Возможность жить и работать под водой давно уже стала одной из любимых идей мечтателей и фантастов. Известное старинное русское предание повествует о граде Китеже, который в эпоху татарского нашествия погрузился на дно озера вместе со всеми жителями.
Праведные китежане остались живы и невредимы, время от времени из-под воды слышится колокольный звон, но видеть Китеж никому из оставшихся на поверхности земли уже не было дано.
Во многих научно-фантастических повествованиях рассказывается о подводных городах будущего, в которых якобы предстоит жить нашим потомкам.
Там будет все – заводы, жилые дома, театры, стадионы, улицы, парки. Как будто для всего этого на земной поверхности уже не останется места.
Часто автор такого произведения мотивирует строительство подводных городов будущего необходимостью жить поближе к месту работы, очевидно полагая, что главной проблемой грядущих поколений станет городской транспорт.
Можно себе представить унылую жизнь этих несчастных людей, которые никогда не будут видеть солнца, дышать чистым воздухом, ходить по земле и, по выражению былинного героя Садко, не увидят «сухого местечка».
Нет сомнения, в будущем океан станет местом интенсивных работ. Но для этого вовсе не требуется строить подводные города. Ведь основные усилия конструкторов направлены на максимально полную автоматизацию всех производственных процессов под водой.
Конечно, нет никакого резона размещать в подводном мире предприятия перерабатывающей промышленности, но добыча полезных ископаемых вполне возможна, она и ведется в настоящее время с достаточным размахом.
В ряде развитых стран запасы руды, минерального топлива и некоторых видов строительных материалов настолько истощились, что их приходится импортировать. По всем океанам курсируют огромные рудовозы, перевозящие с одного континента на другой закупленные руду и каменный уголь.
В емкостях танкеров и супертанкеров транспортируют нефть. Не говоря о высокой стоимости самого материала, потребителю приходится платить еще и за его доставку.
Между тем зачастую совсем рядом имеются свои источники минеральных ресурсов, но они скрыты под слоем океанской воды. По мере истощения этих полезных ископаемых на суше добыча их из океана будет приобретать все большее и большее значение, так как океанское дно представляет собой колоссальную, еще почти не тронутую кладовую.
Как к ним подобраться? Вся трудность в том, что обычные способы и наземные механизмы непригодны для разработки подводных залежей. Чтобы начать их эксплуатацию, необходимо сконструировать и построить принципиально новое оборудование.
Некоторые ценные материалы открыто лежат на поверхности морского дна, иногда почти у самого берега или на сравнительно небольшой глубине.
Естественно, что такие месторождения начинают разрабатывать в первую очередь, так как здесь можно использовать лишь слегка модернизированное обычное оборудование.
Большой интерес для промышленной добычи в зоне шельфа представляют различные строительные материалы – песок, гравий, щебень. Как правило, они отличаются высокими качествами, ибо сома природа позаботилась об их сортировке по размерам составляющих частиц.
Запасы такого рода стройматериалов в зоне шельфа почти неограниченны, и потому их добычу ведут многие приморские страны. Только в США из моря ежегодно получают 0,5 миллиарда тонн песка и гравия для строительных нужд. Транспортировка на берег или погрузка материала на баржи осуществляется по трубам в смеси с водой, поэтому стоимость его относительно невысока.
В некоторых теплых морях огромные участки грунта состоят из напластований раковин мелких двустворчатых моллюсков. Это почти чистая известь, пригодная для использования в строительном деле, но главным образом она идет на подкормку домашних птиц. Большие запасы битой «ракуши» имеются в Азовском море.
Ежегодно тысячи тонн этого ценного материала отправляются отсюда на птицеводческие хозяйства страны. Интересно, что запасы «ракуши» при этом практически не уменьшаются – раковины отмершего поколения моллюсков восполняют нанесенный ущерб.
Ближе к внешнему краю шельфа во многих частях Мирового океана обнаружены конкреции, содержащие большое количество фосфора. Их запасы еще окончательно не разведаны и не подсчитаны, но, по некоторым данным, они достаточно велики.
Так, у берегов Калифорнии имеется месторождение около 60 миллионов тонн. Хотя содержание фосфора в конкрециях всего 20—30 процентов, добыча его с морского дна экономически вполне выгодна. Обнаружены фосфаты и на вершинах некоторых подводных гор в Тихом океане.
Главная цель добычи этого минерала из моря — производство удобрений; но, кроме того, он используется и в химической промышленности. В качестве примесей фосфаты несут в себе также ряд редких металлов, в частности цирконий.
На отдельных участках шельфа морское дно покрыто зеленым «песком» – водной окисью силикатов железа и калия, известной в минералогии под названием глауконита.
Этот ценный материал находит применение в химической промышленности, где из него получают поташ и калийные удобрения.
В небольших количествах глауконит содержит также рубидий, литий и бор.
Иногда океан преподносит исследователю совершенно удивительные сюрпризы.
Так, неподалеку от Шри Ланки на глубине тысячи метров были обнаружены скопления баритовых конкреций, на три четверти состоящих из сульфита бария.
Несмотря на большую глубину, разработка месторождения сулит значительные выгоды, так как в этом ценном сырье постоянно испытывают нужду химическая и пищевая промышленность.
Сульфит бария добавляют в качестве утяжелителя к глинистым растворам при бурении нефтяных скважин. В 1873 году во время кругосветной английском экспедиции на «Челленджере» впервые со дна океана были подняты странные темные «камешки». Химический анализ этих конкреций показал высокое содержание в них железа и марганца.
В настоящее время известно, что ими покрыты значительные пространства океанского дна на глубине от 500 метров до 5—6 километров, но наибольшие их скопления сосредоточены все же, глубже двух-трех километров.
Железомарганцевые конкреции имеют округлую, лепешковидную или неправильную форму при средней величине 3—12 сантиметров. Во многих районах океана дно сплошь покрыто ими и напоминает по виду булыжную мостовую. Кроме двух указанных металлов, конкреции содержат никель, кобальт, медь, молибден, то есть представляют собой многокомпонентные руды.
По последним подсчетам, мировой запас железомарганцевых конкреций составляет 1500 миллиардов тонн, что намного превосходит запасы всех ныне разрабатываемых рудников.
Особенно велики залежи железомарганцевой руды в Тихом океане, где дно местами устлано конкрециями сплошным ковром и в несколько слоев. Таким образом, в смысле обеспече ния железом и другими металлами человечество имеет весьма благоприятные перспективы; остается лишь наладить добычу.
Впервые начала это осуществлять в 1963 году одна американская фирма, ранее специализировавшаяся в области судостроения. Имея в своем распоряжении хорошую производственную базу, кораблестроители создали устройство, предназначенное для сбора конкреций на относительно малых глубинах, и испытали его у берегов Флориды.
Техническая сторона предприятия вполне удовлетворила конструкторов – они добились получения конкреций в промышленном масштабе с глубины 500—800 метров, но экономически дело оказалось невыгодным.
И вовсе не потому, что добыча руды обходилась слишком дорого. Беда заключалась в другом – оказалось, что мелководные атлантические конкреции содержат гораздо меньше железа, чем в аналогичных месторождениях на глубинах Тихого океана.
Для работы на тихоокеанских глубинах решили приспособить старый рудовоз водоизмещением 7500 тонн «Глубоководный горняк». Его оборудовали гидравлической драгой новой конструкции. Драга эта состоит из коллектора (сборника) большого диаметра, который опускают на дно и соединяют с поверхностью системой труб.
В коллекторе создается мощный восходящий воздушно-водяной поток, который засасывает конкреции и увлекает их наверх, прямо на борт судна. Производительность установки при работе на глубине 800 метров до 60 тонн конкреций в час.
От кораблестроительной фирмы уже отпочковалось дочернее «Глубоководное предприятие», которое проектирует создание установки для работы на глубине до 5 километров. Конструкторам предстоит решить много сложных технических проблем.
Одна из них заключается в обеспечении прочности подъемной трубы, чтобы она не развалилась под влиянием собственной тяжести. Немало хлопот предстоит и в создании дистанционно управляемого коллектора, который необходимо устанавливать на строго определенном расстоянии от дна.
По предварительным подсчетам, «Глубоководное предприятие» начнет приносить прибыль лишь после вложения в него двухсот миллионов долларов – настолько сложную и дорогостоящую технику предполагают применить американские конструкторы.
Однако добиться удовлетворительных результатов можно и более простыми средствами, нужно только не забывать о старом полушуточном-полусерьезном афоризме: «Нет ничего сложнее простоты!»
Остроумный способ, позволяющий поднимать с океанского дна конкреции без больших затрат, предложили японцы. В их конструкции нет ни коллекторов, ни труб, ни мощных насосов. Конкреции подбираются со дна моря проволочными корзинами, похожими на те, что используют в универсамах, но, конечно, более прочными.
Серии таких корзин укреплены на длинном тросе, имеющем вид гигантской петли, верхняя часть которой находится на судне, а нижняя касается дна. С помощью барабана судовой лебедки трос непрерывно движется вверх в носовой части судна и сбегает в море за его кормой.
Прикрепленные к нему корзины подцепляют со дна конкреции, выносят их на поверхность и вываливают в трюм, после чего опускаются за новой порцией руды. Система дала хорошие результаты на глубине до 1400 метров, но она вполне пригодна и для работы на глубине 6 километров.
В умах изобретателей родилась и еще одна на первый взгляд совершенно фантастическая конструкция, которая уже существует на чертежах, но пока еще не воплощена в жизнь.
Обычно конкреции лежат на более или менее ровном и достаточно твердом грунте, позволяющем пустить по нему скрепер на гусеничном ходу.
Наполнив балластные емкости забортной водой, скрепер погружается на дно и ползает по нему на гусеницах, сгребая конкреции широким ножом в объемистый бункер.
Энергия для работы подается по кабелю с судна, оттуда же осуществляется управление, причем оператор руководствуется системой подводного телевидения. По заполнении бункеров из балластных цистерн удаляют воду, и скрепер поднимается к поверхности.
При современных технических возможностях построить такую машину вполне реально. Здесь еще раз уместно подчеркнуть, что проектирование подводных промышленных предприятий будущего весьма далеко от создания пресловутых подводных городов.
К числу наиболее богатых морских месторождений, которые успешно разрабатывают в наши дни, относятся титаномагнетитовые пески у берегов Японии и оловоносные (касситеритовые) пески вблизи Малайзии и Индонезии.
Подводные россыпи оловянной руды представляют собой шельфовое продолжение крупнейшего в мире наземного оловоносного пояса, протянувшегося от Индонезии до Таиланда. Большая часть разведанных запасов этого олова сосредоточена в береговых долинах и на их подводном продолжении.
Более тяжелые продуктивные пески, содержащие от 200 до 600 граммов олова на кубометр породы, концентрируются в понижениях местности. Как показали результаты бурения в море, их толщина местами достигает 20 метров.
Далеко за Полярным кругом, на 72-м градусе северной широты, на Ванькиной губе моря Лаптевых, недавно введено в действие первое в нашей стране плавучее предприятие по добыче олова.
Оловоносный грунт с глубины до 100 метров извлекается земснарядом, способным вести добычу не только на чистой воде, но и подо льдом. Первичная переработка породы производится плавающей обогатительной фабрикой, размещенной на одном из судов флотилии. Заполярный комбинат может работать круглогодично.
Разработка подводных россыпей дает значительное количество алмазов, янтаря и драгоценных металлов – золота и платины. Подобно оловянным рудам, эти россыпи служат продолжением наземных и потому не уходят далеко под воду.
Единственное месторождение платины в США находится на северо-западном побережье Аляски. Оно было обнаружено в 1926 году и уже на следующий год начало эксплуатироваться.
Старатели, продвигаясь вдоль мелких речек, подошли вплотную к побережью, а с 1937 года работы начались уже непосредственно в заливе. Глубина, с которой извлекают породу, несущую крупицы платины, постоянно увеличивается.
Мировой известностью пользуются морские россыпи Австралии и Тасмании, протянувшиеся более чем на тысячу километров.
Здесь добывают платину, золото и некоторые редкоземельные металлы. В ряде случаев морские россыпи характеризуются гораздо более высоким содержанием ценных минералов, чем аналогичные месторождения на суше.
Волны постоянно взмучивают и перемешивают породу, а течение уносит более легкие частицы, в результате чего море работает как природная обогатительная фабрика. У берегов Южной Индии и Шри Ланки протянулись мощные ильменитовые и моноцитовые пески, содержащие железотитановую руду и фосфаты редкоземельных элементов цезия и лантана.
Многокилометровая полоса обогащенных песков прослеживается в море на расстоянии до полутора километров от берега. Мощность ее продуктивного слоя местами достигает 8 метров, причем содержание тяжелых минералов иногда доходит до 95 процентов.
Одно из крупнейших месторождений алмазов, как известно, находится в ЮАР. В 1866 году маленькая девочка из бедного голландского поселения, играя на берегу реки Оранжевой, нашла в песке сверкающий камешек. Игрушка понравилась заезжему господину, и мать девочки, мадам Джекобе, подарила гостю блестящую безделушку.
Новый владелец показал курьезную находку одному из приятелей, и тот узнал в ней алмаз. Через некоторое время госпожа Джекобе была ошеломлена неожиданно свалившимся на нее богатством – она получила целых 250 фунтов стерлингов, ровно половину стоимости блестящего камушка, найденного ее дочкой.
Вскоре Южную Африку поразила «алмазная лихорадка». Теперь доходы от разработки алмазных копей составляют весьма заметную статью в бюджете ЮАР. Изыскания 1961 года показали, что алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, состоящих из песка, гравия и валунов не только на суше, но и под водой на глубине до 50 метров.
Первая же проба морского грунта весом 4,5 тонны содержала 5 алмазов общей стоимостью 450 долларов. В 1965 году из моря на этом участке, через сто лет после находки первого алмаза, было добыто почти 200 тысяч каратов алмазов.
50—60 миллионов лет назад север Европы был покрыт сплошными хвойными лесами.
Здесь росли четыре вида сосны и один вид пихты, которые теперь уже не существуют. Из трещин в коре деревьев по мощным стволам стекала смола.
Ее застывшие капли и комки во время половодья попадали в реки и выносились в море. В соленой воде на протяжении веков смола твердела, превращаясь в янтарь.
Самые мощные россыпи янтаря находятся на побережье Балтийского моря вблизи Калининграда.
Красивые желтые «камни» скрыты от глаз в синеватых мелкозернистых глауконитовых песках морского происхождения, поверх которых образовались позднейшие напластования.
Там, где янтароносный слой выходит к морю, прибой постоянно разрушает его, и тогда куски породы попадают в воду. Волны легко размывают песчано-глинистые комья и освобождают заключенный в них янтарь. Будучи лишь немного тяжелее воды, в спокойную погоду он падает на дно, но при самом слабом волнении приходит в движение.
Подобно любым другим легким предметам, янтарь рано или поздно выбрасывается волнами на пляж. Здесь его и находили древние жители Балтийского побережья.
К янтарному берегу приплывали суда финикийцев и увозили отсюда огромное количество выменянного «электрона». Археологические находки позволяют проследить длинный путь, по которому янтарь и изделия из него, благодаря меновой торговле, доходили от Балтийского моря до Средиземного.
Ювелирная ценность янтаря сохранилась до наших дней. Для изделий отбирают самые лучшие, прозрачные и крупные куски, тогда как основная масса мелких янтарей используется в промышленности.
Этот материал идет на изготовление высококачественных лаков и красок, используется как изолятор в радиопромышленности, из него готовят биостимуляторы и антисептические средства.
Современный янтарный комбинат представляет собой механизированное предприятие, на котором породу промывают и обогащают, а извлеченный ценный материал сортируют и подвергают дальнейшей обработке. В 1980 году в Калининграде создан музей янтаря, в котором представлены изделия из этого материала и уникальные находки.
Часть месторождений полезных ископаемых скрыта в недрах морского дна. Их разработка по сравнению с россыпями технически более затруднена. В простейшем случае вскрытие рудного пласта производится с берега.
С этой целью проходят вертикальный ствол нужной глубины, а затем в сторону моря прокладывают горизонтальные или наклоненные ходы, по которым и добираются до месторождения. Так можно поступать, когда место разработки находится недалеко от берега.
Подобные шахты, забои которых расположены под морским дном, имеются в Австралии, Англии, Канаде, США, Франции и Японии. В них добываются главным образом каменный уголь и железная руда. Один из крупнейших рудников мира, разрабатывающий «морское железорудное месторождение», расположен на маленьком острове в проливе Белл-Айл.
Отдельные его участки уходят далеко от берега, причем над забоями располагается 300-метровая толща породы и стометровый слой воды. Годовая продукция шахты – 3 миллиона тонн. Подсчитано, что морское дно у берегов Японии хранит не менее 3 миллиардов тонн угля, ежегодно из этого запаса извлекают 400 тысяч тонн.
Если месторождение обнаруживают в удалении от берега, вскрывать его описанным способом экономически невыгодно. В этом случае насыпают искусственный остров и через его толщу проникают к полезным ископаемым. Такой остров был создан в Японии на расстоянии двух километров от берега. В 1954 году через него проложили вертикальный ствол шахты «Мики».
Опыт строительства подводных туннелей позволяет использовать их не только в качестве транспортных артерий, но и для того, чтобы подобраться по морскому дну поближе к запасам полезных ископаемых. Готовые железобетонные секции туннеля укладывают на дно и из последней секции начинают вести проходку шахты.
При значительном удалении от берега и на достаточной глубине придется обойтись без туннеля. В этом случае предполагается вертикально установить на дно железобетонную трубу большого диаметра и затем удалять грунт изнутри. По мере выработки труба под влиянием собственной тяжести несколько опустится.
Извлеченный грунт никуда отвозить не нужно, его просто выбрасывают наружу, и он будет оседать вокруг трубы, создавая насыпь, препятствующую проникновению внутрь трубы морской воды. По окончании строительства по этой трубе в шахту будут опускаться горняки, а наверх подниматься руда или уголь.
Чтобы не поднимать добытую руду на поверхность океана, одна английская фирма разработала проект подводного атомного рудовоза. Хотя такое судно еще не построено, оно уже получило имя «Моби Дик» в честь легендарного белого кашалота, описанного в одноименном романе американского писателя Г. Мелвилла. Подводный рудовоз сможет перевозить за рейс до 28 тысяч тонн руды со скоростью 25 узлов.
Разработка полезных ископаемых, скрытых в недрах морского дна, требует беспрерывного контроля за проникающей в шахту водой, которая легко может просочиться по трещинам. Опасность затопления усиливается в сейсмически активных районах.
Так, на некоторых морских шахтах Японии замечено, что после каждого землетрясения приток воды увеличивается примерно в три раза. Больше внимания приходится обращать и на возможность обрушивания породы, поэтому в ряде морских шахт, особенно там, где забои отделены от воды небольшим слоем породы, приходится ограничивать выем, оставляя часть рудоносного слоя в качестве опор.
Эксплуатация твердых полезных ископаемых из россыпей и толщи морского дна еще только начинается, а добыча нефти и газа уже происходит в широких масштабах. Первым стал добывать нефть, скрытую под морским дном, житель города Баку Гаджи Касим-бек Манурбеков.
В 1824 году на небольшой глубине Биби Эйбатской бухты он выкопал колодцы и тем положил начало промыслу морской нефти. Однако понадобилось ровно сто лет, чтобы эта отрасль нефтяной промышленности получила свое развитие.
В 1924 году нефтяники Баку вбили в дно деревянные сваи, установили на них постамент и пробурили скважину, давшую промышленную нефть. Позднее вышки стали располагать на металлических опорах и объединять их между собой эстакадами в единую систему. Сейчас на Каспии существуют несколько крупных промыслов, которые уходят далеко в море.
На промысле «Нефтяные Камни» функционирует свыше тысячи скважин. Самая глубокая из них подает газ с глубины 5,5 километра. Ее суточный дебет равен миллиону кубометров. Все оборудование промыслов установлено на сваях, по которым проложены асфальтированные эстакады.
Нефтеносным считается весь шельф Каспийского моря. Поэтому там, где глубина не позволяет располагать буровые установки на сваях, бурение производится с судов. В 1980 году на нефтегазовом месторождении «28 апреля» к бурению приступило новое специализированное судно, способное вести проходку на глубинах 500—600 метров.
Район Персидского залива считается одним из наиболее перспективных для нефтяных разработок будущего. Полагают, что в нем сосредоточено две трети мирового запаса нефти. Уже в настоящее время ведется интенсивная ее добыча. В самой западной части залива на расстоянии 48 километров от побережья Кувейта в море расположены промыслы «Хафджи».
Глубина моря здесь достигает 40 метров. По стальной магистрали нефтепровода ежедневно перекачивается 34 тысячи тонн «жидкого золота». Находящиеся поблизости промыслы «Сафания» дают 80 тысяч тонн нефти в сутки.
Большие запасы нефти находятся также под дном Мексиканского залива. Над глубинами менее 200 метров бурение уже начато. Концессии на остальные участки дна проданы, но работы не начались из-за отсутствия практического опыта промышленного бурения на больших глубинах.
Даже бассейн Северного Ледовитого океана оказался нефтеносным. Нефтегазовые месторождения обнаружены у берегов России, США, Канады, Гренландии и Норвегии. По мнению геологов, дно океана хранит свыше 50 миллиардов тонн нефти. Наметившийся энергетический кризис вновь и вновь выдвигает на передний план задачу освоения этих месторождений.
Получение нефти из недр морского дна всегда сопряжено с риском загрязнения окружающей среды. При авариях на морских скважинах нефть в огромном количестве изливается в море. Остановить ее поток гораздо труднее, чем на наземных промыслах.
Такое бедствие произошло у берегов Нигерии в марте 1980 года. В результате аварии на скважине компании «Тексако оверсиз», ведущей разведку на континентальном шельфе Африки, нефть залила обширный прибрежный район, проникла в дельту реки Нигер. Катастрофа нанесла серьезный ущерб хозяйству и природе штата Риверс.
Большой практический опыт, накопленный в добыче нефти со дна моря, оказался полезным при разработках такого вполне твердого ископаемого, как сера, залежи которой также имеются в толще грунта на морском дне.
Для извлечения серы бурят скважину, подобную нефтяной, и под большим давлением вводят в пласт перегретую смесь воды и пара. Под влиянием высокой температуры сера плавится, и тогда ее откачивают с помощью специальных насосов.
К минеральным ресурсам океана, несомненно, относится и его вода, содержащая много веществ, находящих промышленное применение. Правда, для получения этого сырья совсем не нужно погружаться на дно – состав морской воды повсюду одинаков, ее можно черпать для переработки прямо с берега. Об извлечении из морской воды ценных материалов уже было сказано выше, необходимо лишь дать общую оценку этим ресурсам.
Американские экономисты подсчитали, что стоимость всех веществ, растворенных в одном кубическом километре морской воды, по расценкам второй половины нашего века приблизительно равна миллиарду долларов.
Из этого объема можно получить 30 миллионов тонн поваренной соли, 4,5 миллиона тонн металлического магния и т.д. Может быть, ужаснувшись огромному количеству материалов, экономисты не пошли дальше и не попытались определить, сколько же стоит весь Мировой океан.
Разработчик:Территория SlavSSoft