Здесь пойдет речь не о десятках и сотнях затонувших кораблей с трюмами, заполненными золотом, драгоценными камнями, жемчугом, серебром, изделиями из слоновой кости и черного дерева, не об интереснейших археологических раскопках в различных акваториях Мирового океана, а о подлинных морских сокровищах подводных кладовых — богатейших запасах минеральных ресурсов Мирового океана.
Морское мелководье как источник минерального сырья с древнейших времен привлекало внимание человека. Еще задолго до нашей эры на побережьях морей и океанов добывалась пищевая соль, многие века славился янтарь с пляжей Прибалтики, более 100 лет тому назад была предпринята первая попытка организовать добычу нефти со дна прибрежного мелководья Каспия.
Однако лишь в последние десятилетия в связи с общим развитием науки и техники стали выявляться серьезные перспективы обширного использования минерально-сырьевых богатств морей и океанов.
Интерес к полезным ископаемым морей и океанов в наши дни не случаен. Во-первых, многие месторождения суши истощаются; во-вторых, быстрый рост населения земного шара, а вместе с ним и потребностей в производстве средств производства и предметов потребления заставляет искать новые источники минерального сырья; в-третьих, гигантский скачок в развитии науки и техники в последние годы дает возможность добраться до недоступных прежде богатств морей и океанов и разрабатывать их; наконец, добыча некоторых видов полезных ископаемых, залегающих на морском дне, экономически выгоднее, чем на суше. Эта выгода обеспечивается рядом преимуществ такого рода разработок. Например, при разработке подводных месторождений не нужны подъездные пути, многие из таких месторождений не нуждаются в оборудовании отвалов и различного рода хранилищ. При морской добыче твердых полезных ископаемых не надо производить больших трудоемких и дорогостоящих взрывных работ, тратить средства на приобретение взрывчатых веществ, сложного оборудования для добычи руды и т. д.
Поскольку нефть и газ составляют по стоимости более 90 % всех полезных ископаемых, добываемых с морского дна, и потенциальные возможности их добычи в ближайшем будущем наиболее высоки, остановимся прежде всего на состоянии и перспективах морской добычи нефти и газа.
В наши дни большинство стран, имеющих выход к морю, проявляет исключительный интерес к поискам и добыче нефти со дна морей и океанов. Если в начале 50-х гг. XX в. только три-четыре страны и пять частных компаний занимались разведкой и добычей нефти в море, то к концу 1981 г. более 100 стран и более 120 государственных и частных компаний вели разведку и разработку морских нефтяных и газовых месторождений в пределах шельфов Мирового океана.
Уже к 1979 г. нефть и газ были обнаружены на шельфах более 60 стран, а добывались в 39 странах. Еще более 40 стран мира вели нефтегазопоисковые работы в пределах своих акваторий.
В настоящее время около 24 % всей мировой добычи нефти приходится на морские месторождения. Морская добыча газа несколько меньше, но также достаточно высока и составляет около 20 % от общемировой. В 1980 г. добыча нефти на акваториях всего мира составляла около 665 млн. т, а газа около 309 млрд. м3. Общее количество известных морских нефтегазовых месторождений свыше 1000, а количество пробуренных морских скважин превышает 30 000.
К середине 80-х гг. морская нефтедобыча, по прогнозам разных специалистов, должна вырасти до 30—35 %, а к 2000 г. она превысит 50 % от общемировой добычи.
Среди крупнейших морских нефтегазоносных районов мира необходимо прежде всего отметить Персидский залив, Венесуэлу и Северное море, в которых сосредоточено около 75 % всей морской мировой нефтедобычи и около 80 % разведанных запасов нефти и газа шельфовых зон Мирового океана. В 1980 г. в Персидском заливе было добыто 273 млн. т нефти, в пределах Мексиканского залива — 60 млн. т, в Северном море — 112 млн. т и Венесуэле — около 75 млн. т. Интересно отметить, что если для Мексиканского залива характерны в основном небольшие по величине добычи и запасов нефтяные месторождения, которых здесь насчитывается более 320 (из них лишь четыре могут быть отнесены к категории крупных), то в Персидском заливе, наоборот, почти вся добыча сосредоточена в 55 месторождениях, большинство из которых относится к крупным, а шесть из них — к так называемым месторождениям-гигантам с ежегодной добычей свыше 10 млн. т и запасами свыше 1 млрд. т (Всего к настоящему времени обнаружено в Мировом океане -10 таких месторождений-гигантов.). Здесь же расположено и крупнейшее в мире морское месторождение Сафания-Хафджи с запасами 4,3 млрд. т. Оно в состоянии давать свыше 300 млн. т нефти в год. Месторождения-гиганты часто дают столько же нефти, сколько десятки, а иногда и сотни обычных месторождений. И если на суше большинство месторождений-гигантов уже открыто, то в морях основные такие открытия впереди. Следует отметить и исключительно высокую продуктивность скважин в Персидском заливе. В среднем каждая скважина здесь дает более 1000 т нефти в сутки.
В Венесуэле большая часть всей добычи нефти сосредоточена в лагуне Маракаибо, где расположено одно из старейших гигантских месторождений — Боливар, открытое еще в 1917 г. По скоплению запасов нефти на единицу площади акватория лагуны Маракаибо не имеет себе равных. Практически в пределах лагуны и смежной части берега расположено одно гигантское нефтяное месторождение, юго-западная граница которого до сих пор точно не установлена. Условно в пределах лагуны, кроме месторождения Боливар, выделяется еще три более мелких месторождения. Разведанные запасы этого гигантского месторождения составляют 4,3 млрд. т, из них уже добыто около 75 %.
Шельф Мексиканского залива представляет собой наиболее хорошо изученную акваторию с точки зрения перспектив нефтегазоносностй. Первая морская скважина здесь была пробурена с плавучей баржи еще в 1933 г., а в 1979 г. здесь насчитывалось около 20 тыс. скважин. У берегов штата Луизиана пробурена и самая глубокая морская скважина (глубина 6962 м). Мексиканский залив представляет собой один из самых богатых морских нефтегазоносных районов мира, где добыча нефти и газа, по-видимому, в ближайшие годы будет неуклонно возрастать.
Однако самая удивительная нефтегазоносная акватория — Северное море. Здесь лишь в 1965 г. было обнаружено первое газовое месторождение, а в 1969 г.— первое нефтяное месторождение. В 1973 г. была добыта первая тонна морской нефти из крупного месторождения Экофиск, а уже к 1976 г. было открыто 101 нефтяное и газовое месторождение. К концу 1979 г. в акватории Северного моря было добыто уже за эти годы более 260 млн. т нефти. Таких быстрых темпов освоения нефтегазоносных районов никогда не наблюдалось даже на суше. Это еще раз доказывает, что часто освоение акваторий значительно проще и легче освоения труднодоступных нефтегазоносных районов суши. Вся акватория Северного моря разбита на семь секторов: английский, голландский, норвежский, датский, французский, бельгийский и сектор ФРГ. Наиболее богаты по открытым месторождениям нефти и газа — первые четыре.
В норвежском секторе два месторождения-гиганта — Экофиск и Статфиорд, а в английском к числу крупных месторождений относятся Фортиз, Аук и Брент. К 1980 г. более половины всех потребностей Великобритании в нефти и более 95 % в газе удовлетворялось за счет месторождений нефти Северного моря. В 1979 г. Великобритания добыла 76,8 млн. т нефти (сравните: в 1975 г. она добывала всего 4 млн. т, а до открытия месторождений Северного моря — не более 80 тыс. т в год). Особенно высокие темпы роста добычи нефти и газа в Великобритании стимулируют и ряд новых технологических методов добычи углеводородов. Так, по одному из проектов к месторождениям нефти и газа предполагается проложить два подводных тоннеля. По одному из них будут проходить скоростная рельсовая линия для перевозки людей и грузов, а также воздуховоды и силовые кабели, а по второму — газо- и нефтепроводы.
Норвегия не только полностью удовлетворяет свои потребности в нефти, но и экспортирует значительное ее количество на мировой рынок. Предполагается, что в ближайшие несколько лет за счет месторождений Северного моря Франция, ФРГ, Нидерланды и Дания будут удовлетворять свои потребности в этом сырье более чем на 30 %. Таким образом, энергетика стран Западной Европы, еще лет десять назад почти полностью зависящая от стран Ближнего и Среднего Востока, прочно становится на собственную основу.
Среди других районов крупной морской нефтедобычи необходимо прежде всего отметить страны, расположенные по побережью Гвинейского залива (Нигерия, Ангола, Габон, Конго, Заир). Наибольшее количество нефти среди всех африканских стран добывается в Нигерии, где открыто свыше 50 морских месторождений. В последние несколько лет Нигерия превратилась в крупного экспортера нефти. Открыты морские месторождения нефти на шельфах и других африканских стран (Бенина, Ганы, Камеруна).
В последние годы обнаружены месторождения нефти и газа и в странах Средиземноморья (вблизи берегов Испании, Греции, на шельфах Туниса и Ливии, у берегов Египта и Италии). Почти во всех акваториях Средиземного моря, в которых проводилось поисковое бурение, открыты месторождения нефти и газа и уже ведется их добыча.
В Северной Америке, помимо США и Мексики, морские месторождения нефти и газа открыты у берегов Канады (вблизи полуострова Лабрадор и к югу от острова Ньюфаундленд). В Латинской Америке вдоль западного побережья Атлантики обнаружены 25 морских месторождений нефти и газа, приуроченные к побережью Бразилии, и ряд небольших месторождений у побережья Аргентины. На Тихоокеанском побережье нефть добывается у берегов Перу и Эквадора, а в Северной Америке — на Калифорнийском побережье.
За последние годы резко возросла морская добыча нефти в Индонезии и Малайзии; начали добывать нефть у своих берегов Япония и Индия. Открыт ряд нефтяных месторождений в Южно-Китайском море. Исключительно велика продуктивность Австралийского шельфа, где каждая из трех пробуренных скважин дает нефть.
В СССР морская добыча нефти с 1925 г. производится в Каспийском море. Первые попытки получения морской нефти в России относятся к XIX в., когда в Биби-Эйбатской бухте (ныне бухте Ильича), в районе Баку на расстоянии 20—30 км от берега были построены два колодца, из которых доставали по 4—5 ведер нефти в день. Однако вскоре колодцы были разрушены, и на этом первые опыты добычи морской нефти закончились. Лишь в 1925 г. в бухте Ильича была заложена первая скважина. С 1936 г. морская добыча нефти производится в Дагестане, сначала в районе Избербаша, а затем с 1943 г. в районе Махачкалы.
Освоение бурения в Каспийском море началось в 1946 г., когда было построено первое крупноблочное основание в районе острова Артем. С 1951 г. начал работать уникальный нефтяной промысел Нефтяные Камни, который представляет собой настоящий город на эстакадах. Промысел обслуживает несколько сот скважин. Он имеет сложное многоотраслевое хозяйство, в котором предусмотрены не только промышленные, но и культурно-бытовые сооружения и жилые помещения. С 1958 г. начато морское бурение и на восточном берегу Каспия на полуострове Челекен. Сегодня на Каспии разрабатывается свыше 20 нефтяных и нефтегазовых месторождений.
Другой район морской нефтедобычи — остров Сахалин, где проводится бурение с суши наклонных поисково-разведочных скважин, а также и с плавучей буровой установки. Здесь открыты три прибрежно-морских нефтяных месторождения — Одопту, Окружное и Чайво.
По различным данным, морские ресурсы нефти и газа составляют от 50 до 60 % от общемировых ресурсов. И если добыча нефти на суше ведется уже более 80 лет, а морская нефтедобыча разворачивается лишь в последние 15—20 лет, то понятно, что основные надежды на неиспользованные ресурсы нефти и газа связываются с дальнейшим расширением морской нефтедобычи. Однако среди трудностей, встречающихся на этом пути, основная — слабая геолого-геофизическая изученность акваторий Мирового океана.
Единственное судно, специально оборудованное для глубоководного морского бурения, «Гломар Челленджер» (с него можно проводить бурение при глубине моря 6 км на глубину до 1300 м), хотя и пробурило за сравнительно короткий срок, начиная с 1968 г., во всех океанах, кроме Северного Ледовитого, около 500 скважин, однако при колоссальной площади акваторий Мирового океана этого количества скважин крайне недостаточно. Особенно слабо изучены центральные глубоководные части океанов. Правда, считается маловероятным наличие благоприятных условий для образования значительных залежей нефти и газа в слабоуплотненных отложениях, сформировавшихся в глубоководных частях Мирового океана. Определенно установлено лишь то, что значительная часть континентального склона, по крайней мере, до глубины 1500 — 2000 м, а иногда и ниже перспективна в нефтегазоносном отношении. Это связано с тем, что акватория современного континентального склона первоначально представляла собой мелководные морские бассейны с условиями, благоприятными для образования углеводородов, и лишь впоследствии в результате дробления края материков оказалась погруженной на современные глубины.
Если же учесть, что в настоящее время в основном осваиваются акватории глубиной до 100 м, то легко представить себе, что в ближайшие годы открывается перспектива (по мере развития морской буровой техники) освоения богатейших месторождений нефти и газа и на больших глубинах, и именно с морскими месторождениями связано будущее увеличение добычи нефти и газа.
При разработке подводных месторождений нефти и газа бурение производится с подвижных и неподвижных платформ. При выборе типа платформ прежде всего учитывается глубина морского дна, а также наличие течений, высота морских волн, наличие приливов и отливов и прочие метеорологические условия. Обычно неподвижные (стационарные) платформы погруженного типа применяются в шельфовых зонах глубиной 15—50 м и соединяются с берегом эстакадами или обслуживаются катерами и судами. Подвижные платформы подразделяются на два типа. Первый тип — платформы подвижные во время следования к месту бурения, но при бурении опирающиеся на морское дно. Такие платформы применяются при бурении дна на глубинах до 150 м. После установки опор в грунте на морском дне понтон поднимается над поверхностью воды до высоты, позволяющей избегать ударов волн о его днище.
Второй тип — плавучие платформы, представляющие собой или самостоятельные буровые суда, или полупогруженные платформы, использующиеся при глубинах 180-450 м.
Буровые суда — это самоходные корабли, на которых установлено оборудование для бурения скважин. Во время бурения они закрепляются в неподвижном положении. Полупогруженные платформы буксируются до места бурения и погружаются на определенную глубину в воду для приобретения большей устойчивости при бурении скважин.
Полупогруженные платформы используются на глубинах, где невозможно стабильно поставить установку на грунт. Удерживаются полупогруженные платформы в месте работы обычно с помощью якорей. В 1976 г. в США была построена первая полупогруженная платформа с системой динамического удержания за счет работы подруливающих устройств. Эта платформа может работать на глубинах до 1830 м, причем необходимая точность удержания обеспечивается при волнах высотой 12 м за счет работы мощных двигателей. В последнее время такие платформы выпускают самоходными.
В СССР имеется несколько самоподъемных морских буровых установок типа «Хазар», «Бакы», «Азербайджан», «Апшерон» и другие, которые работают на Каспийском море и могут бурить скважины на глубину 2 — 6 км при глубине моря 60—90 м. В настоящее время с верфи Астраханского судостроительного завода спущена первая плавучая буровая установка «Шельф», предназначенная для бурения скважин на 6000 м при глубине моря до 200 м.
Впервые бурение скважин с судна было осуществлено в 1956 г. американскими исследователями.
Помимо нефти и газа в богатейших кладовых Нептуна содержатся и твердые полезные ископаемые, которые в зависимости от места их залегания могут быть подразделены на прибрежно-морские россыпи, коренные месторождения и полезные ископаемые морского дна.
Несмотря на то что подводные разработки твердых полезных ископаемых еще занимают скромное место в их общемировой добыче, однако уже сегодня для целого ряда стран они имеют первостепенное значение.
Рис. 1. Самоподъёмная платформа 'Бакы', работающая в Каспийском море.
Прибрежно-морские россыпи образуются на границе суши и моря в результате перемещения водных масс, которые приводят к сортировке обломочного материала и накоплению частиц тяжелых минералов. Месторождения этих минералов и образуют прибрежно-морские россыпи.
На берегу моря волны, скатываясь с пляжа, уносят с собой легкие и мелкие песчинки, а более тяжелые песчинки при сильном прибое накапливаются на пляже. Кроме того, часть тяжелых песков концентрируется и на подводном склоне уже в пределах шельфа, а также оседает в устьевых затопленных частях рек, впадающих в моря и океаны.
Прибрежно-морские россыпи содержат очень разнообразные и ценные, преимущественно рудные минералы: ильменит, рутил, циркон, монацит, магнетит, хромит, касситерит, золото, платину, алмазы и некоторые другие.
Ильменит находит широкое применение в производстве титановых красок и как «железистый песок» в качестве сырья для доменных печей. Кроме того, он используется для покрытия электросварочных электродов, а также нефтепроводов и газопроводов.
Рутил — лучшее сырье для производства титановых красок, для получения металлического титана (содержит до 60 % чистого титана), в свою очередь использующегося при производстве высококачественных сортов стали. Рутил находит широкое применение в авиационной, атомной промышленности и в медицине.
Цирконий — металл, обладающий высокими антикоррозионными качествами, используется при изготовлении различных аппаратов в химической промышленности, при выпуске медицинского оборудования. Из него делаются детали для различных электронных приборов, применяется при производстве радиоламп. Но больше всего цирконий используется при сооружении атомных реакторов, так как в отличие от многих металлов он слабо поглощает медленные нейтроны, образующиеся при расщеплении уранового ядра.
Около 90 % цирконового песка применяется в металлургии при литейных процессах, при производстве огнеупорных материалов и керамических изделий. Кроме того, циркон применяется для получения металла циркония.
Монацит применяется для получения тория, церия и ряда других редкоземельных элементов. Торий же в свою очередь используется как радиоактивный элемент, а также употребляется в промышленности в качестве огнеупорного материала; а церий получил широкое применение в алюминиевых и магниевых сплавах. Благодаря добавлению в них церия увеличивается их сопротивление процессам ржавления. Сплав церия с железом используется для поглощения газов в электротехнических приборах. Церий идет на изготовление углей для дуговых ламп в прожекторах. Наконец, окислы церия используются при изготовлении специальных защитных стекол для стеклодувов.
Магнетит, или магнитный железняк,— богатая железная руда (содержит до 72 % чистого железа).
Хромит — основная руда для получения хрома, широко используемого при выплавке высококачественных легированных сортов стали, для покрытия (хромирования) некоторых металлов. Соединения хрома используются в химической, кожевенной промышленности и других отраслях.
Касситерит — основная руда для извлечения олова. О применении золота, платины и алмазов дополнительно говорить не приходится.
На первом месте в мире по добыче ильменита, рутила и циркона стоит Австралия (90% — рутила, 60 % — циркона и около 25 % — монацита от всей добычи капиталистических стран).
Россыпи протянулись вдоль восточного побережья более чем на 1600 км.
На побережье Бразилии разрабатываются тяжелые пески, содержащие прежде всего монацит (один из главных поставщиков на мировой рынок), а также ильменит и циркон.
Богатейшие прибрежные россыпи (ильменит, циркон, рутил и монацит) имеются у юго-западных и юго-восточных берегов Индии, а также на северо-восточном и юго-западном побережьях острова Шри-Ланка.
Самые крупные в мире запасы рутила сосредоточены в россыпях у по.бережья Сьерра-Леоне в Африке.
Крупные разработки циркона и рутила ведутся во Флориде (США).
С конца 60-х гг. в Новой Зеландии работает металлургический завод, выплавляющий чугун и сталь из пляжных железистых песков.
В США (в штатах Орегон и Вашингтон) разрабатываются пляжные россыпи хромита, а на Аляске близ города Ном из пляжных россыпей добывается золото. В 1975 г. здесь было добыто 450 кг золота. Залив Гудньюс — единственный в США район добычи платины, который дает 90 % ее добычи в США. За сезон ее добывается до 470 кг.
Из магнетитовых песков Токийского залива японцы получают железную руду. В небольших размерах разработки прибрежных россыпей ведутся почти во всех приморских странах Европы.
В странах Юго-Восточной Азии — Индонезии, Малайзии и Таиланде в море в широких масштабах ведется добыча россыпей касситерита. Эти страны — основные производители мирового олова.
В Австралии россыпи касситерита известны на острове Тасмания.
На побережье и шельфе Намибии разрабатываются россыпи алмазов. Большая часть добываемых алмазов извлекается из береговых отложений. Добыча же шельфо-вых алмазов производится очень медленными темпами из-за большой трудоемкости морских разработок. Алмазы здесь залегают на расстоянии 300—500 м от берега и на глубине от 30 до 120 м. Причем содержание алмазов в породах здесь в 5 раз выше (в среднем до 5 карат ( 1 карат равен 0,2 грамма.) на 1 т), чем в береговых россыпях, при очень высоком качестве алмазов (содержание ювелирных алмазов до 99 %). Подводная добыча алмазов обеспечивает 20 % стоимости общемировой добычи алмазов.
Один из самых замечательнейших «даров» моря янтарь — окаменевшая смола хвойных деревьев, произраставших на земле десятки миллионов лет назад. Янтарь встречается на побережьях Сицилии и Ливана, Бирмы и приатлантических районов США, Арктического побережья Аляски, а также на побережье Балтийского моря в пределах Польши, ГДР и ФРГ. Но самый ценный вид янтаря добывается в СССР, на побережье Балтийского моря, в Калининградской области. Кроме того, в СССР янтарь в небольших количествах встречается у берегов Сахалина, на побережье Аральского моря и во многих местах на побережье Северного Ледовитого океана (устье Печоры, Чешская и Мезенская губы, полуостров Канин Нос, устье Индигирки и др.).
Еще за несколько сот лет до нашей эры янтарь применялся в качестве украшений и амулетов и ценился как сокровище. При археологических раскопках янтарные бусы были обнаружены в могилах бронзового века. Особенно ценился янтарь в Римской империи при императоре Нероне, когда янтарь обменивали на медь, бронзу и даже золото.
Конечно, и в наши дни янтарь используется для изготовления украшений и ювелирных изделий. Но его широко используют и в промышленности, особенно в приборостроении. Около 10 % добываемого янтаря идет на изготовление изоляторов для электрических и радиотехнических приборов. Кроме того, он широко используется для изготовления ценных лаков и канифоли. Из янтаря извлекают вещества, которые находят применение в фармацевтической промышленности. Опрыскивание семян и зеленых всходов раствором янтарной кислоты повышает также засухоустойчивость и урожайность льна, фруктов и овощей.
Разработки прибрежно-морских россыпей расширяются во всем мире, и все новые страны начинают поставлять на мировой рынок свою продукцию.
В СССР на Балтийском море, в районе города Лиепая, с 1968 г. организована морская добыча ильменитового песка. Здесь пески залегают на небольшой глубине слоем толщиной от 30 см до 1 м. Хотя металла в них содержится в несколько раз меньше, чем на суше, тем не менее добыча их специально переоборудованными земснарядами выгодна.
В последние годы обнаружены промышленные россыпи касситерита в море Лаптевых, где на Чокурдакском россыпном месторождении олова создан первый в СССР плавающий обогатительный комбинат.
Большой интерес представляет открытие россыпного месторождения олова в Чаунской губе Восточно-Сибирского моря. Кроме морей Лаптевых и Восточно-Сибирского, перспективны на россыпные месторождения олова Чукотское и Берингово моря.
На шельфе Сахалина в россыпях содержится рутил и касситерит, а в Баренцевом и Карском морях — титано-содержащие руды. На берегах островов Итуруп и Куна-шир, входящих в группу Курильских, имеются титано-магнетитовые россыпи.
Прибрежно-морские россыпи разрабатываются по-разному. У полосы прибоя тяжелые пески добываются скреперами, бульдозерами, экскаваторами и гидромониторами.
В более глубоководной части шельфа используют драги, которые оснащены многочерпаковыми рамами, грейферами или грунтовыми насосами.
На больших глубинах (до 160 м) применяются драги, снабженные подъемной лебедкой и черпаком-грейфером или ковшом на тросе. В море черпак опускается на тросе лебедки, врезается в грунт и, захватив материал, поднимается наверх. Грейферы тяжелого типа за час работы извлекают до 1000 т грунта. Драги с грунтовыми насосами применяются как на малых глубинах, так и на глубинах до 330 м. Такие драги, нanpимер используются при добыче алмазов у берегов Намибии. Одна из таких драг (имеющая длину около 90 м и ширину 15 м), снабженная шестью наклонными устройствами, перерабатывает за сутки до 300 т песка или гравия. Среднесуточный выход алмазов до 2500 карат.
Среди коренных месторождений твердых полезных ископаемых прежде всего необходимо отметить те виды, которые добываются шахтным способом. Подводными шахтами, пройденными с суши, добываются каменный уголь, железная руда, руды меди, никеля, олова, ртути. Известно более 100 подводных шахт и рудников, заложенных с берега. Некоторые из них удалены от берега до 8 км при глубинах моря до 120 м.
Миллионы тонн каменного угля ежегодно добывают на подводных шахтах в Японии, Канаде, Великобритании, Шотландии, Турции, на острове Тайвань. Большие запасы каменного угля обнаружены на юго-восточном шельфе Австралии, в КНР, в Чили, Испании. Чаще всего морские месторождения представляют собой продолжение пластов, скрытых в недрах суши.
Широко развита и добыча из подводных шахт железной руды, которая ведется в Японии на острове Кюсю, в Австралии, в Канаде в Гудзоновом заливе и на острове Ньюфаундленд, а также в Финляндии, у входа в Финский залив.
В Канаде, около острова Ньюфаундленд, для извлечения руды был сооружен искусственный остров. От главного шахтного ствола на острове штреки идут прямо на дно Атлантического океана. Запасы железной руды в этом районе оцениваются примерно в три с половиной миллиарда тонн.
Значительно реже встречаются подводные шахты, где разрабатываются руды меди и никеля, олова и ртути. В Канаде, в Гудзоновом заливе, близ г. Черчилл, добывается медь и никель, в Великобритании, на полуострове Корнуолл,— медь, никель и олово.
В Турции, у побережья Эгейского моря, разрабатывается месторождение ртутных руд.
В Советском Союзе благоприятны для развития шахтной подводной добычи некоторые участки шельфов Приморья, Сахалина, Чукотки и Камчатки, а также шельфы Белого и западной части Карского моря и Азовское море.
Советские ученые предполагают, что добыча минерального сырья с помощью подводных шахт в ближайшем будущем будет развиваться в пределах шельфа на глубинах до 100 м и при удалении от берегов до 40—50 км. Разработки на больших глубинах в ближайшие годы будут экономически нецелесообразны.
Среди других коренных подводных месторождений, добываемых нешахтными способами, необходимо назвать серу. Морская добыча серы производится в настоящее время только в США, в Мексиканском заливе, в штате Луизиана. Месторождения серы здесь приурочены к погребенным соляным куполам. Добыча ее ведется со специально сооруженной эстакады с помощью буровых скважин. Сера расплавляется перегретым паром, нагнетаемым через скважины особой конструкции, через которые производится также и откачка расплавленной серы. Здесь добывается около 20 % всей серы, получаемой в США.
Среди глубоководных твердых полезных ископаемых, обнаруженных на морском дне, в первую очередь необходимо отметить железо-марганцевые конкреции. Они представляют собой минералы, образующиеся в результате осаждения гидроокислов марганца, железа и других минеральных солей из морской воды. При этом они обычно концентрируются вокруг какого-нибудь небольшого ядра вроде обломка камня или зуба акулы.
Каким же образом попадают железо и марганец в морскую воду? По этому поводу нет единой точки зрения. Одна группа ученых считает, что эти металлы попадают в океан с суши с речным стоком; другая — что они попадают в моря и океаны при подводных извержениях с вулканическими газами. По-видимому, имеют место оба этих источника попадания этих металлов в воды Мирового океана. Районы распространения конкреций занимают обширные площади в миллионы квадратных километров, а плотность их залегания настолько велика, что они местами лежат вплотную, прилегая друг к другу, подобно камням булыжной мостовой. Железо-марганцевые конкреции имеют очень широкое распространение на дне морей и океанов (особенно Тихого и Атлантического) на глубинах от 60 до 7000 м (чаще всего встречаются все же на глубинах свыше 3000 м). Обычно в среднем конкреции содержат 24 % марганца, 14 % железа, 1 % никеля, 0,5 % меди и меньше 0,5 % кобальта. Так как в марганцевой руде, добываемой на суше в различных странах, содержится в среднем от 35 до 55 % марганца, то именно медь, никель и кобальт оказываются наиболее привлекательными с экономической точки зрения. Однако следует учитывать, что по сравнению с запасами марганца во всех известных на суше месторождениях запасы этого металла в конкрециях в сотни раз больше.
По подсчетам даже в том случае, если для промышленного освоения будет пригоден только 1 % от общих запасов конкреций, то и при этом условии они дадут 150 млн. т никеля, 150 млн. т меди и 30 млн. т кобальта, которых при современных темпах потребления этих металлов хватит мировой промышленности: никеля на 230 лет, кобальта на 1200 лет и меди на 17 лет.
Марганцевые конкреции, содержащие до 20 % марганца, 15 % железа и по 0,5 % никеля, кобальта и меди, имеются и в морях, омывающих территорию СССР: в Белом море, в северной части Баренцева моря, в Рижском и Финском заливах Балтийского моря, а также в Аральском море. До недавнего времени отсутствие разработанной технологии извлечения металлов из конкреций сдерживало их добычу. Только в 1970 г. американским ученым удалось разработать метод, при котором удается извлекать до 95 % всех содержащихся в конкрециях металлов. В США уже в 1962 г. фирма «Дипси Венчерс» начала проводить разведку железо-марганцевых конкреций в Тихом океане. После 1970 г. к ней присоединились и другие фирмы США, Японии, ФРГ, Франции, а несколько позже и Великобритании, Канады, Австралии, Бельгии.
В последние годы создано несколько международных консорциумов для совместного промышленного освоения железо-марганцевых конкреций, в которых ведущую роль играют фирмы США, Японии, Канады, Бельгии, ФРГ и Великобритании. Наибольшую активность проявляют США и Япония, что объясняется тем, что США на 90— 100 % удовлетворяют свои потребности в марганцевой руде, никеле и кобальте за счет импорта, а Япония полностью ввозит необходимые ей никель и кобальт, а также 80 % потребляемых марганцевых руд.
В 1978 г. один из этих консорциумов провел опытную добычу конкреций в Тихом океане на участке, лежащем в 1280—1600 км к юго-востоку от Гавайских островов, с глубины около 5000 м. Было добыто от 1000 до 1500 т конкреций, которые были переработаны на заводе фирмы «Дипси Венчерс» в Канаде.
Советские ученые также проявляют большой интерес к изучению закономерностей размещения конкреций на дне Мирового океана. Этой проблеме был посвящен специальный рейс экспедиционного судна «Витязь», в результате которого удалось сделать тысячи фотографий океанского дна и впоследствии составить карту размещения железо-марганцевых конкреций в Мировом океане. В Институте горного дела им. А. А. Скочинского успешно разрабатываются самоходные устройства для добычи конкреций с глубин Мирового океана.
В настоящее время предложено два основных метода добычи марганцевых конкреций с морского дна. Это метод гидравлического землесоса с применением всасывающей и подъемной силы потока воды в трубе и метод ковшовой драги, механически сгребающей конкреции прикрепленным к канату ковшом.
Наиболее распространенный вариант первого — эрлифтный метод, основанный на закачивании сжатого воздуха в опущенную на дно трубу. Пузырьки воздуха, насыщая воду, делают ее более легкой, чем вода за стенками трубы. Вода поднимается в трубе и увлекает за собой со дна песок, гравий, гальку, а вместе с ними и конкреции. Для более эффективного захвата конкреций со дна сконструированы различные собирающие устройства, которые должны двигаться вместе с подъемной трубой и надводным судном. В качестве надводного судна для установки на нем оборудования для добычи конкреций предполагается использовать полупогруженные или полностью погруженные платформы.
Добывающее устройство второго типа — канатно-чер-паковая система — разработано в Японии и совершенствуется с участием фирм США, Франции, Канады и других стран. Основой этого устройства служит «бесконечная» петля нейлонового каната, к которому через определенные промежутки прикреплены ковши. На добывающем судне канат тяговым устройством протягивается в одну сторону, ковши опускаются до дна, зачерпывают породы с конкрециями и поднимаются на другой ветви каната на судно, где ковши разгружаются. Каждый из этих методов имеет свои сильные и слабые стороны, и лишь с началом промышленной разработки конкреций станет ясно, какой из них лучше себя зарекомендует в процессе работы. Одним словом, техническая сторона добычи марганцевых конкреций на сегодняшний день не будет тормозить начало их промышленной разработки. Специалисты предсказывают, что уже в ближайшие несколько лет, после решения юридических и правовых вопросов раздела вод Мирового океана может быть налажена первая промышленная добыча морских конкреций.
Кроме железо-марганцевых конкреций на морском дне интерес представляют и фосфоритовые конкреции. Они распространены на глубинах 50 — 2500 м, близ берегов США, Чили, Перу, Японии, Австралии, Индии, Марокко, Гвинеи, Анголы и других стран. Спрос на фосфориты небольшой, и поэтому морские месторождения фосфоритов пока не в состоянии конкурировать с месторождениями суши. К тому же в большинстве случаев фосфориты морских месторождений по своему качеству значительно уступают разрабатываемым на суше. Тем не менее такие страны, как Япония, Австралия, Перу, Чили, Мексика и некоторые другие, не имеющие достаточных собственных запасов фосфоритов на суше, заинтересованы в налаживании добычи фосфоритов из морских месторождении. В ближайшие годы США предполагают начать разработку фосфоритов с морского дна в Калифорнийском заливе, где уже проведены разведочные работы по оценке запасов месторождения.
Освоение морских залежей фосфоритов представляет интерес и для Советского Союза, так как многие земледельческие районы СССР испытывают недостаток фосфатного сырья. Крупнейшее месторождение апатитового сырья — Хибинское — удалено от основных районов потребления фосфатов, и запасы апатитового концентрата по мере возрастания потребностей заметно истощаются. Кроме того, сырье для всех суперфосфатных заводов завозится по железной дороге с Кольского полуострова, что делает стоимость удобрений довольно высокой. Запасы фосфатного сырья в море оцениваются в сотни миллиардов тонн и могут обеспечить потребности на тысячелетия вперед.
Наконец, в Красном море обнаружены впадины с температурой воды до +62 °С и содержанием солей до 26 %0 (вместо 3,5 %0 в обычной морской воде). Практически такая вода представляет собой горячий рассол. В этих рассолах встречены металлоносные илы черного, белого, желтого, оранжевого цветов с высоким содержанием железа, марганца, меди и цинка с примесью других металлов, в том числе серебра и золота. По подсчетам американских ученых, только в одной впадине Атлантис-II залегают руды меди и цинка на сумму 2 млрд. долларов. Но кроме этой впадины в Красном море обнаружены еще 12 впадин с рассолами и повышенным содержанием металлов.
Рассказывая о минеральных богатствах Мирового океана, нельзя не упомянуть и о «живой руде», или «тощей руде», как часто называют морскую воду за то, что в ней растворено свыше 60 химических элементов таблицы Д. И. Менделеева. Человек пока научился извлекать из воды лишь очень небольшое количество элементов. Из 35 г солей, содержащихся в 1 л морской воды, 30,1 г составляет хлористый натрий, 2,7 г — сульфаты, 2,1 г — магний, калий, кальций, а все остальные вещества — лишь 0,035 г.
Поваренная соль (хлористый натрий), мирабилит (горькая соль — сульфат натрия), магний, калий и бром — вот, пожалуй, и весь список солей и металлов, которые выгодно с экономической точки зрения извлекать из морской воды.
На первом месте, безусловно, стоит поваренная соль, добыча которой путем выпаривания из морской воды составляет около 1/3 всего мирового производства соли. Однако в наши дни морская добыча соли не играет большой роли в экономике тех стран, которые ею занимаются. В СССР добыча соли из морской воды производится в районе Евпатории, а также в Сивашском заливе Азовского моря.
Совсем другое дело — мирабилит, или глауберова соль, по запасам и добыче которого Советский Союз занимает первое место в мире. Промыслы мирабилита находятся в СССР в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря. Здесь добывается до 0,5 млн. т в год. Из мирабилита на химических заводах получают серу, серную кислоту и соду. Глауберова соль применяется в стекольной, а также в кожевенной и мыловаренной промышленности. Как лекарство она используется в медицине.
В Академии наук СССР разработан метод комплексной переработки рассолов залива Кара-Богаз-Гол. Кроме сульфата натрия (мирабилита), здесь будут получать сульфаты калия и магния, хлористый магний, окись магния и бром. Эта технологическая схема предусматривает также выработку соды и сульфата аммония (используемого в качестве удобрения).
Большое значение в экономике некоторых стран Европы, Америки и Африки имеет добыча магния из морской воды. Первый завод по извлечению магния был построен в Великобритании в 1916 г. После него несколько таких заводов было построено в США.
В настоящее время в мире существует несколько десятков таких заводов (более 20 в Великобритании и США, а также во Франции, Италии и Тунисе). Более 40% всего мирового производства магния составляет магний, добытый из морской воды, а в Великобритании эта доля равна 80 %. В США магний из морской воды в последние годы полностью вытеснил магний, добывавшийся на суше.
Чем же ценен магний? Прежде всего своей легкостью н необыкновенной прочностью. Особенно большое значение имеет применение литиево-магниевых сплавов — самых легких и жаростойких. Они широко используются в ракетостроении и авиационной промышленности, а также в некоторых других отраслях оборонной промышленности. Они применяются также в автомобильной промышленности, точном машиностроении, в нефтяной и пищевой промышленности.
В СССР пока магний в небольших количествах добывается из Перекопских озер Крыма. Скоро войдет в строй химический комбинат на Сивашском заливе, в водах которого содержится до 16—17 % магниевых солей.
Из 1 л морской воды можно извлечь до 380 мг калия. Как без фосфора, так и без калия растения не могут расти и развиваться. Соединения калия играют большую роль в физиологических процессах растений и животных. Применяется также калий для изготовления фотоэлементов. Соединения калия, помимо изготовления минеральных удобрений, применяются в химической, в стекольной промышленности и в некоторых других отраслях.
В 1916 г. в Великобритании впервые начали добывать калий из морской воды. В дальнейшем широкое производство калия из морской воды было организовано англичанами на побережье Мертвого моря. В настоящее время, кроме Великобритании, морская добыча калия производится в Италии, Японии (более 10 тыс. т в год) и в КНР. В СССР добыча калия и его соединений из морской воды в ближайшие годы будет производиться из заливов Кара-Богаз-Гол и Сиваш.
Около 99 % мировых запасов брома приходится на воды Мирового океана. Впервые он был извлечен из морской воды в конце 20-х гг. текущего столетия и с тех пор морская добыча брома получила широкое распространение в ряде зарубежных стран. Сейчас в США, Великобритании, Индии, Канаде, Бразилии, Японии, Италии, Франции ежегодно добывается более 100 тыс. т брома из морской воды. Бром широко применяется в фармацевтической промышленности, в фото- и киноделе, в кожевенной, химической, деревообрабатывающей, текстильной и других отраслях промышленности.
Предпринимаются попытки различными государствами добывать из морской воды золото, уран, литий, рубидий, цезий и некоторые другие редкоземельные металлы, нашедшие в последние годы широкое применение в различных отраслях промышленности.
Большое внимание уделяют разработке методики добычи урана из морской воды Великобритания и Япония, которые не имеют собственных месторождений радиоактивного сырья. Великобритания уже в конце 40-х гг. XX в. начала проводить опыты по извлечению урана из морской воды сорбционным методом. На сегодня это наиболее перспективный метод, при котором морская вода пропускается через слой зернистого нерастворимого и прочного вещества — сорбента. Хороший сорбент способен избирательно извлекать из воды нужные металлы. Великобритания в качестве сорбента использовала гидроокись титана. После ряда удачных экспериментов планировалось даже создание специального завода для промышленного получения урана в заливе Менай Ирландского моря. Однако в связи с тем, что строительство завода оказалось значительно дороже, чем предполагалось, н из-за некоторых недоработок в технологии этого процесса оно было приостановлено.
В 1971 г. в Японии был испытан новый сорбент, в который, кроме гидроокиси титана, входит активированный уголь. По расчетам японских специалистов, если на 1 г сорбента удастся получить 1 мг урана, то добыча урана из морской воды будет дешевле добычи из обычных руд. Судя по сообщениям печати, Япония сумела этого добиться и решила приступить к строительству экспериментального завода по извлечению урана из морской воды. Этот завод намечается создать на острове Сикоку. Проектом предусматривается ежегодная добыча 10 кг урана из морской воды. Япония рассчитывает к 1985 г. обеспечивать значительную часть потребностей в ядерном топливе атомных электростанций за счет урана, извлекаемого из морской воды.
Работы по извлечению урана из морских вод проводятся и в СССР под руководством академика Б. Н. Ласкорина. Наряду с ураном, сорбент из двуокиси титана способен извлекать из морской воды медь, цинк, золото и другие ценные металлы. Эти элементы после соответствующей несложной химической обработки легко снимаются с сорбента, который не теряет после этого своих свойств. Кроме сорбента, из двуокиси титана может быть применен и металлический алюминий, прошедший специальную обработку. За счет электрохимических процессов на поверхности такого алюминия самопроизвольно выделяются уран и другие металлы. В одном из опытов на образце алюминия массой 10 г из вод Баренцева моря за 12 суток выделилось 5 мг урана, что оценивается как большой успех. Аналогичные исследования проводятся советскими учеными в Черном и Каспийском морях и в Тихом океане. Результаты этих работ дают возможность поставить эти исследования в более крупных масштабах.
С начала XX в. в различных странах мира предпринимались попытки добычи золота из морской воды. Однако до сих пор ни один из использовавшихся методов не дал сколько-нибудь положительных результатов, несмотря на то что с каждым годом появляются все новые и новые предложения для выполнения этой заманчивой идеи. Проводились такие работы и у нас в стране. Химики Московского химико-технологического института им. Менделеева еще в 1958 г. из продуктов переработки нефти и газа получили так называемые ионно-обменные смолы. Они обладают способностью «вытягивать» из морской воды атомы тяжелых ценных металлов.
В 1959 г. во время одного из рейсов научно-исследовательского судна «Михаил Ломоносов» ионно-обменные смолы, представляющие, no-существу, один из видов сорбента, были помещены в фильтрующую колонку, которая была укреплена ниже ватерлинии и подключена к водозаборному кингстону. В течение всего рейса через фильтрующую колонку пропускалась океанская вода. Всего ее прошло около 60 тыс. л. В результате каждый килограмм ионитов извлек из морской воды 0,15 г урана, 0,125 г серебра; были обнаружены также золото, стронций, висмут, цинк, медь, марганец, железо, алюминий, кремний, кальций, магний. В ходе другого эксперимента советские ученые получили из 500 л морской воды крупинку золота массой в 1 мг. Между тем установлено, что среднее содержание золота в морской воде 0,032—0,049 мг на 1 т, а общие запасы в океане по разным данным оцениваются в 8—10 млн. т, что составляет почти 2,5 кг на каждого жителя планеты.
Возможно, что скоро ионообменные колонки будут установлены на всех судах торгового флота. В течение рейса эти устройства смогут фильтровать воду, и по возвращении в порт содержимое колонок будет сдаваться на обработку в химические лаборатории, а колонки заменяться новыми. Вероятно, таким способом в ближайшем будущем и будут добывать из океана ценные редкие металлы. Пока же добыча урана, золота и других элементов из морской воды экономически невыгодна и не оправдывает себя. Однако, учитывая гигантские темпы роста технических достижений и все возрастающие потребности в ряде ценных металлов, мы все более приближаемся к тому моменту, когда морская вода займет свое место как «комплексная руда номер один» и полностью «отдаст» человеку все необходимые элементы. Безусловно, минеральные богатства Мирового океана будут играть ведущую роль в экономике ближайшего будущего нашей планеты.