Люди гибли за металл…

Об этом специалисты узнали в прошлом веке. Сначала не поверили. Затем внимательно изучили древние разработки и подтвердили: «Да, арругии существовали». Так называли самый мощный метод извлечения полезных ископаемых, придуманный человеком. История сохранила нам лишь единственное упоминание о такой добыче, записанное Плинием Старшим: «Рабы месяцами не видели дневного света. День и ночь шла работа. Отдыхающие спят и едят тут же. Отбитую породу по цепочке в корзинах рабы выдавали наружу, работая в абсолютной темноте. Пройдя золотоносные породы, все штольни останавливали и, начиная от забоя до конца штольни, последовательно разрушали опорные целики. Но вот возникает сплошной обвал… К моменту обвала к этому же месту уже подведены каналы, даже крупные реки, уже построена громадная дамба, и как только золотоносная порода будет разрыхлена, на перемычку дамбы посылают осужденных рабов, которые ее разрушают, и грандиозный поток, все смывая, несет десятки миллионов кубометров грязи и валунов, устремляясь в уже подготовленный шлюз — деревянные канавы с закрепленным на их дне хворостом… раздается грохот и гул, который уши человеческие выдержать не могут… Вся земля дрожит, с гор срываются глыбы скал, а из обрушивающихся штолен вырывается ураган, выбрасывая тучи пыли и растерзанные тела рабов, не успевших выбежать… Вскоре стихия затихает, вода уходит. Тогда собирают хворост. Его сжигают и наконец, разгребая золу, находят то, ради чего свершился гигантский труд».

Тысячи лет назад вот так добывали сразу по нескольку тонн драгоценного металла. Но перед этим проходили месяцы и годы подготовительных работ, гибли люди.

Теперь золото добывают чаще по крупицам. Работают в основном механизмы. Желтый металл извлекают из глубоких недр. Так же, как и другие руды. Мощные плавучие фабрики — драги — размывают и всасывают в себя горы золотоносной земли. Иногда старатели промывают золотоносные пески с помощью обыкновенного лотка. Благо золото тяжелое, а пустая порода смывается водой, оставляя на дне лотка сверкающие блестки. Находят и самородки. Самым крупным из них, как правило, дают собственные имена. Некоторые находки достигают массы человека. Например, самородок «Японец», обнаруженный на острове Хоккайдо в 1901 году, весил 71 килограмм. А вообще-то за всю историю человечества сравнительно крупных самородков нашли немного. Не более десяти тысяч. Примерно столько, сколько добывали за несколько приемов на легендарных арругиях. Находили самородки и в России. Сначала по царскому указу 1825 года хранили их в музеуме Санкт-Петербургского горного института, потом на Монетном дворе.

 

Внутри и сверху

Горное дело сложно и многообразно. Но известны два основных способа добычи минерального сырья. Первый — шахтный, когда ради полезного ископаемого проникают внутрь земной коры. Второй — открытый или карьерный. Хороши ли они? Не всегда.

Вот представьте. Добываем вагон угля, а вместе с ним эшелон воды. Многие, особенно угольные, шахты обводнены. И никуда от этой воды не денешься, пока ее не откачаешь наверх или не отведешь в искусственное русло.

Одно выкачиваем насосами, другое мощными вентиляторами подаем вниз. Ни шахтеры, ни машины не будут работать без воздуха Он вроде бы невидим и легок. Однако в глубочайшей шахте Индии «Чемпион Риф» на каждую тонну золотой руды, поднятую из недр, приходится почти 15 тонн живительного воздуха. Подобное соотношение наблюдается во многих шахтах и рудниках.

Тысячи тонн ценных материалов ежедневно опускают в искусственные пустоты, притом большинство без возвратно. Ведь подземные выработки нужно все время расширять, закреплять и нередко засыпать, чтобы избежать обвалов.

Ну, а карьеры? Сверху работать, безусловно, легче. Но и тут приходится откачивать большое количество грунтовых вод. Снимать ненужные породы, объем которых может в десятки раз превышать количество добываемой руды или угля. Только мощные механизмы делают такую работу выгодной. И вот создают гигантский экскаватор, высотой с 20-этажный дом. Его привозят на рудник несколько составов, а электроэнергии он потребляет столько, сколько необходимо городу с населением в несколько десятков тысяч человек. Огромные самосвалы и вагоны перевозят непрерывно миллионы тонн горных пород. Возникают гигантские выемки в земной коре, иногда глубиной до 1 километра.

Рудники углубляются в недра на несколько километров. Там в вечном тропическом климате, когда даже камень горяч, прокладывают длинные ходы — штольни. Пожалуй, все населенные пункты мира могли бы иметь метро, если бы подземные выработки проходили под ними.

Горные работы — это не только использование машин-гигантов и большие объемы вынутых пород. Много под землей механизмов, проникающих в толщи пород там, где и человек не проползет.

Да, труд горняка почетен, но и тяжел. Зато его результаты — фундамент для развития промышленности. Мы не можем еще отказаться от традиционных методов добычи полезных ископаемых. Они совершенствуются с каждым днем. И вместе с ними рождается будущее горного дела. Как часто бывает, оно незаметно входит в жизнь, собирая по крупицам опыт далекого прошлого и научные открытия настоящего.

 

Все началось с солеварен

В тиши отечественных архивов лежат старинные документы. В одном из них сказано, что в 1137 году в грамоте князя Святослава Олеговича Новгородского, данной Софийскому собору, предписывалось взимать с каждой солеварни определенное количество соли в качестве налога. Значит, в России соль из рассолов добывали издревле. Опыт русских мастеров в этом деле обобщен на страницах безымянного руководства «Росписи, как зачать делать новая труба на новом месте». В ней лишь упомянуто, что «таковая роспись писана Сенкиной рукой». Да водяные знаки на бумаге указывают на одну из подмосковных фабрик второй половины XVII столетия.

Соляные рассолы выкачивали из недр в различных районах страны. Например, в Архангельской и Вологодской губерниях, в далеком Прикамье и среднерусской Старой Руссе. А потом стали бурить скважины и до твердой каменной соли. Начали подавать вглубь по трубам воду, растворять подземную «солонку». Так зарождался необычный даже по нынешним временам физико-химический способ добычи руд. С самого начала он был весьма несложен. В скважину опускали две трубы — «труба в трубе», хорошо изолировали их друг от друга. Через центральную трубу закачивали воду из ближайшего источника. Она возвращалась на поверхность в виде рассола по пространству между трубами. Воду можно было подавать в любую из труб и соответственно менять направление процесса. Такими достоинствами не обладают механические разработки полезных ископаемых. Однако быстро обнаружились и недостатки. Если в шахте видно, что и как необходимо делать, то контролировать с поверхности растворение залежи соли невозможно. Поэтому скважины работали недолго, много полезного сырья терялось в недрах. Казалось бы, этот путь для горного дела в целом бесперспективен.

 

В наше время

На смену кирке, лому и тачке пришли высокопроизводительные механизмы. Быстро развивались традиционные способы шахтной добычи полезных ископаемых. Только не было особых перемен в подземном растворении каменной соли.

Наступили 30-е годы нашего века. И вот американский инженер Э. Н. Тремп предложил закачивать в соляные скважины… воздух. Это удивило специалистов. Потом быстро оценили достоинства необычного способа. Действительно, воздух легче воды. Он стремится вверх. Упирается в каменный потолок — кровлю пласта, создает воздушную прослойку — изоляцию, препятствующую растворению. Воздух можно заменить каким-нибудь газом, даже легкими жидкостями, например керосином или нефтью. Правда, они дороже воздуха.

Что же это дает? Соль, как правило, залегает на глубине в форме пластов. Растворение пойдет вдоль и поперек пласта. Вместо прежней полости, напоминающей по форме перевернутую грушу, будет создаваться расширяющееся пространство. Вода как бы «врубается» по направлению залегания растворимого слоя. Так у горняков появился новый метод гидровруба. А с ним резко возрос объем откачки рассола. Но гидровруб не решал всех вопросов. Ведь пласт — объемное тело. Есть у него длина, ширина, есть и толщина — мощность. Подчас она достигает десятков метров. Каким же способом регулировать растворение вверх и вниз? Поиски наилучшего решения продолжались.

И они увенчались успехом. Советский исследователь П. С. Бобко предложил опять, казалось бы, неожиданное: растворять соль по ступеням. Суть этого способа также проста. Водоподающая труба последовательно по мере отработки залежи поднималась. Процесс стал регулируемым как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. А главное таким методом растворяли уже значительную часть полезного ископаемого. Здесь обнаружилось и еще одно достоинство скважинной добычи. Если из шахты поднимают на-гора массу пустой породы, то теперь она стала оставаться на дне выработки, в недрах. В частности, для солей — это нерастворимые глинистые прослойки. Позже на основе такого способа создали комплексные групповой и батарейные методы. Попросту на одном месторождении поставили несколько добывающих установок. В результате производительность скважин повысилась в несколько раз. Теперь из недр стали выкачивать большую часть соляной залежи.

Во многих странах ныне развивается такой способ добычи каменной соли. Он почти в 2 раза дешевле традиционных механических способов. Вместо 10–12 рабочих достаточно одного оператора. Качество продукции нередко высшее. А оборудование простое и недорогое. Управлять им могут автоматы. Только сначала за эту дешевизну приходилось «доплачивать» металлическими трубами. Их намертво цементировали в недрах, чтобы вода не уходила в другие горные породы. Но и здесь нашли выход.

Говорят, все мудрое просто. Действительно, что будет, если вместо цемента использовать битум? Требуется водонепроницаемость? Пожалуйста. Нужно вынуть из глубины отработанного месторождения сотни метров труб? Залейте в скважину горячую воду — битум станет мягким. Словно нож из масла, вытягивается труба. Казалось бы, это не открытие, но оно сберегло стране сотни тысяч рублей и тысячи тонн полезного оборудования.

В последние годы исследователи обратили внимание на чудесные свойства магнитных явлений. Попробовали омагнитить и воду, закачиваемую в добычный пласт. Количество получаемой из скважин соли увеличилось почти на одну треть. Вот так из отдельных решений складывался научно-технический прогресс бесшахтной добычи каменной соли. Она начиналась с примитивных солеварен. Зато теперь стала первым среди других методов физико-химической разработки полезных ископаемых, доказавшим, что будущее горного дела за ними.

 

Минерал, который тает

Стекла домов не всегда прозрачны. Особенно зимой. Как избавиться от этого, знают многие хозяйки. Напомним: положить между рамами окна кусочки или пакетики соли. Она жадно вбирает в себя воду. Стекла не запотевают. Речь идет об обычной поваренной соли — хлористом натрии.

Но вот однажды принесли в комнату другую соль. Розовые, сиреневые и дымчатые кристаллы сверкали в плотно закупоренной банке. Открыли ее. Кристаллы начали быстро таять. Твердое исчезло. Остались прозрачные капли. Этот минерал — горький «родственник» поваренной соли. Растворимость его очень высокая. Отбирает влагу даже из воздуха. А состоит из того же хлора и металла магния. Называют минерал бишофитом. Месторождений его на поверхности земли не ищут. Бесполезно. А вот сюрпризы разведчикам недр он может приносить.

Несколько лет назад геологи изучали подземные отложения древнего моря под Волгоградом. Искали в Поволжье нефть и газ. Как положено, бурили скважины, вынимали керны — образцы пород, пока не достигли глубины около 1800 метров. Там начиналась пустота, инструмент проваливался. Встревожились нефтяники, обратились к специалистам. Те не поверили. Не может быть такого. Работайте внимательнее. Действительно, «пустота» была не совсем пустой. В один из удачных дней достали из нее сероватый песок. Быстро поехали за геологами, а когда приехали с ними, то увидели не кучу песка — мокрое место. Пришлось взять на анализ пробу. Так открыли бишофит. Семидесятиметровая толща этого минерала залегает под землей среди плотных, не пропускающих воздух и воду пород от Калмыкии до Саратовской области. Ее создала 150 млн. лет назад и надежно укрыла чудесница-природа.

Тающий минерал добыть шахтным способом почти невозможно. Зато растворить его нетрудно. Это и сделали. Каждый кубический метр рассола бишофита приносил на поверхность до 450 килограммов хлористого магния. Магний необходим во многих отраслях промышленности. Ей нужны бром и бор, тоже содержащиеся в рассоле бишофита. Да и сам он ценен. В Поволжье построен крупнейший в Европе завод белково-витаминных концентратов. Бишофит для него привозили издалека. Добыча и доставка капризного минерала раньше стоила недешево. Теперь экономят миллионы рублей. Рассол добавляют в топливо и энергетики. Чудесные свойства бишофита позволяют энергетическим котлам работать без ремонта значительно дольше. Притом они меньше используют мазута, не загрязняют окружающую среду. Это тоже немаловажно.

 

Гидрометаллургия

Около рудника огромная груда руды. Ее поливают водой. Воду собирают в бассейн, на дне которого лежат… к примеру, жестянки из-под консервов. А спустя некоторое время извлекают отсюда ценный металл — медь. Не правда ли, для непосвященного это кажется удивительным? Но если пояснить, что речь идет о медной руде, притом сульфидной, то знающим элементарные основы химии многое станет ясным. Вода, омывая руду, превращается в раствор медного купороса. В бассейне, где лежат жестяные банки, происходит химическая реакция: образуются сернокислое железо и медь. Такова суть одного из гидрометаллургических способов.

Есть в нашей стране Дегтярский рудник. Медную руду там добывали в шахте, обрушая слои, теряя много полезного сырья. И вот предложили экономный метод — растворять руду под землей, через скважины откачивать раствор наверх. Таким образом 1 рабочий выдавал в смену почти 100 килограммов меди.

Те, кто бывал в горнорудных районах, видел уродливые и к тому же загрязняющие окрестности отвалы так называемых пустых пород. Казалось бы, они никому не нужны. Но так ли это?

В Мексике на руднике «Кананеа» в отходах было «захоронено» 80 тыс. тонн меди. Еще больше — около 1 млн. тонн ценного металла оставлено в отвалах месторождения Бкнгамского каньона в США. Извлечь медь из искусственных гор с помощью растворителей вполне возможно. Это и дешевле, чем добыча ее шахтным способом, да и затраты труда в несколько раз меньше. Теперь сотни тысяч тонн дефицитного металла добывают из когда-то никому не нужных отвалов.

Метод растворения медных руд, особенно бедных, т. е. содержащих мало металла, весьма перспективен. Могут внедряться и комплексные способы. Так, для месторождения Удокан в Восточной Сибири был разработан проект: дробить руду взрывами, потом обжигать ее и растворять. Обжиг и растворение должны осуществляться через одну и ту же систему нагнетательных и разгрузочных скважин. При обжиге горячий воздух вдувается в нагнетательные скважины. Из других скважин выводятся газообразные продукты сгорания, в основном сернистые газы. Они пойдут для приготовления серной кислоты, добавление которой в воду ускоряет процесс последующего растворения руд. Здесь используется буквально все. Разве это не лучший путь?

Что же такое гидрометаллургия? Ответить на этот вопрос теперь легче. Хотя секреты гидрометаллургии таят в себе и другие варианты.

 

Бактерии-рудокопы

Риотинто — месторождение с красивым названием. Находится в Испании. Еще в средние века здесь начали поливать водой медные руды. Раствор собирали в бассейны, извлекали из него металл. Этим делом занималось не так уж много людей. Основную работу за них выполняли неисчислимые и невидимые армии добросовестных «рудокопов». Узнали о них сравнительно недавно, в 20-х годах нашего столетия, притом не горняки, не химики, а микробиологи.

Главным помощником добытчиков меди оказалась бактерия. Ее научное название Тиобациллус феррооксиданс (Thiobacillus ferrooxidans). Это — живая химическая фабрика. Производит серную кислоту высокой концентрации. Именно прибавка этой кислоты к воде в сотни раз ускоряла вымывание меди из руды. На языке специалистов это называется активным биокатализом. Как же он происходит? Всякое живое существо нуждается в пище и энергии. Необходимы они и тионовым бактериям. Только они питаются углекислым газом и минеральными солями. А в качестве источников энергии используют процессы окисления сульфидных руд, превращающие их в растворимые соли. Микроорганизмы очень быстро размножаются. Так возникают незримые армии удивительных добытчиков меди, урана и других цветных и редких металлов. Они могут растворять даже золото. Догадался об этом в 1900 году исследователь Лунгвиц. Он заметил, что в растворе, содержащем остатки гниющих растений, благородный металл может раствориться, хотя отлично знал: только «царская водка» способна на такое. Другие растворители бессильны перед золотом. Знал он, что среди гниющих растений привольно развиваются микроорганизмы. Может быть, они — причина? Однако догадка исследователя так и не была ничем обоснована. Впоследствии об исследованиях Лунгвица позабыли.

 

И снова вспомнили

Произошло это на золотоносных копях Ити. Они находятся в африканской стране Сенегал. Здесь рудное тело имеет форму холма, рядом с которым протекает река. Сюда и приходили промывальщики золота. Притом посещали только известные им участки. Почему? Вероятно, потому, что золото, растворяясь, переносится водой вниз по течению и в отдельных местах осаждается на дно. Таковы были предположения. Но как их объяснить? И вот тут вспомнили о догадке Лунгвица. Стали искать возможных «виновников». Микробиологи изучили под микроскопом огромное количество различных бактерий. Их собирали из проб почвы и воды месторождения Ити, из других районов Сенегала, исследовали и специальные коллекции, полученные из Пастеровского института в Париже. «Кормили» бактерии различными рудными породами. Потом запатентовали новый способ добычи золота. Представляете, не изобретатели горных машин, а специалисты, далекие от вопросов разработки полезных ископаемых, решились обратиться в патентное бюро с таким предложением! И его официально признали.

Микробиологи, в том числе И. Парес, работавшая у холма Ити, утверждали: драгоценный металл можно получать с помощью бактерий, находящихся в почве, воде и воздухе. На всех золотоносных месторождениях проживают армии невидимых рудокопов. Ныне стало известно, что знакомые многим плесневые грибки пенициллиумы (Penicillium notatum, P. chrysogenum), из них приготовляют пенициллин, также способны «есть» золото. Леечная плесень эспергиллус, грибок леечник черный, бактерия микрококк киноварно-красный питаются драгоценным металлом. Значит, и золото, не поддающееся растворению природными водами, можно вымывать из горных пород с помощью мельчайших живых существ.

Горняки думают о будущем горного дела, ищут и изобретают новые способы механической добычи, но подчас не замечают, что оно может рождаться в совсем далеких от шахт лабораториях микробиологов.

 

Рождается новая наука

Она еще в младенческом возрасте. Поэтому о возможностях геомикробиологии чаще говорят в будущем времени.

Мы добываем из недр марганец. Более 1/3 его оставляем в шахтах или в «хвостах» (так называют отходы обогатительных фабрик). Почти 1/10 часть содержания «хвостов» — это металл, который можно извлечь с помощью микроорганизмов.

В химических лабораториях уже научились создавать геомикробиологическую среду. Она позволяет извлекать из различных руд многие ценные элементы, например висмут, свинец, сурьму, литий и германий. С каждым годом возрастает роль алюминия. Николай Гаврилович Чернышевский предсказал ему великое будущее, назвав металлом социализма. В начале прошлого века алюминий ценился наравне с золотом, да и теперь он недешев, в 3 раза дороже железа. Хотя почти 1/10 часть земной коры сложена им. Это миллиарды миллиардов тонн. Однако извлекать алюминий из горных пород известными способами сложно. Чаще всего его выплавляют в электропечах. А вот микробиологи утверждают, что в скором времени недра смогут отдавать людям алюминий почти бесплатно. Существуют бактерии, разлагающие породы, в которых много соединений алюминия.

Сера — также необходимый нам химический элемент. Но ее присутствие в виде примеси часто нежелательно. Например, в коксующихся углях. Окисление серы угольных залежей бактериями — вполне реальная возможность.

О потерях в отвалах ряда ценных металлов уже упоминалось. Теперь минеральные отходы все чаще называют вторичными полезными ископаемыми. Только с небольшим содержанием оставшихся там ценных компонентов. Их можно «добыть» с помощью бактерий. Для этого не нужно конструировать и строить мощные механизмы. Тут работа тонкая, чем-то напоминающая труд селекционеров, годами создающих урожайный сорт пшеницы или породу животных с необычной окраской шерсти.

Микроорганизмы выращивают в специальной питательной среде, отбирают наиболее активных, приспособленных к быстрому преобразованию и разложению каменных пород. Так человек учится у природы. Тысячелетиями многие микроорганизмы способствовали возникновению рудных залежей. Особенно на дне морей и океанов, где и теперь железо-марганцевые конкреции рождаются подобным путем. Только человек сумел ускорить природные процессы. Найдены бактерии, которые в десятки раз убыстряют растворение и окисление ряда полезных ископаемых. Эти невидимые рудокопы создают условия для перевода металлов в раствор.

Сомневающийся может сказать: «Это разговор в основном о будущем. Я признаю то, что реально сейчас». Нет, это уже реальность. Такой способ добычи применяют в нашей стране на рудниках Урала и Казахстана. В Югославии микроорганизмы помогают переводить в раствор уран. Ныне каждую двадцатую тонну меди в мире, а также немало цинка получают с помощью бактерий. Их изучают и выращивают для горняков геомикробиологи — представители новой отрасли знаний.

 

Судьба открытия

Он учился в Лесном земледельческом институте. Самым любимым предметом была химия. Когда К. Патка-нов окончил институт, то, где бы ни служил, всегда создавал для себя маленькую химическую лабораторию. В ней и «колдовал» как любитель-химик. Некоторое время он работал на Северном Кавказе в качестве лесного ревизора. Здесь ему преподнесли необычный подарок — огромную глыбу серной руды. Ее привезли из Каракумов, из района Кирх-чулба. Эта глыба более чем наполовину состояла из серы, смешанной с барханным песком и кристаллическим гипсом.

Однажды К. Патканов бросил кусок от глыбы в нагретую серную кислоту. Руда растворилась. «…Выделила из себя серу, которая, слившись в общую массу, стала плавать, словно яичный желток, окруженный песком и мелким кристаллическим гипсом». Исследователь слил кислоту, вынул из сосуда комок чистой серы. Увидел, что к нему не прилипла ни одна песчинка. Потом изучал и другие руды. И пришел к выводу: использование кислоты не обязательно. Она служит лишь для нагревания и расплавления полезного ископаемого. Тогда-то у Патканова и зародилась идея применять для получения серы обыкновенную воду, только нагретую.

Потом последовали опыты в лабораториях Московского университета и Лесного института. Пришло время для окончательного вывода: «…сера в серной руде, расплавленная в воде, нагретой под давлением до известной температуры, отделяется от сопровождающих ее пород и, затвердевая, не соединяется уже с ними, раз таковые смочены водою».

К. Патканов изобрел несложный аппарат для выплавки серы. Так в 1883 году в России были заложены основы нового метода добычи. Однако в то время в России им никто не заинтересовался. Зато предприимчивый американец Г. Фрэш быстро сумел применить этот способ. Он нанял группу бурильщиков, которые пробурили скважины до залежей самородной серы, открытых в районе Мексиканского залива. В 1894 году под восторженные крики присутствующих из недр земли вырвалась золотисто-коричневая струя полезного ископаемого.

А в 1897 году К. Патканов опубликовал небольшую заметку в «Горном журнале», в которой писал, что спешит сообщить об открытии, «…искренне желая, чтобы оно стало достоянием русской печати, прежде чем появиться в каком-либо иностранном специальном органе». Но… было уже поздно. Весь мир, да и отечественная литература при описании этого способа добычи теперь чаще упоминает имя американца Г. Фрэша, а не нашего соотечественника. Такова история зарождения бесшахтного способа добычи серы. Его называют методом подземной выплавки серы или коротко ПВС. В чем суть ПВС?

В конце 60-х годов в нашей стране на Украине начала работать Яворовская «подземка». Ничто здесь не напоминает привычный рудник. Только переплетения труб с горячей водой, влажный воздух с сероводородным запахом и темно-коричневая струя расплавленной в недрах серы, текущая из скважины. Подземная выплавка этого минерала, возможность которой впервые открыл русский химик-любитель К. Патканов, стала реальной на его родине. Теперь ПВС применяется и на других месторождениях.

И вот тут можно задать вопрос: «Почему самые удивительные и перспективные открытия в области разработки полезных ископаемых нередко принадлежат исследователям, казалось бы далеким от проблем горного дела? Может быть, потому, что им со школьной скамьи не твердили упорно, что разрабатывать месторождение можно только шахтным способом?». Традиционное не было закреплено в их мышлении однозначно. Путь к новому был открыт разносторонностью знаний, умением в известном отыскать нечто необычное. Разве другое открытие не пример тому?

 

Подземные газогенераторы

Однажды читатели петербургского издания «Северный вестник» обратили внимание на статью с загадочным названием «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца». Автор публикации — великий ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Так в 1888 году впервые была высказана мысль о создании подземных газогенераторов для эксплуатации угольных месторождений. Что же предлагалось? Пробурить в «пласту несколько отверстий, одно из них должно назначаться для введения, даже вдувания, воздуха, другие — для выхода, даже вытягивания, горючих газов». Идея очень заманчива. Уголь добывают в шахтах, чтобы потом бросать в топки на поверхности земли и получать тепловую энергию. Это известный путь. А можно уголь сразу сжигать в недрах и по трубам выводить наверх горючий газ. Это необычный путь.

Его преимущества понятны и не требуют разъяснений. Достаточно, например, с помощью взрывов раздробить под землей угольный пласт, поджечь и начать нагнетать в глубинную печь воздух или кислород, обеспечивающие непрерывное горение, тогда по скважинам, куда надо, пойдет горючий газ. Эту идею поддержал еще в 1913 году Владимир Ильич Ленин. Он даже написал статью «Одна из великих побед техники». Позже, когда с ее содержанием ознакомились бойцы 78-го кавалерийского полка Рабоче-Крестьянской Красной Армии, они обратились ко всем ученым и студентам страны с письмом. Призвали горняков приступить к реализации поистине социалистического метода использования ресурсов угля.

В начале 30-х годов в нашей стране стали действовать первые подземные газогенераторы. В Донбассе и Подмосковье были зажжены угольные пласты. Некоторые из них в течение многих лет снабжали народное хозяйство горючими газами. Несколько сотен миллионов кубических метров такого газа получали ежегодно предприятия Тулы. Энергия горящих в недрах углей вращала электрические газовые турбины.

Станции подземной газификации были созданы в Кузбассе и Средней Азии. Работы в этом направлении развернулись в США и Англии, Бельгии и Италии. Казалось бы, пройдет еще несколько лет и на смену многим угольным шахтам придут установки подземной газификации. Тем более что вслед за углем научились зажигать в недрах сланцевые пласты. Ведь сланцы нередко более чем наполовину состоят из негорючих масс. Зачем их поднимать на поверхность, когда можно оставить в недрах?

Пионером в этом деле стала Швеция. Там много сланцев и дешевой электроэнергии. Зато нет природного газа. Поэтому и решили создать под землей своеобразные электропечи. Пробурили скважины, опустили в них электроды. Так в 1942 году начал работать первый в мире сланцеперегонный подземный завод. Он выдавал по трубам горючий газ, сырую смолу для пропитки шпал и другие жидкие продукты, столь необходимые для химической промышленности. Но в послевоенные годы об этом способе стали забывать.

 

«Настанет, вероятно…»

Это начало пророческого высказывания великого русского химика мы еще продолжим. А пока объясним простую причину отступления энтузиастов подземной газификации. Тут «виноваты» геологи. Они разведали в недрах огромное количество природного газа и нефти. Зачем возиться с углем, когда есть более экономичные соперники. Считалось, что им открыта неограниченная «зеленая» улица.

Однако в начале 70-х годов вспыхнул предупреждающий «желтый» свет. В капиталистических странах разразился энергетический кризис. С тревогой заговорили об исчерпании природных нефтегазовых сокровищ. Тем более что они стали основой и для производства многих синтетических материалов, без которых ныне не обходится почти ни один человек. И тогда вновь вспомнили об угле, его возможностях. США располагают значительными запасами угольных залежей. Лишь 1/10 часть их вполне подходяща для разработки традиционными способами. Как же поступать с месторождениями, залегающими на глубинах 1,5–2 километра? Только бесшахтные способы здесь себя оправдают.

Пока развитие подземной газификации угля сдерживает главный недостаток: получается низкосортный газ. Но уже разработаны и осуществляются проекты вдувания в недра водорода. Газообразные продукты горения угля на глубине искусственно преобразуются в газ, сравнимый по качеству с лучшим природным.

Первой страной в мире, где получило развитие это направление, является родина Д. И. Менделеева, наша страна. Именно у нас американцы закупили способ создания «подземных газогенераторов». Считают, что к 2000 году они станут такими же привычными, как в наши дни атомные электростанции. Поэтому историки науки и техники обязательно будут цитировать строки из статьи с загадочным названием «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца». Приведем эти строки: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, и там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».

 

Полезное ископаемое по заказу

Разведана новая угольная залежь. Все подготовлено к ее разработке. Но вместо громоздких шахтных сооружений, занимающих большую площадь, стоят компактные баки, насосы, в землю уходят трубы. Итак, месторождение принято в эксплуатацию. На-гора стало поступать… жидкое топливо для двигателей машин. Не удивляйтесь, и это возможно, если из природного угольного месторождения создать искусственное, например путем гидрирования. Для этого пласт угля необходимо насытить водородом при высоких температуре (400–450 °C) и давлении (до 700 кгс/см2). Не правда ли, здесь также заложены основные идеи великого русского химика.

Есть и другие пути. Их наметил академик Александр Евгеньевич Ферсман, когда сказал, что «…сильные кислотные растворы будут растворять природные вещества, давая готовые соли для электролитических труб, извлекающих с разных глубин нужные человеку вещества». Почти любое рудное тело при определенных условиях можно превращать в новое месторождение и последовательно отбирать из него необходимые человеку химические элементы.

Для этого бурят скважины, опускают в них электроды постоянного тока, по трубам подают в залежь специальный растворитель металла, который мы хотим извлечь из руды. Если она проницаема, то ионы химического элемента начнут двигаться от анодов к катодам. Будет накапливаться требуемый металл.

А если руда — непроницаема? И это не помеха. Ее можно раздробить на мелкие куски с помощью взрывов. Они уже доказали свою полезность в горном деле.

Много интересного обещает применение новейших достижений физики и химии при разработке полиметаллических глубинных месторождений. Они содержат большое число различных металлов, рассеянных в горных породах. Одних сравнительно много, других меньше. Электричество и специальные растворители позволяют непосредственно в недрах рассортировать набор химических элементов. По существу, речь идет о замене природных процессов образования руд искусственными, сочетающими в себе сразу способы добычи, обогащения и переработки минерального сырья.

Или другой пример. Предположим, что нам выгоднее растворить не сами минералы, а так называемые пустые породы, в которых они спрятаны. Известно, что в каменном угле в виде элементов-примесей присутствуют кобальт, никель, германий, бериллий. В углистых сланцах прячутся молибден, ванадий, уран, медь, свинец. Выходит, что месторождения горючих камней одновременно являются и кладами металлов.

При сжигании угля и сланцев в подземных газогенераторах, как и в обычной печи, будет накапливаться зола. Так возникает искусственно созданная залежь металлов. Их концентрация здесь увеличивается в несколько раз. После выжигания угольного или сланцевого месторождения через те же скважины можно вымывать полезное ископаемое, созданное по заказу. Конечно, сразу извлечь по трубам все металлы в виде растворов нельзя. Что-то получим сначала, что-то потом. Однако и простая промывка недр окажется полезной. Мы сможем смыть в заранее выбранный участок подземной кладовой самое ценное. Иначе говоря, вновь создать месторождение, точный адрес которого будет известен без геологической разведки.

 

Добывающая струя

Кто видел, как в весеннее половодье вода размывает берега реки, или слышал о гидродобыче торфа, развивавшейся в нашей стране в 20-х годах, тому особых разъяснений не нужно. В последующие десятилетия на смену «гидроторфу» пришел «гидроуголь». Здесь главный инструмент не отбойный молоток, не горный комбайн. Обычная вода. Чем выше ее напор, тем лучше. Вода подается под большим давлением в виде сильной струи или импульсных выстрелов. Подобно водяному пистолету. Раздробленная смесь воды и угля по желобам или трубам поступает на поверхность. Жидкость стекает, фильтруется и снова уходит в рабочие забои. Уголь быстро обсыхает. Полезное ископаемое добыто.

На практике такая добыча, конечно, сложнее. Инженеры и конструкторы создают различные водометы. Их часто называют гидромониторами. У такого способа добычи большое преимущество: почти всю работу могут выполнять автоматические устройства с дистанционным управлением. Притом не нужно загружать углем железнодорожные составы, перегонять их за сотни километров и разгружать там. Гидросмесь по трубопроводам сама прибудет на место. В пути, на промежуточных станциях, она обогащается. Лишнее отбирают, необходимое добавляют. Уже известны варианты использования «гидроугля», когда он прямо из недр по трубам поступает на электростанции. Небольшое количество влаги, которая остается в угле, даже улучшает горение топлива. Сегодня такая гидродобыча — не новость. Впрочем, и не традиционна. Гидроугледобывающих предприятий еще немного. Но опыт их работы стал основой для развития нового направления — скважинной гидродобычи.

В чем ее суть? В залежь закачивают воду. Если увеличить давление, она начнет разрушать горную породу. Так же, как поток дождя, стекая с крыши по водосточной трубе, вымывает под ней грунт. Тем более рыхлый, например песчаный. Только тут есть разница. Размытая земля уносится потоком дальше. Разрушенной в недрах залежи деваться некуда. Полезное ископаемое вместе с водой откачивают мощными насосами на перерабатывающий завод.

В разных странах предложены многочисленные способы подобной добычи. Это и высокое давление размывающей струи, и колебания различной частоты, и применение добавочной тепловой энергии, электрического тока, химической обработки. Поиски идут непрерывно. С каждым днем число патентов, выдаваемых изобретателям, на способы гидродобычи растет. А тем временем уже работают первые предприятия. В нашей стране в 1974 году на Кингисеппском фосфоритовом комбинате таким методом из скважин стали «выкачивать» фосфориты — прекрасное удобрение, способствующее повышению урожайности полей. Гидродобыча торфа, угля, фосфоритов, золота, урана и т. д. — таков расширяющийся круг использования воды — самого универсального помощника горняков. Особенно перспективна гидродобыча для зон многолетней мерзлоты. Только там необходима горячая вода. Нагревать ее станут не котлы, а сами недра.

 

Имеем, теряем, находим

Вдумайтесь в отдельные факты. Сотни тысяч скважин «проткнули» на различную глубину недра Земли. Из них качают нефть и газ, воду и рассолы. Есть скважины, сами по себе льющие воду. В одном месте она просто теплая, в ином даже горячая. За год, например, подобная скважина в Дагестане может выдать «на-гора» 158 тыс. тонн «каменного угля». Конечно, в виде тепловой энергии, заключенной в воде. А все пробуренные скважины дадут цифру во много-много раз большую. Она соответствует производительности сотен шахт, в которых трудятся тысячи людей.

Прошло чуть более столетия с тех пор, когда человек стал широко использовать уголь, нефть и природный газ. Они — главное энергетическое сырье прошлого и нынешнего веков. В топках сгорели многие десятки миллиардов тонн минерального топлива. Столько же его может быть сожжено до 2000 года. А ведь это невозобновимые, ограниченные, ресурсы недр. Их современный лимит исчисляется десятилетиями. А что потом?

Вот один из ответов на такой вопрос. Если отобрать из горячих глубин земного шара 1/100 часть его тепла, то все электростанции мира будут работать 40 млн. лет. Две трети территории нашей страны вполне можно снабдить геотермальной энергией и теплом. Это подтверждено результатами исследования советских геологов.

Особенно много тепловых ресурсов в самых суровых краях необъятной Сибири. В районах, где под слоем «вечной» мерзлоты всего в 1–3 километрах от земной поверхности скрыты моря горячей воды. Вдоль трассы Байкало-Амурской магистрали то там, то здесь бьют горячие водяные ключи. С ними поосторожней, можно обжечься: температура воды 60 °C. А в межгорных долинах под землей бурлит настоящий кипяток. Первопроходцы «магистрали века» быстро воспользовались этим бесплатным даром природы. Построили бани. Начали выращивать в теплицах овощи.

Течет из скважин теплая минерализованная вода и на тюменской земле. Здесь ее используют не только для обогрева теплиц или домов. Вкусных карпов выращивают в теплых прудах. И хотя вода там содержит в 5 раз больше солей, чем обычная пресная, для рыб это не помеха. Быстро размножаются, быстро растут и прибавляют в весе. Естественные рыбные ресурсы тоже ограниченны. Значит, имеется путь к искусственному умножению рыбных богатств.

Около 2 млн. квадратных километров занимают подземные моря в недрах Казахстана. И именно там, где на поверхности земли царят безводные пустыни. Есть среди этих морей и теплые.

Наша планета обладает очень большим количеством нагретой в недрах воды. Пока эту энергию мы в основном теряем, а точнее, мало используем. Но все чаще и чаще находим, чтобы включить ее в полезную работу.

 

Давным-давно и сегодня

Было это давным-давно. Две с половиной тысячи лет назад. В Древней Греции строили красивые мраморные дворцы. Называли их термами, что в переводе с греческого означает «баня». Теперь их руины находят только археологи. В предгорьях Эпидавра действовал гидротермальный курорт. Наверное, один из первых в мире. Здесь жил и работал основатель медицинской науки — Гиппократ.

Да, это было давным-давно, однако для многих людей XX века по-прежнему остается необычным. Почти повсюду мы добываем тепло, сжигая топливо. Привычно, но не всегда разумно.

Например, для живущих в Будапеште. Здесь есть особенные бани. Они купальни и одновременно водолечебницы. Зимой в столице Венгрии можно встретить купальщиков, стоящих по горло в воде, на которой плавает шахматная доска. Шахматисты, нахлобучив меховые шапки, не торопятся заканчивать игру. Им тепло. Таких бассейнов в Будапеште десятки. Ежедневно сюда поступает целебная вода из подземных минеральных источников. Миллионы жителей города пользуются чудесным даром природы.

В предгорьях Кавказа, неподалеку от Нальчика, находится бальнеологический курорт Долинск. Там из скважин поступает высокоминерализированная вода температурой 78 °C. Она проходит по трубе, заключенной в другую трубу, наполненную холодной пресной водой. Подогревают эту воду для горячего снабжения зданий и теплиц, а потом, несколько охладившись, она перетекает в ванны и души лечебниц.

Недалеко от Нальчика расположена столица Дагестана— Махачкала. Десятки скважин подают здесь с глубины 1–1,5 километра горячую слабоминерализированную воду. Трубы протянулись к предприятиям, жилым домам и даже к заводу минеральных вод. Миллионы бутылок лечебной воды наполняются из тех же скважин. Правда, это лишь отдельные примеры.

Ныне только единственная в мире страна Исландия сумела полностью использовать тепловые богатства недр. Тут практически нет труб, дымящих от сжигания горючих ископаемых. Горячие воды отапливают предприятия, жилые дома и теплицы. Исландии в этом смысле повезло. Она расположена на вулканическом острове.

В далекие времена люди начали использовать тепло земных глубин. Начали с постройки бань. Среди них есть похожие на дворцы и обыкновенные постройки. В Тбилиси — это памятник архитектуры, на курильском острове Кунашир — обычное, скромное здание. Рядом с ним вырыт колодец 3-метровой глубины. В нем постоянно бурлит крутой кипяток. Здесь природа сама предлагает свои дары. А сколько есть мест, где скважинная добыча может дать такие же результаты!

 

Жаркая — холодная земля

«Разгорелся внутри Камчатки пожар. Даже океан не в силах одолеть огонь. Закипает вода». Такими рассказами пугали маленьких эвенков их родители. Теперь эвенки этого не боятся. Без страха ставят на горячие источники кастрюли, готовят душистую гольцовую уху. Они поняли: жар земли — добрый жар.

Полуостров Камчатка, пожалуй, единственное место в нашей стране, где глубинное тепло открыто демонстрирует свои возможности в любых проявлениях. Сказочная красота Долины гейзеров. Бьют обжигающие жаром фонтаны, кипят маленькие озерца, булькают грязевые котлы. Удивительна и долина реки Паужетки. Горстка разноцветных домиков, клубы пара, линия высоковольтной электропередачи, бегущая отсюда к Охотскому морю, недалеко вершины вулканов. С них, пожалуй, и начнем.

Вулканов на планете много. Эти огнедышащие горы извергают на поверхность расплавленную лаву. Они — источник катастроф. В 1883 году в далекой Индонезии разбушевался вулкан Кракатау. Если бы такая катастрофа произошла с одним из камчатских вулканов, то отголоски ее услышали бы даже на западе нашей страны, в Ленинграде и Архангельске. Вулкан выделил огромное количество тепла. В 1955 и 1956 годах произошло извержение камчатского вулкана — сопки Безымянной. И в пространстве рассеялось энергии столько, что на ней могли бы работать все электростанции Советского Союза до начала XXI столетия. Эта энергия накапливается в подземных «печах» с температурой свыше 1000 °C. Они спрятаны в недрах сравнительно неглубоко.

Есть на Камчатке Авачинская Сопка, рядом с ней протекает река Авача. Здесь можно заложить два ряда скважин. В первый ряд мощными насосами закачивать холодные воды, из второго ряда перегретый пар будет поступать прямо к турбинам электростанций. Так может продолжаться в течение сотен лет.

Американцы уже попробовали сделать подобное. В горах штата Нью-Мексико скважины достигли нагретых гранитных пород. Стали нагнетать холодную воду, обратно потекла горячая. Полагают, что таким способом в США вскоре будут получать несколько процентов энергии от общего ее производства. Огромный город Сан-Франциско может обеспечиваться электроэнергией из района Гейзере. Здесь под землей спрятано пароводяное месторождение, а на поверхности работает геотермическая электростанция.

Много горячих точек в толще земных пород. И хотя не все из них легкодоступны, использование подземного тепла с каждым годом будет расширяться. Правда, для этого потребуются и особые технические решения и новые, необычные способы проникновения в недра.

 

Ракета для недр

Она изобретена. Принцип ее действия в целом ясен. Для проникновения в недра ракета должна лететь как бы задом наперед. В ее головной части устанавливают ряд сопел, из которых с огромной скоростью вырывается раскаленный газ. Он прожигает земную твердь. В каждом реактивном отверстии скорость различна. Она регулируемая. Поэтому есть струи, разрушающие и удерживающие ракету в забое. В этом одна из особенностей необычной буровой установки. Тот, кто видел современные буровые вышки, замечал десятки крутящихся, ползущих вверх и вниз деталей. Ведь проникновение в недра традиционно связано с ударно-вращательным движением. А вот в подземной ракете — изобретении советского инженера М. И. Циферова — нет ни одной подобной детали. Очень важный факт. Именно то, что трется или движется в механизмах, чаще всего выходит из строя.

Представьте себе прочную трубу, конус с соплами — отверстиями, крышку на трубе, электрозапальное устройство и пороховые заряды внутри. Вот и все. Вместо пороха можно использовать сжатый или сжиженный газ. В этом случае добавляются лишь детали регулировки подачи и дозирования газа. Вполне пригодно и жидкое топливо.

Ныне глубинное механическое бурение одной скважины подчас растягивается на годы. Реактивный бур преодолевает 1 километр за считанные минуты. Всего 20 секунд достаточно, чтобы пробурить колодец глубиной 20 метров и диаметром 1 метр. Ширина отверстия может в случае необходимости достигать десятков метров. Правда, с помощью твердого топлива и сжатого газа глубоко в недра проникнуть трудно. Не хватит запасов энергии, а вот ракетный снаряд на жидком топливе сможет проникнуть в глубокие недра Земли.

Для сверхглубокого бурения проектируется ракета многократного использования. Она должна сама вырабатывать породоразрушающую силу. Должна сама и возвращаться из недр. Заправляться горючим. Опять устремляться вглубь. Как и космические ракеты, ее будут запускать со специальной платформы с направляющими стапелями. Умные автоматические устройства будут управлять ее движением. Кажется, самое сложное— придумать способ возврата реактивного снаряда?

Однако принцип действия этого «челнока» в целом найден. Кончилось основное топливо. То, которое сжигалось для разрушения прочных пород. Пора возвращаться на заправку. Автоматически выключаются дюзы удержания бура в забое. Реактивная тяга буровых сопел стремительно выталкивает из скважины ракету.

Чтобы создать невиданный доселе буровой снаряд, требуются знания, труд и время. И еще союз инженеров-ракетчиков, горняков, специалистов по материалам и автоматизации. С их помощью будут возводиться сотни геотермальных электростанций.

 

ГеоТЭС. Что это?

Италия. Район Лардарелло. Здесь вулканическая зона земной коры. Из недр течет горячая вода, выходят пар и газы. Каким образом их использовать? Такой вопрос задал себе инженер Д. Конти. Было это в начале нашего века. А в 1904 году на парогазовой энергии заработала машина, вырабатывающая электричество. Вскоре она заглохла. Горячие газы вывели из строя первую в мире геотермальную электростанцию — ГеоТЭС. Газы, соединяясь с охлаждающей в трубах водой, создавали смесь химических соединений, разъедающих металл. Притом вред наносили в общем-то необходимые людям вещества. Опять принялись за исследования. В конце концов научились предварительно очищать источник тепловой энергии от вредных примесей. Нашли полезное применение и отходам. В Лардарелло вновь начали устанавливать турбины небольших ГеоТЭС. В 1913 году поставили первую, в 1914 — сразу три, потом еще… Так в Италии зародился новый вид безотходного производс 'ва электроэнергии и тепла с одновременной добычей химических веществ. Сотни вагонов серы, углекислого газа, борных и аммониевых продуктов вывозят отсюда на различные предприятия. Принцип работы ГеоТЭС несложен. Особенно при прямом использовании природного пара. Из скважины он сразу поступает в турбину, вращает ее лопасти. Такая ГеоТЭС может быть даже переносной.

Не намного сложнее установки комплексной переработки. Сюда подключаются очистные устройства, которые отделяют из пароводяной смеси химические вещества. От ГеоТЭС отходят также трубы, по которым отработанный пар поступает для обогрева домов и теплиц. Подобные электростанции ныне работают в ряде стран. Есть они в Исландии, в Японии, в Новой Зеландии, в США. Имеются и в нашей стране. Например, Паужет-ская ГеоТЭС на Камчатке. Она снабжает теплом и светом близлежащие предприятия и жилые дома. Здесь построены санатории с горячими бассейнами, из теплично-парникового комбината в Петропавловск-Камчатский поступают помидоры, огурцы и другие овощи. А недалеко расположено вулканическое плато — Мутновское. Тут геологи разведали гидротермальное месторождение с температурой до 350–450 °C. Оно станет сырьевой базой для мощной ГеоТЭС.

 

Рассол — руда

Соленые волны Каспийского моря. Пустынный берег жаркой Туркмении. Его выступ вдается в Каспий. Это — полуостров Челекен. Здесь добывают сырье для получения иода и брома. Ни шахт, ни карьеров нет. Из множества скважин по трубам подают на местный завод рудоносный раствор. Правда, время от времени трубы сами по себе закупоривались. Внутри труб рождались маленькие месторождения, например свинцовые, почти целиком состоящие из этого ценного металла. Откуда он? Изучили состав рассола и удивились. В каждом литре до 200 миллиграммов свинца, есть также медь, цинк, никель, кадмий, рубидий, таллий, мышьяк… Горячие рассолы Челекена по скважинам ежегодно выносят тысячи тонн полезного сырья. Только в одной скважине за три года накопилось семь тонн свинца. Так человек случайно ускорил образование рудных кладов. Их можно назвать гидротермальными.

Подобные залежи быстро возникают и в глубоких впадинах Красного моря. Без вмешательства людей, естественным путем. Здесь в основном отлагаются железо и марганец. Скопились миллионы тонн других руд, в том числе несколько тонн серебра и десятки тонн золота. Такой богатый «урожай» сокровищ недр вынесли к поверхности земли металлоносные горячие рассолы. Их щедрость пока не иссякает. Месторождение, словно копилка, с каждым годом становится все богаче и богаче.

В США, в Южной Калифорнии, есть озеро Солтон-Си. Пробурили около него скважину. Потек горячий рассол. Через три месяца решили очистить трубу от осадков. Выгребли около восьми тонн. Сначала хотели выбросить. Но когда исследовали их, поняли, что природа сама доставила людям ценный клад. Более полутора тонн меди, около 90 килограммов серебра и другие металлы были спрятаны в отложениях, осевших на стенки трубы.

Эти отдельные факты, конечно, заинтересовали ученых. Они провели исследования. Выяснили, что руду-рассол чаще всего находят в рифтовых зонах. Рифт — английское слово. Означает — расселина или ущелье. Очень много их в земной коре. Они пронизывают твердые недра планеты. По ним из горячих глубин поступают рудоносные растворы. На сотни километров тянутся рифты. Ширина их измеряется также многими километрами. Вероятно, в будущем именно в этих районах будут откачивать из недр жидкие руды. Не надо ждать тысячелетия пока из них сформируется твердая залежь. Потом искать ее, строить шахты…

 

«Черная пасть»

Местные жители раньше боялись ее. Они верили, что в середине ее зияет пучина, засасывающая вглубь все живое. Вот и не решались заплывать на лодках сюда. Ке случайно Кара-Богаз в переводе означает «Черная пасть».

Судьба открытия и изучения этой огромной природной солонки необычна. На одной из первых карт месторождение названо морем Карабугазским. Было это в 1715 году. Потом карту утеряли. Нашли ее в запыленном архиве только через 250 лет. К этому времени о море уже никто не говорил. Кара-Богаз-Гол стремительно высыхал.

Несколько раньше советский писатель Константин Георгиевич Паустовский написал романтическую повесть о соляном кладе природы, о судьбе его исследователя лейтенанта И. М. Жеребцова. Честь первого плавания по Кара-Богаз-Голу принадлежит этому смелому человеку. И открытие странных свойств местной соли тоже. Когда ее сложили на палубу, дабы подсушить, корабельный кок взял немного и посолил этой солью борщ для команды. Соль оказалась равной по действию касторовому маслу. Весь экипаж заболел животами.

Да, Кара-Богаз-Гол — удивительный водоем. Если заплывет сюда через узкий пролив рыба, вскоре слепнет, выбрасывается на берег, просоленная, сушится на солнце. Именно лейтенант И. М. Жеребцов первым предложил перегородить узкую горловину «Черной пасти» дамбой со шлюзом. Он считал, что Кара-Богаз безвозвратно поглощает воды Каспийского моря. Кстати, подобный проект разработали и осуществили современные исследователи Кара-Богаз-Гола.

В 1921 году в газетах «Правда» и «Известия» были опубликованы статьи о неиспользуемых богатствах Кара-Богаз-Гола. Тогда Владимир Ильич Ленин поддержал стремление как можно скорее освоить это месторождение. Спустя три года здесь собрали 634 тонны сульфата натрия, а через десять лет в 1000 раз больше. Потом добыча резко стала падать. «Черная пасть» высыхала. С 30-х годов всего за несколько десятилетий площадь залива сократилась почти вдвое.

Капризен, труден для освоения Кара-Богаз-Гол. Возвели на его берегу химический комбинат. Построили и город. Спустя несколько лет сам город и некоторые поселки вокруг его стали превращаться в археологические объекты. Их засыпало горячими песками пустыни. А само месторождение «ушло» далеко от города Кара-Богаз-Гола. Вслед за ним покинули дома и люди, поселились поближе к участкам добычи солей.

Немного в мире подобных соляных кладов, которые можно собирать прямо с поверхности или в виде рассолов через скважины. Но и люди не встречали более трудных условий для освоения блуждающего среди пустыни месторождения. Оно то растворяется в воде, то покрывается солью, состав которой может изменяться даже от перемены погоды. И все-таки «Черная пасть» будет служить человеку.

На берегу Каспия вырос красавец город Шевченко. Здесь работает атомный опреснитель, дающий живительную влагу покорителям пустыни. На Кара-Богаз Голе возвели плотину. Освободился он и от стихийных капризов природы. Природная солонка станет источником получения множества ценных элементов: солей натрия, калия, магния, соды, брома, серы и многих других.

 

Солоно и пресно

Этот район тоже жаркий. Часто хочется пить. Тем более, когда выходишь на лодке в Средиземном море. Но рыбаки могут отплыть и с пустыми флягами. Пресную воду они найдут в море. Ее черпают отсюда, словно из обыкновенного колодца. Может быть, этот факт известен немногим.

Подземные пресные воды бьют в виде источников не только из расщелин суши. Имеются они и на морском дне, особенно на его покатых склонах. Вот и получается, что плавающие у средиземноморских курортов Канн и Сан-Ремо моряки могут всегда пополнить запасы пресной воды, не причаливая к берегу. Такие же подводные источники встречаются у Черноморского побережья Грузии. Невдалеке от поселка Гантиади в море «вскипают» воды. Это бьют из-под земли струи пресной воды.

Питьевых «колонок» среди морских просторов тысячи тысяч. По крайней мере, нет ни одного моря, где бы не обнаружили выходов подводных пресных вод. В Австралии, на Бахрейнских островах в Персидском заливе трубы городского водопровода уходят на морское дно. Как видите, и в соленой воде можно получить пресную. Правда, не в любом месте.

Хотя… как рассуждать. Море — это раствор солей. Убрать их вполне можно. Такое впервые сделал еще в IV веке до н. э. древнегреческий философ и естествоиспытатель Аристотель. Он кипятил в закрытом сосуде морскую воду. Пар, охлаждаясь, поступал в другой сосуд и превращался в пресную влагу. Прошло почти 2400 лет, пока вновь серьезно не заинтересовались проблемой опреснения соленых вод. Но не ради научного опыта, а по необходимости.

Теперь известны десятки способов отделения соли от воды. Это и метод, предложенный Аристотелем, когда жидкость превращают в пар, причем не только на дистилляционной перегонной установке, отапливаемой дровами или углем, но и в атомных опреснителях.

Это и противоположный по действию способ. Он также был известен в далекой древности. Жители северных побережий заметили, что верхняя часть морского льда почти несоленая. Стоит его собрать, растопить — вот и питьевая вода.

Есть и другие способы. Они основаны на самых последних достижениях науки. Например, фильтры из ионообменных смол задерживают соединения солей, пропуская чистую воду. Сравнительно недавно ученые предлагали снабжать нефтеносный район Мангышлака водой из рек Волги, Урала или Амударьи. А когда подсчитали, то решили: экономически выгодно построить атомный опреснитель. Он питается горько-солеными водами Каспия. В результате город Шевченко снабжен пресной водой. И на выжженных солнцем сухих берегах моря теперь цветут сады.

Атомный опреснитель дает людям живительную влагу и тепло. Это хорошо. Ну, а как же быть с солевыми отходами? Ученым не нужно здесь делать открытия. Они знают, сколько и чего содержится в морской воде.

Можно опреснить воду и без дополнительных затрат энергии. Египтянин Самед Муххамед Хасса предлагал опускать в море на глубину более 200 метров полые резервуары с полупроницаемой мембраной. Давление водных толщ здесь выше 23 кгс/см2. Оно будет продавливать через мембрану опресненную воду задерживая соли. Резервуары наполняются, вода из них по трубам будет подаваться на поверхность.

 

«Плюс тепло из моря»

Так была названа небольшая статья, опубликованная в газете «Социалистическая индустрия» от 18 апреля 1977 года. В ней сообщалось, что в Москве собрался Комитет по тепловым насосам. «Наверное, обсуждали частный инженерный вопрос», — может подумать несведущий человек. А в самом деле речь в Комитете шла о комплексной проблеме, о возможной революции в теплоснабжении.

Геологи пробурили скважину. Через нее пошла подземная вода. Ни холодная, ни горячая. Нагреть ее теплом помещение невозможно, пить — не очень приятно. Вот была бы она охлажденной — другое дело. У многих имеется домашний холодильник. Взять трубку и подавать в морозильное отделение обычную воду нетрудно. Оттуда она потечет охлажденной. А отнятое у влаги тепло выделится в конденсаторе холодильника. Он будет нагреваться. В этом заключен принцип действия теплового насоса. Система вполне экономичная. Правда, требует создания специальных установок. Они посложнее обычной печи или водогрейных котлов, для нагревания которых сжигают топливо. Тепловой насос не требует ни угля, ни нефти, ни газа. Он сберегает их для лучшего использования.

Наверняка, вы обращали внимание на странные сооружения, стоящие рядом с предприятиями, которые вырабатывают тепло. Это — градирни. Словно душ, стекает с них вода. Иногда градирни окутаны паром. Знаете зачем они построены? Чтобы выбрасывать тепло буквально на ветер. Это необходимая неразумность: ведь воду надо охладить, прежде чем она вновь поступит в систему котельной. Разве не лучше ликвидировать таких расточителей энергии?

В городском водоснабжении тоже специально охлаждают воду, прежде чем пустить ее в водопроводную сеть. А почему бы ее тепло не использовать для обогрева домов? И опять-таки без дополнительного сжигания топлива.

Еще пример. Наша страна омывается незамерзающими морями, есть незамерзающие озера. Зимой температура в них всегда выше, чем на побережье. Вот, например, Черное море. Оно вполне может обогревать в прохладные дни прекрасные курорты на своем побережье, сохранив при этом для людей не только минеральное топливо, но и целительную чистоту воздуха.

Уверен кое-кому такие рассуждения покажутся путешествием в будущее. В целом да. Но можно заглянуть и в недалекое прошлое. Еще в 1978 году на мысе Пицунда курзал обеспечивал себя уютной теплотой и бодрящей прохладой от системы тепловых насосов. Работали они в Крыму, а также в грузинском городе Самтредия. Поэтому «плюс тепло из моря» не мечта. Это реальность, которую нужно шире использовать.

Вы, наверное, обратили внимание, что в ежедневных сводках погоды для больших городов все чаще и чаще сообщают: «Сегодня температура минус 15–20, в окрестностях до минус 25 °». С чего бы такие перепады? Причина их ясна. Около половины тепловой энергии топливных предприятий и обогреваемых ими помещений рассеивается в пространстве. В итоге каждый год бесцельно сгорают миллионы тонн горючих полезных ископаемых. Значит, нужно сделать иначе. Тут и пригодятся тепловые насосы.

Можно предложить и другой вариант. Получать тепло с помощью… льда. Для этого нужно взять не воду, а любую жидкость, кипящую при температуре несколько выше 0 °C, но ниже температуры окружающей среды. Такие жидкости химикам известны. Холодный пар своим напором может вращать специальную турбину. Отработанный пар по трубам поступает в лед или снег. Охлаждаясь, превращается в жидкость. Затем она снова испаряется, вращает турбину.

В Арктике и Антарктиде такая «ледовая энергетика» возможно будет гораздо экономичнее, чем традиционная. Почти 1 триллион тонн снега выпадает за зиму на нашу страну. Когда профессор Георгий Покровский, выдвинувший заманчивый проект использования энергии холода, подсчитал запасы электроэнергии, спрятанные в снежном покрове, получилась цифра, в 2 раза превышающая количество энергии, которую мы производим сейчас за счет угля, нефти, газа и атома. Это тоже возможность получения тепла из моря. Только замерзшего. Полезным источником тепла тут может оказаться и многолетняя мерзлота.

 

И это возможно

Энергетические проблемы волнуют англичан не меньше, чем жителей других стран. А между тем вдоль северных берегов Великобритании ежегодно «проплывают» 250 тыс. тонн урана. Норвежское течение уносит дефицитный топливный металл дальше, в просторы Атлантического океана. Вот бы поставить между Оркнейскими и Шетландскими островами особую гигантскую сеть, на которой осаждался морской уран, улов был бы замечательным. Такую сеть пока не изготовили. Это, как говорят, возможно в принципе.

Очень трудно извлечь миллионные доли грамма металла, который практически есть в каждом литре океанской воды. Морской запас чудесного топлива велик: миллионы тонн. Но как собрать растворенный уран? Иногда ответить на этот трудный вопрос помогает случайность.

У английских исследователей однажды засорился насос, перекачивавший морскую воду. Его почистили, соскребли со стенок налет солей. Это были соединения урана с железом. Решили подробнее изучить металлический состав смеси. Обнаружили гидроокись титана. Именно она «впитывала» в себя уран. Притом с концентрацией, в 10000 раз большей, чем в обычных природных условиях. Невольно родилась идея: превратить гидроокись титана в урановую ловушку. Оставалось разработать принцип ее действия. И придумали самое простое.

Можно создать на мелководных участках бассейны. Во время приливов они будут заполняться водой, в период отливов — осушаться. Дно бассейнов засыпать галькой, содержащей гидроокись титана. Вот эту гальку и следует собирать, обрабатывать в не очень дорогом растворе, например карбоната аммония, который удерживал бы уран. После чего гальку можно снова отсыпать в бассейн. Ученые полагают: осуществить этот замысел возможно. Будем надеяться, что практики подтвердят это.

А вот другой вариант. Каменистое или покрытое илом дно, подводные расщелины и плато — привычная среда для обитателей морей. Подводные растения, всякие ползающие и плавающие организмы, по существу, живут в «жидком месторождении». Не случайно говорят: с кем поведешься, от того и наберешься.

Когда исследователи стали изучать состав скелета некоторых рыб, они удивились. В костях рыб накапливалось свинца в 20 млн. раз больше, чем содержится его в морской воде. Присутствие металла отмечено в костях многих организмов, проживающих в Мировом океане. Одни из них предпочитают вбирать в себя медь, другие цинк или ванадий. Это как бы маленькие живые месторождения ценных элементов.

Конечно, массовая добыча металлов из морских организмов вряд ли будет развиваться. Главное в том, что такой подход вполне возможен. Тем более что есть реальные примеры. Из морских водорослей добывают иод и калий. Американская фирма «Доу кемикал» уже несколько десятилетий назад снабжала авиационные заводы легким магнием, извлеченным из раковин устриц.

Магний — пока один из немногих металлов, почти целиком добываемых не из твердых пород суши, а из океанической воды. В замкнутом водоеме вода непрерывно обрабатывается известковым раствором. Получается илоподобный осадок гидроокиси магния. Его высушивают и растворяют в соляной кислоте. Так создают новое химическое соединение — хлористый магний. После обработки он твердеет. Его помещают в электролитическую печь, откуда выходят расплавленный магний и газообразный хлор. Металл разливают в формы, получают слитки. Хлор идет на повторное приготовление соляной кислоты. Из моря или подземных рассолов получают и различные магниевые соединения, в том числе огнеупорную магнезию, удобрения. Можно сделать даже проще. Одновременно удобрять и поливать почву.

 

Как повысить урожай?

Что для этого делают, хорошо знают сельские жители. Хочу обратить внимание на другое. Оно известно большинству, но в совершенно ином преломлении.

В летний жаркий день неплохо утолить жажду «Нарзаном» или «Боржоми». Если не ладится со здоровьем врач может прописать лечебную минеральную воду, даже направить «на воды»: например, на курорты в Ессентуки, Трускавец, Друскининкай, Аршан. Первый расположен на Северном Кавказе, второй — в Предкарпатье, третий — в Литве, а последний — недалеко от Монголии. И хотя они находятся в разных географических районах, их объединяет местопроисхождение лечебных вод — подземные минеральные источники. Приятный вкус вод и целительные свойства их известны с древних времен. Зато малоизвестно другое.

Ленинградец И. Н. Баскаченко не был специалистом по подземным источникам. Он работал в Библиотеке Академии наук СССР. В свободное время увлекался огородничеством. Однажды ради интереса, что получится, начал поливать растения минеральной водой. Результаты превзошли ожидания. Затем в течение нескольких лет он повторял свои опыты на бедных питательными веществами почвах Ленинградской области. Минеральную воду «пили» пшеница и рожь, капуста и картофель, огурцы и помидоры. И всегда при этом получали высокие урожаи. В одном из совхозов Ленинградской области стали поливать рассаду помидоров водой из Полюстровского источника. Помидоры и зацвели, и созрели на две недели раньше обычного. Для прохладного Северо-Запада страны это очень важно. Урожайность возросла вдвое. Сочные, содержащие много сахара, белка и кислот плоды впитали в себя более двух десятков ценных микроэлементов, находившихся в минеральной воде «Полюстрово».

Кстати, минеральные воды, прячущиеся в недрах земли, имеются почти повсюду. Вблизи полей многих колхозов и совхозов можно пробурить скважины, изучить химический состав подземных вод, в случае необходимости добавить в них удобрения и создать таким путем лучшие условия для получения высоких урожаев. Тогда одновременно растения получат необходимые им влагу и питательные вещества.

Первые шаги в этом направлении уже сделаны. Найдут ли они дальнейшее распространение? По крайней мере о широком использовании минеральных источников с такой целью пока мало известно. Может быть, потому, что опыты проводились на Северо-Западе страны, где влаги много. Привычнее для полива брать пресную воду из водоемов, привозить издалека удобрения и вносить их в почву. Ну, а если попробовать иначе? Хотя бы с таким подходом, о котором было рассказано.

 

Век нынешний и век минувший

У меня хранятся два тяжелых тома в темно-зеленом переплете с кожаным корешком. Это труд немецкого профессора М. Неймайра «История Земли», который он писал в течение многих лет и опубликовал в 1886 году. Профессор старался включить в свое сочинение не только знания предшественников, но и все новые, самые последние сведения.

Нефть и газ — основное топливо и химическое сырье наших дней. Что же о них писал М. Неймайр? Нефть известна давно. Правда, тогда ее чаще употребляли медики и давали ей разные названия: масло Святого Квирина, Сенеки и т. п. Черпали нефть из колодцев. Лишь к середине прошлого века догадались пробурить первые глубокие скважины.

Закавказье в нашей стране и Пенсильвания в США были основными нефтедобывающими районами. Более 100 лет назад в Баку добывали примерно 5000 тонн нефти. Потом добыча стала резко возрастать.

В прошлом веке только некоторые страны Европы и Америки могли заявить, что они обладают месторождениями нефти и газа. А сейчас? Совершенно другие районы мира стали обладателями богатейших нефтяных и газовых кладов. О газе профессор М. Неймайр в своей книге почти не упоминает. Нынче голубое топливо известно не только геологам.

«Во всех культурных странах Земли употребляется американский керосин», — писал он. Сегодня многие государства широко пользуются богатствами нефтегазовых месторождений Ближнего Востока. Вот примеры. На Аравийском полуострове есть участок Бурган-Магва шириной 14 и длиной 40 километров. Он хранит в своих недрах нефти в 2 раза больше, чем насчитывается ее во всех разведанных месторождениях США, не считая Аляски. Правда, об этом узнали лишь в 1938 году.

У нас в 30-х годах основными нефтедобывающими районами были «Второе Баку» в Поволжье и Предуралье. Сегодня это Западная Сибирь. Так главное в прошлом становится второстепенным сегодня, ранее неизвестное выходит на передний план.

… Вернемся опять к труду ученого. Конечно, с углем люди познакомились давно. Им пользовался, наверное, и первобытный человек. В средние века уголь повсюду начал вытеснять дрова. В Англии, богатой угольными месторождениями, пытались запретить его сжигать. Издавались специальные королевские указы, грозившие ослушавшимся смертной казнью. Так англичане боролись с вредными запахом и угольной копотью, выделявшимися из труб кузниц и жилых домов. Однако это, как известно, не помогло. Уголь стал самым распространенным топливом.

В 1696 году впервые познакомился с ним и Петр I. Это произошло во время Азовского похода. Царь бросил уголь в костер и сказал: «Сей минерал, если не нам, то потомкам зело полезен будет». Однако ошибся. Уже в XVII столетии донецкий уголь запылал в печах. Богаты углем земные недра. Знали об этом и в прошлом веке, но гораздо меньше, чем в наши дни.

Появление паровых машин привело к резкому увеличению использования угля. Сто лет назад его добыча в России измерялась десятками миллионов пудов (1 пуд равен 16 килограммам). Что же произошло в XX столетии? За первое десятилетие у Земли взяли около 10 триллионов тонн угля. Почти на таком же уровне оставалась мировая добыча угля в 50-е и 60-е годы. В чем дело? Просто резко возросло использование других видов энергетического сырья. Это нефть и газ, а теперь и ядерное топливо. Такой подход диктует современная экономика. Кстати, об уране М. Неймайр писал буквально следующее: «Металлический уран не находит применения; только различные соединения его служат для целей аналитической химии и фотографии; особенно ценятся урановые желтые краски, применяемые в фарфоровом и стеклянном деле. Единственным местом разработки урановых руд является Иохимсталь». Именно отсюда Пьер и Мария Кюри почти бесплатно получили несколько тонн урановой руды, чтобы добыть из нее граммы радия и в 1898 году сказать всему миру: «Мы открыли новый радиоактивный элемент. Он — лишь первый шаг на великом пути открытия». К чему это привело, современникам атомных электростанций не нужно объяснять.

Ну, а как обстояло дело с использованием рудных кладов? «Едва ли можно указать другую область промышленности, которая обладала бы такой огромной производительностью, как железное дело», — сообщалось в труде «История Земли». И тут же подчеркивалось, что в середине XIX столетия ежегодная мировая добыча железной руды составляла около 10 млн. тонн. Думаете, это много? Давайте сравним. Спустя 50 лет добыча железной руды возросла почти в 10 раз, через полстолетие еще почти в 3 раза.

Подобное можно сказать и о других металлах, особенно редких и рассеянных. Разве теперь не кажется странным утверждение профессора, что хром употребляется только для приготовления красок. Для этого в основном нужен был и вольфрам. Ряд ценных в наше время металлов совсем не был известен. Созданы методы добычи и переработки полезных ископаемых, искусственных преобразований минеральных веществ. О них и не могли тогда предполагать.

Профессор М. Неймайр опубликовал свой труд в 1886 году. Его сочинение рекомендовали изучать как одно из лучших, отражающих современный уровень познания…

Минуло почти 100 лет. Произошла переоценка ценностей. Может быть спустя какое-то время будущий читатель найдет в библиотеке и мою книгу. Прочтет ее. Интересно, что тогда подумает?