Твердые полезные ископаемые со дна океана

Более 100 млн. квадратных километров океанического дна покрыто глубоководными красными глинами слоем мощностью  до 200 м. Эти глины (гидроокислы алюмосиликатов и железа) представляют интерес для  алюминиевой промышленности (содержание окиси алюминия- 15-20%, окиси железа- 13%), они также содержат марганец, медь, никель, ванадий, кобальт, свинец и редкие земли. Годовой прирост  глин составляет около 500 млн. тонн. Широко распространены в основном в глубоководных  районах Мирового океана глауконитовые  пески (алюмосиликаты калия и  железа). Эти пески считают потенциально возможным сырьем для производства калийных удобрений.

Особый интерес в мире проявляется к конкрециям. Огромные участки морского дна устланы  железомарганцевыми, фосфоритовыми  и баритовыми конкрециями. Они имеют  чисто морское происхождение, образовались в результате осаждения растворимых  в воде веществ вокруг песчинки или  мелкого камешка, зуба акулы, кости  рыбы или млекопитающего животного.

Фосфоритовые конкреции  содержат важный и полезный минерал- фосфорит, широко применяемый в качестве удобрения в сельском хозяйстве, Кроме фосфоритовых конкреций фосфориты  и фосфорсодержащие породы встречаются  в фосфатных песках, в пластовых  залежах дна океана, как в мелководных, так и глубоководных участках.

Мировые потенциальные запасы фосфатного сырья в море оцениваются  в сотни миллиардов тонн. Потребность  в фосфоритах непрерывно повышается и в основном удовлетворяется  за счет месторождений суши, но многие страны не имеют  месторождений на суше  и проявляют большой интерес  к морским (Япония, Австралия, Перу, Чили и др.). Промышленные запасы фосфоритов найдены близ калифорнийского и  мексиканского побережья, вдоль  береговых зон Южной Африки, Аргентины, восточного побережья США, в шельфовых  частях периферии Тихого океана (вдоль  Японской основной дуги), у берегов  Новой Зеландии, в Балтийском море. Фосфориты добываются в районе Калифорнии с глубин 80-330 м, где концентрация составляет в среднем 75 кг/м куб.

Велики запасы фосфоритов в центральных частях океанов, в  Тихом океане, в пределах вулканических  поднятий в районе Маршалловых островов, системы поднятий Срединно-Тихоокеанских  подводных гор, на подводных горах  Индийского океана. В настоящее время  морская добыча фосфоритовых конкреций  может быть оправданной лишь в  районах, где остро ощущается  недостаток фосфатного сырья и куда затруднен его ввоз.

Другой вид ценных полезных ископаемых - баритовые конкреции. Они  содержат 75-77% сульфата бария, используемого  в химической, пищевой промышленности, в качестве утяжелителя растворов  при нефтебурении. Эти конкреции  обнаружены на шельфе Шри-Ланки, на банке  Син-Гури в Японском море и в других районах океана. На Аляске в проливе  Дункан, на глубине 30 м разрабатывается  единственное в мире жильное месторождение  барита.

Особый интерес в международных  экономических отношениях представляет добыча полиметаллических, или, как  их чаще называют, железомарганцевых  конкреций (ЖМК). В их состав входит множество металлов: марганец, медь, кобальт, никель, железо, магний, алюминий, молибден, ванадий, всего- до 30 элементов, но преобладают железо и марганец.

В 1958 г. было доказано, что  добыча ЖМК из глубин океана технически осуществима и может быть рентабельной. ЖМК встречаются в большом  диапазоне глубин - от 100 до 7000 м, их находят  в пределах шельфовых морей - Балтийском, Карском, Баренцевом и др. Однако наиболее ценные и перспективные месторождения  расположены на дне Тихого океана, где выделяются две крупные зоны: северная, простирающаяся от Всточно-Марианской котловины через весь Тихий океан  до склонов поднятия Альбатрос, и  южная, тяготеющая к Южной котловине  и ограниченная на востоке поднятиями островов Кука, Тубуан и Восточно-Тихоокеанским. Значительные запасы ЖМК имеются  в Индийском океане, в Атлантическом  океане (Северо-Американская котловина, плато Блейк). Высокая концентрация таких полезных минералов, как марганец, никель, кобальт, медь, установлена  в железомарганцевых конкрециях близ гавайских островов, островов Лайн, Туамоту, Кука и других. Надо сказать, что в полиметаллических конкрециях имеется больше, чем на суше, кобальта в 5 тыс. раз, марганца - в 4 тыс. раз, никеля - в 1,5тыс. раз, алюминия - в 200раз, меди - в 150, молибдена - в 60, свинца- 50 и железа - в 4 раза. Поэтому добыча ЖМК из морских  недр очень выгодна.

Сейчас ведется опытная  разработка ЖМК: создаются новые  глубоководные аппараты с видеосистемами, буровыми приспособлениями, с дистанционным  управлением, которые расширяют  возможности изучения полиметаллических  конкреций. Многие специалисты предрекают добыче железомарганцевых конкреций  блестящее будущее, утверждают, что  массовая их добыча будет в 5-10 раз  дешевле «сухопутной» и тем самым  станет началом конца всей горнорудной  промышленности на суше. Однако на пути к освоению конкреций стоят еще  многие технические, эксплуатационные, экологические и политические проблемы.

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.

С давних времен люди стремились овладеть энергией приливов. Уже в  средние века ее начали использовать для практических целей. Первыми  сооружениями, механизмы которых  приводились в движение приливной  энергией. Были мельницы и лесопилки, появившиеся в X-XI вв. На берегах Англии и Франции. Однако ритм работы мельниц достаточно прерывистый - он был допустим для примитивных сооружений, которые выполняли простые, но полезные для своего времени функции. Для современного же промышленного производства он мало приемлем, поэтому энергию приливов попытались использовать для получения более удобной электрической энергии. Но для этого надо было создать на берегах океанов и морей приливные электростанции (ПЭС).

Создание ПЭС сопряжено  с большими трудностями. Прежде всего, они связаны с характером приливов, на которые влиять невозможно. Так  как они зависят от астрономических  причин. От особенностей очертаний  берегов, рельефа, дна и т.п. (Цикл приливов определяется лунными сутками, тогда как режим энергоснабжения  связан с производственной деятельностью  и бытом людей и зависит  от солнечных суток, которые короче лунных на 50 минут. Отсюда максимум и  минимум приливной энергии наступает  в разное время, что очень неудобно для ее использования). Несмотря на эти трудности. Люди настойчиво пытаются овладеть энергией морских приливов. К настоящему времени предложено около 300 различных технических проектов строительства ПЭС. Наиболее рациональным экономически эффективным решением специалисты считают применение в ПЭС поворотно-лопастной (обратимой) турбины. Идея, которой впервые была предложена советскими учеными.

Такие турбины - их называют погруженными или капсульными агрегатами - способны действовать не только как  турбины на оба направления потока. Но и как насосы для подкачки воды в бассейн. Это позволяет регулировать их эксплуатацию в зависимости от времени суток. Высоты и фазы прилива, удаляясь от лунного ритма приливов и приближаясь к периодичности  солнечного времени, по которому живут  и работают люди. Однако обратимые  турбины не компенсируют уменьшение силы прилива. Что вызывает периодическое  изменение мощности ПЭС и затрудняет ее эксплуатацию. Действительно, немалые  сложности возникнут в работе территориальной энергосистемы, если в нее включена электростанция, мощность которой изменяется 3-4 раза в течение  двух недель.

Советские энергетики показали, что эту трудность можно преодолеть, если совместить работу приливных и  речных электростанций, имеющих водохранилища  многолетнего регулирования. Ведь энергия  рек колеблется по сезонам и из года в год. При спаренной работе ПЭС и ГЭС энергия моря придет на помощь ГЭС в маловодные сезоны и годы, а энергия рек заполнит межсуточные провалы в работе ПЭС.

Далеко не в любом районе земного шара есть условия для  строительства гидроэлектростанций  с водохранилищами многолетнего регулирования. Исследования показали, что передача приливной электроэнергии из прибрежной зоны в центральные  части материков будет оправданной  для некоторых районов Западной Европы, США, Канады, Южной Америки. В этих районах ПЭС можно объединить с ГЭС, уже имеющими большие водохранилища. В таком комплексном инженерном (капсульные агрегаты) и природно-климатическом (объединенные энергосистемы) подходе  лежит ключ к решению проблемы использования приливной энергии. В настоящее время началось практическое освоение энергии приливов, чему в  немалой степени способствовали усилия советских ученых, позволившие  реализовать идею превращения приливной  энергии в электрическую в  промышленном масштабе.

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.