ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ МИРОВОГО ОКЕАНА

Человеческое общество не может существовать без ресурсов, под которыми понимаются любые источники и предпосылки получения необходимых людям материальных и духовных благ, которые можно реализовать при существующих технологиях и социально-экономических отношениях.

Наряду с понятием “природные ресурсы” часто употребляют понятие “природные условия”. В широком смысле к природным условиям следует отнести всю совокупность элементов природы, в том числе и ресурсы. В узком смысле природные условия – это тела и силы природы, которые на данном этапе развития производительных сил существенны для жизни и деятельности человеческого общества, но не участвуют непосредственно в материальном и нематериальном производстве.

В понятие “природные ресурсы Мирового океана” включаются все элементы океаносферы, которые используются или могут быть использованы в производственных и непроизводственных отраслях. Природные условия Мирового океана – это элементы океаносферы, которые только влияют на жизнедеятельность человека. Различия между природными условиями и ресурсами относительные. Природные условия могут переходить в ресурсы. Человек превращает разрушительные силы природы, в естественные производительные силы, используя, например, энергию волн для получения электричества. В определенных условиях, само водное пространство рассматривается как ресурс для расселения, развития морского хозяйства.

Структура ресурсов Мирового океана очень сложная. Он представляет собой обширную, сложную динамическую систему, состоящую из океанической литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы. Каждая из них является источником ресурсов, используемых или потенциальных.

Объектами освоения литосферы являются поверхностный слой и недра морского дна. Здесь добываются полезные ископаемые, возводят различные инженерные сооружения.

В океанической гидросфере ресурсами выступают ее динамические свойства и процессы, позволяющие производить энергию, обеспечивать перевозку грузов и пассажиров, развивать марикультуру и рекреацию. Ресурсом является сам субстрат морской воды, используемый в промышленном производстве, сельском хозяйстве и быту. Из нее получают различные химические элементы и пресную воду. Одной из особенностей водных ресурсов океана как природного элемента является то, что они не могут быть полностью использованы. Вода обязательно должна участвовать в природном круговороте веществ как непременное условие поддержания жизни на Земле. Долгое время воспроизводство водных ресурсов считалось только естественным процессом, происходящим в природной среде. Теперь стало ясно, что способность воды к самоочищению ограничена и необходимы затраты труда и энергии на рациональное ведение водного хозяйства.

Океаническая атмосфера взаимодействует с гидросферой, во многом определяя характер протекающих в ней геофизических, геохимических и биологических процессов. Кроме того, ветровая энергия самой атмосферы издавна используется в парусном мореплавании.

Океаническая биосфера обеспечивает человека животными и растительными организмами, необходимыми в промышленном и сельскохозяйственном производстве, медицинской практике и т. д. Биологические ресурсы океана, так же как и вода, относятся к возобновимым ресурсам, но это не означает их вечного существования. Под воздействием человека происходит не только сокращение воспроизводства, но и нередко уничтожение того или иного биологического вида.

Особое значение в системе морского хозяйства имеет берег, или береговая зона, под которой понимается единство территории и акватории. Ресурсообразующим фактором в данном случае выступает протяженность побережья, а параметрами и свойствами береговой зоны – наличие пляжей, извилистость линии уреза, особенности взаимодействия суши и воды, ширина береговой зоны и т. д. Используются эти ресурсы многие отрасли морского хозяйства, в том числе и рекреация.

Для рационального использования, обоснования порядка первоочередности разработки природных ресурсов необходима их комплексная оценка. Одним их универсальных способов такой оценки является воспроизводственный подход, в рамках которого каждый ресурс и вся система оцениваются по затратам на искусственное воссоздание того или иного объекта при равном количестве и эквивалентном качестве в условиях интенсивного производства.

Оценка ресурсов океана во многом определяется их наличием на суше. Использование морских ресурсов экономически обосновано, если затраты на производство сравнимой продукции меньше, чем на суше. Но при абсолютном дефиците того или иного ресурса на суше его промышленное освоение в океане может быть целесообразно, даже если затраты будут больше, чем на суше. Сравнительные расчеты экономической эффективности использования морских ресурсов должны учитывать перспективность их эксплуатации в сравнении с сухопутными аналогами. Разработка некоторых морских ресурсов в настоящее время может быть нецелесообразной, но расчеты позволяют определить условия, при которых она наступит.

Оценка морских ресурсов особенно необходима при определении эффективности крупных мероприятий по освоению ресурсов и преобразованию природной среды. Так как их осуществление связано с неизбежными потерями части природных богатств и локальным ухудшением условий жизни людей. Стоимостная оценка не может быть единственным критерием в решении вопроса комплексного и рационального использования природных ресурсов. При оценке природных ресурсов следует исходить из рационального природопользования в условиях океана. Под этим понимается геоэкологически сбалансированное хозяйствование, чуждое потребительскому максимализму и основанное на равнозначном сочетании потребления, охраны и воспроизводства, биологических, рекреационных и других ресурсов. Только в этом случае человеческое общество вправе рассчитывать на гармоничную коэволюцию с природой.

Ресурсы Мирового океана делятся на не возобновимые, запасы, которых не воспроизводятся в темпах сравнимых с темпами развития человечества, и возобновимые, которые воспроизводятся ходом установившихся на Земле естественных процессов и характеризуются определенным соотношением между ежегодным приходом и расходом, включая использование их человеком. Применительно к использованию природных ресурсов Мирового океана в хозяйственной деятельности они подразделяются на следующие типы: биологические, сырьевые (минеральные, химические, водные), энергетические и рекреационные.

Биологические ресурсы Мирового океана. Под биологическими ресурсами океана понимаются запасы морских растений и животных, которые при существующих знаниях, развитии техники экономически целесообразно использовать в хозяйственном обороте для удовлетворения потребностей общества без ущерба для их естественного воспроизводства.

Во все времена, начиная с первобытного общества, добыча и переработка биологических ресурсов были важной частью человеческой деятельности. Ежегодно в океане вылавливается около 80-90 млн. т. морепродуктов. Из них 30-35 млн. т. перерабатывается на кормовую муку для животных, а остальные составляют всего около 1% продовольствия производимого на планете. Сейчас продукты питания, получаемые из водной среды, в мире составляют 24 % белка животного происхождения значительно уступая молочным (43 %) и мясным (35 %) продуктам. В тоже время только нектонные животные каждый год продуцируют до 40 млн. т. белка, 8 млн. т. жиров (в 2 раза больше чем дает мировое животноводство) и 2 млн. т. углеводов.

В оценке пищевых ресурсов океана сталкиваются два противоречивых направления. С оной стороны, не изжито мнение о неистощимости ресурсов, что на практике неоднократно приводило к перелову некоторых видов рыб и других морских животных, а иногда и к исчезновению их как биологического вида. С другой стороны много прогнозов скорого достижения пределов возможного улова. Поэтому важно знать биологическую продуктивность океана, всех его трофических уровней и конечных звеньев, составляющих основу потребления человека.

Для оценки растительных и животных ресурсов океана важно не только подсчитать запасы биомассы в акватории, но и определить ее прирост в единицу времени.

Различают первичную продукцию, когда органическое вещество синтезируется из минеральных веществ, и вторичную – образуемую всеми организмами, питающимися органическим веществом непосредственно или в процессе поедания друг друга.

При продуцировании возникают полезные, бесполезные и вредные для человека организмы. Качество организмов, степень их полезности отражает эволюцию интересов человека и возможностей их удовлетворения, оно зависит от народных традиций, социальных условий, уровня цивилизации и технического прогресса.

Первичной основой биологической продуктивности всего океана служат бактерио- и фитопланктон. В результате фотосинтетически активной деятельности растений в водоемах создается запас энергии, за счет, которого живут все организмы. Кроме фотохимических процессов в океане происходят ассимиляционные, вызываемые бактериями. Которые служат важным элементом питания для зоопланктона и рыб на личиночной стадии развития.

На развитие фитопланктона существенное влияние оказывает поступление биогенных веществ, освещенность и температура воды. Основная масса фитопланктона находится в верхнем слое воды (до 100-150 м). Наибольшее его количество сосредоточено в районах умеренных и субполярных широт, сравнительно узкой экваториальной полосе, прибрежных районах и зонах апвеллинга. Высокая биопродуктивность этих районов объясняется интенсивным вертикальным и горизонтальным перемешиванием вод, доставляющих биогенные вещества в верхний, фотический слой океана. Общая масса ежегодно образуемого в океане фитопланктона достигает 1200 млрд. тонн, основу которого (80-90 %) составляют перидинеи и диатомеи.

Основу фитобентоса составляют макрофиты. Это бурые, красные, зеленые водоросли и некоторые из высших цветковых растений. В течение года они продуцируют массу, равную своей биомассе – около 0,2 млрд. тонн. Макрофиты не имеют определяющего значения в процессе дальнейшего создания органического вещества в океане, но употребляются человеком в пищу, используются на корм домашнему скоту, в качестве удобрений, лекарственных средств, ингредиентов хлеба, конфет, консервированного мяса, различных эмульсий, сырья для получения поташа и йода, соды и т. д.

Фитопланктон является кормом для большинства видов зоопланктона, но не для всех, так как некоторые виды питаются бактериями или зоопланктоном. Из более чем 2000 видов планктонных животных наиболее широко представлены ракообразные (1200 видов) и кишечнополостные (400 видов). Зоопланктон, как и фитопланктон, обитает главным образом в поверхностных горизонтах океана. Он совершает постоянные суточные и сезонные миграции. Биомасса зоопланктона составляет примерно 20-25 млрд. тонн, годовая продукция – до 60 млрд. тонн.

Запасы зообентоса – животных (без рыб), обитающих на дне или у дна океана, в основном в зоне шельфа, – оцениваются в 10 млрд. т. Годовая продукция его низкая около 3,3 млрд. т. Многие виды бентальных организмов не используются в пищевых цепях, не являются кормом для рыб и млекопитающих. Биомасса животного бентоса, способного участвовать в продуцировании полезных для человека организмов или поступающего непосредственно в пищу человека, составляет примерно 2 млрд. тонн, а ежегодная продукция около 1 млрд. тонн.

Как правило, последними звеньями пищевой цепи, которые непосредственно используются человеком, являются нектонные животные – крупные представители морской фауны, обладающие способностью активно перемещаться в воде на значительные расстояния. Нектон в основном представлен рыбами, млекопитающими, головоногими моллюсками (главным образом кальмарами) и высшими раками (наиболее многочисленные из них – креветки). Ориентировочная оценка суммарного количества нектона составляет 1 млрд. тонн, половина которого приходится на рыб. Годовая продукция нектона около 360 млн. тонн. Всего в Мировом океане насчитывается около 16 000 видов рыб. Из них всего 800 являются объектами морского промысла, и только 76 видов рыб составляют 56 % мирового улова.

Биологическая продуктивность океана – основа пищевых ресурсов, которые предоставляет океан человеку и которые могут быть им использованы. Основные направления повышения эффективности их использования связаны с научными исследованиями биоты океана, разработкой его комплексной биологической модели, нахождением новых промысловых районов в открытой части океана и мелководных районах, совершенствованием орудий лова, выявлением новых объектов промысла и развитием марикультуры.

Сырьевые ресурсы Мирового океана.В морской воде содержится 76 элементов таблицы Менделеева. На 11 из них приходится 99,98 % массы всех солей растворенных в океане. Это прежде всего хлор (19 г/л), его больше всего в виде хлоридов, далее натрий (11 г/л), сера в различных соединениях (3 г/л), магний (1,3 г/л), кальций (0,4 г/л), калий (0,4 г/л), соединения углерода, стронция, брома, фтора и бора. Кроме того, в морской воде растворены органические и биогенные вещества, а также газы (кислород, азот, сероводород, аргон и др.). Стоимость всех веществ, содержащихся в 1 км³ воды, превышает 1 млрд. долл. США. Запасы только хлора в океане составляют 29,3 · 10¹⁵ тонн, натрия – 16,3 · 10¹⁵ тонн. Поэтому морскую воду часто называют “рудой будущего”.

Наиболее древним промыслом минеральных ресурсов из морской воды является добыча поваренной соли. Еще до нашей эры египтяне добывали соль из вод Средиземного моря. До сих пор примерно треть мирового потребления соли (около 35 млн. тонн) обеспечивается за счет выпаривания ее из морской воды. Добыча поваренной соли происходит, как правило, древним способом, с использованием солнечной энергии в осадочных бассейнах. Для получения 1 млн. тонн соли требуется испарить примерно 120 млн. тонн морской воды. Поваренная соль не только ценный пищевой продукт. Она используется для изготовления соляной кислоты, при производстве стекла, мыла, бумаги, очистки жиров, плавке металлов и т. д. Запасов соли в океане хватит на миллиарды лет.

Морская вода и отложения солей высохших морей являются основным источником получения брома. Современная добыча брома в мире достигает 100 тыс. тонн в год. Он широко применяется в качестве антидетонационного средства, в производстве красителей, лекарств, фотореактивов, огнетушителей и т. д.

Концентрация магния в морской воде в 300 раз меньше, чем в земных рудах, однако уже теперь производство магния из воды обходится дешевле, чем из твердых руд. Впервые магний из морской воды стали добывать в Англии в 1916 году. Сейчас из нее получают около 40 % потребляемого в мире магния. Магний и магниевые соединения широко используются в самолето- и ракетостроении, в строительстве, черной и цветной металлургии, в фармацевтической, легкой промышленности и сельском хозяйстве.

Развитие атомной энергетики резко повысило спрос на уран. Его запасы на суше составляют всего 800 тысяч тонн. В морской воде содержится около 4 млрд. тонн урана. Во многих странах патентуются различные способы извлечения урана из морской воды. Предполагается, что к 2000 году треть урана будет добываться из моря.

В ряде стран пытаются найти “дешевые” способы добычи золота из морской воды. В ней растворено 10 млн. тонн золота, тогда как на суше его запасы составляют всего 35 тысяч тонн. Один из способов добычи золота при помощи установок с ионообменными смолами позволяет получить примерно 1 мг золота из 500 тысяч литров воды. При этом способе добычи золота издержки в несколько тысяч раз выше доходов. Перспективнее может быть добыча серебра, поскольку его концентрация в морской воде в 60 раз выше, чем золота. В океане растворено 600 млн. тонн серебра. Его запасы на суше всего 130 тыс. тонн.

Добывать из морской воды минеральное сырье при концентрации его ниже, чем концентрация бора (4, 6 мг/л), в том числе золота и серебра, при современной технологии невыгодно. Идет поиск новых способов извлечения ценных микроэлементов, в том числе биохимических методов. Морские животные и растения обладают способностью поглощать и концентрировать в своем организме некоторые химические элементы. Добыча йода из морской среды осуществляется путем переработки водорослей, накапливающих его в сотни раз больше, чем содержится в воде. Обнаружены значительные концентрации кобальта и радиоактивного плутония-239 в теле морских раков (омаров и лангустов), ванадия – в тканях голотурий и асцидий, меди – в клетчатке устриц, цинка, олова и свинца – в тканях медуз. Не исключено, что в скором времени будут создаваться заводы-фермы для получения минеральных элементов. Перспективно получение микроэлементов из горячих рассолов в зоне подводных гидротерм приуроченных к рифтовым разломам морского дна. Концентрация в рассолах железа, марганца, цинка, свинца, меди, золота, серебра и других металлов в тысячи раз превосходит их содержание в морской воде. В Японии разработаны методы добычи лития, рубидия и цезия из побочных продуктов производства поваренной соли из морской воды. Эти металлы применяются в ракетной, ядерной, радиоэлектронной технике.

В морской воде, помимо растворенных веществ, имеется огромное количество взвешенных частиц. В форме коллоидной взвеси в океане находится значительная часть золота, марганца, свинца, железа, кремнезема, кобальта и т.д. Пока не найдены эффективные способы извлечения взвешенных частиц минералов, но ведутся интенсивных научные исследования в этой области.

С начала ХХ века резко возросло потребление пресной воды. Оно достигло почти 4000 км³ в год, а в ближайшие 20-30 лет возрастет не менее чем 1,5 раза. Стремительный рост населения Земли, увеличение потребления пресной воды сельским хозяйством и промышленностью превратили проблему дефицита воды из локальной в глобальную. В решении этой проблемы все большую роль отводят морским ресурсам.

Созданием промышленных опреснительных установок стали заниматься только в конце ХIХ – начале ХХ веков. Дистилляционный метод опреснения воды хорошо и выгодно сочетается с производством электроэнергии на двухцелевых атомных водоэлектростанциях. Наряду совершенствованием дистилляционного метода разрабатываются и применяются другие способы получения пресной воды: путем естественного и искусственного вымораживания (газогидратный метод); химические процессы ионообмена (реагентные методы); экстракционные процессы; с применением мембран (электродиализ); биологические методы. Технический прогресс в способах и методах опреснения воды обусловил резкое снижение себестоимости ее производства. Сейчас объем опресненных морских вод в мире достигает до 40 млн. м³ воды в сутки.

Значительные ресурсы пресной воды содержатся в материковых и шельфовых льдах. Они сосредоточены в основном в Антарктиде и составляют около 24 млн. км³. Ледовый материк посылает ежегодно в океан в виде айсбергов 2800 км³ льда, что соответствует 2400 км³ пресной воды. Вопрос о транспортировке айсбергов, с целью получения пресной воды, неоднократно обсуждался на различных международных форумах. Предложено много вариантов решения этой задачи. Существуют и другие проекты доставки воды с ледяных куполов Антарктиды и Гренландии. Но еще не настало время широкого использования пресных ледниковых вод. Их огромные запасы являются важнейшим резервом человечества.

О морских месторождениях нефти знали давно. В 1824 году в районе Баку в 20-30 метрах от берега сооружали колодцы, изолированные от воды, и черпали нефть из неглубоко залегающих горизонтов. В 1870 году в окрестностях города Идзумосаки в Японии был намыт остров для нефтяных вышек. В 1891 году на калифорнийском побережье началось бурение наклонных скважин, уходивших на расстояние до 200 метров от берега. В 1933 году в заливе Маракайбо была пробурена первая морская подводная нефтяная скважина.

Сейчас нефтяные и газовые месторождения открыты в 50 странах, добычу ведут 25 стран. Глубины разведочного бурения достигли 2500 метров, а эксплуатационные работы ведутся на глубинах до 1000 метров. В 1985 году доля морской нефти в общей мировой добыче составила 28, 4 %, а доля газа – 20 %. К 2000 году половина нефти и газа поступят из недр Мирового океана. Разведку и добычу нефти и газа обслуживает большой специализированный флот, насчитывающий более 3500 судов и парк вертолетов в 2000 единиц. Воздвигнуто более 10 000 нефтяных платформ, устанавливаются огромные подводные нефтехранилища, быстро растет сеть подводных трубопроводов, достигшая 30 000 миль. Началось строительство нефте- и газоперерабатывающих заводов непосредственно в море на искусственных островах.

Морская добыча нефти требует огромных капитальных затрат. Стоимость одной современной буровой установки, в зависимости от конструкции, колеблется от 25 до 180 млн. долларов, а нефтяной платформы достигает 2 млрд. долларов США. Величина расходов зависит от глубины моря, геологических, гидрологических, метеорологических, ледовых и других факторов. Бурение одной скважины в Мексиканском или Персидском заливе обходится около 1 млн. долларов, а в море Бофорта и Беринговом – до 70-90 млн. долларов США. Однако суммарные валовые доходы от реализации морской нефти в 4 раза превышают затраты.

Наиболее старым и освоенным районом морской добычи нефти и газа является акватория Мексиканского залива. У американского побережья залива открыто около 700 промышленных скоплений нефти, что составляет 50 % всех месторождений известных в Мировом океане. Вторым старейшим районом морской добычи углеводородов является лагуна Маракайбо. Первое место в морской добыче нефти занимают страны Персидского залива. Совместно с прилегающей сушей Аравийского полуострова залив содержит более половины общемировых запасов нефти. Значительным нефтегазоносным районом является акватория Северного моря. В ряд крупнейших и перспективных регионов нефтедобычи становится Западная Африка. Перспективно освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа КНР. Очень богаты углеводородами месторождения у берегов Калифорнии, Индонезии, Индокитая, шельфовой зоны Австралии, залива Кука (Аляска), Канадского Арктического архипелага, Северного Ледовитого океана и Каспийского моря.

По различным источникам, оценки потенциально извлекаемых морских ресурсов нефти и газа в пересчете на нефть колеблются от 100 до 311 млрд. тонн, из них 68 % залегают на глубинах до 200 метров.

Перспективными могут оказаться, недавно открытые, газогидратные залежи на поверхности дна и в илистом придонном грунте глубоководных котловин океана. Газогидраты – соединения углеводородных газов с водой, находящиеся в сильно сжатом состоянии. По физическим свойствам они похожи на лед. Один кубометр гидрата содержит 200 м³ газа. Общие запасы твердого горючего газа на дне океана в сотни раз превышают запасы угля, нефти и газа во всех разведанных на сегодняшний день месторождениях. Таким образом, структура и объем потенциальных ресурсов углеводородов благоприятны для развития нефтегазовой промышленности в Мировом океане.

Твердые полезные ископаемые. Залежи твердых полезных ископаемых подразделяются на коренные, встречающиеся на месте своего первоначального залегания, и россыпные, которые образуются, в основном, в результате выноса обломочного материала реками, вблизи береговой линии на суше и мелководье. Коренные, в свою очередь, подразделяются на погребенные, которые извлекаются из недр дна, и поверхностные, расположенные на дне в виде конкреций, илов и т. п.

Наибольшее значение после нефти и газа в настоящее время имеют россыпные месторождения металлоносных минералов, алмазов, строительных материалов и янтаря. По отдельным видам сырья морские россыпи имеют преобладающее значение. Они поставляют на мировой рынок 100 % циркония и рутила, 80 % ильменита и более 40 % касситерита. Ведущее место в добыче россыпных металлоносных минералов принадлежит Австралии. Вдоль ее восточного побережья россыпи тянутся на полторы тысячи километров. Они содержат около 1 млн. тонн рутила, 1,4 млн. тонн циркона и 30,0 тыс. тонн монацита. Богатые ильменит-цирконовые россыпи найдены у берегов Африки, Бразилии, США, Новой Зеландии, Индии, Шри-Ланка. Титано-магнетитовые и магнетитовые месторождения разрабатываются у острова Хонсю в Японии, на побережье Новой Зеландии и штата Вашингтон в США, в Балтийском и Черном морях, у о. Итуруп и других регионах. Из этих минералов получают цирконий, титан, гафний и другие металлы, имеющие большое стратегическое значение. Они используются в ядерной энергетике, электронной технике, при производстве жаропрочных и тугоплавких сплавов для авиации и ракетной техники.

Большое внимание в мире уделяется добыче касситерита – оловянной руды. Сейчас из океана получают 10 % мировой добычи олова. Его основные месторождения расположены в прибрежной зоне стран Юго-Восточной Азии, Австралии, Тасмании, Великобритании и других районах.

На юго-западном побережье Африки эксплуатируются алмазоносные пески, которые дают 5 % объема и 20 % валовой стоимости мировой добычи алмазов. Они так же добываются у берегов Намибии, Анголы, Сьерра-Леоне. Золотоносные пески морских побережий, особенно Золотого Берега вблизи города Ном (Аляска), хорошо известны еще со времен “золотой лихорадки”. С 1964 года разрабатывается россыпь Ном Чолд Кост с содержанием золота 15 г/м³. Общие запасы золота в этом районе оцениваются в 37,7 тонн (с содержанием не ниже 0,25 г/м³). Известны золотоносные пески вдоль побережий Калифорнии, Панамы, Чили, Турции, Египта, Юго-Западной Африки. С 1935 года в заливе Гудньюс (Аляска) при глубине моря 30 метров разрабатываются платиновые пески с содержанием платины до 10 г/м³. В США до 90 % платины получают с морского дна.

Янтарь, предмет украшения и ценное сырье для химической и фармацевтической промышленности, встречается на берегах Балтийского, Северного и Баренцева морей. В промышленных масштабах янтарь добывается в России, в наибольших количествах его собирают на пляжах Польши.

Среди нерудного сырья в шельфовой зоне представляют интерес глауконит, фосфорит, пирит, доломит, барит, строительные материалы – гравий, песок, глина, ракушечник. Ресурсов нерудного сырья хватит на тысячи лет. Интенсивной добычей строительных материалов в море занимаются многие прибрежные страны.

В последние годы обозначились благоприятные перспективы добычи коренных залежей морских недр шахтно-рудничным способом. Известно более сотни подводных шахт и рудников, заложенных с берега материков, естественных и искусственных островов для добычи угля, железной руды, медно-никелевых руд, олова, ртути, известняка и других полезных ископаемых погребенного типа. Некоторые из рудников и шахт достигают глубин 2400 метров ниже уровня моря, удалены от берега на расстояние до 8 км в море с глубинами до 120 метров.

Из подводных месторождений в настоящее время добывают уголь – у берегов Канады, Японии, Великобритании, Новой Зеландии, Австралии; железную руду – у остова Ньюфаундленд, в прибрежной зоне Японии, Франции, Финляндии и Швеции; медь и никель – в Гудзоновом заливе; олово – у полуострова Корнуолл в Англии; ртуть – у побережья Турции в Эгейском море; серы – у берегов Луизианы в США.

Значительные минеральные ресурсы залегают в глубоководных районах океана. Горячие рассолы и илы с богатым содержанием металлов (железа, марганца, цинка, свинца, меди, серебра, золота) обнаружены в глубоководной части Красного моря. Концентрация этих металлов в горячих рассолах превышает их содержание в морской воде до 50 · 10³ раз. Их запасы в металлоносных илах Красного моря оцениваются в 130 млн. тонн. В верхнем 30 метровом слое осадков здесь содержится золота, меди, цинка и серебра на 2-3 млрд. долларов США.

Более 100 млн. км² океанического дна покрыто слоем красной глубоководной глины мощность до 200 метров. Они содержат 15-20 % окиси алюминия, 13 % окиси железа, а также марганец, медь, никель, ванадий, кобальт, свинец. Запасы красных глин оцениваются в 10 000 трлн. тонн, а их годовой прирост – в 500 млн. тонн. Широко распространены в Мировом океане глауконитовые пески (алюмосиликаты калия и железа), известковые и кремнистые илы. Запасы известняковых донных отложений (глобигериновых, фораминиферовых) оцениваются в 10 000 трлн. тонн, а кремнистых (диатомовых) – в 10 трлн. тонн.

Особый интерес в мире проявляется к конкрециям. Огромные участки морского дна устланы железомарганцевыми, фосфоритовыми и баритовыми конкрециями. Они имеют чисто морское происхождение, образовались в результате осаждения растворимых в воде веществ на каком-либо субстрате.

Фосфоритовые конкреции содержат минерал – фосфорит, широко применяемый в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Кроме фосфоритовых конкреций фосфориты и фосфоритосодержащие породы встречаются в фосфатных песках и пластовых залежах на разных глубинах океана. Мировые потенциальные запасы фосфатного сырья в океане оцениваются в сотни миллиардов тонн. Промышленные запасы фосфоритов найдены вблизи калифорнийского и мексиканского побережья, вдоль береговой зоны Южной Африки, Аргентины, восточного побережья США, в шельфовых частях периферии Тихого океана, у берегов Новой Зеландии, в Балтийском море. Значительны запасы фосфоритов обнаружены в центральных частях океанов.

Баритовые конкреции, содержащие 75-77 % сульфата бария, используемого в химической и пищевой промышленности, найдены у берегов Шри-Ланки, в Японском море и других районах.

Железомарганцевые конкреции известны более 100 лет. Они устилают дно во многих районах Мирового океана, но наиболее ценные и перспективные их месторождения расположены в Тихом океане. В состав этих конкреций входит множество металлов: марганец, медь, кобальт, никель, железо, магний, алюминий, молибден, ванадий, всего до 30 элементов, но преобладают железо и марганец. Запасы железомарганцевых конкреций оцениваются в 2-3 трлн. тонн. Они превышают запасы, имеющиеся на суше по кобальту в 5 000 раз, марганцу – в 4000, никелю – в 1500, алюминию – в 200, меди – в 150, молибдену – в 60, свинцу – в 50 и железу – в 4 раза. В США, Японии и других странах разработаны гидравлические и механические способы добычи железомарганцевых конкреций. Созданы глубоководные аппараты с видеосистемами, буровыми приспособлениями, с дистанционным управлением, расширившие возможности их изучения. Многие специалисты предрекают добыче железомарганцевых конкреций блестящее будущее, утверждая, что их массовая добыча положит конец горнодобывающей промышленности на суше. Однако на пути к освоению конкреций стоят еще многие нерешенные технические, эксплуатационные, экологические и политические проблемы.

Энергетические ресурсы Мирового океана.Проблемы энергетических запасов Земли стали особенно актуальными в начале 1970 годов, когда многие промышленно развитые страны ощутили недостаток энергетических ресурсов. Сегодня в мировом энергетическом балансе 97 % потребностей покрывается за счет не возобновляемых ресурсов. При прогнозируемых среднегодовых темпах роста потребления энергии (4 %) мировые запасы угля, нефти и газа будут исчерпаны примерно через 150 лет. Оценить запасы ядерного топлива значительно сложнее, но и они не безграничны. Определенные надежды связывают с работами в области термоядерной энергетики. Но у ядерной и термоядерной, как и у топливной, имеется существенный недостаток – передача части преобразуемого тепла в атмосферу. Ученые считают, что если количество этой “искусственной” тепловой энергии достигнет 5 % от поступающей на Землю солнечной радиации, то могут произойти необратимые изменения теплового баланса и климата на Земле. Переживаемые трудности и требования завтрашнего дня определяют структурные изменения в мировом энергетическом хозяйстве. Человечество вынуждено все чаще обращаться к возобновляемым, экологически чистым энергетическим ресурсам, определяемым электромагнитным излучением солнца, теплом земных недр и гравитационных сил, обусловленных движением Луны и Солнца. Во всем мире широко ведутся работы в области солнечной, ветровой и геотермальной энергетики. Значительная роль в энергетике будущего отводится и возможности использования энергии Мирового океана.

Общая возобновляемая энергия Мирового океана включает в себя энергию различного вида. Это энергия ветра, волн, приливов, океанических течений, температурного градиента, градиента солености и биомассы морских водорослей. Оценки энергозапасов каждого вида энергии океана, как суммарных так и допустимых для преобразования, существенно различаются. Практически необходимо использовать энергоресурсы Мирового океана в таких пределах, чтобы преобразование энергии не приводило к необратимым изменениям окружающей среды.

Современное потребление всех видов энергии в мире составляет примерно 10 миллиардов тонн условного топлива в год (т у.т /год). В то же время прогресс технической мысли в перспективе позволяет за счет энергии, запасенной в океане, получить не менее 200 млрд. т у.т/год, т.е. практически решить энергетическую проблему на ближайшее столетие. Однако сделать это не просто. Концентрация энергии водных масс очень низка, и для получения требуемого количества тепла и электричества необходимо строить крупные сооружения, способные перерабатывать огромные объемы воды. Большие технические трудности определяются также неравномерной и случайной по характеру энергоотдачей, обусловленной изменчивостью океанической среды.

Исследования по энергетике океана активно проводятся с начала 1970 годов в США, Японии, Франции, Великобритании, Норвегии и ряде других стран. В настоящее время во многих странах осуществляются научно-технические программы, предусматривающие изучение энергетических ресурсов океана, созданы демонстрационные и промышленные океанические энергетические установки.

Выделяется пять основных возобновляемых источников энергии Мирового океана с потенциальными запасами: течения – 0,05 ТВт, волнение – 2,7 ТВт, приливы – 0,03 ТВт, температурный градиент – 2,0 ТВт и градиент солености – 2,6 ТВт. 1 ТВт равен 10¹² Вт, что соответствует суммарной мощности всех электростанций земного шара в настоящее время.

В настоящее время, из рассматриваемых источников энергии океана, практически используется в большой энергетике лишь энергия приливов. Принцип получения в этом случае довольно прост. Дамбой отгораживают вдающийся в сушу морской залив, где наблюдаются высокие приливы. В дамбе оставляют проход и устанавливают в нем турбину. Во время прилива вода проходит через проход в залив, а во время отлива – из залива. В обоих случаях она вращает турбину и вырабатывается электроэнергия. При благоприятном очертании берегов и большой высоте прилива такая электростанция обладает экономической эффективностью, сравнимой с обычными речными ГЭС. В 1967 году во Франции около города Сен-Мало в эстуарии реки Ранс бала построена первая в мире приливная электростанция (ПЭС) мощностью 240 тыс. кВт. В России первая ПЭС мощность 400 тыс. кВт была построена в 1968 году в 100 км от Мурманска в горле губы Кислой. После Кислогубской ПЭС в 1984 году ПЭС была построена в Канаде, а 1985 году в Китае в устье р. Цяньцзян. Разработаны проекты ПЭС в заливах Сен-Мало (12 млн. кВт), Фанди (6 млн. кВт), Лумбовка на Кольском полуострове (700 млн. кВт), Пенжинской губе Охотского моря (100 млн. кВт) и т. д.

Идея преобразования тепла океана в электрическую энергию принадлежит современнику Жуль Верна физику д’Арсонвалю, опубликовавшему в 1881 году статью о возможности использования для этой цели установок двух типов – замкнутого цикла с промежуточным рабочим телом и открытого цикла, работающего непосредственно на морской воде. В ОТЭС, работающих по замкнутому циклу Ренкина, теплые поверхностные воды прокачиваются насосом через теплообменник испарителя, превращая в пар рабочее тело с низкой температурой кипения (аммиак, фреон, пропан). Пар повышенного давления проходит через турбину в холодильник, где конденсируется при контакте с поверхностью другого теплообменника, охлаждаемой путем прокачки холодной воды, которая поднимаемой по трубам с помощью насоса с глубины 700-900 м. При разности температуры воды в 24 °С, характерной для тропических широт океана, около 80 % вырабатываемой электроэнергии расходуется на работу насосов и вспомогательного оборудования. Таким образом, эффективность ОТЭС с учетом собственных нужд в тропиках составляет не более 25 %. При разности температуры воды в 20 °С теоретически КПД ОТЭС замкнутого цикла не превышает 7 %.

В ОТЭС, работающих по открытому циклу Клода, теплая морская вода подается в испаритель через деаэратор, освобождающий ее от растворенных в ней газов, а затем доводится до кипения снижением давления до 0,03 кГс/см². Образующийся при этом пар вращает турбину и затем конденсируется, контактируя с теплообменником, охлажденным водой, подаваемой насосами из глубин океана. В настоящее время предпочтение отдается ОТЭС открытого типа. Стоимость электроэнергии ОТЭС 6-8 центов/кВт×ч, что соизмеримо с 2-3 центами/кВт×ч стоимости для ТЭС (угольных) и значительно дешевле стоимости электроэнергии солнечных установок (2 дол/кВт×ч). Первую опытную ОТЭС мощность 22 кВт сконструировал ученик д’Арнсонваля французский инженер Ж. Клод и в 1928 году испытал ее на северном побережье Кубы. Сейчас ОТЭС работают в Японии, США, Франции, Великобритании и других странах. Ведутся интенсивные научные исследования в этой области.

Первый в мире патент на устройство, использующее энергию волн, был выдан французам – отцу и сыну Жерарам в 1799 году. Одна из первых, практически действующих волновых установок, предназначенных для подачи воды в водонапорную башню, начала работать в 1889 году на побережье недалеко от Нью-Йорка. Сложность реализации многочисленных проектов преобразования энергии волн определяется низкой концентрацией энергии, непостоянством ее в пространстве и времени, широким спектром колебаний, агрессивностью океанической среды и значительными трудностями в передаче энергии на берег. Все волновые установки условно делятся на два контура: первичный, обеспечивающий непосредственное извлечение и передачу энергии волны рабочему органу, и вторичный, преобразующий извлеченную энергию к виду, удобному для потребителя. В первичном контуре используются различные физические волновые эффекты, такие, как изменение уровня воды относительно стационарно помещенного тела; периодическое изменение наклона волновой поверхности; гидродинамическое давление жидкости на преобразователь; переменное гидростатическое давление, действующее на установку. В качестве рабочего органа используется элемент конструкции установки, газ или жидкость, в том числе воздух или морская вода. Вторичный контур может состоять из нескольких ступеней, в которых, на определенных этапах, передача энергии выполняется механическим, гидравлическим или пневматическим способом. Преобразователями энергии могут служить воздушные и гидравлические турбины, гидромоторы, пьезоэлектрические генераторы, индукционные электрические машины и электрогенераторы. В настоящее в США, Японии, Швеции, Китае и многих странах осуществляются крупные научно-технические программы связанные с проблемой извлечения энергии из морских волн.

Значительной плотностью концентрации энергии в океане, наряду с амплитудой температуры, отличаются источники энергии, связанные с градиентами солености морской воды. Известны следующие способы преобразования энергии градиента солености: осмотический, при котором используется осмотический поток воды через полупроницаемую мембрану, разделяющую растворы разной концентрации; обратного электролиза, когда используется направленная диффузия ионов через катионообменную и анионообменную мембраны к электродам; адиабатного расширения пара, когда разность давлений водяного пара над растворами разных концентраций срабатывается в вакуумной паровой турбине; электрохимический, при котором электрический ток возникает между обратимыми электродами, помещенными в морскую и пресную воду, потоки, которых разделены пористой перегородкой; механико-химический, когда используется циклическое сжатие – расширение некоторых полимеров при соприкосновении с растворами разной концентрации; замораживания, когда используется увеличение объема или давления при замораживании пресной воды путем использования более холодной морской воды.

Предполагаемая стоимость электроэнергии, которую можно получить при использовании градиента солености морской воды около 3-4 центов/кВт×ч. С 1979 года в США, Швеции, Японии, Израиле и других странах ведутся научные разработки программ и проектов в этой области, созданы опытно-промышленные установки по использованию энергии градиента солености морской воды.

В настоящее время существуют многочисленные проекты использования энергии морских течений для большой и малой энергетики. Большинство из них основано на использовании лопастных рабочих колес с вертикальной или горизонтальной осью вращения, погруженных в поток воды. При этом широко реализуются идеи ветроэнергетики – турбина Дарье, ротор Савониуса, а также горизонтальные гидротурбины и другие типы водяных двигателей.

В решении мировых энергетических проблем все больше внимания уделяется использованию водорода, как вероятной замене жидкого топлива и природного газа. В Японии разработаны установки по производству водорода из морской воды. Практически неисчерпаемым источником энергии является термоядерный синтез с применением дейтерия – тяжелого водорода. В океане содержится около 2,5 · 10¹³ тонн дейтерия. Количество тяжелого водорода, которое содержится в 1 литре воды, может дать столько энергии, сколько 120 литров бензина. Развитие термоядерной энергетики позволит значительно увеличить использование энергоресурсов Мирового океана.

Еще одно очень интересное направление – океаническая биоэнергетика, позволяющая “выращивать” топливо в океане. Огромное количество солнечной энергии накапливают бурые водоросли, которые в естественных условиях вырастают на 60 сантиметров в день, достигая длины до 60 метров. В последнее десятилетие их зеленая масса стала потенциальным источником получения метана – заменителя природного газа.

Мировой океан – это наша колыбель и будущее. Человек всегда мечтал подчинить себе его могучую энергию. В наши дни фантазия воплощается в реальность. Главное преимущество энергии океана в относительной неиссякаемости ее источников. Кроме того, преобразование всех видов энергии Мирового океана и их использование происходит без выделения тепла в окружающую среду в отличие от существующих в настоящее время традиционных энергетических установок на химическом и ядерном топливе. Что касается возможного вредного воздействия на окружающую среду, то оно может быть, предотвращено техническими способами и разумным потреблением энергии океана.

Рекреационные ресурсы. Под рекреацией понимается система, обеспечивающая потребность рекреантов (отдыхающих) в использовании их свободного времени для оздоровительной, спортивной и культурно-развлекательной деятельности. Она развивается на специализированных территориях, находящихся вне населенного пункта, являющегося местом их постоянного жительства. Длительный отдых (рекреация с ночлегом вне места постоянного проживания) по своему содержанию совпадает с понятием туризм. Большинство туристов преследует цели рекреации.

Океан и его берега с глубокой древности привлекали человека как место отдыха и восстановления здоровья. В настоящее время все большее развитие получает талассотерапия – лечение морем с использованием тонизирующих и тренирующих методов оздоровления. Морские берега обладают богатыми климатобальнеологическими возможностями, обусловленными специфическим воздействием морской воды и климата побережий на организм человека. Морские соли, насыщающие воздух, легко всасываются поверхностью легких, благоприятно воздействуя на обменные процессы в организме. Примеси солей брома, ритмичный шум прибоя и вид спокойного моря способствуют снятию возбуждения центральной нервной системы. Морская вода оздоровляюще действует на все функции организма человека, повышает его реактивность. Ионы магния морской воды активизируют жизненные процессы, связанные с образование костной ткани, делением клетки, обменом веществ. Накопление магния в организме человека стимулирует выведение из него радиоактивных элементов. Применение морской воды во многих случаях дает большой лечебный эффект, оказывает положительное воздействие на дыхательную систему, кровообращение, органы внутренней секреции, нервную систему и т. д. Важным фактором приморских курортов являются морские купания, оказывающие заметное влияние на нервную систему и внутренние органы. Часто привлекательность морских побережий усиливается наличием лечебных грязей и минеральных вод.

География рекреационного использования морских и океанических побережий зависит от аттрактивности (привлекательности) тех или иных участков берега, она связана с доступностью и удобством расположения, особенностями климата, развитием сферы обслуживания, социально-историческим фактором, возможностями развития морских видов спорта, спортивного рыболовства и т. д.

В Европе наиболее привлекательными местами для отдыхающих и туристов являются берега Средиземного, Черного, Северного и Балтийского морей. В северной Америке выделяется своей притягательностью побережье Флориды и Калифорнии. Крупные курорты на берегу Тихого океана имеет Мексика. Знамениты курорты Антильских и Бермудских островов, Бразилии, Перу, Колумбии, Венесуэлы и т. д. В Африке большими рекреационными ресурсами обладают северные побережья Марокко, Алжира, Туниса, Ливии и Египта. Благоприятные условия для развития прибрежного отдыха имеются в Индии, Японии, Вьетнаме, Австралии и других регионах.

Океан имеет также важное транспортное значение. На морской транспорт приходится около 80 % всего мирового грузооборота и свыше 95 % перевозок, связанных с мировой торговлей. Понятие “морской транспорт” развивается с освоением океана и быстрым научно-техническим прогрессом. В Мировом океане все большее развитие получают трубопроводный транспорт, авиация, линии электропередачи. Они приобретают специфичные черты, определяемые условиями океана. В результате строительства тоннелей, мостов через морские преграды в океан внедряются такие чисто сухопутные виды транспорта, как автомобильный и железнодорожный.