Загадки океана

Вершинский Н. В.

Это значительно ниже количества выделения энергии на единицу массы при других реакциях, используемых бактериями.

Некоторые исследователи связывают размножение различных микробов на поверхности Земли с солнечной активностью. Они соотносят эпидемии и пандемии с количеством пятен на Солнце. Физический механизм этой связи пока не установлен, но сама она сомнений не вызывает и рассматривается как одно из положений космической биологии. Микробное население экологических оазисов океана представляет интересную возможность для дальнейшего исследования этого важного вопроса. В темную глубину океана, где находятся экологические оазисы, электромагнитные излучения Солнца не доходят.

Оазисы надежно заэкранированы от них слоем соленой воды в 2500 м толщиной. Спрашивается: будет ли изменяться численность различных микробов там при колебаниях солнечной активности?

Недавно президент Академии наук СССР академик Г. И. Марчук отметил актуальность изучения солнечно — земных связей. Наблюдения за поведением микроорганизмов в экологических оазисах позволят подойти к исследованию этого вопроса с новой стороны. Этот вопрос впервые поднял известный советский ученый A. Л. Чижевский. Но он до сих пор мало исследован.

Подводная энергетика. На первом месте по величине удельной теплоты окисления в реакциях бактерий стоит водород. Его удельная теплотворная способность равна 28000 ккал на 1 кг (при 237 Мдж*моль^{– 1}). Водород — первый и самый теплотворный химический элемент из всей таблицы Менделеева. Не зря питание водородом освоили микроорганизмы. Водородоокисляющие бактерии успешно используют эту реакцию давным — давно, с тех пор, как появились в океане.

Содержание растворенного водорода в Мировом океане без учета его количества в водах гидротерм составляет в среднем всего около 10~⁶ мл/л океанской воды при нормальных условиях. Но объем вод Мирового океана очень велик — около 1,33•10¹⁸ м³, или 1,33•10²' л. Поэтому объем растворенного водорода определяется большой цифрой:

1,33•10²¹ л • 10^{– 5} мл/л = 1,33•10¹⁶ мл = 1,33•10¹³ л.

Плотность водорода при нормальных условиях, т. е. при 0° и давлении 1 атм, равна 0,0899 г/л. Средняя плотность водорода, растворенного в воде Мирового океана, вычисляемая по формуле Менделеева — Клайперона, составляет 16,7 г/л (при расчете плотности среднее гидростатическое давление было принято равным 186 атм, а средняя температура вод Мирового океана равна 276,8°К).

Полная масса водорода, растворенного в водах Мирового океана, без вод гидротерм определяется произведением:

1,33•10¹³ л • 16,7 г/л = 22,2•10¹³ г = 22,2•10¹⁰ кг = 2,2•10⁸ т.

Значительно больше растворенного водорода содержится в гидротермах близ океанского дна. Концентрация водорода в гидротермах, по некоторым данным, достигает 3 мл/л, почти в 300 000 раз больше среднего содержания в водах Мирового океана. Примем, что объем воды всех гидротерм, вместе взятых, составляет 0,1 % от полного объема вод Мирового океана, т. е. 1,33•10¹⁸ л. При этом условии в гидротермах будет находиться водород в количестве:

1,33•10¹⁸ л • 3 мл/л = 4•10¹⁸ мл = 4•10¹⁵ л

Определить полную массу водорода, растворенного в гидротермах, труднее, так как точно пока неизвестна средняя их температура, так же как и среднее значение гидростатического давления. Поэтому условно примем, что средняя плотность водорода в гидротермах

составляет те же 16,7 г/л. Тогда полная масса растворенного в них водорода составит:

4•10¹⁵ л • 16,7 г/л = 67•10¹⁵ г = 6,7•10¹³ кг = 6,7•10¹⁰ т, т. е. более 60 млрд. т

Это — громадная цифра. Она свидетельствует, что гидротермы — богатый источник водорода, который к тому же непрерывно пополняется. Вместе со струями гидротерм в океан непрерывно поступают новые порции растворенного водорода. Это — практически неиссякаемый источник отличного топлива. Необходимо научиться извлекать его оттуда на пользу народного хозяйства.

Подсчет имеет весьма приближенный характер. Сегодня еще нет точных данных о полном объеме гидротермальных вод в Мировом океане, их средней температуре и средней концентрации водорода в них. Однако при любой возможной ошибке в подсчете (даже в 10 раз!) оказывается, что водород представляет собой мощный источник энергии.

Использование энергии растворенного водорода может быть очень полезно для различных целей. Например, для добычи ценных подводных руд, для их поиска в глубоководных районах океана, для повышения биологической продуктивности океана с помощью искусственного апвеллинга и многих других целей. В том числе для пополнения ограниченных запасов энергии на подводных обитаемых аппаратах (ПОА), применяемых для изучения наиболее глубоководных районов Мирового океана.

Одним из главных ограничений в радиусе действия ПОА является недостаточный запас энергии в электрических аккумуляторах ПОА. Извлекая растворенный водород из гидротерм на месте выполнения работ, ПОА смогут значительно увеличить свои энергетические ресурсы. И не только их.

Избыток энергии на борту ПОА позволит существенно улучшить автономность аппаратов по запасам кислорода и условиям обитания экипажа. Для решения всех этих вопросов необходима новая техника, достойная приближающегося XXI в.

Чтобы извлечь из океанской воды растворенный в ней газ, ее придется прокачивать через деаэратор. Так называется особый прибор для извлечения растворенных газов из воды. Впервые с необходимостью создания такого прибора столкнулся французский ученый Жорж Клод в своих экспериментах над теплоэнергетической установкой открытого цикла. Это было в первой трети заканчивающегося столетия. Тогда ему не удалось решить эту задачу.

В последние годы в этом направлении работают американские ученые в связи с разработкой той же открытой системы преобразования тепловой энергии океана. В их задачу входит удаление из воды всех растворенных газов. В нашем случае задача осложняется тем, что требуется освоить выделение из воды водорода и отдельно от него кислорода. Последний необходим для сжигания топлива и дыхания экипажа.

Кислорода в водах Мирового океана растворено в среднем значительно больше, чем водорода. Но есть еще и другие газы, в том числе много углекислоты. Чтобы смогла успешно развиваться подводная энергетика, необходимо создать такие деаэраторы, которые обеспечат раздельное выделение различных газов из воды.

Человечество еще только подходит к широкому применению водорода на Земле. Бактерии нас явно опередили. Многие ученые считают: водород — топливо будущего. Для такого суждения имеются достаточно веские основания.

Кроме высокой энергоемкости, т. е. высокой теплотворной способности, применение водорода в качестве топлива обеспечивает экологическую чистоту окружающей среды. В цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, работающих на водороде, процесс горения идет по тому же уравнению, что и в теле бактерии. Поэтому вместо ядовитых выхлопных газов образуются пары воды, не загрязняющие атмосферу.