На счету Мирового океана — две трети поверхности Земли и практически неисчерпаемые запасы чуть ли не всех видов сырья. Так, в океанской воде растворены 2 100 000 миллиардов тонн магния, 600 000 миллиардов тонн калия, 100 000 миллиардов тонн брома. Есть в ней и золото, и серебро, и уран, и многие редкоземельные элементы. Но до сих пор на долю океана приходится всего 2 процента мировой добычи минерального сырья. Причем лишь поваренную соль добывают из морской воды в более или менее серьезных количествах — около 6 миллионов тонн в год.
Почему же, несмотря на дефицит сырья в мире, человек не использует богатства океана? Ответ прост: в среднем в литре морской воды содержатся буквально микрограммы нужных веществ. И чтобы «сложить» их в необходимые промышленности десятки и сотни тонн, при любом способе извлечения надо перекачать гигантские водные массы. Более того, сложность не только в том, чтобы извлечь растворенные вещества, но и вернуть океану «живую» воду.
В свете последних исследований и разработок наиболее перспективными представляются два способа извлечения ценных веществ из морской воды, один из которых — биологический. Известно, что клетки растений и животных могут запасать значительные количества микрокомпонентов, в частности, извлекая их из океанской воды. Например, по сравнению с водой морские растения содержат в тысячи раз больше хрома, марганца, цинка, серебра, редкоземельных и других элементов. Но особого внимания среди растительных организмов заслуживают такие простейшие, как, скажем, фитопланктон, который быстро размножается простым делением и для своего развития требует лишь минеральных питательных веществ и солнечного света.
Когда водоемы «зацветают», содержание фитопланктона в таких районах, как мелкое Азовское море, достигает довольно большой величины — уже сотен миллиграммов на литр. Причем извлекать его можно практически в любых количествах: в избытке планктон вреден, так как при отмирании и разложении его резко ухудшается качество воды. С этой же точки зрения биологи рекомендуют изымать из водоемов и излишки водорослей, которые также накапливают многие металлы.
Правда, на пути практического использования биологических методов концентрирования есть еще немало нерешенных проблем. Надо научиться управлять развитием фитопланктона в определенных районах океана, создать технику для его извлечения и переработки. А может быть, и вывести новые простейшие организмы с повышенной «жадностью» к тем или иным веществам.
По своему принципу более прост в реализации второй метод — сорбционный. Суть его состоит в том, что вода прокачивается через своеобразные фильтры из особых веществ — сорбентов, которые «притягивают» растворенные в ней соли. Процесс этот достаточно прост и хорошо отработан. Но камень преткновения и здесь тот же: перекачка воды. И поэтому пока этот способ рассматривают лишь как возможный источник получения урана.
Повышенный спрос на последний связан со стремительными темпами роста мощностей ядерной энергетики. Если в 1978 году атомным электростанциям мира потребовалось 32 тысячи тонн урана, то к 1990 году, судя по прогнозам, эта цифра превысит 100 тысяч тонн. Сколько их может «поставить» океан, если известно, что в кубометре морской воды содержится от 2 до 4 миллиграммов урана? А всего в морях и океанах его содержится около 4 миллиардов тонн — почти в 3 тысячи раз больше «сухопутных» запасов капиталистических и развивающихся стран, которые экономически выгодно разрабатывать.
Поиски сорбентов, способных достаточно эффективно извлекать уран из морской воды, ведутся во многих лабораториях мира. В том числе и в нашем Институте геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского Академии наук СССР. В результате последних исследований удалось получить сорбенты, которые, помимо урана, извлекают медь, хром, ванадий, молибден, золото, другие ценные металлы. И следовательно, могут быть использованы для комплексной переработки морской воды.
Но перекачка больших объемов воды все же остается трудной проблемой. Чтобы получать 10 килограммов урана в год, нужно построить установку, способную через фильтры площадью в 25 квадратных метров перекачивать 1 тысячу кубометров воды в час!
А нельзя ли заставить работать течения в океанах? Чтобы ответить на этот вопрос, были проведены натуральные эксперименты, в ходе которых в местах с сильным течением погружались фильтры с нашими сорбентами. Результаты получились обнадеживающие Отсюда и родилась идея: перегородить огромной сетью из сорбента какое-либо место с сильным течением, например Берингов пролив. Расчеты показывают, что полезные вещества, полученные на таком сооружении, по себестоимости будут соизмеримы с добываемыми из земли.
ОКЕАН: НОВЫЙ ВЗГЛЯД НА СУТЬ ТЕЧЕНИЙ
Вот что рассказал член-корреспондент Академии наук СССР, директор Института океанологии АН СССР имени П. П. Ширшова А. Монин.
Ни моряк, ни рыбак, ни исследователь до сих пор не имеют детальных карт рельефа морского дна. Поэтому есть доля правды в том, что дно океана нам известно хуже, чем поверхность обратной стороны Луны или лик Марса и даже Меркурия. Нужды науки, мореплавания, промысла требуют карт, составленных не по точкам и линиям, а по площадям. Первые промышленные образцы сканирующих и многолучевых эхолотов, с помощью которых можно получить рельеф дна в полосе шириной до 40 миль, уже созданы. Еще более обещающим представляется метод акустической голографии, который позволит через 10–20 лет получить детальные карты важнейших районов дна Мирового океана.
В последние годы советские океанологи значительно продвинулись в изучении гидрофизики океана. Одно из крупнейших открытий последнего времени — обнаруженные учеными нашего института синоптические вихри в океане, подобные тем, что мы наблюдаем в атмосфере. Нам удалось разработать теорию этого феномена. Оказывается, прежние представления о течениях в океане как о широких и глубоких «реках» оказались упрощенными. В действительности основная энергия океанских течений — до 90 процентов — сосредоточена в вихрях. А если рассматривать усредненные за несколько месяцев показатели их движения, то мы приходим к тем течениям, которые известны нам со школьной скамьи. Нашими учеными предложен ряд физико-математических моделей, открывающих возможность прогнозировать вихревую изменчивость океана.
Помимо синоптических, открыты и описаны так называемые фронтальные вихри — их можно назвать закрутившимися в спираль. Это отколовшиеся ветви таких струйных течений, как Куросио, Оясио, Северо-Тихоокеанское, Гольфстрим. Моделирование вихревых возмущений важно и для морского транспорта, и при освоении биологических и энергетических ресурсов океана.
Наконец, советские океанологи имеют приоритет в открытии глубинных противотечений, турбулентного движения воды в приповерхностных слоях океана, микротечений в толще вод, вызванных изменчивостью температуры и солености, тонкослойных придонных течений. Много нового дало изучение так называемых внутренних волн в океане, возникающих вследствие вертикальной неустойчивости слоев из-за перепада плотности океанских вод. О важности этих исследований говорит такой факт: считается, что внезапная гибель в 1963 году американской атомной подводной лодки «Трешер» произошла из-за того, что под воздействием внутренней волны она стала неуправляемой.
Таким образом, гидрофизические исследования существенно изменили наши представления о вертикальной и горизонтальной циркуляции вод в океане. Сейчас перед нами стоит задача дать единое объяснение процессов, протекающих в океане, включая и поверхностное волнение. Ученые надеются, что в ближайшие годы поверхностное волнение удастся регистрировать и изучать с помощью океанологических спутников, как удастся создать и международную глобальную сеть океанских автоматических станций, с помощью которых мы сможем получать регулярную информацию, подобную той, какой располагают метеорологи благодаря мировой сети метеостанций.
КРАСКИ ОКЕАНА
Озаряющий землю солнечный свет не обходит своим вниманием и толщину водной оболочки планеты, хотя в отличие от суши он не может одарить своим присутствием все ее уголки.
Верхние слои океана буквально пронизаны лучами самого невероятного направления. Об этом эффекте образно рассказывает известный исследователь Тур Хейердал, наблюдавший световые явления в океанской воде во время путешествия на плоту «Кон-Тики». Он пишет, что под водой царит своеобразное освещение, приглушенное и без теней. И не поймешь, откуда свет идет, не то что в надводном мире. Поглощение и рассеивание ослабляют свет в океанской среде. Причем разные участки видимого спектра ослабляются неодинаково, что влечет за собой изменение с глубиной спектрального состава света. Вместе с тем всем океанским водам присуще общее свойство — резкое ослабление с глубиной красного участка спектра.
