БИБЛИОТЕКА

Просмотров

Website Hit Counters

МИКРО-ЭЛЕМЕНТЫ БЛАГО И ЗЛО

СОДЕРЖАНИЕ

ЛИВЕНЬ БУДЕТ СИЛЬНЕЕ, ЧЕМ КАЖЕТСЯ НА ПЕРВЫЙ ВЗГЛЯД

Книга "МИКРО-ЭЛЕМЕНТЫ БЛАГО И ЗЛО"Для определения предстоящего техногенного поступления микроэлементов использованы данные о ресурсах полезных ископаемых, относящиеся к концу 1970-х гг. Их нельзя считать окончательными. Нет сомнения в том, что будут открыты и вовлечены в эксплуатацию новые месторождения, известные запасы минерального сырья будут пересмотрены в сторону увеличения, как это было уже не раз.

 

Нагляден пример жидкого топлива. В 1928 г. в издательстве «Московский рабочий» вышел в свет сборник «Жизнь и техника будущего». Там на стр. 192 написано: «Нефти при неизменном потреблении хватит на 50 лет, а с учетом увеличения потребления — на 20—25...»

В 1950 г., когда согласно этим прогнозам человечество должно было дожигать последние литры горючего, мировые запасы нефти (без СССР) оценивались в 20 млрд. т, через 10 лет они удвоились, а к 1978 г. составили 74,6 млрд. т — возросли почти в 4 раза, хотя за четверть века из недр Земли было выкачано немало нефти. Прошел всего год, и на X Мировом нефтяном конгрессе в Румынии доказанные мировые запасы были оценены в 115 млрд. т.

Еще один пример

На XI Международном геологическом конгрессе в Стокгольме в 1910 г. профессор Г. Сьёгрен сделал обзор относительно запасов железных руд и пришел к выводу, что их хватит не более чем на одно столетие. По современным оценкам, человечество вполне обеспечено железом до 2500 г.

Поиски месторождений урана по вполне понятным причинам ведутся весьма интенсивно, и вот результат: только в течение пятилетия (1973—1978 гг.) известные запасы почти удвоились.

 

Любопытно, что пополнение рудных запасов происходит иной раз за счет давно освоенных районов, где как будто не приходится рассчитывать на открытие новых богатых месторождений.

Так, один из крупнейших в мире меднорудных бассейнов — Легницко-Глогувский — был открыт в 1957 г. в Юго-Западной Польше, на левобережье Одры, недалеко от Вроцлава.

Запасы металлов еще более возрастут за счет использования в будущем бедных руд, которые в настоящее время не учитываются, поскольку не имеют промышленного значения.

Полтора века назад считалось невыгодным разрабатывать руды с содержанием меди меньше 10 %. Сейчас эксплуатируются залежи с концентрацией металла 0,4 % и считается реальной еще до 2000 г. организация промышленной добычи меди из морской воды, в которой она присутствует в количестве 0,003 мг в 1 л.

 

По мере совершенствования технологических процессов даже обычный гранит может стать разрабатываемой полиметаллической рудой. Подсчитано, что в 100 т гранита содержится в среднем 8 т алюминия, 5 т железа, 540 кг титана, по 80 кг марганца и хрома, 18 кг никеля, 14 т ванадия, 9 кг меди, 4,5 кг вольфрама, около 2 кг свинца и другие металлы. Правда, извлечение всех этих элементов потребует весьма больших затрат энергии.

Запасы полезных ископаемых значительно увеличатся также за счет дальнейшего проникновения в глубь земной коры на такие глубины, где ныне пребывание человека невозможно из-за высоких температур. Руду там будут добывать машины-автоматы, обслуживаемые роботами. Кстати, уже в наши дни выпускаются многие сотни типов роботов различного назначения, в том числе для работы внутри атомных реакторов. В 1981 г. во всем мире было около 100 тыс. роботов.

Богатейшие запасы руд скрыты под толщей морской воды. На огромных пространствах океанического дна встречаются железомарганцевые конкреции — стяжения размером в кулак1. На глубинах 4—6,5 км они иногда образуют сплошной покров, напоминающий булыжную мостовую. Конкреции получили название по двум металлам, содержащимся в них в наибольшем количестве. Марганца в них около 25 %, железа — 14 %, остальное приходится на никель, кобальт, медь и др.— всего 38 элементов, включая уран.

Рудные запасы моря огромны

Конкреции покрывают около 10 % дна Мирового океана, что соответствует площади Северной Америки и Европы; в Тихом океане они распространены на 20 % площади (рис. 10). При современном уровне потребления металлов морских запасов молибдена, олова, урана и кобальта хватило бы на 1 млн. лет. Впрочем, это сугубо теоретический подсчет. Не все участки, где встречаются конкреции, отличаются достаточно высокими запасами на единицу площади, не везде будет выгодно вести добычу.

Океаническое дно — не только «кладовая», но и «фабрика» руды, запасы которой продолжают наращиваться. Морская руда — возобновимый источник сырья. До сих пор не ясно, образуются ли конкреции только за счет химических процессов или также при участии микро-организмов-концентраторов.

О скорости роста конкреций имеются различные данные. На глубоководьях Тихого океана нарастание идет со скоростью около 1 мм за тысячелетие, а у юго-западных берегов Крыма — до 3—4 мм за сто лет. Приведенные цифры кажутся не очень значительными, но они обеспечивают ежегодный «урожай» металлов во многие миллионы тонн2.

Промышленная разработка запасов руды морского дна уже началась. Специально оборудованное американское судно «Дипси майнер» («Глубоководный рудокоп») добывало при испытаниях с глубины 900 м до 1600 т подводной руды в сутки. Подсчитано, что поднятая руда обеспечивала 16 % суточной потребности США в марганце и 32 % — в кобальте и никеле. В самые ближайшие годы и другие страны включатся в эксплуатацию подводных залежей.

На первых порах добычу будут вести с кораблей, снабженных драгами. На очереди конструирование подводных поселений3, оборудование подводных рудников, разработка совершенно иных технологических процессов, создание совершенно новой техники, в которую человек, по выражению футурологов из ФРГ X. Байнхауэра и Э. Шмакке, «должен вложить столько же выдумки, фантазии и труда, сколько он вложил в космическую технику». Высказано мнение, что не позднее 1990 г. затраты средств на исследование Мирового океана, на развитие морской техники сравняются с затратами на космические исследования.

Основные районы распространения железомарганцевых конкреций в Мировом океане

Основные районы распространения железомарганцевых конкреций в Мировом океане (из книги О. К. Леонтьева «Дно океана»)

Да и сама морская вода представляет собой неисчерпаемый объект для эксплуатации. В ней обнаружено присутствие всех химических элементов. Пока добываются немногие из них. В заметных количествах из морской воды извлекается магний. В 1967—1968 гг. было полечено 0,5 млн. т морского магния — около 20 % мирового производства. Потребность Великобритании в магнии на 80 % удовлетворяется за счет моря. В Японии пущен завод по получению из морской воды урана, который обходится лишь вдвое дороже, чем при добыче на суше. Видимо, в недалеком будущем (до конца XX в.) из морской воды станут получать медь.

На суше различают залежи с разной степенью концентрации металлов. Неодинакова и «жидкая руда». В Мировом океане известны гидрохимические аномалии, приуроченные, как правило, к участкам тектонически неспокойным, к зонам глубинных разломов, раскалывающих дно. В таких местах земная кора наиболее тонка и наиболее проницаема, снизу происходит выдавливание мантийного вещества.

Очень интересный пример такого рода аномалий — уже упоминавшиеся нами глубоководные впадины Атлантис-1 и Дисковери, расположенные посередине дна Красного моря на широте Мекки. Минерализация воды во впадинах более чем в 7 раз превосходит среднюю соленость моря, а для некоторых элементов различия в концентрации еще более внушительны. Например, содержание свинца в сотни, а марганца и цинка — в тысячи раз выше, чем в обычной морской воде. Это один из перспективных районов эксплуатации «жидкой руды».

В будущем станет широко практиковаться опреснение морской воды. При этом возникнут отходы — значительные количества концентрированных рассолов, представляющих собой, в сущности, обогащенную «жидкую руду». Отсюда совершенно очевидна явная выгода комбинирования заводов по извлечению металлов из моря с опреснителями. Подсчитано, что из отходов опреснительной установки производительностью 1 млн. куб. м воды в сутки может быть за год получено около 2 млн. т магния, 3 т урана, 1 т редкоземельных элементов, не говоря о различных солях.

В 1872 г. в морской воде было открыто золото. Тридцать лет спустя шведский ученый С. Аррениус подсчитал, что во всем Мировом океане его содержится 8 млрд. т. Некоторые более поздние подсчеты дали близкие цифры, но теперь они считаются преувеличенными. Согласно современным оценкам, среднее содержание золота в морской воде равно 0,000004 мг/л.

Следовательно, в океане в противоположность прежним расчетам содержится «всего лишь» около 5,5 млн. т золота. Но и на фоне этой цифры запасы желтого металла на суше в виде доступных для эксплуатации коренных и россыпных месторождений, составляющие около 35 тыс. т. (без социалистических стран) выглядят весьма скромно.

Вот уже несколько десятков лет умы изобретателей будоражит идея добычи золота из морской воды. После первой мировой войны этими вопросами усиленно занимались немецкие химики. К концу 20-х годов уже насчитывалось около 30 патентов на получение золота из морской воды, но их практическая реализация экономически не выгодна. В 1942 г. француз Баур предложил проект установки для добычи золота из моря, но гигантское сооружение оказалось явно нерентабельным.

И тем не менее многие исследователи продолжают сохранять оптимизм. Ныне надежда возлагается на ионообменные смолы, способные улавливать, как показали экспериментальные работы в лабораторных условиях, золото, серебро, уран, медь, цинк, висмут и другие элементы.

Не исключено, что в будущем получение рассеянных редких металлов из морской воды может стать попутным занятием любого морского судна. Во время плавания вода будет прокачиваться через поглотительное устройство и освобождаться от ценных примесей. Нужно только периодически менять фильтры.

Продолжая разговор о море, следует отметить, что многие обитающие там организмы обладают способностью концентрировать те или иные элементы. Моллюски накапливают медь, медузы — свинец, цинк и олово, лангусты — кобальт. Есть накопители ванадия, стронция, никеля, урана, молибдена и других металлов. В бедной минеральными ресурсами Японии уже сейчас налажено получение ванадия из асцидий — морских животных, ведущих сидяче-прикрепленный образ жизни.

В будущем на морских мелководьях возникнут «фермы», где будет выращиваться «живая руда» — организмы-накопители, поглощающие элементы, рассеянные в океане. С помощью селекции человек сможет еще более увеличить способность организмов моря к концентрированию микроэлементов.

Каким образом организмы накапливают элементы, имеющие ничтожные концентрации в морской воде? Пока это неизвестно. Но когда тайна будет раскрыта, очень возможно, что принципы действия живых концентратов будут применены к техническим устройствам, извлекающим из воды нужные человеку вещества. Есть достаточно много примеров удачного подражания, использования инженерами «подсказок» природы (летучие мыши и радар, кожа дельфинов и покрытие подводных кораблей).

Наступит также время использования внеземного минерального сырья

Футурологи пытаются даже предсказать, когда начнется добыча полезных ископаемых в космосе. То, что пишут сейчас о практическом осуществлении этой идеи, напоминает страницы фантастического романа. На астероидах роботы плавят руду с помощью солнечных лучей. Ракеты доставляют громадные слитки на околоземную орбиту. Там их вновь переплавляют, вводят в них газ и превращают в легкие пористые пеноблоки, которые можно мягко приводнять в океан — они не утонут. После этого остается отбуксировать их с помощью морских судов в пункты назначения для дальнейшей переработки... Конечно, сейчас трудно поручиться, что все будет именно так.

Итак, мы видим, что исчерпание рудных залежей на материках вовсе не приведет к металлическому голоду. Использование новых источников сырья, прежде всего океана (оно уже началось), новые технологии позволят преодолеть возникающие трудности. Железный век не окончится. Но это значит, что техногенное рассеивание микроэлементов в окружающей среде будет продолжаться.

1  Иногда встречаются конкреции до 1 м в диаметре и весом до 850 кг.

2  Известны также единичные случаи гораздо более быстрого выпадения металлов из морской воды. У г. Сан-Диего (Калифорния) со дна моря, с глубины 200 м, был поднят артиллерийский снаряд, затонувший во время второй мировой войны. На его поверхности за два десятилетия образовалась корка из окиси железа и марганца 1,5 см.

3  Подводные дома испытываются в СССР и за рубежом. Энтузиаст исследования и освоения моря Жак-Ив Кусто уверен, что к 2000 г. в поселении на дне моря родится первый ребенок.