Георгий Блок

Наука и техника

Вода издревле волновала человека, особенно в жарких странах, где она всегда ценилась на вес золота; ее отсутствие грозило неисчислимыми бедствиями. Ее значение общеизвестно и возрастает из века в век. В наши дни она рождает электроэнергию на гидростанциях, да и на тепловых — превращенная в пар высокой температуры под большим давлением. Без воды нельзя обойтись и в промышленности, в сельском хозяйстве, в коммунальном обслуживании. Выплавка одной тонны стали обходится в полторы тысячи кубометров воды; еще больше «выпивает» одна тонна резины — почти четыре тысячи, капрона — пять с половиной тысяч кубов. Высчитано, что современному человеку необходимо в среднем триста кубометров воды в год.
Несколько десятков лет назад высказывались опасения: дескать, расточительная планета растеряет в космическом пространстве сначала газовую, а затем водную оболочки. Сегодня эти опасения выглядят весьма и весьма спорными.
Вода преподносит человечеству один сюрприз за другим, одну загадку за другой.
Где больше всего воды на Земле? Конечно, ответит каждый, в Мировом океане. Но подсчеты, произведенные гидрологами, привели к неожиданному выводу: в Мировом океане лишь небольшая доля — всего пять процентов той воды, что имеется на нашей планете. Главные ее запасы невидимы, они у нас под ногами, упрятаны в земной коре, в толще подстилающей ее мантии. Здесь тридцать миллиардов кубических километров воды. (Напомним, один кубокилометр — это миллиард кубометров.) И если трудно объять мысленным взором Мировой океан, то как вообразить всю массу воды в глубинах земного шара?
Сверху донизу царство чудовищных температур и давлений пропитывает вода. В каком она состоянии — твердом, жидком или газообразном? Может быть, в каком-то ином, например, в плазменном? Тут область догадок, споров, сомнений…
С подземной теплой и горячей — так называемой термальной или геотермальной — водой человечество знакомо уже тысячелетия.
Этой водой люди моются, лечат болезни, отапливают жилища.
Вспомним хотя бы термы Каракаллы — горячие бани в Риме, знакомые каждому школьнику — любителю истории; вспомним и серные бани, куда жители грузинской столицы приходят знатно попариться, восстановить силы. Минеральные воды Кавказа еще до нашей эры славились своими целебными свойствами. Вода гейзеров согревает дома исландцев.
Но до недавнего времени считалось, что эти воды — только исключение на нашей планете, что они находятся лишь на отдельных ее точках. Новые горизонты в представлении о подземных водах и их использовании открыла буровая вышка; она позволила спуститься в недра, хотя еще и не слишком далеко: в осадочных породах не достигла десяти километров, в магматических — гранитах и базальтах — даже трех (а ведь толща земной коры равна тридцати — пятидесяти километрам).
Вскоре после второй мировой войны молодые энтузиасты и романтики, влекомые мечтой найти собственную сибирскую нефть, стали бурить одну скважину за другой на севере Тюменской области. На первых порах жар-птица не давалась в руки, хотя снизу под большим напором наружу вырывались фонтаны воды.
— Вода тоже жидкость,— насмешливо бросали консерваторы (они отрицали возможность «поймать» нефть за Уральским хребтом).— Полезная, хотя не такая густая, как надобно.
Число буровых стремительно умножалось, перевалило за многие сотни. Однако даже после того, как в сентябре 1953 года в скважине около деревни Березово заревел и, разметав стальное оборудование, поднялся наружу мощный столб газа, недра по-прежнему выбрасывали воду. И миновали годы, прежде чем здесь хлынули мощные потоки нефти.
Глубинные воды стали «навязывать» себя исследователям в самые последние десятилетия. Ими, по существу, даже не интересовались; они сами себя объявляли, незваными лезли под ноги, выбрасывая сильные струи из опорных скважин, проложенных для геологического изучения недр. Эти скважины бурились в поисках полезных ископаемых, и, как у тюменских искателей нефти, фонтаны воды различной температуры своим появлением отнюдь не вызывали восторга. Судите сами: идет охота за нефтью, а получают воду, в зависимости от глубины то теплую, то горячую.
Сегодня, хотя не везде, проведена сплошная съемка геотермальных источников до глубины три с половиной тысячи метров. Оказалось, что СССР обладает крупными запасами подземных гидротерм различной степени минерализации (до пятидесяти граммов солей на литр воды).
Суммарная мощность гидротерм в нашей стране грандиозна: они могут давать ежесуточно двадцать миллионов кубометров воды. И вот что любопытно: Камчатка и Курильские острова с их огнедышащими горами, гейзерами, дымящимися источниками остались далеко позади в списке гидротерм. Изучение показало, что хотя Камчатка и Курилы удерживают за собой высокое третье место в этом списке, на первое претендует другая область — Западная Сибирь. На ее долю приходится свыше половины запасов термальных вод страны: их ежесуточный дебит — почти одиннадцать миллионов кубометров.
Правда, температурой они ниже, чем камчатские или курильские, но фантастически обилен их объем. В солидном научном труде «Термальные воды СССР» отмечается: «На территории Западно-Сибирской низменности расположен один из крупнейших в мире артезианских бассейнов площадью около трех миллионов квадратных километров». Одна треть этой площади, по сугубо осторожным подсчетам, вмещает в себя почти шестьдесят пять триллионов кубометров воды. Много это или мало? Река номер один Европы — Волга — ежегодно приносит Каспию двести пятьдесят миллиардов кубометров воды.
В западносибирском колодце, что плещет в толще осадочных пород, скопилось воды столько же, сколько в Каспийском море. Эта вода уходит в недра на глубину до четырех-пяти тысяч метров, а если верить прогнозам, еще дальше. На севере, вблизи поверхности, на «мелководье», она находится в так называемой твердой фазе, попросту говоря, смерзлась.
С глубиной же она становится жидкой, температура ее возрастает, под давлением в несколько атмосфер достигая 150 градусов.
Второе место занимает Кавказ. Он может дать два миллиона кубометров воды за сутки. Полтора миллиона кубов изливают источники Камчатки и Курил, чаще всего горячие, благодаря тому, что бьют в зоне молодого вулканизма.
Исследователи с нетерпением ожидают важных известий, которые должно принести глубинное бурение на десять — пятнадцать километров. Тут, видимо, зарегистрируют самые высокие температуры (до 350 градусов Цельсия) и оригинальный химический состав рассолов.
Мы уже знаем, что среди термальных источников есть немало лечебных.
Пока изучены первые сто двадцать пять, признанные медиками целебными, с дебитом в полтораста тысяч кубометров в сутки. Это всего-навсего начало будущего перечня из тысяч наименований. Воду таких источников, как правило, не только разливают по бутылкам, но и используют для устройства купальных бассейнов, ванн. У таких источников создаются курорты.
В XX веке список этих источников непрерывно пополняется новыми во многих концах страны. Минеральные воды получены даже в Москве и Ленинграде. Свыше ста лет назад в Царском селе с двухсотметровой глубины показался фонтан воды с лечебными свойствами. Первая скважина, пробуренная на территории московской бойни, выдает термальные воды с глубины 1 650 метров. Она долго служила лишь поставщиком поваренной соли — пятнадцать тонн в сутки, а сейчас тут устроена водолечебница, где курс терапии успешно принимают ревматики и люди, страдающие нарушением обмена веществ. Другая скважина — у Горбатого моста — выбрасывает воду, хорошо знакомую жителям столицы,— «Московскую минеральную № 1», близкую по составу и вкусу известным «Ессентукам № 20», со сходным терапевтическим эффектом. Третья скважина, пробитая
на глубину более тысячи метров у Кропоткинских Ворот, наполняет водой плавательный бассейн «Москва». Концентрация солей здесь примерно такая же, как в Черном море. Разбавленная пресной, она дает неплохие результаты при лечении нервных болезней.
Известны минеральные источники в Крыму, на Карпатах и Кубани, в Ставрополье.
Проблемами подземной гидросферы занимается научный Совет по геотермическим исследованиям Академии наук СССР. Один из его руководителей, доктор геолого-минералогических наук профессор Федор Алексеевич Макаренко, посвятил свою жизнь изучению горячих подземных источников. Он совершил не одно путешествие по нашей стране, хорошо знаком если не со всеми, то с большинством мест, «заподозренных» в гидротермах. Ученый — частый гость среди таежной чащобы Западной Сибири, скитался по ее лесам и тундре, болотам и топям Заполярья, выявляя ныне нанесенный на геологическую карту гигантский артезианский бассейн.
— Геотермальные источники — великий, пока мало оцененный и плохо используемый дар природы,— говорил мне профессор Макаренко.— Может быть, потому, что об их грандиозных масштабах и широкой распространенности до недавнего времени знали немногие. Как правило, горячие воды считались принадлежностью районов, «зараженных» вулканами.
Подобная точка зрения, рожденная ограниченностью познания, сейчас отвергнута. Если когда-нибудь сбудутся пророчества, что, дескать, через столько-то веков человечество целиком израсходует горючие ископаемые, то гидротерм., бьющих с разных горизонтов, хватит на десятки, а быть может, на сотни тысяч лет эксплуатации. Надо иметь в виду, что гидротермы располагают, кроме глубинного, еще одним поставщиком влаги — небесами. Покуда не прекратятся осадки — дождь и снег, частично просачивающиеся в почву и дальше,— не перестанут восстанавливаться запасы вод в осадочных породах. А там, где скупы небеса, есть и второй, еще более щедрый снабженец. Надо ли напоминать, что почти все сложенное в земной коре поступает именно снизу. Несомненно, этот склад неизмеримо богаче верхнего, связанного с космосом.
Эксперименты подтвердили, что глубинную влагу как бы усваивает, удерживает в своих порах земная кора; она «толстеет» почти на три кубических километра в год. По-видимому, до кембрийской эпохи мантия ежегодно выбрасывала больше, чем три кубических километра воды. И если б это излияние продолжалось и дальше в том же темпе, то на земном шаре не существовало бы суши, ее покрывала бы сплошная водяная пелена. Почему интенсивность процесса снизилась, пока неизвестно.
Синтезируя мировой опыт развития геологии, группа советских исследователей — Ф. А. Макаренко и его сотрудники Вадим Ильин, Владимир Кононов и Борис Поляк — создали оригинальную физическую модель гидросферы планеты Земля, вернее, ее гидросфер. Их пять, начиная с верхней, подстилающей континенты, острова, дно морей и океанов, кончая ядром, где вода, как считают, находится не в твердом, жидком или газообразном, а в четвертом состоянии — плазменном.
Пять этих гидросфер пронизывают, охватывают поясами всю толщу земного шара до самого ядра.
Глубина каждого слоя непостоянна: но он как бы сжат, то как бы раздвинут, то он дальше от поверхности, то ближе к ней, такое же разнообразие демонстрируют температура и давление. Они словно управляют состоянием воды в зонах.
Подземные воды по своим свойствам почти во всем не похожи на наземные, прежде всего температурой; они заполняют поры и трещины в горных породах, а в мантии распылены, растворены в магме. Отличаются они от поверхностных еще и тем, что всей своей массой химически и физически непрерывно взаимодействуют с окружающей средой и, как самые
подвижные и активные в пространстве глубин, все вокруг себя изменяют и изменяются сами.
Какое место занимают термальные источники среди других видов энергетических ископаемых, способных дать тепловой эффект?
— Им принадлежит ведущее место,— говорит мой собеседник.— Многокилометровые столбы огненной лавы, раскаленных камней и бомб, горячих пепла и воды, извергаемые жерлами действующих вулканов, свидетельствуют о том, какой жар бушует внутри земной коры и подстилающей верхней мантии. Сопоставляя энергетический потенциал гидротерм с тем,
каким располагают месторождения полезных ископаемых в нашей стране, геологи пришли к неожиданному заключению: подземное тепло твердо стоит впереди залежей угля, нефти, газа и сланцев, возможностей ветра, падающей воды и опережает не какое-нибудь одно из них, а затмевает все остальные энергетические ресурсы земной коры в атмосферы, вместе взятые.
Профессор Макаренко сделал паузу.
— Боюсь прослыть слишком смелым, возможно, меня станут опровергать, спорить, но,— он выразительно махнул рукой,— гидротермы — это своего рода вечный, неиссякаемый двигатель… Если, допустим, в Западной Сибири возникнет опасность истощить тот или другой термальный источник, можно, не нарушая круговорот воды в природе и процесс образования глубинного тепла, закачивать обратно использованную воду, охлажденную возвращать в недра.
Там она снова согреется в естественном «котле» и вторично вернется наверх. Так можно поступать многократно.
Сотни разведочных скважин, пробуренных в Западной Сибири, показали: гидротермы размещены на нескольких горизонтах до глубины в три тысячи метров. Каждый следующий, ниже расположенный, примерно на 25—30 градусов теплее предыдущего. Самый нижний — он упирается в кристаллический фундамент — очень горяч, его температура 140 градусов.
Суточный дебит скважин в среднем составляет от пятисот до полутора тысяч кубометров воды разной температуры и давления. Такой источник вернее именовать фонтаном: выбрасываемая толстая струя клокочет над землей.
Исследователи тщательно и всесторонне изучают подземное тепло, прослеживают все стороны его обращения и роль в круговороте вод, анализируют его возможности, разрабатывают планы покорения и освоения.
Экономически самое рациональное — использовать термальные источники комплексно. Это значит — получать геотермальную электрическую энергию, извлекать растворенные химические вещества — ценные соли, снабжать горячей водой города и поселки городского типа, промышленные предприятия, парники, теплицы и животноводческие фермы, бальнеологические лечебницы, плавательные бассейны под открытым небом.
Сейчас, когда ученые, инженеры, изобретатели десятков институтов, проектных и конструкторских бюро заняты подготовкой генерального комплексного наступления на север Западной Сибири, гидротермальные источники из лежащего втуне капитала стали превращаться в активно действующее начало.
Следует подчеркнуть особенность: города и промышленность надо умело в бережно переключать на вечную горячую воду и вечную энергетику.
Термоград… Тщетно стали бы мы искать в географических справочниках этот город. Однако его рождение, вероятно, скоро произойдет на Камчатке или на Чукотке, на Курильских островах. Пожалуй, больше всего шансов у Западной Сибири. Думается, такой город должен вырасти прежде других на севере Тюменской области, в краю знаменитых газовых залежей, где берут начало истоки магистральных газопроводов, перекинутых через два континента.
Давайте пофантазируем. Сердце будущего Термограда — его геотермальная электростанция, ГеоТЭС. Ее турбины станут вращаться от мощных источников термальных вод, перегретых, перемешанных с мятым паром под давлением в несколько атмосфер. Отработанный крутой кипяток (100—110 градусов Цельсия) по разветвленной сети труб, словно кровеносная система пронизывает весь город. Отапливаются жилые, общественные и промышленные здания. Кварталы чистых, точно выкупанных, домов украшают улицы, где почти не бывает снежных заносов,— всегда горячие трубы под тротуарами и мостовой превращают снег в воду, которая стекает в канализацию.
Предметом гордости северян будет чудесное растительное царство за стеклянными стенами и крышей. Тут теплицы и оранжереи, где овощи и фрукты дают два-три урожая в год. Жители получают отсюда помидоры, огурцы, зеленый лук и редис, клубнику, дыни и виноград, а также заимствованные у садоводов Исландии бананы. В парке под стеклянной крышей соседствуют вечнозеленые кустарники и декоративные деревья.
В городе несколько плавательных бассейнов; они функционируют круглый год под открытым небом. Население всех возрастов охотно купается, слабоминерализованная целебного состава глубинная вода препятствует многим заболеваниям, лечит внутренние, кожные, нервные, костные болезни, нарушения обмена веществ. Термоградцам будут завидовать жители средней полосы.
— Нынешний уровень техники позволяет сделать Термоград реальностью уже в годы десятой пятилетки,— говорит профессор Макаренко.— Мне думается, архитекторы, инженеры и строители — те, что принимают участие в покорении вечной мерзлоты, не могут пройти мимо термальных источников, не принять их на вооружение.
Термоград пока принадлежит будущему. А сегодня? Сегодня некоторые черты этого города можно увидеть на Камчатке.
Камчатские гидротермы — генетические отпрыски вулканов, хотя и не обладают устрашающей мощью своих родичей. Атмосферная влага просачивается здесь по трещинам и щелям в почву, где теплеет, становится горячей, клокочет, ищет выхода наверх. По обратной дороге — длительной, длинной, запутанной — влага растворяет, впитывает различные соли и уносит их с собой. Минерализованная горячая вода изливается у подошв или на склонах огнедышащих гор, в живописных и безлюдных уголках. Температура ее колеблется в широких пределах от чуть теплой до бурлящего крутого кипятка (примерно 150 градусов Цельсия). Самые крупные источники — в долинах Банной, Паужетки, Ходутки, Паратунки…
Все эти гидротермы (вернее, изливаемая ими минеральная вода) близки по целебному эффекту знаменитым кавказским, типа Боржоми, Ессентуки, Славяновская, Джермук. Они в последние годы популярны не только на Камчатке, но и повсеместно на Дальнем Востоке.
— Но неоспоримо, что главное значение камчатских гидротерм — энергетическое,— рассказывает главный специалист института «Теплоэлектропроект» молодой инженер Виктор Лобачев.— Первая ГеоТЭС с двумя турбинами по две с половиной тысячи киловатт каждая уже построена и эксплуатируется на реке Паужетка. Скважины, пробуренные на глубину всего 200—500 метров, сходятся в подземной котельной, врезанной самой природой. Тут крутой кипяток сепарируют, разделяют на горячую воду и пар. Он то и вращает турбины электрогенераторов. Очень горячая вода обогревает жилые дома поселка. К сожалению, большую ее часть приходится сбрасывать в реку. По мнению геологов, наличного тепла хватит, чтобы поднять мощность Паужетской ГеоТЭС в пять раз. Вторая очередь даст двадцать пять тысяч киловатт.
А нельзя ли сливаемую здесь без пользы горячую воду заставить работать, тоже производить электрическую энергию?
— Конечно, можно,— утверждает мой собеседник.— Созданная по проекту Новосибирского отделения нашего института оригинальная паровакуумная турбина мощностью пятьсот киловатт проходит испытание на экспериментальной станции, построенной на реке Паратунка. На Паратунке в обогреваемых трубами с горячей водой парниках и теплицах хорошо растут помидоры, огурцы, кабачки, лук и витаминизированная зелень. В суровую пору года — в январе — марте собственными овощами бойко торгуют в Петропавловске-Камчатском и во многих поселках.
Многолетний опыт эксплуатации первой геотермальной электростанции и скважины, пробитой геологами по соседству, на Нижне-Кошелевской залежи глубинного тепла, показали: это — перспективное дело. Короткая скважина — сто семьдесят метров!— выбросила мощную струю кипятка под давлением в несколько атмосфер.
Проектируемая Нижне-Кошелевская ГеоТЭС мощностью семьдесят пять тысяч киловатт положит качало Южно-Камчатскому энергетическому комплексу. Линии высоковольтных передач охватят восточное и западное побережье на юге полуострова, его самые обжитые районы.
Геотермальные энергетические ресурсы Камчатки и ожерелья Курильской гряды, по самым осторожным подсчетам, составляют триста пятьдесят-четыреста тысяч киловатт. Долины поблизости вулканов Семячек, Мутновский, хребта Камбальный, просторный Горячий пляж острова Кунашир на Курилах ждут, когда придут строители.
Сооружать ГеоТЭС — значит сделать важный шаг в завоевании большого тепла недр. Недаром ученые обсуждают идею обуздать, сначала частично, действующий вулкан Авача. Жар его магматического очага, клекочущего в трех-четырех километрах от поверхности, достигает 700—800 градусов. Подобная температура доступна технике. Овладев даже десятью — двадцатью процентами этого адского котла, можно пустить в ход геотермальную электростанцию
миллионной мощности. И она многие десятилетия будет давать электрическую энергию без новых затрат. Разве не является все это реальной основой, на которой вырастут будущие Термограды?
Жизнь — это одушевленная вода. «Нельзя сказать, что ты необходима жизни; ты — сама жизнь».
Это слова французского писателя Антуана де СентЭкзюпери о воде.
Вода вездесуща. Даже самые твердые горные породы содержат в тончайших капиллярах воду. У нас под ногами, в глубинах Земли, плещет океан. Вода — архитектор планеты, ее неутомимый строитель. Извлечь ее на поверхность, поставить на службу человечеству — эта мечта вполне доступна сегодня гению ученого, изобретателя, инженера…

Журнал Юность № 3 март 1975 г.

Оптимизация статьи — промышленный портал Мурманской области