Перспективы освоения Мирового океана

ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ

МИРОВОГО ОКЕАНА

И РАЗВИТИЯ ОКЕАНОТЕХНИКИ

Перспективы освоения Мирового океана

В наши дни проблема комплексного освоения Ми­рового океана вызывает огромный интерес. Одна из его при­чин — возрастающие потребности человечества. Определяются они частично высокими темпами роста народонаселения земного шара. По данным ООН, население нашей планеты каждый год возрастает примерно на два процента.

Потребности человечества увеличиваются не только в связи с ростом его численности, но и потому, что промышленность по­глощает в расчете на душу населения все больше и больше сырья и энергии. Подсчитано, что мировой расход сырья ежегодно возрастает в среднем на 4,8 %, причем в большей степени цветных и, в особенности, редких металлов. Рост ожидаемого потребления некоторых металлов [57] представлен в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Прогноз потребления металлов промышленностью капиталистических стран (млн. т)

Металл
США	Остальные страны	США	Остальные страны	США	Остальные страны
Железо Медь Алюминий Никель^ Хром Кобальт	100,0 2,0 4,8 0,2 0,5 0,1	300,00 4,00 5,00 0,30 1,00 0,15	120,00 2,50 12,00 0,35 1,00 0,15	600,0 8,0 10,0 0,6 1,9 0,2	130,0 4,0 35,0 0,7 1,2 0,3	800,0 12,0 20,0 0,8 2,4 0,3

Еще более остра энергетическая проблема, в первую очередь проблема нефти. В оценке запасов нефти данные расходятся. Из разведанных на суше 62 млрд. т изъято из недр земли около 20 млрд. т. Доказанные (достоверные) запасы нефти на суше составляют около 80 млрд. т. Если учесть, что ежегодно добывается около 3 млрд. т, а потребность в нефти продолжает расти, то становится понятной острота энергетической проблемы. До последнего времени наблюдалась определен­ная закономерность: разведанные запасы возрастали примерно пропорционально росту добычи. Но, очевидно, что так будет не всегда. Кроме того, эта закономерность была справедлива для мира в целом: для развитых капиталистических стран уже сей­час рост разведанных запасов отстает от добычи, а потребление нефти растет в два-три раза быстрее, чем рост промышленной продукции.

Надежда на новые источники полезных ископаемых на суше невелика. Основная масса легкодоступных месторождений открыта, подавляющую их часть разрабатывают, многие месторождения значительно истощены. Сейчас стоит задача освоения месторождений в труднодоступных районах севера, районах веч­ной мерзлоты, пустынь. Понятно, что затраты на разработку этих месторождений и транспортировку добытого сырья или продуктов его переработки будут существенно выше, чем на ме­сторождениях, разрабатываемых сегодня.

Можно полагать, что наступит время, когда важнейшим источником энергии станет ядерное топливо. Атомные электростанции уже сейчас успешно конкурируют с тепловыми. А когда человечество освоит термоядерный синтез и научится использо­вать в качестве топлива дейтерий, содержащийся в воде, оно получит практически неиссякаемый источник энергии.

Однако наряду с потребителями транспортируемой электрической энергии, по-видимому, всегда в жизни человечества бу­дут играть значительную роль автономные ее потребители, в первую очередь автомобильный и воздушный транспорт. По­скольку создание ядерной энергетики для таких потребителей — дело весьма отдаленного будущего, потребности человечества в химическом топливе еще долго будут достаточно велики. Не менее важен и другой аспект — использование нефти и угля как сырья для химической промышленности. И здесь они также трудно заменимы.

Стала очень серьезной еще одна проблема — проблема пресной воды. Из колоссальных ее запасов на земном шаре основ­ные источники — реки и озера — содержат лишь 0,02 % общих водных запасов. При этом запасы пресной воды распределены крайне неравномерно: более чем в 50 странах мира испытывается острый ее недостаток.

Самая богатая страна по запасам пресной воды был Советский Союз, однако ее запасы распределены неравно­мерно. На районы Европейской части с высокоразвитой промышленностью и высокой плотностью населения приходится лишь 20 % водных запасов.

Вместе с тем потребление пресной воды стремительно растет. Так, для выплавки одной тонны никеля требуется около 800м³ воды, одной тонны алюминия 1200 м³ воды. Особенно водоемко производство синтетических материалов. На производство одной тонны капрона требуется около 5000 м³ воды. Велики и бытовые потребности в воде. Каждый житель Москвы расходует в сутки в среднем более 0,6 м³ воды, т. е. москвичи в год рас­ходуют около 1,8 км³ воды, что составляет около 2 % годового стока Волги в Каспий.

Именно с ограниченностью ресурсов связана, вероятно, главная причина пристального внимания к Мировому океану — жизненная необходимость освоения его ресурсов для удовлетворения потребностей человека.

Спрашивается, что же может дать океан, каков его экономический потенциал?

До последних лет океан рассматривался как глобальная транспортная сеть, связывающая самые отдаленные точки зем­ного шара, и как поставщик продуктов питания. Хотя эти аспекты использования океана отнюдь не потеряли своего значе­ния и сегодня, возник еще один — использование богатств, скры­тых как в самой воде, так и под ее толщей, и, возможно, этот аспект станет в перспективе самым важным. Поскольку 90% стоимости всех полезных ископаемых, добываемых в океане, приходится на долю нефти и газа и потенциальные возможности их добычи в ближайшей перспективе наиболее вы­соки, начнем с них рассмотрение экономического потенциала Мирового океана.

На морские месторождения приходится более 30 % всей мировой добычи нефти и 12 % добычи газа. По прогнозам к началу XX1 в. доля морской нефтедобычи может достичь 45 % от обще­мировой. Если на суше большинство месторождений-гигантов открыто, то в морях открытия таких месторождений, как месторождения Персидского залива с запасами более 1 млрд. т, по-видимому, еще впереди.

Дебиты морских скважин чаще всего на порядок выше сухопутных. Если в США на суше промышленный дебит нефти имеют только 12 % скважин, то в море 42 %; в Австралии на суше нефть дает только одна из 140 пробуренных скважин, на море — одна из трех.

По ориентировочной оценке запасы нефти и газа в океане в пределах до глубин около 300 м составляют: нефти — 280 млрд. т, а газа—140 триллионов м³ [6]. Для России освоение морских месторождений нефти и газа также имеет важное значение

Советский Союз был одной из первых стран, начавших морскую добычу нефти.

Помимо нефти и газа, дно Мирового океана содержит и другие полезные ископаемые. Их значение меньше, что связано с технологическими трудностями поисков, разведки и добычи, а отсюда во многих случаях и с относительно низкой рента­бельностью. Однако несмотря на то, что подводные разработки твердых полезных ископаемых еще незначительны по сравнению с разработками на суше, для многих стран уже сегодня они имеют первостепенное значение.

Рудные полезные ископаемые в зависимости от места их залегания делят на полезные ископаемые морского дна, коренные месторождения и прибрежно-морские россыпи.

Абсолютные цифры, характеризующие ресурсы рудных полезных ископаемых морского дна, огромны. Так, запасы железа оцениваются в 232 млрд. т. Примерные запасы металлов океанского дна значительно превышают запасы на суше: марганца больше, чем на суше в 50 раз, кобальта — в 620 раз, никеля — в 90 раз, меди — в 8,6 раза, циркония, молибдена и цинка во многие сотни раз. Основная часть этих ресурсов содержится в так называемых железомарганцевых конкрециях, области распространения которых занимают огромные площади. Конкреции встречаются и на малых глубинах, и в прибрежных водах, однако основная их часть сосредоточена на больших глубинах вдали от берегов. Концентрация конкреций колеблется от 10 тыс. т до 50 тыс. т на 1 км².

Обычно в среднем конкреции содержат 24 % марганца, 14 % железа, 1 % никеля, 0,5 % меди, около 0,5 % кобальта. Марганцевые руды, добываемые на суше, обычно в 1,5—2 раза богаче, чем конкреции, поэтому последние особенно привлекательны экономически из-за меди, кобальта и никеля. Химический со­став конкреций зависит от глубины: с ее ростом повышается со­держание никеля и меди, а содержание кобальта и ванадия падает.

Вопрос экономической эффективности процесса добычи и переработки морских конкреций необычайно важен. В США в связи с дефицитом металлов, добываемых на суше, проводилось специальное исследование этой проблемы. Установлено, что при достаточно большом объеме производства (5 тыс. т/сут) добыча будет экономически оправданной, причем первоначаль­ные затраты окупятся за четыре года. Только за счет перера­ботки 30 % разведанных залежей конкреций при сохранении нынешнего темпа потребления мировая промышленность может быть обеспечена на 2000 лет медью, а никелем и кобальтом еще на более длительное время.

Среди коренных месторождений наиболее важны разрабатываемые шахтным способом — подводными шахтами, пройден­ными с суши, или с естественных и искусственных, специально построенных островов. Таким способом добывают каменный уголь, железную руду, руды меди, олова, никеля.

При современной технике разработка морских месторождений шахтным способом при достаточно больших запасах может быть рентабельной при удалении от берега до 25 км, экономически оправдана и эксплуатация месторождений на расстоя­нии до 50 км от берега.

Прибрежно-морские россыпи содержат преимущественно рудные минералы, в первую очередь титановые (ильменит и рутил), а также циркон и монацит. Кроме того, в некоторых акваториях россыпи содержат хромит, магнетит, касситерит, алмазы, драгоценные металлы: золото, платину.

Ильменит используют главным образом в лакокрасочном производстве и в металлургии. Рутил содержит до 60 % чистого титана. Цирконовый песок применяют в металлургии и для получения чистого циркония, обладающего высокими антикоррозионными свойствами. Цирконий, слабо поглощающий тепловые нейтроны, находит применение в реакторостроении. Из мона­цита получают редкоземельные элементы, глав­ным образом торий и цезий.

Наиболее крупные месторождения этих минералов находятся у восточного побережья Австралии. Их протяженность вдоль берега превышает 1,5 тыс. км. На долю Австралии приходится более 65 % мировой добычи этих полезных ископаемых (90 % рутила, 60 °/р циркона и т. д.). Выручка от их экспорта достигает 70 млрд. долл. Богатые месторождения этих минералов находятся у юго-западного и юго-восточного побережье в Индии, в Бразилии, Шри-Ланка, Африке, США, имеются россыпи и в России.

Магнетит содержит до 70 % железа, а хромит и касситерит {оловянный камень) — основные руды для извлечения хрома и олова соответственно. Богатые россыпи магнетита сосредоточены в Новой Зеландии, в Тасмании (Австралия), Японии. В Японии около 60 % общей добычи железной руды (примерно 1,5 млн. т) покрывается за счет магнетитовых песков. В Новой Зеландии на базе магнетита в пляжных песках работает метал­лургический комбинат. Касситерит принадлежит к менее рас­пространенным минералам. Его россыпи сосредоточены в Юго-Восточной Азии — у побережий Малайзии, Таиланда и Индонезии — главных производителей мирового олова.

Помимо названных минералов, в морских россыпях содержатся и уже упомянутые драгоценные металлы: платина — в заливе Гудньюс (США), золото — на Аляске и в других райо­нах тихоокеанского шельфа, а также алмазы — у побережья Юго-Западной Африки (Намибия). Суммарные запасы алма­зов на шельфе и береговой полосе в этом районе оцениваются в 40 млн. карат (8 т).

К минеральным ресурсам следует отнести и различные элементы, содержащиеся в 1,4 млрд. км³ вод Мирового океана. Величина этих ресурсов в абсолютном измерении колоссальна: общее количество растворенных в океане минеральных веществ составляет 50-10¹⁵ т.

В одном кубическом метре морской воды содержится в среднем 1,3 кг магния; 0,3 г брома; 0,079 г меди; 0,011 г урана. Растворенные в морской воде элементы составляют 35 % от общих их запасов. В частности, общие запасы золота в океане оцениваются в 8—10 млн. т.

Однако важны не столько абсолютные величины, сколько концентрация, которая и определяет возможности промышленной добычи. Из названных элементов извлекаются в промышленных масштабах лишь бром и магний. На океан приходится сейчас около 70 % мирового производства брома, а добыча мор­ского магния в США превысила 250 тыс. т. Извлечение других химических элементов из вод океана сегодня пока еще нерен­табельно .

Изучение минеральных ресурсов Мирового океана привело к открытию нового типа источников полезных ископаемых — донных горячих рассолов с температурой выше 40° и высокой концентрацией минеральных веществ. Основной компонент рассолов — поваренная соль, а содержание в них металлов достаточно велико: марганца 100 мг/л, цинка 7 мг/л, меди до 1 мг/л.

Подстилающие эти рассолы осадочные слои обогащены цинком, медью, свинцом, серебром и золотом. По данным [25], месторождения такого типа сосредоточены в глубоководной центральной части Красного моря. Перспективны в отношении таких источников Черное и Средиземное моря.

И, наконец, о пресной воде. Запасы воды в океане (1,4 млрд. км³) практически безграничны, и вопрос стоит лишь об экономически рентабельном способе получения из нее прес­ной воды.

В этом богатстве океана — вторая причина интереса к его освоению. Однако путь к промышленному освоению богатств океана непрост.

Создание научно-технического потенциала, обусловившего реальные возможности для освоения богатств Мирового океана, базируется в основном на успехах в прикладных отраслях науки и техники. Ультразвуковая техника вооружила исследователей мощными средствами подводных наблюдений, измере­ний и связи, а отработка телевизионных средств наблюдения обеспечила практически непосредственное зрительное восприя­тие процессов, происходящих в недоступных человеку местах. Ядерная энергетика создала предпосылки постройки надвод­ных и, в особенности, подводных технических средств практи­чески с неограниченной автономностью и высокой энерговоору­женностью. Прогресс в химии и металлургии, обусловивший появление легких, прочных и коррозионно-стойких материалов, позволил создавать корпуса подводных аппаратов, рассчитан­ных на освоение больших глубин. Полупроводниковые приборы и электронно-вычислительная техника обеспечили высокую эф­фективность сбора и обработки информации.

Телеуправляемые системы обусловили постройку подводных необитаемых аппаратов. Космическая техника сделала возможным глобальный охват Мирового океана и существенно расши­рила навигационные возможности средств его освоения, в част­ности, при определении и счислении своего места.

И, наконец, нельзя не отметить тесную взаимосвязь между успехами в военном кораблестроении, в первую очередь при строительстве атомных подводных лодок, и прогрессом в океанотехнике. Решение важнейших проблем энергетики, навига­ции, связи, динамики движения, жизнеобеспечения позволило применить полученные результаты в мирной области изучения и освоения океана.

Кроме того, этот научно-технический прогресс в значительной степени обязан неизмеримо выросшим знаниям об океане. Наука об океане — океанология—достаточно древняя отрасль знания, если считать временем ее возникновения развитие пер­вых представлений о земной поверхности. Вначале источником информации для ее сбора, анализа и обобщения служили судо­вые журналы. Регулярные научные исследования океана нача­лись во второй половине XIX в.

Многие исследователи привязывают оформление океанологии в самостоятельную научную отрасль к кругосветной экспе­диции на «Челленджере» (1872—1876), впервые выполнившей большой объем океанологических исследований.

Особое место в комплексе наук об океане заняла морская геология. Революционное значение в ее развитии имело открытие системы срединно-океанических хребтов. В успехах морской геологии большая роль принадлежит исследовательскому судну «Гломар Челленджер», пробурившему к концу 1972 г. более 300 скважин на дне Атлантического и Тихого океанов.

Геологические материалы большой ценности были получены при разведке нефти, газа и рудных ископаемых, осуществлявшиеся рядом стран, в том числе и Советским Союзом. Проблеме изучения размещения конкреций на дне Мирового океана был посвящен специальный рейс экспедиционного судна «Витязь» составлена карта размещения железомарганцевых конкреций на дне Мирового океана.

Научно-технический прогресс стирает границу между фундаментальными и прикладными науками, что в полной мере от­носится и к океанологии. Фундаментальные океанологические исследования приобретают потенциальную экономическую ценность. В развитых капиталистических странах и в СССР развернуты прикладные исследования, цель которых — разработка технологии рентабельной добычи и извлечения минеральных ре­сурсов Мирового океана. Построены и эксплуатируются техни­ческие средства добычи нефти и природного газа, различные по типу в зависимости от глубины моря в районе, где они будут эксплуатироваться.

В 1970 г. в США создали метод, с помощью которого удается извлечь до 98 % всех металлов, содержащихся в конкрециях. В США, Японии и ФРГ выполнены проекты драг, обеспечивающих добычу конкреций с глубин до 6000 м. Аналогич­ные по назначению проекты разрабатывались и в СССР. В Япо­нии должна быть пущена опытная установка для извлечения урана из морской воды.

С начала XIX в. в различных странах пытались получить из морской воды золото. Немецкому химику Э. Бауэру удалось получить из 100 л морской воды 1,4 мг золота. Исследования аналогичного характера проводятся и в СССР. В 1959 г. во время одного из рейсов на научно-исследовательском судне «Михаил Ломоносов» была установлена фильтрующая колонка с ионнообменными смолами (ионитами). В течение рейса через колонку прошло примерно 60 м³ морской воды. В результате каждый килограмм ионитов извлек 0,15 г урана, 0,125 г се­ребра, а также, правда в значительно меньших количествах, стронций, золото, медь и цинк. В другом эксперименте из 500 л морской воды был выделен 1 мг золота.

Учитывая высокие темпы научно-технического прогресса, в частности целенаправленных исследований в этой области, можно полагать, что в сравнительно недалеком будущем будут разработаны достаточно экономичные технологические процессы извлечения ценных металлов из морской воды. Это особенно важно в связи с тем, что в отличие от месторождений на суше, истощающихся по мере их эксплуатации, морские месторождения возобновляются естественным путем.

Значительные успехи достигнуты и в решении проблемы опреснения морской воды. Ныне во всем мире действуют более 300 опреснительных установок. Самые крупные из них сооружены в СССР, США, Венесуэле, Кувейте, Израиле, Японии и других странах. В 1964 г. между СССР и США было заключено соглашение о сотрудничестве в области опреснения соленых вод, в том числе и с использованием атомной энергии. В этой области Советский Союз имеет весьма значительные достижения.

Атомный опреснитель на быстрых нейтронах в г. Шевченко, на берегу Каспийского моря, полностью обеспечивает город пресной водой, причем на каждого жителя приходится в сутки более 500 л пресной воды высокого качества.

Очевидно, что научно-технический и экономический потенциал человечества достаточен для освоения богатств Мирового океана. В этом заключается третья причина пристального внимания к проблеме Мирового океана и стремительной интенсифи­кации деятельности по его освоению.

Проблеме исследования Мирового океана и освоения его ресурсов большое внимание уделяет Организация Объединенных Наций. Несколько сессий ООН приняли резолюцию по усилению исследований в этом направлении.

Активное участие в исследованиях Мирового океана принимает Советский Союз. На базе Института океанологии АН СССР создан международный координационный центр, согласовываю­щий деятельность многочисленных организаций и ведомств по исследованию Мирового океана.

К началу 1970 г. в мире насчитывалось 1170 центров океанологических исследований. В Советском Союзе океанологиче­ские исследования вели 53 крупные научно-исследовательские организации (не считая вузов). Общее руководство и коорди­нацию исследований осуществлял «Совет по изучению океанов и морей и использованию их ресурсов».

Ведущее место в капиталистическом мире в проблеме исследования и освоения Мирового океана занимают США. В 1966 г. конгресс США принял закон, определивший политику в области исследования и освоения Мирового океана. Этот закон предусматривает восемь основных направлений исследований, в том числе интенсификацию освоения морских ресурсов, расширение океанографических исследований, улучшение подготовки спе­циалистов в области океанографии.

Между Советским Союзом и США был заключен договор о сотрудничестве в области исследований Мирового океана, в частно­сти глубокого дна океанов, охране окружающей среды, стан­дартизации океанографической аппаратуры и методов исследо­вательских работ в океане.

Путь решения проблемы освоения Мирового океана, извлечения его огромных богатств непрост и нелегок, а главное неде­шев. Одновременно с ростом объема исследований, и даже опе­режая их, растут затраты, связанные с проведением этих иссле­дований. Достаточно сказать, что в США общие затраты на освоение Мирового океана возросли с 333 млн. долл. в 1966 г. до 1044 млн. долл. в 1978 г., т. е. более чем в три раза (рис. 1.1), Анализ приведенных графиков позволяет заметить, что рост затрат на освоение минеральных ресурсов заметно обгоняет рост общих затрат на освоение Мирового океана. Затраты по этой статье выросли в 28 раз: с 5 млн. в 1966 г. до 140 млн. долл. в 1978 г.

Из ведомств США наи­большие затраты приходят­ся на долю министерства обороны, причем уровень этих затрат довольно стаби­лен, и министерства торгов­ли, которому подчинено национальное управление по освоению океана и атмо­сферы (НУОА), занимаю­щееся разведкой, разработ­кой и охраной морских ре­сурсов на шельфе. Помимо федеральных ведомств и исследовательских организа­ций, в исследовании океана принимают участие и частные промышленные корпорации, причем затраты частного капи­тала примерно равны затратам федеральных ведомств.

Реализация национальных проектов должна обеспечить ре­шение одной из основных технико-экономических задач, определяющих политику США в этой области: полностью освоить к 1980 г. территориальные воды, шельф и склон до глубины 600 м, а к 2000 г. начать использование участков дна океана на глубинах до 6000 м. Эта программа рассматривается в США как одно из важных средств достижения экономических, социальных, научных и военно-политических преимуществ для США.

Значительная часть расходов на освоение Мирового океана падает на создание специальных добывающих, транспортных и обеспечивающих средств, предназначенных для научных исследований. В связи с этим в мировом судостроении сложилось оп­ределенное специализированное направление по созданию таких средств. Ведущее положение в этой специализированной от­расли судостроения занимают США и Япония.

Для этой отрасли судостроения характерен довольно быст­рый рост стоимости специальных судов и средств (рис. 1.3). Этот процесс в известной мере объяс­няется одним из следствий научно-технического прогресса — ростом технической вооруженности и сложности этих средств, а также в значительной степени инфляционным фактором.

В Советском Союзе также широким фронтом велись работы по проектированию и строительству технических средств для исследования океана и добычи минеральных ресурсов.