За солью, железом и золотом
Хотите узнать, сколько растворенных веществ содержится в водах океанов и морей? Тогда давайте произведем несложный расчет. Известно, что в килограмме океанской воды содержится в среднем 35 граммов твердых веществ, то есть 35 тысячных долей по весу, а не по объему. Общий объем вод Мирового океана равен 1340 тысяч кубических километров, или 1,34 • 1018 литров. Для того чтобы получить вес этого объема воды, помножим его на среднюю плотность океанских вод, равную 1,025, и получаем 1,37 • 1018 килограммов. Теперь перемножив этот вес на 35, узнаем, что Мировой океан содержит 4,79 • 1016 тонн растворенных солей.
Много это или мало, покажет следующий пример. Если всю соль распределить по поверхности земного шара равномерным слоем, то толщина его будет 45 метров. А если этой солью засыпать только сушу, то толщина достигнет 150 метров.
Пожалуй, нет такого элемента таблицы Менделеева, который не встречался бы в водах океана. К числу микроэлементов относятся, например, железо, медь, фосфор, йод, золото и другие.
Особенно велика соленость воды в бассейнах, не сообщающихся ныне с морями и океанами. В этом отношении примечательно Мертвое море, вернее, озеро, которое расположено на Ближнем Востоке в жаркой пустыне, в районе границы между Израилем и Иорданией. В далеком геологическом прошлом оно соединялось со Средиземным морем и составляло часть Мирового океана. Его воды исключительно богаты солями. В каждом килограмме воды — почти 275 граммов соли! По этой причине там невозможно утонуть. Слишком тяжела вода. При купании можно читать, держа в одной руке книгу, а в другой зонтик, чтобы не было слишком жарко на солнышке. Практически в такой соленой воде жизнь невозможна. Поэтому озеро и названо Мертвым.
В нашей стране не менее примечателен залив Каспийского моря Кара-Богаз-Гол.
Залив ли? 3 марта 1980 года газета «Правда» сообщила: «Воды Каспийского моря, которые веками стремительным потоком неслись в залив Кара-Богаз-Гол, остановлены. Последние кубометры бетона уложены в плотину, перекрывающую пролив. «Черная пасть» — так переводится с туркменского Кара-Богаз-Гол — впервые осталась без «пищи».
Примечателен и залив Сиваш в Азовском море, омывающий северовосточное побережье Крыма. Его площадь около 200 тысяч гектаров. По подсчетам ученых, в рассоле Сиваша содержится до 150 миллионов тонн поваренной соли, 17 миллионов тонн хлористого магния, 13 миллионов тонн сернокислого магния, свыше 4 миллионов тонн сернокислого кальция, до 400 тысяч тонн углекислого кальция и так далее.
Не залив, а огромный химический склад!
Микроэлементы — железо, медь и другие — имеют немалое значение для биологических процессов, происходящих в Мировом океане. Рассмотрим, например, роль железа. Оно воздействует на развитие планктона — мельчайших и мелких водных организмов, большей частью лишенных органов передвижения и переносимых течением в толще воды.
Биологи установили, что железо представляет собой «лимитирующий» фактор развития фитопланктона, а значит, и всего цикла жизни в морской среде, так как именно этот планктон является основной пищей для зоопланктона и многих других обитателей моря.
Когда растворенного железа в каком-то районе моря нет или недостаточно, прекращается или замедляется развитие так называемых диатомовых водорослей. Остатки этих водорослей, клеточная оболочка которых покрыта снаружи кремневым панцирем, занимают в Мировом океане почти 30 миллионов квадратных километров дна.
Железо необходимо и для морских животных. Этот элемент входит в гемоглобин крови, играя роль переносчика кислорода от легких или жабр до периферийных клеток организма.
Не менее важна и медь. Она входит в состав гемоцианита — дыхательного пигмента, содержащегося в крови моллюсков и ракообразных, и играет роль носителя кислорода. Но если концентрация меди чрезмерно повышается, она становится для морских организмов ядом.
Расскажем еще о так называемой тяжелой воде. Исследования, проведенные около Багамских островов (Атлантический океан), обнаружили бактерии, которые способствуют накоплению в морской воде «тяжелой воды».
Она представляет собой разновидность воды, в состав которой вместо обычного водорода входит его тяжелый изотоп — дейтерий. А дейтерий используется как ядерное горючее и в качестве изотопного индикатора в технике. Потребность в «тяжелой воде» возрастает, а добыча ее обходится очень дорого. Ведь на каждые 6 тысяч молекул обычной воды приходится лишь 1 молекула «тяжелой». Здесь-то и могут оказать добрую услугу бактерии, о которых было рассказано.
Казалось бы, какое промышленное значение могут иметь элементы, содержащиеся в морской воде в незначительных количествах? Но часто добывать их помогает сама природа. Так, например, такой редкий элемент, как ванадий, концентрируется в организме голотурий — морских беспозвоночных животных; некоторые морские водоросли накапливают марганец, другие — йод.
Безусловно, в будущем человек будет использовать это свойство животных и растений океана в широких масштабах. Возможно, он научится воздействовать на морские организмы так, чтобы их способность к искусственному накоплению увеличилась. Когда же подобные попытки увенчаются успехом, то появятся растения и животные — металлурги, которые помогут получать необходимые металлы в промышленных количествах.
Потребление соли в мире достигло огромной величины — около 30 миллионов тонн в год. И не мудрено: каждый обитатель Земли съедает в год почти 8 килограммов пищевой соли. А сколько технической соли требуется для получения других ценных продуктов на химических заводах?
Поваренную соль, как известно, добывают и на суше — в соляных копях, в соленых озерах, и на море — из морской воды.
Вот как добывали соль из моря сотни лет назад, а в некоторых странах добывают и сейчас. Морская вода поступает в ряд специально оборудованных бассейнов. Переходя постепенно из одного бассейна в другой, она испаряется под действием солнца и ветра. Происходит отложение поваренной соли. Когда ее слой достигнет толщины 4—6 сантиметров, остающийся раствор спускают из бассейнов в море. Для того чтобы добытая таким образом соль стала чистой, ее промывают. При этом удаляются соли магния, придающие ей специфический горький вкус.
Но производительность таких бассейнов невелика. Обычно из 1000 кубических метров воды получают всего около 1,5 тонны соли.
Не так давно югославские изобретатели Авло Шехич и Владимир Сихровский нашли новый способ добычи соли. Они предложили в бассейнах солеварен поставить установки для распыления раствора. Распылители превращают рассол в мелкую пыль. Вода из этих мельчайших капель быстро испаряется, и на землю падает уже соль.
Этот способ прост и очень эффективен. При естественном выпаривании в бассейнах поверхность испарения каждого кубического метра воды — 25 квадратных метров. При новом способе испарения кубометр Превращенной в пыль воды имеет поверхность испарения, равную приблизительно 60 тысячам квадратных метров! Поэтому неудивительно, что там, где соль начали добывать по-новому, ее производство резко увеличилось.
Из морской воды можно извлечь металл, который в 4,5 раза легче железа, — магний. В каждом кубическом метре морской воды его содержится более килограмма. Но находится он не в чистом виде, а в виде хлористых и сернокислых солей, поэтому для его получения нельзя ограничиться только осаждением соли. Для извлечения магния используют различные добавки к морской воде (например, известковую воду), которые помогают отделить соли, содержащие магний, от других составляющих. Так в промышленных масштабах получают магнезию, а из нее при помощи электролиза извлекают магний.
Промышленное значение имеет и добыча из морской воды калия. Он применяется в сельском хозяйстве как удобрение. Используются калийные соли при изготовлении мыла и в ряде других производств. В кубическом метре морской воды находится 700 граммов калийной соли. Для ее получения концентрированный рассол охлаждают, выпадают хлористый натрий и сернокислый магний. В результате дальнейшего испарения выпадают соли калия. Из них-то и извлекают калий.
Бром, как известно, широко применяется в медицине и фотографии. Еще в 1926 году в нашей стране на Черноморском побережье был построен завод по добыче брома из морской воды. Наша медицинская промышленность получила надежный источник необходимого ей сырья.
Уже давно людей особенно привлекает заманчивая идея добычи золота из морской воды. В водах океана его содержание незначительно — 0,00001 грамма в кубическом метре. Но, учитывая общий объем воды в океане, количество золота в нем достигает астрономической цифры.
В Атлантический океан в 1924 году с обширной программой исследований, в которую было включено и задание попытаться добывать золото из морской воды, было направлено немецкое экспедиционное судно «Метеор». Оно провело интереснейшие океанологические наблюдения, но задание по добыче золота выполнить не могло из-за технических трудностей. Добавим: не преодоленных полностью и в наши дни.
Теперь расскажем вам об опыте, у которого, возможно, есть большое будущее. Но прежде несколько слов об ионитах (ионообменниках). Это твердые, практически не растворимые в воде и органических растворителях природные или искусственные материалы, способные к ионному обмену — извлечению из растворов различных анионов и катионов.
Августовским утром 1959 года в Атлантический океан отправилось советское судно «Михаил Ломоносов». На нем была установлена специальная 2-метровая колонка из винипласта, набитая зернистой анионообменной смолой. 19 августа, когда судно находилось в 80 милях южнее Азорских островов, был открыт кран, и соленая вода хлынула в напорный бак, а оттуда заструилась по многочисленным ходам поглотительной колонки. Подача воды была прекращена 8 ноября, когда судно вошло в Ла-Манш.
Колонку доставили в Московский химико-технологический институт. Начались исследования, позволившие сделать интересные выводы. Колонка действовала 1516 часов. Через нее протекло 59 189 литров океанской воды со скоростью 40 литров в час.
Ионообменная смола поглотила за это время 61,5 килограмма солей. Анализ солевой смеси позволил уточнить процентное распределение элементов, входящих в состав вод.
В результате обработки смолы профессору А. Б. Даванкову удалось получить первые крупицы морского золота, добытого с помощью ионитов. В веществе колонки находились и другие элементы — серебро, стронций, висмут, медь, цинк, редкие металлы.
Таков этот любопытный опыт. Возможно, что он явится прообразом промышленных установок для добычи драгоценных металлов, редких и рассеянных элементов из океанской воды.
Особое значение имеет в народном хозяйстве и науке уран, который является ядерным горючим. На острове Сикоку (Япония) в 1981 году сооружена опытная установка по добыче урана из океанской воды. В ней используется специальный поглотитель урана, в основе которого лежит особым образом обработанное акриловое волокно. Предполагается, что к 1990 году из океанской воды в Японии будет добыто 2250 тонн урана.
Работы по извлечению урана из природных вод начались несколько лет назад и в нашей стране под руководством академика Б. Н. Ласкорина. Сообщение советских ученых на Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии о результатах этих исследований вызвало в свое время большой интерес.
Но различными минеральными веществами богаты не только воды Мирового океана. Огромные их количества сосредоточены на дне океанов. Темпы накопления осадочных пород в различных местах Мирового океана не одинаковы.
В прибрежной полосе океанов они достигают десятков сантиметров в 1000 лет. Вдали же от берегов за этот же период накапливаются лишь миллиметры. Об этом свидетельствуют найденные на дне океана зубы акул, и не только современных, но древнейших, вымерших 3—4 миллиона лет назад. Эти зубы обнаружили в самых верхних слоях донных отложений. Сохранились они потому, что удивительно крепки.
На океанском дне можно встретить также особого рода минеральные образования, называемые конкрециями. Они залегают на различных глубинах, но в основном на глубинах от 4 до 7 километров. Они (их часто называют железомарганцевыми) представляют собой черные округлые, похожие на картофелины образования. Нередко конкреции устилают дно океана сплошным покровом и отдельные его участки становятся похожими на булыжную мостовую.
Советские океанологи на судне «Витязь» нашли такие скопления конкреций в центральной части Индийского океана. Интересно, что в некоторых из них были обнаружены зубы акул.
Общие запасы конкреций в Мировом океане очень велики. По оценкам специалистов, в Атлантическом океане запасы конкреций составляют 45 миллиардов тонн, в Индийском — 41, в Тихом— 112 миллиардов тонн. Таким образом, запасы в трех океанах составляют почти 200 миллиардов тонн этой высококачественной руды.
Анализ показал, что конкреции не зря называют высококачественной рудой. Некоторые образцы содержали: марганца — 45%, железа — 14%, кобальта — до 1%, никеля— 1,5% и меди — 2%.
Но как поднять руду со дна океана? Существует несколько методов. Остановимся на одном из них.
Первые испытания «непрерывной ковшовой линии» (так назывался этот метод, предложенный японцами) были проведены в 1971 году в Тихом океане. К канату, спускаемому с борта судна, прикреплено несколько сотен ковшей. Результаты испытаний положительны.
Поиски наиболее эффективной системы добычи минерального сырья со дна морей продолжаются. Предлагаются всё новые проекты их добычи. Среди них и километровые всасывающие трубы, в которых создается поток вод, поднимающий со дна твердые полезные ископаемые.
Сейчас океанические минеральные ресурсы разрабатываются в основном только в пределах шельфовой зоны — на малых глубинах до 200 метров, вблизи берегов.
Пожалуй, основными среди природных богатств морского дна сейчас можно считать нефть и газ. Они добываются на Каспийском море в Советском Союзе, в Мексиканском заливе, в Карибском море, около берегов Южной Америки и Аляски, в Северном море. Всего к настоящему моменту обнаружено 700файонов Мирового океана, где можно вести добычу.
На втором месте находится сера. Ее добывают в Мексиканском заливе у берегов штата Луизиана. Запасы угля имеются около Ванкувера и в районе Чили. А подводный угольный бассейн около Сиднея оценивается в 2 миллиарда тонн. Отложения фосфоритов в осадках Калифорнийского залива исчисляются в миллиард тонн, то есть почти в 70 раз больше всей годовой продукции США. У берегов Юго-Западной Африки специальные суда добывают из подводных россыпей со дна океана даже алмазы. Прибрежные морские россыпи играют важную роль в добыче минеральных богатств. Дело в том, что непрерывное движение грунтов дна в этой зоне создает своеобразные условия для сортировки и накопления определенных минералов. Так добывают титанит, ильменит, монацит, рутил. Например, в Индии в прибрежных россыпях, расположенных узкой полосой между линиями прилива и отлива, количество монацита составляет не менее миллиарда тонн. А это ценный минерал — сырье для получения тория.
Пески побережья Австралии дают капиталистическим странам около 60% всей добычи циркония. Морские россыпи с редкоземельными элементами известны в Бразилии, Южной Африке, на Мадагаскаре, Цейлоне. Из россыпей на острове Ходо в Японии извлекают ванадий. Драгами и земснарядами из россыпей у побережья Аляски добывается золото. Этот список можно и продолжить.
Богатым оказался Мировой океан. Надо только научиться добывать эти богатства, не нанося ущерба природной среде. Для этого необходимо как можно больше знать о Мировом океане, расширять океанологические исследования.
|
|
Читайте в рубрике «Ресурсы океана»: |