Экологические проблемы мирового океана и истощение ресурсов пресной воды

      Коренные, в свою очередь, можно подразделить на  погребенные,  которыеизвлекаются из недр дна,  и поверхностные,  расположенные на  дне в виде конкреций, илов и т. п.

      Среди нерудного сырья в шельфовой зоне представляют интерес глауконит, фосфорит, пирит, доломит, барит, строительные  материалы  -  гравий,  песок, глина, ракушечник. Ресурсов нерудного сырья, исходя из уровня современных и предвидимых потребностей, хватит на тысячи лет

      Интенсивной добычей  строительных материалов в море  занимаются  многие прибрежные страны: США, Великобритания (пролив Ла-Манш), Исландия,  Украина. В этих странах добывается ракушечник, его используют  в  качестве  основного компонента при производстве строительной извести, цемента, кормовой муки.

      Рациональное    использование    морских    строительных    материалов предполагает создание промышленных комплексов по обогащению песков путем  их очистки от ракуши и других примесей и утилизации ракуши  в разных  отраслях хозяйства. Добыча ракушечника ведется со дна Черного,  Азовского,  Баренцева и Белого морей.

      Приведенные данные  свидетельствуют о том,  что   к  настоящему  времени сформировалась  береговая  горнодобывающая  промышленность.  Ее  развитие  в последние годы было связано, во-первых, с разработкой новых технологий,  во-вторых, получаемый продукт отличается высокой чистотой, так как  посторонние примеси уходят в  процессе  формирования  россыпи,  в-  третьих,  разработка прибрежно-морских россыпей не влечет за собой  изъятия  из  землепользования продуктивных угодий.

Энергетические  ресурсы.

      Если нефть,  газ   и  каменный  уголь,  извлекаемые  из  недр  Мирового океана, представляют  собой  в  основном  энергетическое  сырье.  То  многие природные процессы в океане служат непосредственными носителями  тепловой  и механической энергии.  Начато освоение  энергии  приливов,  сделана  попытка применения термальной энергии,  разработаны проекты использования энергии волн, прибоя и течений.

      Использование энергии  приливов.

      Под влиянием  приливообразующих  Луны  и   Солнца  в  океанах  и   морях возбуждаются приливы. Они  проявляются  в  периодических  колебаниях  уровня воды и в ее горизонтальном перемещении (приливные течения).  В  соответствии с этим энергия приливов складывается из потенциальной  энергии  воды,  и  из кинетической энергии движущейся воды. При расчетах  энергетических  ресурсов Мирового океана для  их  использования  в  конкретных  целях,  например  для производства электроэнергии, вся энергия  приливов  оценивается  в  1  млрд. кВт, тогда как суммарная энергия всех рек земного шара равна 850  млн.  кВт.

Колоссальные энергетические мощности  океанов  и  морей  представляют  собой очень большую природную ценность для человека.

      Первая в мире  промышленная ПЭС мощностью  240  тыс.  кВт  построена  и введена в действие в 1967 г. во  Франции.  Она  расположена  на  берегу  Ла-Манша, в Бретани, в устье реки Ранс, где величина прилива достигает 13,5  м. Плотина ПЭС пролегает между мысом  Бриант  на  правом  берегу  с опорой  на островок Шалибер. Многолетняя эксплуатация  первенца  приливной энергетики доказала  реальность  сооружения.  Выявила  достоинства  и   недостатки   (в частности относительно небольшая мощность) таких станций. В связи с этим  во многих странах созданы и продолжают разрабатываться новые проекты  мощных  и сверхмощных промышленных ПЭС. По  определению  специалистов,  в  23  странах мира имеются подходящие районы для  их  строительства.  Однако  несмотря  на множество проектов, промышленные ПЭС еще не сооружаются.

      При всех достоинствах  ПЭС (для них не требуется  создания  водохранилищ и затопления полезных территорий суши, их работа  не  загрязняет  окружающую среду и т.п.) их доля практически  неощутима  в  современном  энергетическом балансе. Однако прогресс в освоении приливной энергии уже отчетливо  выражен и перспективе станет более значительным.

      Использование энергии волн.

     Ветер возбуждает  волновое движение поверхности  океанов и морей.  Волны и береговой прибой обладают  очень  большим  запасом  энергии.  Каждый  метр гребня волны высотой 3 м несет в себе 100 кВт энергии, а каждый километр-  1 млн. кВт. По  оценкам  исследователей  США,  общая  мощность  волн  Мирового океана равна 90 млрд. кВт.

      С давних времен  инженерно-техническую мысль   человека  привлекла  идея практического использования  столь  колоссальных  запасов  волновой  энергии океана. Однако это очень сложная задача, и в  масштабах  большой  энергетики она еще далека от решения.

       Пока удалось   добиться  определенных  успехов   в  области  применения энергии морских волн для  производства  электроэнергии,  питающей  установки малой  мощности.  Волноэнергетические  установки используются  для питания электроэнергией  маяков,  буев,  сигнальных  морских   огней,   стационарных океанологических  приборов,  расположенных  далеко  от  берега,  и  т.п.  По сравнению с обычными электроаккумуляторами, батареями и другими источниками тока  они  дешевле,  надежнее  и  реже  нуждаются  в   обслуживании.   Такое использование энергии волн широко  практикуется  в  Японии,  где  более  300 буев, маяков и другое оборудование  получают  питание  от  таких  установок. Волновой  электрогенератор  успешно  эксплуатируется   на   плавучем   маяке Мадрасского порта в Индии. Работы по созданию и усовершенствованию  подобных энергетических  приборов  проводятся  в  различных  странах.   Перспективные освоения энергии  волн  связаны  с  разработкой  совершенных  и  эффективных устройств большой мощности. В течение последних лет появилось  много  разных технических проектов их. Так, в Англии энергетиками  спроектирован  агрегат, вырабатывающий электроэнергию  при  использовании  ударов  волн.  По  мнению проектировщиков, 10  таких  агрегатов,  установленных  на  глубине  10  м  у западных берегов Великобритании, позволят обеспечить  электроэнергией  город с населением в 300 тыс. человек.

      На современном  уровне научно- технического развития,  а  тем  более  и перспективе, должное внимание к проблеме овладения  энергией  морских  волн, несомненно,  позволит  сделать  ее   важной   составляющей   энергетического потенциала морских стран.

      Использование термической  энергии.

      Воды многих  районов   Мирового  океана  поглощают   большое  количество солнечного тепла, большая часть которого аккумулируется в  верхних  слоях  и лишь в небольшой мере распространяется в нижние. Поэтому создаются большие различия  температуры  поверхностных  и  глубоколежащих  вод.  Они  особенно хорошо  выражены  в  тропических  широтах.  В  столь  значительной   разнице температуры  колоссальных  объемов  воды  заложены  большие   энергетические возможности. Их используют в гидротермальных (моретермальных) станциях,  по- другому - ПТЭО - системы преобразования  тепловой  энергии океана.  Первая такая станция была создана в 1927 г. на реке Маас во Франции. В  30-х  годах начали  строить  моретермальную  станцию   на   северо-восточном   побережье Бразилии, но после аварии строительство прекратили.  Моретермальная  станция мощностью 14 тыс. кВт была  построена  на  Атлантическом  побережье  Африки, близ Абиджана (Берег Слоновой Кости), но  из-за  технических  неполадок  она теперь не работает. Разработки проектов ПТЭО ведутся  в  США,  где  пытаются создать плавучие варианты таких станций. Усилия специалистов  направлены  не только  на  решения  технических  задач,  но  и  на  поиск  путей   снижения себестоимости оборудования моретермальных станций, для того чтобы увеличить их  эффективность.  Электроэнергия  моретермальных   станций   должна   быть конкурентоспособной   по   сравнению   с   электроэнергией   других    видов электростанций. Действующие ПТЭО находятся  в  Японии,  Майами  (США)  и  на острове Куба.

      Принцип работы  ПТЭО и  первые  опыты   его  реализации  дают  основание полагать, что экономически наиболее  целесообразно  создавать  их  в  едином энергопромышленном  комплексе.  Он  может   включать   в   себя:   выработку электроэнергии,  опреснение  морской  воды,  производство  поваренной  соли, магния, гипса и других химических веществ, создание  марикультуры.  В этом, вероятно, заключаются основные перспективы развития моретермальных станций

      Диапазон   возможностей   использования   энергетического   потенциала Мирового океана довольно широк. Однако реализовать  эти  возможности  весьма непросто.

Заключение.

      В наши дни к  использованию ресурсов Мирового  океана  применим  принцип стадийности. На первой стадии антропогенного воздействия на океанскую  среду (использование ресурсов, загрязнение и т.п.)  нарушения равновесия  в ней устраняются процессами ее самоочищения. Это безущербная  стадия.  На  второй стадии, нарушения,  вызванные  производственной  деятельностью,  устраняются естественным   самовосстановлением   и    целенаправленными    мероприятиями человека,  требующими  определенных  материальных  затрат.   Третья   стадия предусматривает восстановление и  поддержание  нормального  состояния  среды только искусственными путями с привлечением  технических  средств.  На  этой стадии    использования    морских    ресурсов    требуются     значительные капиталовложения. Отсюда ясно,  что  в  наше  время  экономическое  освоение океана понимается более широко. Оно включает в себя не только  использование его ресурсов, но и заботу об их охране и  восстановлении.  Не  только  океан должен отдавать людям свои богатства. Но и люди  должны  рационально  и  по-хозяйски их использовать.  Все  это  осуществимо,  если  в  темпах  развития морского производства учитывать сохранение и  воспроизводство  биологических ресурсов  океанов  и  морей  и  рациональное  использование  их  минеральных богатств. При таком подходе Мировой океан  поможет  человечеству  в  решении продовольственной, водной и энергетической проблем.

    Проблема обеспечения  электрической энергией многих  отраслей  мирового хозяйства, постоянно растущих потребностей более чем пятимиллиардного населения Земли становится сейчас все более насущной.

 Основу современной мировой  энергетики составляют тепло-  и гидроэлектростанции. Однако их развитие сдерживается рядом факторов. Стоимость угля, нефти и газа, на которых работают тепловые станции, растет, а природные ресурсы этих видов топлива сокращаются. К тому же многие страны не располагают собственными топливными ресурсами или испытывают в них недостаток. Гидроэнергетические ресурсы в развитых странах используются практически полностью: большинство речных участков, пригодных для гидротехнического строительства, уже освоены. Выход из создавшегося положения виделся в развитии атомной энергетики. На конец  1989 года в мире построено и работало более 400 атомных электростанций (АЭС). Однако сегодня АЭС уже не считаются источником дешевой и экологически чистой энергией. Топливом для АЭС служит урановая руда – дорогостоящее и труднодобываемое сырье, запасы которого ограничены. К тому же строительство и эксплуатация АЭС сопряжены с большими трудностями и затратами. Лишь немногие страны сейчас продолжают строительство новых АЭС. Серьезным тормозом для дальнейшего развития атомной энергетики являются проблемы загрязнения окружающей среды.

       С середины  нашего века началось изучение  энергетических ресурсов океана, относящихся к  “возобновляемым источникам энергии”.

        Океан –  гигантский аккумулятор и трансформатор солнечной энергии, преобразуемой в энергию течений, тепла и ветров. Энергия приливов – результат действия приливообразующих сил Луны и Солнца.

         Энергетические  ресурсы океана представляют  большую ценность как возобновляемые и практически неисчерпаемые. Опыт эксплуатации уже действующих систем океанской энергетики показывает, что они не приносят какого-либо ощутимого ущерба океанской среде. При проектировании будущих систем океанской энергетики тщательно исследуется их воздействие на экологию.

                    Минеральные  ресурсы

        Океан служит  источником богатых минеральных  ресурсов. Они разделяются на химические элементы, растворенные в воде, полезные ископаемые, содержащиеся под морским дном, как в континентальных шельфах, так и за их пределами; полезные ископаемые на поверхности дна. Более 90% общей стоимости минерального сырья дает нефть и газ.    Общая нефтегазовая площадь в пределах шельфа оценивается в 13млн.кв.км (около Ѕ его площади).

        Наиболее крупные  районы добычи нефти и газа  с морского дна – Персидский и Мексиканский заливы. Начата промысловая добыча газа и нефти со дна Северного моря.

      Шельф  богат  и поверхностными залежами, представленными многочисленными россыпями на дне, содержащие металлические руды, а так же неметаллические ископаемые.        На обширных площадях океана обнаружены богатые залежи железномарганцевых конкреций – своеобразных многокомпонентных руд, содержащих так же никель, кобальт, медь и др. В то же время исследования позволяют рассчитывать на обнаружение крупных залежей различных металлов в конкретных породах, залегающих под дном океана.

                         Термальная  энергия

        Идея использования  тепловой энергии, накопленной  тропическими и субтропическими водами океана, была предложена еще в конце Х1Х в. Первые попытки ее реализации были сделаны в 30-х гг. нашего века и показали перспективность этой идеи. В 70-е гг. ряд стран приступил к проектированию и строительству опытных океанских тепловых электростанций (ОТЭС), представляющих собой сложные крупногабаритные сооружения. ОТЭС могут размещаться на берегу или находиться в океане (на якорных системах или в свободном дрейфе). Работа ОТЭС основана на принципе, используемом в паровой машине. Котел, заполненный фреоном или аммиаком – жидкостями с низкими температурами кипения, омывается теплыми поверхностными водами.

Образующийся пар вращает турбину, связанную с электрогенератором. Отработанный пар охлаждается водой из нижележащих холодных слоев и, конденсируясь в жидкость, насосами вновь подается в котел. Расчетная мощность проектируемых ОТЭС составляет 250 – 400 МВт.

        Учеными Тихоокеанского океанологического института АН СССР было предложено и реализуется оригинальная идея получения электроэнергии на основе разности температур подледной воды и воздуха, которая составляет в арктических районах 26 (С и более.

        По сравнению  с традиционными тепловыми и  атомными электростанциями ОТЭС оцениваются специалистами как более экономически эффективные и практически не загрязняющие океанскую среду. Недавнее открытие гидротермальных источников на дне Тихого океана рождают привлекательную идею создания подводных ОТЭС, работающих на разности температур источников и окружающих вод. Наиболее привлекательными  для размещения ОТЭС являются тропические и арктические  широты  (см. рис.2 и рис.3).

                      Энергия  приливов

Использование энергии приливов началось уже в Х1 в. для работы мельниц и лесопилок на берегах Белого и Северного морей. До сих пор подобные сооружения служат жителям ряда прибрежных стран. Сейчас исследования по созданию приливных электростанций (ПЭС) ведутся во многих странах мира.

        Два раза  в сутки в одно и то же  время уровень океана то поднимается, то опускается. Это  гравитационные силы Луны и Солнца притягивают к себе массы воды. Вдали от берега колебания уровня  воды  не превышают  1 м, но у самого берега они   могут достигать 13 м, как, например, в Пенжинской губе на Охотском море.