Факультет

Студентам

Посетителям

Руды в океане

Наступил новый этап в отношениях «океан—человек». Издавна хозяйственная жизнь человека связана с Мировым океаном; мореплавание и рыболовство, добыча водорослей и морского жемчуга, промысел морского зверя и разведение подводных плантаций. Но только недавно моря и океаны стали привлекать внимание людей как источник минерального сырья. Как показали первые же исследования, Мировой океан оказался просто «складом» сокровищ. Размеры их настолько велики, что даже несопоставимы с ресурсами минеральных скоплений на суше. Можно назвать три главные причины усиления интереса человечества к океану. Анализ минеральных ресурсов суши показал их исчерпаемость в обозримом будущем. Этому способствовал и сырьевой кризис в мировом капиталистическом хозяйстве, когда при наличии высокоразвитой обрабатывающей промышленности после второй мировой войны были утеряны источники дешевого сырья (колониальные и зависимые страны). Наконец, выяснилось, что добывать руду со дна моря с 4—5-километровой его глубины легче и дешевле, чем из 1—2-километровых глубоких рудников на суше.

Интерес человечества к Мировому океану был подкреплен развитием соответствующей техники в последние годы. Исследователи полагают, что в перспективе уже в начале третьего тысячелетия многие из минеральных ресурсов будут добываться в основном из морских месторождений и извлекаться из морской воды. Минеральные ресурсы морей и океанов имеют «трехслойное» размещение: это во-первых, минеральные ресурсы вод Мирового океана, во-вторых, полезные ископаемые дна океана или подводные ресурсы, в-третьих, полезные ископаемые недр под океаном.

Ресурсы вод

Еще в конце 60-х гг. было установлено, что в морской воде растворено около 95 химических элементов, которые в сумме составляют 48 000 000 млрд. т минеральных веществ, в том числе (в млрд. т): натрия — 14 180 000, хлора — 26 400 000, магния — 1 800 000, калия — 530 000, брома — 90 400, кальция — 559 000, бора — 6 350, лития — 247, рубидия — 164, фосфора — 96, йода — 68,5, молибдена — около 14, железа и цинка — почти по 7, урана — более 4, мышьяка — 2,7, титана — около 1,4, никеля — около 0,7, марганца — около 0,6, хрома — 0,3, ванадия — более 2, меди — около 2, серебра, вольфрама и ртути — по 0,14. По данным американских исследователей, в воде Мирового океана растворено (в млрд. т): до 20 урана, по 15 — меди и марганца, 500 — серебра и 7—10 золота.

Американские исследователи в 1955 г. в илах обнаружили бактерии, способные утяжелять воду. Предполагается, что тяжелая вода скапливается в глубинах океана и запасы ее достигают 274 000 млрд. т. Тяжелая вода содержит дейтерий. Она используется в атомных реакторах для замедления нейтронов, которые необходимы для поддержания цепной реакции деления урана. Во второй половине XIX в. впервые были обнаружены на дне океана железомарганцевые конкреции («картофелины»). В настоящее время установлено, что на океанском дне конкреции занимают площадь, равную всей суше, и местами покрывают дно, как некогда булыжники покрывали мостовые.

Из большого количества растворенных в морской воде веществ сейчас добывается лишь их малая доля. В КНР еще 4 тыс. лет назад человек извлекал из морской воды поваренную соль (35 кг из 1 т). Древние соляные варницы известны на Сиваше, в Белом море (Соловецкие острова, Карелия и т. д.). И сейчас производство поваренной соли из вод Мирового океана в мире составляет 35 млн. т, или 29 % от общей мировой добычи (США, КНР, Япония, Турция, Филиппины). Из вод Сиваша, залива Кара-Богаз-Гол извлекается соль и в СССР. Из морской воды производят более 100 тыс. т брома — 70 % мировой добычи (США, Италия, Великобритания, Канада, Бразилия, Франция, Япония). В СССР с 1932 г. действует бромный завод в Красноперекопске на базе Сивашских вод: здесь очень высокая концентрация брома, она достигает 240—270 г на 1 м3 (для сравнения: в США и Великобритании производится бром из вод, содержащих 70 г на 1 м3). Из океанических вод извлекают также металлический магний (свыше 100 тыс. т или более 60 % мирового производства) и магний в соединениях (около 700 тыс. т или 6 %). Магний добывают в СССР, США (шт. Техас) и Японии. В Великобритании, Италии, Японии из морской воды получают калий.

Еще древние мореплаватели задумывались о способах получения пресной воды в океане. Археологические находки показали, что много столетий назад человек пытался опреснять воду. Так, древнегреческие мореплаватели использовали для этой цели специальные ящики с песком. Мореплаватели Севера издавна вырубали верхние части морских льдов. Сейчас опреснение поставлено на промышленную основу. Наиболее экономно этот процесс осуществляется с помощью атомных опреснителей. Ежегодно в мире производят около 150 млн. т пресной воды (СССР, США, Мексика, Кувейт, Нигерия и т. д.). В СССР установки для ее получения действуют в г. Шевченко (Мангышлак), Красноводске, Бегдаше (Кара-Богаз-Гол). Имеются реальные проекты по использованию айсбергов.

Уже разработаны способы получения золота, серебра, меди из морской воды. Но в данное время менее рентабельно, чем из наземных месторождений. Одновременно промышленно развитые страны освоили извлечение урана (его содержание 3,34 мг на 1 л морской воды) из морской воды. Наилучший абсорбент — гель со следующим составом (в %): TiO2 — 60; H2O — 35; Na2 — 5. Гранулированный гидрооксид титана помещается на подстилку из стекловаты и погружается в местах наибольших приливов. Во время отливов он собирается и отправляется на завод, где освобождается от урана при обработке раствором углекислого аммония. Такой способ получения урана конечно дорог, но сегодня он уже почти рентабелен (10—20 тыс. ф. ст. за 1 т урана). Подобные установки действуют на побережьях Японии.

Итак, человечество уже давно приступило к освоению минеральных ресурсов вод Мирового океана, но основные его запасы практически остаются еще недоступными и нетронутыми. К тому же отметим, что минеральные ресурсы Мирового океана постоянно возобновляются за счет привноса их с суши (в количестве 3,5 млрд. т веществ ежегодно).

Подводные ресурсы

Огромные ресурсы минерального сырья размещаются на дне океанов и морей. Для каждой глубины здесь характерны свои виды сырья. Океаническое дно делится на шельф (и прилегающие к нему пляжи), континентальный склон и океаническое дно. В особенности богата полезными ископаемыми шельфовая область.

В верхней ее части (до глубины 20—30 м) и в районе пляжей, где наиболее интенсивно протекают процессы взаимодействия воды и суши, возникают наилучшие условия для образования месторождений металлических руд. Здесь формируются прибрежно-морские россыпи — ильменитовые, рутиловые, циркониевые и монацитовые. Крупные месторождения протянулись вдоль Восточного побережья Австралии на 1500 км, а также вдоль западного побережья Новой Зеландии, Индии и Шри-Ланки. В СССР в пределах территориальных вод также известны морские россыпи титановых и циркониевых руд в прибрежной зоне Балтийского моря. Ильменит-рутил-циркониевые россыпи развиты по всему северному обрамлению и мелководью Азовского моря. В Северном Приазовье, Присивашье, на Керченском полуострове, северо-западном Предкавказье широко распространены залежи непрерывно возобновляемых оолитовых железных руд. Рудами железа, титана, хромита богаты пляжные и шельфовые пески, обрамляющие США с запада (от Калифорнии до Аляски) и востока (от Флориды до Род-Айленда). Аналогичные россыпи обрамляют со всех сторон Африканский материк, такие месторождения металла разрабатываются в Марокко, Сенегале, Кот-д’Ивуаре, Мозамбике, Египте, в прибрежных зонах стран Европы (Польши, Германии, Норвегии, Дании, Великобритании, Испании, Португалии, Италии). Вдоль Азии от Чукотки до Индии протягивается полоса россыпей, в которых помимо тяжелых титановых и железистых минералов встречаются касситеритовые и ванадиеносные россыпи. Большая часть запасов и добычи олова в капиталистических и развивающихся странах размещена, как известно, в Юго-Восточной Азии (Индонезия, Малайзия, Таиланд и др.) и связана именно с такими касситеритовыми россыпями.

Морские россыпи золота в пляжных и шельфовых образованиях приурочены к восточному побережью Тихого океана (богатые залежи в районе Аляски), а золото-платиновые развиты вдоль побережья Калифорнии.

Вдоль западного побережья Африки к пляжным пескам приурочены россыпи алмазов, добываемых в ЮАР и Намибии.

Россыпи янтаря размещаются вдоль побережья Балтийского моря в пределах СССР, Польши, Германии. Янтарь найден на Дальнем Востоке, по берегам Татарского пролива, а также в других районах мира (Аляска, Новая Зеландия, Средиземное море). Издавна самые большие запасы янтаря известны в Прибалтике. Сегодня единственный в мире комбинат по добыче янтаря находится близ поселка Янтарный в Калининградской области.

В пределах континентального склона характерны скопления фосфоритов и глауконитовых илов. Они распространены глубже 200 м вдоль берегов Африки, Северной Америки, Австралии, Новой Зеландии, Японии, Европы (у берегов Румынии и Франции). При этом размеры залежей фосфоритов непрерывно растут. К фосфоритам приурочены залежи урана и ряда редких элементов. Добыча фосфоритов со дна морей ведется пока только в США. Глауконитовые зеленые пески, или илы, обогащены одноименным минералом, в составе которого присутствует оксид калия (8 %). Эти породы размещены на континентальных склонах у побережья Северной и Южной Америки, Африки, Австралии, Великобритании, Португалии, Японии и в других местах.

На океаническом дне Тихого, Индийского и Атлантического океанов много железомарганцевых конкреций. Их обнаружили более 100 лет назад (экспедиция «Челленджера» 1873—1876 гг.).

В Тихом океане, где их больше всего, конкреции размещены на дне Северо-Восточной, Северо-Западной, Центральной, Южной и Перуанской глубоководных котловин, а также в пределах Срединного Тихоокеанского поднятия на глубинах от 4 до 5 км. В Атлантическом океане конкреции распространены у Бермудских островов и в районе Флориды на глубинах 0,5—1 км.

В Индийском океане имеются три таких участка: полоса между Австралией и Южной Африкой, а также две площади, размещенные южнее Австралии и Африки. Тихоокеанские конкреции содержат до 50 % марганца, 26 % железа, 2,3 % меди и кобальта, 2 % никеля, кроме того еще 25 ценных компонентов, в том числе редкие элементы. В конкрециях, распространенных на меньших глубинах, содержится больше марганца, в глубоководных — больше кобальта и никеля. В этих районах содержание всех элементов промышленное. Общие запасы руд (в млрд. т): марганца более 360, железа более 200, никеля более 2, кобальта — 1, меди — 1,5, что превышает наземные мировые запасы по марганцу в 142 раза, по никелю в 38 раз, по кобальту в 500 раз, по меди — в 3—4 раза и т. д. Сейчас разработаны рентабельные способы добычи железомарганцевых конкреций: США и Япония уже добывают железо-марганцевые конкреции со дна океана.

На дне океанических бассейнов размещаются и так называемые рудные илы. Они накапливаются в районах рифтовых зон, содержат очень высокие концентрации таких металлов как железо, марганец, цинк, свинец, серебро, золото и др. Примерно аналогичные рудоносные илы распространены в районах действующих вулканов. В них концентрируются алюминий, титан, цинк, свинец, олово, ртуть, серебро, ниобий и другие металлы. В глубоководных океанических красных глинах, покрывающих дно океана слоем мощностью в среднем до 100 м на площади около 10 млн. км2, содержатся (в %): 25 оксида алюминия, 13 оксида железа, 0,2 меди, 0,08 никеля, 0,04 ванадия и 0,02 кобальта. Иными словами, алюминия в 450 раз больше, меди почти в 3000 раз больше, чем во всех месторождениях этих ископаемых на суше.

Полезные ископаемые недр под океаном. Недра Мирового океана изучены еще очень слабо. Геолого-геофизические исследования в акваториях Мирового океана проводят около 100 стран, 60 стран бурят морское дно, около 30 стран добывают нефть и газ со дна морей и океанов.

Запасы нефти в шельфах (до глубины 305 м), сосредоточенные, в сотнях месторождений, составляют по предположению ряда исследователей 280 млрд. т. газа — 140 трлн. м3.

Нефтегазоносные области в пределах шельфовой зоны СССР распространены в акватории Азовского и мелководной северо-западной части Черного моря.

Нефть со дна морей добывается в Советском Союзе и других социалистических странах, а также во многих капиталистических и развивающихся странах. Годовая добыча нефти из морских месторождений мира составляет примерно треть общей ее добычи. Нефть добывают из скважин, пробуренных на шельфах Персидского и Мексиканского заливов, в заливе Кука (США), в лагуне Маракайбо (Венесуэла), на шельфах Австралии и Западной Африки. На акваториях Мирового океана известно 10 супергигантских (сверхуникальных) нефтяных месторождений с извлекаемыми запасами от 1 млрд. т и более. Семь из них размещены в зоне Персидского залива. Среди них уникальные месторождения Саудовской Аравии, Ирана.

В лагуне Маракайбо находится крупнейшая группа месторождений Боливар-Коустал. В Мексиканском заливе обнаружено около 140 крупных месторождений нефти и газа. В Арктической зоне Северной Америки выявлены крупные потенциальные запасы (20—30 млрд. т нефти и до 20 трлн. м3 газа). В нефтегазоносном бассейне Северного моря поиски нефти и газа начались после открытия в 1959 г. в Нидерландах у Гронингена уникального газового месторождения Слохтерен. Акватория этого бассейна в 1965 г. поделена между Великобританией (известно 3 месторождения нефти и 16 месторождений газа, три из них — Уэт-Сол, Леман-Бенк, Хьюит — обеспечивают на девять десятых потребности страны в газе), Норвегией (7 месторождений нефти, среди них уникальное Экофиск, и одно — газа), Нидерландами (1 нефтяное месторождение, 5 газовых), Германией, Данией и Францией.

У побережий Африки важнейшие нефтегазоносные бассейны размещены прежде всего в Гвинейском заливе, Красном и Средиземном морях. В Гвинейском заливе месторождения нефти известны на шельфе у побережья Нигерии, Габона, Конго, а месторождения газа — у побережий ЮАР, в Мозамбикском проливе, Суэцком заливе. Нефтяные месторождения открыты в пределах шельфа Австралии. Полагают, что к 2000 г. со дна океана будет добываться половина всей потребляемой нефти.

Первые сведения о добыче нефти с морского дна относятся к середине XVIII в. В 1824 г. в окрестностях Баку на Каспии в Биби-Эйбатской бухте в 20—30 м от берега сооружались нефтяные колодцы, изолированные от воды. В конце XIX в. в Японии у г. Идзумосаки в море был намыт искусственный остров, с которого производилось бурение. В Калифорнии в 1906 г. бурились наклонные нефтяные скважины, уходившие под морское дно на расстояние до 230 м от берега, затем здесь стали сооружать в море специальные пирсы.

В Баку в 1925 г. была засыпана «Бухта Ильича» и с этой насыпи бурились эксплуатационные скважины. Затем началось широкое освоение нефтяных месторождений шельфа Каспийского моря. В 1935 г. у о-ва Артема бурится первая глубокая скважина.

В 1948 г. к каменной гряде Нефтяные камни на шельфе Каспийского моря подошло судно. Здесь стали жить первые нефтяники. Рядом затопили 6 заполненных песком старых судов. Они словно волнолом защищали участок, на котором начались работы. В ноябре 1949 г. из пробуренной скважины хлынула нефть. За прошедшие годы построены в море эстакады на вбитых в дно стальных сваях общей длиной более 300 км. На них сооружены буровые вышки, хранилища нефти, причалы, мостовые, тротуары, здания поликлиник, школ, дома быта, столовых, оранжереи, кинотеатры — в общем городок, в котором трудятся люди разных специальностей. Неделю они работают в море, а неделю отдыхают на материке.

В настоящее время Каспий дает две трети нефти и 90 % газа, добываемых в Азербайджане.

Месторождения нефти известны не только в пределах шельфа. Так, в 1968 г. в 400 км от западного побережья Сенегала под 4-километровой толщей воды, под океаническим дном открыто одно из крупных месторождений нефти. Районом интенсивной добычи нефти стало Северное море. Одновременно перед человечеством возникла очень сложная проблема. Как уберечь океан от загрязнения его нефтью не только из-за аварий танкеров, сбросов в море горючего с судов, но именно при добыче нефти в море. Большая опасность связана со взрывами на морских промыслах.

Железные руды с 1895 г. добываются на месторождении у восточного побережья о-ва Ньюфаундленд с помощью наклонных шахт. Аналогичным образом разрабатываются залежи железных руд во Франции (Нормандия), в Финляндии (Аландские острова). Прибрежные железистые и титано-магнетитовые пески разрабатываются в Японии и Новой Зеландии.

Из недр океанического дна в Мексиканском заливе добывается самородная сера из крупного месторождения (запасы 37 млн. т), расположенного в 11 км от берега. Добыча производится со стальной платформы-острова геотехнологическим способом (подземное выщелачивание). Производство серы на этом месторождении составляет примерно треть суммарной добычи стран капиталистического мира.

Заключение

Минерально-сырьевая база — основа развития производительных сил любой страны. Человечество издавна использует полезные ископаемые, постоянно увеличивая их перечень. Начал человек с того, что насадил на палку каменный наконечник, заострил крупные обломки галек ударами друг о друга, превратив их в каменный топор… Было это около 3 млн. лет назад… Именно тогда камень впервые стал полезным ископаемым, а обезьяна — человеком. Позднее полезными ископаемыми стали глина, медь и олово, железо… Сейчас, в век ИТР, человек использует в той или иной мере почти все известные минералы и горные породы. Значение минеральных ресурсов еще более возросло. С каждым годом растет потребность в топливно-энергетических ресурсах: Для разнообразных отраслей промышленности требуются руды черных, цветных и благородных металлов, сырье для химической промышленности, удобрения, стройматериалы…

Много «ролей» у полезных ископаемых! Однако их главная роль в том, что получаемые из них вещества составляют основу современного хозяйства, без них практически немыслима наша жизнь. Они служат украшениями (ювелирные изделия) и разнообразят наш быт (различные поделки из камня). Они обогащают наши знания и воспитывают эстетически, когда мы любуемся минералами или изделиями из них в музеях, на выставках, в минералогических заповедниках и парках.

Источник: В.Д. Войлошников, Н.А. Войлошникова. Книга о полезных ископаемых. Издательство «Недра». Москва. 1991