определенных успехов в этом отношении добились советские ученые (разведение кефали, червя нереис и моллюска синдесмия — на Каспии, акклиматизация камчатского краба — в Баренцевом море и т. д.).

Добычу можно увеличить, например, за счет регулируемого разведения рыбы и моллюсков в огороженных морских акваториях или подводных клетках. Подобное рыбоводное фермерство является «многообещающей альтернативой морскому рыболовству». Во всяком случае, уже сейчас в мире подобным способом получают 6 млн. т рыбы, раков и моллюсков. Японцы, например, ежегодно производят таким образом около 80 тыс. т лосося, омаров и скумбрии. По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), это количество можно увеличить до 30 млн. т.

Мировой океан, занимая 70 % поверхности планеты, дает человечеству всего лишь 1,5 % пищевых ресурсов. Одна из причин: в море человек пока но стал рачительным хозяином. Он шел там по более простому пути охотника, хотя на суше давно уже перешел к земледелию и скотоводству — высокоразвитое сельское хозяйство дает ему более 98 % всей потребляемой пищевой продукции. Морское «сельское хозяйство» до сих пор но получило широкого распространения. Правда, во второй половине XX в. в ряде стран, имеющих прямой выход к морю, марикультурой занялись основательно. Там она сейчас быстро развивается.

Число «освоенных» морских организмов уже превысило две сотни видов. Среди них такие характерные для морей нашей страны рыбы, как лососи (их разводят в морских садках), палтус, угорь, кефаль, терпуг. Перспективны и моллюски, мясо которых пользуется большим спросом: оно высокопитательно, обладает и лечебными свойствами. Разработана технология выращивания гребешка, устриц, мидий, креветок, омаров, начаты работы по культивированию «морского женьшеня» — трепанга. Наряду с животными на подводных плантациях выращивают ламинарию — «морскую капусту», а также водоросли-агароносы, из которых извлекают ценное технологическое сырье — агар-агар.

Перспективный район для марикультуры — прибрежные воды советского Дальнего Востока. По подсчетам специалистов Тихоокеанского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ТИНРО), в заливах Японского моря можно, например, получать с 1 га до 100 т ламинарии и 40–50 т устриц. Но марикультура на Дальнем Востоке делает лишь первые шаги. В Приморье выращивают в опытно-промышленных масштабах моллюсков, в промышленных — морскую капусту.

В заливе Посьета действует морская экспериментальная база Дальтехрыбпрома. Это единственное в СССР предприятие, где в естественных условиях выращивают гребешок и гигантскую устрицу. В 1977 г. здесь собрали хороший урожай. Несколько лет успешно действуют три водорослевых фермы — в бухтах Валентин, Каменка и Анна.

Урожайность ламинарии достигает 50–60 т с 1 га прибрежной акватории, общая площадь которой составляет 30 га.

С каждым годом на Земле возрастает потребление воды. По оценкам специалистов, в 2000 г. ее потребуется в 8 раз больше, чем сейчас. Но, поскольку запасы пресной воды в мире ограничены, она может быть получена только из морей.

Мировой океан — неисчерпаемый водный резервуар. Однако 3,5 % соли, содержащейся в морской воде, мешают ее использованию в сельском хозяйстве, в промышленности и для питья без предварительного опреснения. До 1960 г. строились лишь небольшие опреснительные установки мощностью максимум в 3 тыс. м³/сут пресной воды. Однако с тех пор размеры и число ежегодно строящихся опреснительных установок заметно выросли. Только в 1975 г. введены в строй 26 установок, производящих в среднем по 9,304 тыс. м³/сут воды. В 1977 г. одна такая установка вырабатывала уже 14 тыс. м³/сут воды.

В настоящее время наблюдается тенденция к дальнейшему росту мощностей и количества морских опреснительных установок. Этому во многом способствовало то обстоятельство, что в засушливых районах Земли и в пустынях имеются большие месторождения нефти и газа. Чтобы добывать их нужны люди, а людям нужна вода. В местах добычи этого сырья возникли новые поселения, быстро увеличивалось население. Например, если в 1968 г. Абу-Даби, столица одноименного нефтяного эмирата в Персидском заливе, насчитывала 22 тыс. жителей, то в 1975 г. их число увеличилось до 130 тыс., а к 1985 г., согласно заключению некоторых специалистов, достигнет 430 тыс. человек. Обретенное богатство породило в таких странах желание обеспечить свое будущее путем создания собственной промышленности. Для этого, однако, понадобилось много пресной воды.

Практически неограниченное количество пресной воды, полученной из морской, можно дать сельскому хозяйству. Однако масштабы использования морской воды для сельского хозяйства зависят от цены пресной: чем дешевле процесс опреснения, тем больше воды для орошения. К сожалению, производство 1 тыс. л воды на современных опреснительных установках обходится приблизительно в 5 раз дороже, чем на станциях водоснабжения.

Морская вода — это нечто вроде жидкой руды. В ней содержатся элементы почти всей таблицы Менделеева.

Ученые подсчитали, что в морской воде растворено 6,5 млрд. т натрия, 80 млрд. т никеля, 800 млн. т молибдена, около 10 млрд. т золота — примерно по 3 т на каждого жителя Земли.

Если распределить по всей суше соль, имеющуюся в морской воде, то получится слой толщиной 153 м. Больше того, в 1 км³ воды содержится 700 тыс. т калийной соли, идущей на удобрения и для отбеливания тканей, причем добывать ее в море гораздо эффективнее, чем на суше. Море богато и сульфатом натрия — ценнейшим сырьем для стекольной, целлюлозно-бумажной и текстильной промышленности. Особенно много его в водах знаменитого залива Кара-Богаз-Гол. В воде Мирового океана хранится 90 млрд. т йода; брома — в восемь раз больше, чем в равном объеме земной коры. Все мировое производство брама основано на океанских промыслах.

Морское происхождение имеет пятая часть производства тяжелой воды. В морях и океанах имеется до 200 млн. т лития — этого источника энергии XXI в., а 1 т морской воды содержит 3,3 мг урана.

В Японии, как известно, нет природного урана и его приходится импортировать из-за границы. Это обстоятельство серьезно тормозит интенсивно развивающуюся в стране атомную энергетику. Однако эта проблема, кажется, находит решение. К 1985 г. в Японии намечено завершить строительство экспериментальной опытной установки по извлечению урана из морской воды. Технология, разработанная на основе опыта эксплуатации этой установки, найдет применение на трех заводах общей производительностью 3 тыс. т урана в год. Такого количества урана достаточно для снабжения топливом 12 атомных электростанций мощностью по 1 тыс. МВт каждая.

Истощение запасов полезных ископаемых на суше заставляет многие страны проявлять все больший интерес к поиску и добыче различных минералов со дна моря. Немногим более ста лет началась история подводных полиметаллических руд. 7 марта 1873 г. трал английского фрегата «Челленджер», совершившего трехлетнее кругосветное плавание с целью исследования глубоководных впадин, поднял с глубины 4 тыс. м нечто вроде черноватой гальки. Химики быстро установили, что эти любопытные образования состоят почти исключительно из окиси марганца и представляют собой «марганцевые конкреции». В наш век интерес к этим конкрециям значительно возрос — ведь, кроме марганца, концентрация которого наиболее высока (в среднем около 25 %), они содержат большое число других металлов, в том числе медь, никель, кобальт, молибден. Конкреции обычно залегают в осадочных отложениях, так называемом радиоляриевом иле (радиолярии — планктонные животные организмы), на глубине свыше 4 тыс. м.

По данным американских исследователей, только в одном Тихом океане хранится 1500 млрд. т руды в форме конкреций. Если использовать всего лишь 1 % этой руды, то человечество будет обеспечено марганцем на 285 лет, никелем — на 230, медью — на 17, кобальтом — на 1200 лет. Правда, в последнее время появились менее оптимистические цифры — от 1 до 3 млрд. т руды для всего Мирового океана (никеля от 15 до 50, меди — от 12 до 36, кобальта — от 2,5 до 7,5 млн. т).

По установленным в настоящее время критериям, месторождение считается рентабельным, если общее содержание меди и никеля в руде составляет примерно 2,5 %. Другое необходимое условие — плотность конкреций на дне. Она должна быть от 4 до 10 кг/м² для месторождений площадью порядка 30 тыс. км², что обеспечит добычу 3 млн. т руды в год. Этим требованиям пока отвечает лишь одна зона, расположенная в северной части Тихого океана между 5° и 20° с. ш. и 110° и 160° з. д. Именно в этой зоне, которая занимает 6 млн. км² (в 10 раз больше территории Франции), ведется основная исследовательская работа. Однако до сих пор никто не смог доказать, что предполагаемая промышленная добыча, которая по-прежнему упирается в технические трудности, экономически рентабельна.

В настоящее время рассматриваются два пути разработки подводных месторождений: механический и гидравлический. Механическая фильера представляет собой систему ковшей, перемещающихся вдоль троса, соединенного с двумя судами. Сторонники этого проекта утверждают: чем проще система, тем меньше у нее шансов выйти из строя. Гидравлическая фильера — это или система откачки (морская вода — конкреции), или система с эрлифтом (морская вода — конкреции — воздух). Главной проблемой этой гигантской отсасывающей трубы длиной в 5 тыс. м остается установка головки землесоса, которая должна собрать как можно больше руды достаточно быстрыми темпами в среде, имеющей консистенцию меда и обладающей неровным рельефом. Переработка, которая заключается в разделении различных руд, содержащихся в конкрециях, не ставит никаких специфических проблем. Она осуществляется так же, как и переработка любой «классической» руды.

Причины увлечения многих стран конкрециями различны. Например, для США они представляют огромный интерес, поскольку им приходится импортировать 85 % марганца и почти полностью кобальт и никель. Есть и другие страны, также зависящие от ввоза этих металлов. Так, Япония импортирует 95 % меди, кобальта и марганца и около 75 % никеля.

В конце 1978 г. группе американских, японских, канадских и западногерманских исследователей удалось добиться успеха. С глубины 5000 м в Тихом океане к юго-востоку от Гавайских островов подводный земснаряд исследовательского судна «Седко-445» впервые извлек на поверхность большое количество так называемых марганцевых конкреций. Внешне они напоминали крупные клубни картофеля и содержали никель, кобальт, титан, медь, а также марганец.

По оценочным данным, запасы нефти на морском дне, как разведанные, так и предполагаемые, составляют 90 млрд. т, т. е. в 30 раз превышают объем ежегодной мировой добычи. В конце 70-х годов в прибрежных шельфах действовали около 400 разведочных буровых платформ, из них 60 — в Северном море; свыше 3 тыс. установок на платформах уже добывали нефть с морского дна.

Значение Мирового океана в жизни человечества стремительно возрастает. В нем таятся колоссальные запасы энергии. Люди научились утилизировать лишь ничтожную ее долю, но есть надежда, что в будущем океан может сделаться одним из основных поставщиков энергии.

Идея использовать энергию приливов и отливов не нова. Но путь от замысла к его воплощению в строительстве приливных электрических станций — ПЭС — оказывается тернистым.

На первый взгляд, что может быть проще! Отгородил залив от моря в узком месте плотиной, поставил турбины — и черпай энергию. Во время прилива вода, вливаясь в залив, заставит крутиться лопасти гидротурбины. То же самое произойдет и во время отлива, когда вода будет стремиться уйти обратно в море. Однако, когда в 1967 г. во Франции была сооружена приливная электростанция (ПЕС) «Ране», то оказалось, что ее строительство обошлось в три раза дороже обычной речной ГЭС.

В Советском Союзе ПЭС в основном смонтировали на заводе в Мурманске и затем уже отбуксировали к месту расположения — в губу Кислая. Там готовый блок посадили на заранее приготовленную «постель», загрузив песчаным балластом. Так, в 1968 г. появилась первая отечественная ПЭС — Кислогубская.

Этот вариант стал основой нынешних проектов ПЭС, например в Лумбовском заливе, у побережья Кольского п-ва на границе Баренцева и Белого морей. Приливы в этом месте достигают 7-метровой высоты. Здесь предполагается построить две дамбы общей длиной 2,8–5 км и в одной из них расположить 8 отверстий для пропуска воды, в другой — 6 наплавных четырехагрегатных блоков, аналогичных Кислогубской ПЭС. 24 капсульных агрегата общей мощностью 0,3 млн. кВт позволят выработать за год около 600 млн. кВт*ч электроэнергии.

В 30 с лишним раз большую мощность — 10 млн. кВт — разовьет будущая Мезенская ПЭС. Плотина длиной 86 км отсечет восточную часть акватории залива в створе мысов Михайловский и Абрамовский. На 17-километровом трапециевидном «выступе» встанут 100 наплавных блоков с 400 агрегатами.

Большие возможности для строительства ПЭС открываются на побережье Охотского моря, где наблюдаются 14-метровые приливы. Так, в Пенжинской губе предполагается построить ПЭС мощностью в 100 млн. кВт. (Для сравнения укажем, что мощность крупнейшей в мире Саяно-Шушенской ГЭС — 6,4 млн. кВт.) Море в заливе редко бывает спокойным. Ураганный ветер гонит на берег волны высотой 5–7 м. Ветер не утихает и зимой, когда столбик термометра нередко опускается к отметке минус 50°. Более 200 дней в году море покрыто ледяными полями толщиной до 2 м. Какую же прочность должна иметь станция, чтобы противостоять натиску воды и льдов! Поэтому здание ПЭС предполагается сделать с наклонным перекрытием, через гребень которого могут свободно переползать льды. В техническом отношении создание Пенжинской ПЭС вполне осуществимо.

В последнее время появился новый тип волновой гидростанции, названной изобретателями «Ракушкой». Ее необходимо строить на морской отмели, с резким перепадом глубин от 100 до 20 м. Лучше всего для этого подходит подводная сопка. На ее вершине, и следует монтировать «Ракушку» — полую бетонную полусферу диаметром. 80 м. От макушки полусферы вниз идет вал гидротурбины, вращающий генератор. Работа такого энергоблока основана на возрастании волны, приближающейся к отмели. Вода, достигнув отверстия в «Ракушке», падает вниз. По расчетам, за 1 с на лопасти турбины будут обрушиваться 80 м³ морской воды. Этого вполне достаточно для работы мощного (1,5 МВт) генератора.

Изобретатели считают, что подобные волновые ГЭС выгодно располагать полукругом. Тогда станции будут не только вырабатывать энергию, но и выполнять роль волнолома, т. е. защищать берега от разрыва. Внутри такой бухты корабли могут пережидать непогоду. Оснастив щели в нижней части «Ракушки» фильтрами, можно добиться дополнительно очищения морской воды от нефти. Наиболее подходящим местом для сооружения подобной электростанции считаются прибрежные воды Гавайских о-вов.

В 1978 г. в Японии начала давать ток плавучая электростанция, работающая на энергии морских волн. Оригинально ее техническое решение. Энергия волн преобразуется в камерах компрессионного типа в энергию сжатого воздуха. Последний из соплового аппарата поступает на лопатки турбины, вращающей электрогенератор. Энергоустановка смонтирована на судне водоизмещением 500 т, общая длина которого 80 м, ширина 12 м. Максимальная мощность плавучей электростанции составит 2 мВт. Специалисты считают, что энергоустановки подобного типа уже в настоящее время экономически конкурентоспособны по отношению к другим известным методам электроснабжения небольших населенных пунктов на побережье океана, где дополнительные транспортные расходы существенно увеличивают стоимость привозного органического топлива.

Уже подготовлен к технической реализации интересный проект по использованию океанских течений для производства электроэнергии, разработанный сотрудниками университета Турейна (штат Луизиана, США). Американские исследователи предполагают установить в районах относительно сильных течений турбину диаметром 170 м и длиной 80 м, изготовленную из алюминиевого сплава с предполагаемым сроком службы не менее 30 лет. Потоки течения воды станут вращать лопасти турбины, а через систему мультипликаторов, повышающих число оборотов, — и находящийся на ее валу электрогенератор. Турбину, установленную с помощью якоря на глубине в районе течений, будут поднимать на поверхность только для профилактического осмотра. По мнению авторов проекта, наибольшую проблему представит передача производимой электроэнергии по кабелю на берег. Предполагается, что стоимость электроэнергии на подобной электростанции окажется соответственно в 1,8 и 1,4 раза ниже, чем на тепловых и атомных станциях.

Когда в море появились плавучие острова — буровые, это было понятно: человека манили богатейшие кладовые нефти и газа. Но сегодня все чаще можно услышать о сооружении в море плавучих заводов и других сооружений сугубо сухопутного «профиля» — вплоть до аэродромов и гостиниц. Японская фирма «Хитачи Цозен», специализирующаяся на строительстве плавучих причалов, складов, холодильников, нефте- и газохранилищ, разработала проект плавучего отеля. В нем предусмотрены не только 500 номеров, но и парк, зрительный зал, спортивный центр, банкетные залы, теннисные корты, библиотека. Это должен быть настоящий «город» отдыха и развлечений, несмотря на то что размеры его относительно невелики: длина — 250 м, ширина — 70 м, высота — около 40 м.

Другая японская фирма выполнила заказ Саудовской Аравии на сооружение плавучего жилого комплекса для 3 тыс. рабочих морских нефтепромыслов. Плавучие отели и общежития строятся сейчас в Швеции, Финляндии, Норвегии и Бельгии.

Самое же большое сооружение в океане намерена возвести Японская ассоциация судостроителей — громадный аэродром площадью 576 га. Его собираются соорудить на пилонах в заливе Осака. Но этот пример — скорее исключение. Большинство же сооружений для океана возводится на плавучих платформах из стали и бетона.

Специалисты считают, что в будущем плавучие заводы и дома получат широкое распространение во всем мире.