Океанические ресурсы
Содержание:
Введение
В
наши дни Мировой океан входит
в цивилизационный процесс
Эта совокупность включает в себя нижеследующие основные элементы: моря и океаны как естественные пути сообщения; как источники рыбы и некоторых других морских животных; как источники минерального сырья, содержащегося в морской воде, на дне и в недрах океана; как источник пресной воды, содержащейся во льдах океанов и морей (включая айсберги); как источник морской флоры, в первую очередь пригодной к употреблению в пищу или используемой в промышленном или сельскохозяйственном производстве; как вместилище для развития марикультуры; как ресурс рекреации (включая бальнеологию); как эстетический ресурс.
В
разных районах земного шара различно
количество океанических природных ресурсов,
их соотношение. Поэтому различны и возможности
их использования, освоения природно-ресурсного
потенциала Мирового океана, океанического
природопользования в целом. Отсюда же
вытекают и предпосылки развития тех или
иных отраслей хозяйства или социальной
сферы, связанных с морем и его ресурсами.
Океанические ресурсы
1. Минеральные ресурсы Мирового океана
Мировой океан, занимающий около 71% поверхности нашей планеты, также представляет собой огромную кладовую минеральных богатств. Полезные ископаемые в его пределах заключены в двух различных средах – собственно в океанической водной массе, как основной части гидросферы, и в подстилающей ее земной коре, как части литосферы. По агрегатному состоянию и соответственно условиям эксплуатации их подразделяют на:
1) жидкие, газообразные и растворенные, разведка и добыча которых возможна при помощи буровых скважин (нефть, природный газ, соль, сера и др.);
2)
твердые поверхностные,
3)
твердые погребенные,
Широко
применяется также
1.1. Гидрохимические ресурсы Мирового океана
Гидрохимические ресурсы Мирового океана – это элементы солевого состава океанских и морских вод, которые можно использовать для хозяйственных нужд. По современным оценкам, такие воды содержат около 80 химических элементов, о разнообразии которых дает представление рисунок 1. В наибольшем количестве океаносфера содержит соединения хлора, натрия, магния, серы, кальция, концентрация которых (в мг/л) довольно высока; в эту же группу входят водород и кислород. Концентрация большинства других химических элементов значительно меньше, а иногда мизерная (например, содержание серебра составляет 0,0003 мг/л, олова – 0,0008, золота – 0,00001, свинца – 0,00003, а тантала – 0,000003 мг/л), поэтому морскую воду и называют «тощей рудой». Однако при общем огромном ее объеме суммарное количество некоторых гидрохимических ресурсов может оказаться довольно значительным.
По имеющимся оценкам, 1 км3 морской воды содержит 35 – 37 млн. т растворенных веществ. В том числе около 20 млн. т соединений хлора, 9,5 млн. т магния, 6,2 млн. т серы, а также примерно 30 тыс. т брома, 4 тыс. т алюминия, 3 тыс. т меди. Еще 80 т приходится на марганец, 0,3 т – на серебро и 0,04 т – на золото. Кроме того, в 1 км3 морской воды содержится много кислорода и водорода, есть еще углерод и азот.
Все это создает базу для развития «морской» химической промышленности.
1.2. Геологические ресурсы Мирового океана
Геологические ресурсы Мирового океана – это ресурсы минерального сырья и топлива, содержащиеся уже не в гидросфере, а в литосфере, т. е. связанные с океаническим дном. Их можно подразделить на ресурсы шельфа, материкового склона и глубоководного ложа океана. Главную роль среди них играют ресурсы континентального шельфа, занимающего площадь 31,2 млн. км2, или 8,6% общей площади океана.
Наиболее известный и ценный минеральный ресурс Мирового океана – углеводороды: нефть и природный газ. Еще по данным на конец 80-х гг. XXв., в Мировом океане было разведано 330 осадочных бассейнов, перспективных на нефть и газ.
Примерно
в 100 из них было открыто около 2000 месторождений.
Большинство этих бассейнов являются
продолжением бассейнов суши и представляют
собой складчатые геосинклинальные структуры,
но встречаются и чисто морские осадочные
нефтегазоносные бассейны, не выходящие
за пределы своих акваторий.
Рис.
1. Гидрохимические ресурсы
океаносферы (по Р. А.
Крыжановскому1)
По некоторым оценкам, общая площадь таких бассейнов в пределах Мирового океана достигает 60 – 80 млн. км2. Что же касается их запасов, то в разных источниках они оцениваются по-разному: по нефти – от 80 млрд. до 120 – 150 млрд. т, а по газу – от 40 – 50 трлн. м3 до 150 трлн. м3. Примерно 2/3 этих запасов относится к акватории Атлантического океана.
При характеристике нефтяных и газовых ресурсов Мирового океана обычно прежде всего имеют в виду наиболее доступные ресурсы его шельфа. Самые крупные нефтегазоносные бассейны на шельфе Атлантического океана разведаны у берегов Европы (Североморский), Африки (Гвинейский), Центральной Америки (Карибский), менее крупные – у берегов Канады и США, Бразилии, в Средиземном и некоторых других морях. В Тихом океане такие бассейны известны у берегов Азии, Северной и Южной Америки и Австралии. В Индийском океане ведущее место по запасам занимает Персидский залив, но нефть и газ обнаружены также на шельфе Индии, Индонезии, Австралии, а в Северном Ледовитом океане – у берегов Аляски и Канады (море Бофорта) и у берегов России (Баренцево и Карское моря). К этому перечню нужно добавить и Каспийское море.
Однако
на континентальный шельф
Кроме нефти и природного газа, с шельфом Мирового океана связаны ресурсы твердых полезных ископаемых. По характеру залегания они подразделяются на коренные и россыпные.
Коренные залежи угля, железных, медно-никелевых руд, олова, ртути, поваренной и калийной солей, серы и некоторых других полезных ископаемых погребенного типа генетически обычно связаны с месторождениями и бассейнами прилегающих частей суши. Они известны во многих прибрежных районах Мирового океана, и в отдельных местах их разрабатывают при помощи шахт и штолен (рис. 2).
Прибрежно-морские россыпи тяжелых металлов и минералов следует искать в пограничной зоне суши и моря – на пляжах и в лагунах, а иногда и в полосе затопленных океаном древних пляжей.
Из содержащихся в подобных россыпях руд металлов наибольшее значение имеет оловянная руда – касситерит, залегающая в прибрежно-морских россыпях Малайзии, Индонезии и Таиланда. Вокруг «оловянных островов» этого района они прослеживаются на расстоянии 10 – 15 км от берега и до глубины 35 м. У берегов Японии, Канады, Новой Зеландии и некоторых других стран разведаны запасы железистых (титаномагнетитовых и монацитовых) песков, у берегов США и Канады – золотоносных песков, у берегов Австралии – бокситов. Еще более распространены прибрежно-морские россыпи тяжелых минералов. Прежде всего это относится к побережью Австралии (ильменит, циркон, рутил, монацит), Индии и Шри-Ланки (ильменит, монацит, циркон), США (ильменит, монацит), Бразилии (монацит). У берегов Намибии и Анголы известны россыпные месторождения алмазов.
Несколько особое положение в этом перечне занимают фосфориты. Большие залежи их обнаружены на шельфе западного и восточного побережий США, в полосе атлантического побережья Африки, вдоль тихоокеанского побережья Южной Америки. Однако еще советскими океанологическими экспедициями в 60 – 70-х гг. XX в. фосфориты были разведаны не только на шельфе, но и в пределах материкового склона и вулканических поднятий в центральных частях океанов.
Из других твердых минеральных ресурсов наибольший интерес представляют железомарганцевые конкреции, впервые обнаруженные более ста лет назад английским экспедиционным судном «Челленджер». С тех пор их исследовали океанографические экспедиции многих стран, в том числе и советские на судах «Витязь», «Академик Курчатов», «Дмитрий Менделеев» и др. Было установлено, что такие конкреции встречаются на глубинах от 100 до 7000 м, т. е. и в шельфовых морях, например, Карском, Баренцевом, и в пределах глубоководного ложа океана и его впадин. На больших глубинах залежей конкреций гораздо больше, так что эти своеобразные бурые «картофелины» величиной от 2 – 5 до 10 см образуют почти сплошную «мостовую». Хотя конкреции называют железомарганцевыми, поскольку они содержат 20% марганца и 15% железа, в них в меньших количествах имеются также никель, кобальт, медь, титан, молибден, редкоземельные и другие ценные элементы – всего более 30. Следовательно, фактически они являются полиметаллическими рудами.
Общие запасы конкреций в Мировом океане оценивают с очень большой «вилкой»: от 2 – 3 трлн. т до 20 трлн. т, а извлекаемые – обычно до 0,5 млрд. т. Надо учитывать и то, что они ежегодно прирастают на 10 млн. т.
Главные скопления конкреций находятся в Тихом океане, где они занимают площадь 16 млн. км2. Там принято выделять три главные зоны (котловины) – северную, среднюю и южную. На отдельных участках этих котловин плотность конкреций достигает 70 кг на 1 м2 (при средней примерно 10 кг). В Индийском океане конкреции разведаны также в нескольких глубоководных котловинах, главным образом в центральной его части, но залежи их в этом океане значительно меньше, чем в Тихом, а качество хуже. Еще меньше конкреций в Атлантическом океане, где более или менее обширные их поля находятся на северо-западе, в Северо-Американской котловине, и у берегов Южной Африки (рис. 2).
Помимо
конкреций, на дне океана имеются
железомарганцевые корки, покрывающие
породы в зонах срединно-океанических
хребтов. Эти корки нередко располагаются
на глубинах 1 – 3 км. Интересно, что марганца
в них содержится гораздо больше, чем в
железомарганцевых конкрециях. Встречаются
в них и руды цинка, меди, кобальта.
Рис.
2. Минеральные ресурсы
дна Мирового океана (по
В. Д. и М. В. Войлошниковым2)
Россия, имеющая береговую линию очень большой протяженности, владеет и самым обширным по площади континентальным шельфом (6,2 млн. км2, или 20% мирового шельфа, из которых 4 млн. км2 перспективны на нефть и газ). Большие запасы нефти и газа уже обнаружены на шельфе Северного Ледовитого океана – прежде всего в Баренцевом и Карском морях, а также в Охотском море (у побережья Сахалина). По некоторым оценкам, с акваториями морей в России связано 2/5 всех потенциальных ресурсов природного газа. В прибрежной зоне известны также месторождения россыпного типа и карбонатные залежи, используемые для получения строительных материалов.
В качестве своеобразных «ресурсов» дна Мирового океана можно рассматривать и сокровища затонувших судов: по подсчетам американских океанографов, на дне лежит не менее 1 млн. таких судов! Да и ныне их ежегодно гибнет от 300 до 400.
Больше всего подводных кладов находится на дне Атлантического океана, по просторам которого в эпоху Великих географических открытий в больших количествах вывозили в Европу золото и серебро. Десятки судов гибли от ураганов и штормов. В последнее время при помощи самой современной техники на дне океана были обнаружены остатки испанских галеонов. С них были подняты огромные ценности.
В 1985 г. американская поисковая команда обнаружила затонувший в 1912 г. знаменитый «Титаник», в сейфах которого были похоронены ценности на миллиарды долларов, включая 26 тыс. серебряных тарелок и подносов, но поднять их с глубины более 4 км пока не удалось.
В годы Второй мировой войны из Мурманска в Англию на крейсере «Эдинбург» было отправлено 465 золотых слитков (5,5 т) в счет оплаты военных поставок союзников. В Баренцевом море крейсер был атакован германской подводной лодкой и поврежден. Было принято решение затопить его, чтобы золото не попало в руки неприятеля. Спустя 40 лет водолазы спустились на глубину 260 м, на которой затонул корабль, и все золотые слитки были извлечены и подняты на поверхность.
2. Энергетические ресурсы Мирового океана
В Мировом океане заключены огромные, поистине неисчерпаемые ресурсы механической и тепловой энергии, к тому же постоянно возобновляющейся. Основные виды такой энергии – энергия приливов, волн, океанических (морских) течений и температурного градиента. Однако, как правило, концентрация такой энергии в водных массах очень невелика, что затрудняет ее эффективное производственное использование. Тем не менее в качестве потенциального резерва энергетические ресурсы Мирового океана имеют большое значение.
Особенно привлекает внимание энергия приливов (точнее, приливно-отливных движений воды, которые по предложению одного из виднейших российских океанологов Ю. М. Шокальского принято называть одним термином – приливы). Приливные явления известны людям с незапамятных времен и в жизни многих прибрежных стран играли и играют очень большую роль, в какой-то мере определяя весь ритм их жизни.
Общеизвестно, что приливы и отливы происходят два раза в сутки. В открытом океане амплитуда между полной и малой водой составляет примерно 1 м, но в пределах континентального шельфа, особенно в заливах и эстуариях рек, она бывает значительно большей. Суммарную энергетическую мощность приливов обычно оценивают от 2,5 млрд. до 4 млрд. кВт. Энергия только одного приливно-отливного цикла достигает примерно 8 трлн. кВт • ч, а это лишь немногим меньше общей мировой выработки электроэнергии в течение целого года. Следовательно, энергия морских приливов – неисчерпаемый источник энергии.
Отличительная черта приливной энергии – ее постоянство. Океан, в отличие от рек, не знает ни многоводных, ни маловодных лет. К тому же он «работает по графику» с точностью до нескольких минут. Благодаря этому количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно – в отличие от обычных ГЭС, на которых количество получаемой энергии зависит от режима реки, связанного не только с климатическими особенностями территории, по которой она протекает, но и с погодными условиями.
Тем не менее ученые считают, что технически возможно и экономически выгодно использовать лишь очень небольшую часть приливного потенциала Мирового океана (по некоторым оценкам, только 2%). При определении технических возможностей большую роль играют такие факторы, как характер береговой линии, форма и рельеф дна, сила волн и ветра. Опыт показывает, что для эффективной работы ПЭС высота приливной волны должна быть не менее 5 м. Чаще всего такие условия возникают в узких заливах и эстуариях рек. Но подобных мест на земном шаре не так уж много: по разным источникам 25, 30 или 40.
Считается, что наибольшими запасами приливной энергии обладает Атлантический океан. В его северо-западной части, на границе США и Канады, находится залив Фанди, представляющий собой внутреннюю суженную часть открытого залива Мэн. Этот залив знаменит самыми высокими в мире приливами, достигающими 18 м. Очень высоки приливы и у берегов Канадского Арктического архипелага. Например, у побережья Баффиновой Земли они поднимаются на 15,6 м. В северо-восточной части Атлантики приливы до 10 и даже 13 м наблюдаются в проливе Ла-Манш у берегов Франции в Бристольском заливе и Ирландском море у берегов Великобритании и Ирландии.
Велики также запасы приливной энергии в Тихом океане. В его северо-западной части особенно выделяется Охотское море, где в Пенжинской губе (северо-восточная часть залива Шелихова) высота приливной волны составляет 9 – 13 м. На восточном побережье Тихого океана благоприятные условия для использования приливной энергии имеются у берегов Канады, Чилийского архипелага на юге Чили в узком и длинном Калифорнийском заливе Мексики.
В пределах Северного Ледовитого океана по запасам приливной энергии выделяются Белей море, в Мезенской губе которого приливы имеют высоту до 10 м, и Баренцево море у берегов Кольского полуострова (приливы до 7 м). В Индийском океане запасы такой энергии значительно меньше. В качестве перспективных для строительства ПЭС здесь обычно называют залив Кач Аравийского моря (Индия) и северо-западное побережье Австралии. Однако и в дельтах Ганга, Брахмапутры, Меконга и Иравади приливы тоже составляют 4 – 6 м.
К числу энергетических ресурсов Мирового океана относят также кинетическую энергию волн. Энергию ветровых волн суммарно оценивают в 2,7 млрд. кВт в год. Опыты показали, что ее следует использовать не у берега, куда волны приходят ослабленными, а в открыто; море или в прибрежной зоне шельфа. В некоторых шельфовых акваториях волновая энергия достигает значительной концентрации: в США и Японии – около 40 кВт на 1 м волнового фронта, а на западном побережье Великобритании – даже 80 кВт на 1 м.
Еще один энергетический ресурс Мирового океана – океанические (морские) течения, которые обладают огромным энергетическим потенциалом. Достаточно вспомнить, что расход Гольфстрима даже в районе Флоридского пролива составляет 25 млн. м3/с, что в 20 раз превышает расход всех рек земного шара. А после того как Гольфстрим уже в океане соединяется с Антильским течением, его расход возрастает до 82 млн. м3/с. Уже не раз предпринималисьI попытки подсчитать потенциальную энергию этого потока шириной 75 км и толщиной 700 – 800 м, двигающегося со скоростью 3 м/с.
Когда говорят об использовании температурного градиента, то имеют в виду источник уже не механической, а тепловой энергии, заключенной в массе океанских вод. Обычно раз-гость температур воды на поверхности океана на глубине 400 м составляет 12 °С. Однако в акваториях тропиков, расположенных между 200 с. ш. и 20° ю. ш., верхние слои воды в океане могут иметь температуру 25 – 28°С, а нижние, на глубине 1000 м, – всего 5 °С. Именно в таких случаях, когда амплитуда температур достигает 20° и более, считается экономически оправданным использование ее для получения электроэнергии на гидротермальных электростанциях.
Теоретическая возможность такого использования сильного перепада температур океанских вод была доказана французскими учеными и инженерами еще в конце XIX в. Однако вплотную к техническому осуществлению этой идеи подошли только в 70-х гг. XX в. По современным представлениям, моретермальная электростанция является плавучей установкой, в теплообменнике которой нагретая Солнцем поверхностная океанская вода подогревает жидкость, испаряющуюся при сравнительно невысокой температуре, например аммиак. Получаемый при этом пар поступает к турбине, которая соединена с генератором, а затем отводится в глубинный холодный слой, где снова превращается в жидкость. Такая система имеет непрерывное действие, не нуждается в горючем и не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду. Издержки на ее эксплуатацию также невысоки. Однако моретермальные электростанции требуют больших инвестиционных затрат и имеют низкий (7 – 10%) коэффициент преобразования энергии.
В целом же энергетические ресурсы Мирового океана правильнее было бы отнести к ресурсам будущего.
3. Биологические ресурсы Мирового океана
Понятие о биологических ресурсах Мирового океана можно трактовать в двух смыслах – более широком и более узком. В первом из них это все разнообразие животных и растений, обитающих в морской и океанической среде, во втором – лишь та их часть, которая имеет или может иметь промысловое значение. Если действительно иметь в виду возможные для использования человеком ресурсы, то вторая трактовка, наверное, более правильна. Однако в литературе чаще встречается оценка суммарных биологических ресурсов Мирового океана.
Суммарную биомассу Мирового океана разные источники определяют с большими различиями, но чаще всего – в 35 – 40 млрд. т. Это означает, что биомасса Мирового океана значительно меньше биомассы суши. Для нее характерно также другое соотношение фитомассы (растительные организмы) и зоомассы (животные организмы). На суше фитомасса превышает зоомассу примерно в 2000 раз, а в Мировом океане биомасса животных превосходит биомассу растений более чем в 18 раз. Без учета человеческого вмешательства в природные процессы морские экосистемы, как и экосистемы суши, могут поддерживать себя сами.
Для биологических ресурсов Мирового океана характерны не только очень большие размеры, но и исключительное разнообразие. Воды морей и океанов, по существу, представляют собой густонаселенный мир множества живых организмов: от микроскопических бактерий до самых крупных животных на Земле – китов. На обширных океанских пространствах, от освещенной Солнцем поверхности до темного и холодного царства морских глубин, обитает около 180 тыс. видов животных, в том числе 16 тыс. различных видов рыб, 7,5 тыс. видов ракообразных, около 50 тыс. видов брюхоногих моллюсков. В Мировом океане насчитывается также 10 тыс. видов растений.
Исходя из образа жизни и местообитания, все живущие в Мировом океане организмы обычно подразделяют на три класса.
К первому классу, обладающему наибольшей биомассой и самым большим разнообразием видов, относят планктон (в переводе с греческого – «блуждающий», «парящий»), который, в свою очередь, подразделяют на фитопланктон и зоопланктон. Планктон распространен преимущественно в поверхностных горизонтах океанской толщи (до глубины 100 – 150 м), причем фитопланктон – главным образом мельчайшие одноклеточные водоросли – служит кормом для многих видов зоопланктона, который по объему биомассы (20 – 25 млрд. т) занимает в Мировом океане первое место.
Ко второму классу морских организмов относят нектон (в переводе с греческого – «плавающий»). Он включает в себя всех животных, способных самостоятельно передвигаться в водной толще морей и океанов. Это рыбы, киты, дельфины, моржи, тюлени, кальмары, креветки, осьминоги, черепахи и некоторые другие виды. Ориентировочная оценка суммарной биомассы нектона – 1 млрд. т, половина ее приходится на рыб.
Третий класс объединяет морские организмы, обитающие на дне океана или в донных отложениях, – бентос (в переводе с греческого – «прикрепленный ко дну», «глубинный»). В качестве представителей зообентоса можно назвать различные виды двустворчатых моллюсков (мидии, устрицы и др.), ракообразных (крабы, омары, лангусты), иглокожих (морские ежи) и других донных животных. Фитобентос представлен прежде всего разнообразными водорослями. По размерам биомассы зообентос (10 млрд. т) уступает только зоопланктону.
Географическое распространение биологических ресурсов Мирового океана (как и биологических ресурсов суши) крайне неравномерно. В его пределах довольно четко выделяются очень высокопродуктивные, высокопродуктивные, среднепродуктивные, малопродуктивные и самые малопродуктивные области. Естественно, что наибольший хозяйственный интерес представляют две первые из них. Именно эти области имел в виду В. И. Вернадский, когда писал о наличии в Мировом океане особых сгущений жизни. Такие сгущения жизни связаны преимущественно с шельфовыми зонами (рис. 3).
Интересно, что продуктивные области в Мировом океане могут иметь характер широтных поясов, что в значительной мере обусловлено неодинаковым распределением солнечной энергии. Так, обычно выделяют следующие природно-рыбохозяйственные пояса: арктический и антарктический (соответственно менее 1 и 15° площади океанского сектора), умеренные пояса Северного и Южного полушарий (11 и 34%) тропическо-экваториальный пояс (40%). Наибольшее хозяйственное значение из них имеет умеренный пояс Северного полушария.
Для более полной характеристики географического распространения биологических ресурсов большой интерес представляет распределение их между отдельными океанами Земли.
Первое место и по общему объему биомассы и по числу видов занимает Тихий океан. Это объясняется в первую очередь огромными размерами его акватории и большим разнообразием природных условий в ее пределах. Животный мир его по видовому составу в три-четыре раза богаче, чем других океанов. Фактически здесь представлены все виды живых организмов, населяющих Мировой океан.
Рис.
3. Рыбопродуктивность
Мирового океана (по
П. П. Моисееву): 1 – более
3000 кг/км2; 2
– более 1000; 3 – более 500; 4
– более 200; 5 – более 100; 6
– более 10; 7 – более
7 кг/км2
Тихий океан отличается от других также высокой биологической продуктивностью, особенно в умеренных и экваториальном поясах. Но еще более велика биологическая продуктивность в зоне шельфа: именно здесь обитает и нерестится подавляющее большинство тех морских животных, которые служат объектами промысла.
Очень богаты и разнообразны также биологические ресурсы Атлантического океана. Как и Тихий океан, он выделяется высокой средней биологической продуктивностью. Животные населяют всю толщу его вод. В умеренных и холодных водах обитают крупные морские млекопитающие (киты, ластоногие), сельдевые, тресковые и другие виды рыб, ракообразные. В тропической части океана количество видов измеряется уже не тысячами, а десятками тысяч. Разнообразные организмы обитают и в его глубоководных горизонтах в условиях огромного давления, низких температур и вечной тьмы. Плотность планктона наиболее велика между 45° и 75° обоих полушарий. А в прибрежных районах большое распространение имеют морские водоросли (макрофиты).