Содержание:
Аномальные свойства воды
Самая обычная вода обладает многими удивительными свойствами. Большинство из которых вызваны наличием так называемых “водородных связей” между молекулами воды. Это относительно-слабые связи, возникающие между атомами водорода и кислорода соседних молекул См. рис.
Эти связи как бы сшивают молекулы воды. Поэтому при охлаждении до 0ºС вода замерзает, образуется лед. А при повышении давления до 3-х МПа образуется аллотропическая модификация, известная как тяжелая вода. См. рис.
Тяжелая вода характеризуется наличием двух водородных связей между молекулами, что позволяет расположиться молекулам гораздо плотнее. Отсюда и повышенная плотность тяжелой воды. Это явление увеличения плотности жидкости называется контракция. Понятно, что наряду с процессом образования связей, идет и процесс диссоциации. В равновесном состоянии плотность тяжелой воды составляет 1.7 гр/см3. Это явление во времена Блеза Паскаля было неизвестно, так как исследователи оперировали давлением порядка 100…200 кПа, а для образования тяжелой воды нужно гораздо большее давление.
Вода, с которой мы сталкиваемся в повседневной жизни, это самая обычная легкая вода с плотностью 1 гр/см3. В английском языке она так и называется ordinary water – обычная вода. Но в океанах на глубинах более 300 метров вся вода пребывает в состоянии тяжелой. Более 90% воды на планете является тяжелой, но до недавнего времени этот факт очень мало влиял на жизнедеятельность людей. Но все меняется.
Военное применение
Вплоть до Второй мировой войны включительно подводные лодки не погружались глубже 300 метров. Таким образом, все подводное плавание осуществлялось в верхнем слое, состоящем из легкой воды.
Настоящее освоение океанских глубин началось с созданием ракетно-ядерного подводного флота. Прежде всего подводники освоили так называемую “покладку на жидкий грунт”. Это положение, когда лодка погружается до границы раздела фаз. Это устойчивое положение – провалиться глубже лодка не может из-за высокой плотности нижнего слоя. Но и особого смысла в этом маневре нет.
Другое дело, если бы удалось погрузиться ниже границы скачка плотности. Для этого подводная лодка должна иметь возможность менять запас плавучести в широких пределах и иметь очень прочный корпус. Задача исключительно сложная, но дело того стоит.
Потому что лодка, ушедшая за границу скачка плотности, становится “невидимой” для надводных кораблей. Физика распространения звуковых колебаний такова, что звук практически не проникает из более плотной среды в менее плотную. При определенном угле возникает явление полного отражения, и шумы лодки не прослушиваются с поверхности океана. В то же время вниз, на глубину шумы надводных кораблей проходят свободно.
Более того, лодку ушедшую на большую глубину, невозможно достать глубинной бомбой или торпедой времен ВМВ. Закон Архимеда не даст глубинным бомбам погрузиться ниже скачка плотности.
Поэтому понятно стремление подводников к достижению больших глубин.
“Трешер” – одна из первых АПЛ, сконструированная для действий ниже границы раздела фаз. По всей видимости, ей удалось погрузиться ниже уровня легкой воды. Но забортное давление оказалось слишком велико, и погружение закончилось катастрофой.
Тем не менее, штурм океанских глубин продолжался, и лодки следующих поколений уверенно погружались за границу скачка плотности. Советские подводники освоили следующий прием. Под Гольфстримом в зоне тяжелой воды существует встречное течение на юго-запад. Советский ракетоносец мог выйти из Мурманска, лечь в дрейф на большой глубине, и через три-четыре недели течение выносило его в западную Атлантику. Хеллоу, всем счастья! Обнаружить такую лодку было крайне сложно.
Однако, абсолютного оружия не существует. Против лодок, находящихся в слое тяжелой воды, могут действовать глубоководные лодки-охотники. Надводные корабли обзавелись погружаемыми ГАС. Также появились стационарные глубоководные звукопеленгаторы.
Короче, освоение океанских глубин военными моряками идет полным ходом.
Океанские полезные ископаемые
Еще более важным следствием слоистости мирового океана являются огромные залежи морского угля. Органические останки, опускавшиеся на дно океана с незапамятных времен, задерживались на границе раздела фаз и накапливались там.
Морской уголь добывался в Британии в 17 веке. Процесс был несложным, но муторным. Нужно было нащупать край угольного пласта (это в открытом море без современных средств навигации и подводного телевидения). Затем на 1000-футовом тросе опускался черпак в надежде захватить свободно-плавающий кусок морского угля. Объемы добычи были невелики, да к тому же зависели от погоды.
Промышленная революция требовала гораздо больших объемов добычи, и уголь стали разрабатывать на берегу.
Герои романа Жюль Верна “20 тысяч лье под водой” использовали залежи морского угля.
На картинке – команда угольщиков проводит бункеровку.
В настоящее время разработка залежей морского угля развита слабо. Дело в том, что до сих пор используются технологии 17-го века. Уголь таскают черпалками. Конечно, троса и сами корабли теперь стальные, но принцип остался прежним. Поэтому морской уголь обходится дороже, чем, к примеру, из береговых открытых карьеров.
Перед разработкой угольного пласта берется образец морского угля. См. рис.
Вот задача для альтернативных флотофилов! Нужно изобрести погружающуюся самоходную угольную баржу грузоподъемностью тысяч на десять, а лучше – на двадцать.
Баржа должна подплывать под угольный пласт и брать весь груз угля за один заход.
Тогда добыча морского угля примет значительные масштабы и станет рентабельной.
Если принять, что залежи угля примерно соответствуют плотности океанской биомассы, то вырисовывается чудная картина.
Япония, Новая Зеландия, Европа, многие другие страны просто купаются в морском угле. При этом большинство этих стран испытывают недостаток в энергоносителях.
Береговые запасы угля распределены очень неравномерно. Полностью обеспечивают себя углем только США, Россия, Австралия, и, в какой то степени, Китай. Разработка дешевого морского угля принесет всем странам энергетическую независимость. Хотелось бы надеяться, что это благоприятно повлияет на снижение международной напряженности.
Глубоководные обитатели
Еще один аспект слоистости океана – наличие жизни на больших глубинах. Пока что океан изучен в прямом и переносном смысле довольно поверхностно. Но мы знаем, что в глубине есть жизнь. Там нет света, но условия для жизни достаточно благоприятные: постоянная температура, в воде содержится множество полезных веществ, а все остальные вещества буквально падают сверху.
Очевидно, глубоководные существа должны иметь специфическую биохимию. Хотя бы потому, что плотность их организмов должна быть близка к плотности тяжелой воды.
И еще – развитие жизни в этом обособленном глубоководном мире продолжалось миллионы лет. Могло ли это развитие привести к созданию разумной цивилизации? Пока мы этого не знаем.
