7. Морские хозяйства будущего

Морская аквакультура как отрасль хозяйства по существу делает пока первые шаги. Ежегодно с морских ферм и плантаций получают во всех государствах мира несколько миллионов тонн различных морепродуктов, но уже к 2000 году, по оценкам различных авторов, 30-40 млн. т рыбы, ракообразных, моллюсков, водорослей и других гидробионтов будут получены в результате разведения и выращивания. Морская аквакультура является колоссальным резервом пищи и сырья для различных отраслей промышленности. Пройдут десятилетия, и люди научатся управлять сложными высококультурными морскими хозяйствами, организованными на строгой научной основе.

Мировой океан ждет активного целенаправленного вмешательства человека, который может регулировать все протекающие в нем процессы, обусловливающие максимальное воспроизводство всех промысловых и кормовых организмов.

Развивая аквакультуру в морях, можно воздействовать, с одной стороны, на физико-химические условия среды, а с другой - на сообщества и группировки гидробионтов. Изменяя условия среды, удается управлять многими биологическими процессами, а изменения в составе фауны и флоры часто оказывают влияние на физико-химические процессы в водоемах.

На морских хозяйствах в будущем будет полностью использован существующий опыт культивирования водных организмов. Вероятно, распространение получат большие автоматически погружающиеся садки, оснащенные эффективными системами для автоматической подачи пищи и удаления отходов. На морских фермах специальные устройства будут контролировать и регулировать температуру воды, содержание кислорода и освещенность.

Достаточно стабильные во многих районах Мирового океана условия морской среды позволяют содержать водные организмы в сравнительно простых подводных сооружениях или же совершенно отказаться от них. Важной задачей в ближайшие годы является сосредоточение рыбных стад на определенных подводных площадях. Наиболее распространенным, но не всегда наилучшим способом оказывается использование для выращивания гидробионтов огражденных водных пространств. В будущем на смену сетным заграждениям, возможно, придут воздушно-пузырьковые и другие завесы. Уже исследуется возможность использования электромагнитных волн и лазерных лучей в качестве ограничителей подводных хозяйств.

Некоторые ученые считают, что когда-нибудь удастся приучить дельфинов пасти косяки рыб. Но, по-видимому, одним из наиболее надежных путей концентрирования рыб станет систематическая подкормка в удобных бухтах или специально построенных сооружениях. Перед разбрасыванием корма в глубине моря или на поверхности будут включаться световые или сверхзвуковые источники излучения. Концентрировать некоторые виды рыб можно будет с помощью обонятельных приманок.

Опыты, проведенные в Японии и в других странах, показали, что у морских стайных рыб со временем вырабатываются рефлексы на звуковые и световые сигналы определенной частоты, и они скапливаются возле кормушек.

В ближайшие годы морские хозяйства, специализирующиеся на культивировании одного или нескольких видов гидробионтов, появятся на шельфе многих государств. В перспективе их, видимо, удастся объединить в более крупные и даже гигантские фермы и плантации. В определенном смысле в будущем в гигантские управляемые хозяйства могут превратиться целые моря, большие участки океанского шельфа и даже весь Мировой океан.

Член-корреспондент АН УССР В. И. Беляев считает, что главной задачей гигантских морских хозяйств станет создание на внутренних морях или участках океанского шельфа экосистем с заданными свойствами, дающих определенное количество морепродуктов при определенных затратах материальных ресурсов, затем поддержание экосистем в равновесном состоянии путем различных управляющих воздействий с целью компенсации промысла и гидрометеорологических условий.

Чтобы создать условия, благоприятные для организации морских хозяйств, необходимо прежде всего разработать охранные меры и ликвидировать опасность загрязнения среды и гидробионтов токсическими веществами. Только в чистых водах можно получать максимальные урожаи водных организмов.

Исследования ученых показали, что для увеличения биологических ресурсов морей имеются многочисленные возможности. Хорошо известно, что на первой ступени трофических процессов в морской среде стоят растения и бактерии. Обеспечив наиболее благоприятные условия, можно за 17 дней увеличить вес 1 кг хлореллы до 150 млн. т. В идеальных условиях за сутки потомство лишь одной бактерии может достигнуть астрономической величины 1036. Создание новых районов, богатых растительным планктоном, должно повлечь за собой образование обширных промысловых районов.

Для нормального роста и развития морские растения, так же как и растения суши, нуждаются прежде всего в фосфатах, нитратах и некоторых микроэлементах. Вводя в воду биогенные соли и прокачивая углекислый газ, урожай водорослей можно увеличить во много раз. Для искусственного выращивания одноклеточных водорослей могут быть использованы некоторые виды промышленных и бытовых стоков. Улучшению условий роста фитопланктона там, где это необходимо, должны способствовать более сильная освещенность и прогрев больших масс воды.

Морская среда исключительно благоприятна для создания огромных водорослевых плантаций. В отличие от наземных, подводные плантации не нуждаются во вспашке, бороновании, оросительных работах. Подводным полям не опасны засухи и им не грозит быстрое истощение, что нередко случается на суше. Для внесения минеральных солей и микроэлементов на отдельных участках шельфа можно использовать специальные корабли. Удобрения на водорослевые поля могут транспортироваться по трубопроводам. Обеспечивая подкормку в морях, можно из года в год получать стабильно высокие урожаи одноклеточных планктонных водорослей и водорослей-макрофитов.

Минеральные удобрения необходимы и на суше для выращивания традиционных культур. Возникает вопрос, можно ли найти источник дешевых удобрений для морских вод, не создавая множество новых предприятий по их производству? Ученые нашли такую возможность. На протяжении миллионов лет морские глубины накапливали колоссальные запасы минеральных и органических веществ. Установлено, что океанская бездна хранит 99,9% всех питательных веществ Мирового океана. Естественная вертикальная и горизонтальная циркуляция вод вовлекает в биологический круговорот лишь незначительную их часть. Этот процесс необходимо ускорить и возвратить биогенные соли в зону фотосинтеза. Чтобы осуществить эту грандиозную задачу, нужно найти экономичные источники энергии и построить мощные насосные станции или другие устройства.

Для проведения опытов по использованию глубинных вод в морской аквакультуре на о-ве Санта-Крус американскими исследователями была построена экспериментальная станция. Воду с помощью помп и полиэтиленовых шлангов длиной 1800 м накачивали с глубины 870 м. Оказалось, что в воде, взятой с больших глубин, продукция диатомовых водорослей в 27 раз превышала таковую в поверхностных водах. Согласно расчетам, для получения 1 кг мяса моллюсков-клемов при кормлении иx водорослями, культивируемыми в глубинной морской воде, ее потребуется около 300 м3. Эксперименты подтвердили эффективность "искусственного апвелинга".

Когда люди изучат особенности и характер существующих течений Мирового океана, появится возможность с помощью различных дамб и волноломов регулировать гидрологический режим отдельных участков.

Проведение крупномасштабных биомелиоративных работ, направленных на улучшение условий воспроизводства и обитания хозяйственно-ценных объектов, сулит большие возможности.

В морских хозяйствах воздействие человека распространится не только на условия среды, но и на сами объекты культивирования и экологические сообщества. Благодаря достижениям селекции, генетики, молекулярной биологии, генной инженерии в морских хозяйствах появятся новые высокопродуктивные объекты разведения и выращивания. Широкое применение гормонов, ферментов и других физиологически активных веществ позволит управлять процессами размножения и роста гидробионтов, смещать в нужном направлении сроки их нереста и регулировать пол. В результате удастся значительно повысить продукционные показатели объектов культивирования.

В будущем удастся максимально увеличить выживаемость полезных видов гидробионтов на всех этапах онтогенеза. Этому должно способствовать уничтожение или Значительное снижение численности вредных животных и растений. Будут ликвидированы паразиты и болезни хозяйственно-ценных водных организмов.

Важнейшим инструментом управления биологическими процессами станет регулирование трофических цепей.

Для кормления гидробионтов на морских фермах будут в большом масштабе выращиваться живые растительные и животные корма. Продукцией специальных заводов станут капсулированные и гранулированные корма, содержащие все необходимые компоненты. В их производстве найдет применение искусственный белок, полученный при выращивании бактерий на отходах нефти.

На морских фермах рыбу, омаров, лангустов, креветок и крабов будут откармливать и выращивать подобно тому, как сейчас на птицекомбинатах выводят цыплят. Исследования рыбоводов показали, что при интенсивном откорме на каждом квадратном метре площади садков можно выращивать до 100 кг рыбы в год. Этого удается добиться при содержании рыбы в теплой проточной воде в течение круглого года, повторяя сеансы раздачи корма через каждые 30-40 мин. Интенсивный метод выращивания гидробионтов в тепловодных бассейнах и садках дает возможность получать товарную продукцию и летом и зимой.

Водная среда позволяет использовать для культивирования гидробионтов значительную толщу, размещая организмы в несколько этажей. Применение объемного метода выращивания моллюсков, ракообразных и рыб дает возможность культивировать на каждом квадратном метре морских ферм наибольшее количество гидробионтов. Так, американские ученые считают, что, создав наилучшие условия для роста мидий, можно на площади около 4 тыс. км2 ежегодно получать более 200 млн. т мяса этих моллюсков.

Для овладения ресурсами Мирового океана и создания морских хозяйств необходимо дальнейшее развитие подводной техники. Немалое значение в проникновении человека в подводный мир имели "подводные легкие" - акваланги, применяемые и на морских фермах. Уже созданы разнообразные подводные аппараты, позволяющие человеку работать на больших глубинах. В некоторых странах построены и используются подводные роботы, способные выполнять отдельные достаточно сложные операции. Роботы могут либо плавать, либо передвигаться на гусеничном ходу. Обычно управление ими ведется по кабелям с суши или судов. С помощью телекамер можно видеть все, что происходит во владениях Нептуна.

В ближайшие годы должны появиться роботы, наделенные элементами самостоятельного поведения и приспособления к окружающей обстановке. Тогда отпадет необходимость в постоянном контроле за ними. Роботы будут получать указания, содержащие конечную цель, и иметь полную свободу выбора способов ее достижения. Снабдив роботами разного назначения морские фермы, можно будет полностью автоматизировать все операции по культивированию гидробионтов.

Многие будущие морские хозяйства, как и сейчас, будут состоять из надводных и подводных сооружений, од водой расположатся различные сооружения, предназначенные для выращивания товарной продукции, например садки для рыб и ракообразных, коллекторы для моллюсков и водорослей-макрофитов. На суше либо искусственных островах будут размещаться инкубаторы, бассейны для выращивания личинок и молоди гидробионтов, кормовые цехи, заводы по переработке продукции и другие предприятия.

В морской аквакультуре для создания разнообразных долговечных сооружений и устройств все в большем масштабе будут использоваться новые легкие и прочные алюминиевые, титановые и другие сплавы металлов, пластмассы, стекловолокно. Необходимым материалом при строительстве плавучих островов станет бетон, который можно замешивать на соленой воде. Уже существует бетон, созданный французскими и бельгийскими учеными, для приготовления которого можно использовать воду, содержащую 42 части соли на 1000 частей воды.

На морских фермах и плантациях найдут применение новейшие электронно-вычислительные машины, совершенные подводные телекамеры и другая техника. Неоценимую помощь в развитии морской аквакультуры могут оказать различные космические аппараты. Анализ данных, получаемых с космических кораблей, позволит выделить среди необозримых пространств Мирового океана наиболее перспективные для создания морских хозяйств районы. Используя орбитальные космические станции, можно осуществлять из космоса управление сетью автоматических устройств для культивирования гидробионтов. С помощью космических кораблей и спутников можно вести контроль за местами скоплений и путями миграций хозяйственно-ценных животных. По цвету гигантских плантаций водорослей можно будет определять, какие микроэлементы следует вносить в воду.

Подводные хозяйства получат умные машины, которые существенно облегчат и заменят пока еще очень нелегкий труд людей, выращивающих водные организмы.

Загрязнение прибрежных районов океанов и морей и необходимость расширить зону, в которой можно будет культивировать гидробионтов, вызвали к жизни большое число проектов строительства искусственных островов, вокруг которых разместятся устройства для выращивания морских животных.

Одно из первых описаний фантастического плавучего острова создал Жюль Берн в своем известном романе "Плавучий остров". Знаменитый стальной Стандарт-Айленд имел большие размеры и мог передвигаться. Подводная часть острова была покрыта особым составом, препятствующим обрастанию. На острове имелся гигантский, работавший на нефти завод, опреснявший воду и обеспечивавший электроэнергией все многочисленные механизмы. Проблемы, поднятые Жюлем Верном, приходится решать и нашим современникам. Особенно много хлопот доставляют поиски источника энергии, которая заставит работать энергетические сердца искусственных островов.

Осуществление мероприятий, направленных на увеличение эффективности морских культурных хозяйств, потребует больших затрат энергии, причем источники ее получения должны быть достаточно дешевыми. Энергия необходима, например, для подъема богатых биогенными элементами вод из глубин океанов и морей, для подогрева морских вод, там где это необходимо, для продления светового дня на подводных фермах и плантациях, для очистки воды, для приведения в движение различных машин и механизмов на искусственных островах и морских фермах, и т. д. Производство энергии должно быть "чистым", т. е. не сопровождаться загрязнением окружающей среды. Можно смело утверждать, что будущее морской аквакультуры теснейшим образом связано с перспективами прогресса энергетики.

Основными источниками энергии в настоящее время являются уголь, нефть, газ и другие углеводородные соединения. Запасы этих видов топлива ограниченны, а их использование часто ведет к загрязнению атмосферы, морей и океанов. Только в 1970 г. в результате сгорания топлива в мире в атмосферу было выброшено до 100 млн. т твердых веществ, около 150 млн. т сернистого ангидрида, 300 млн. т окиси углерода, более 50 млн. т окислов азота и другие соединения.

Практика показывает, что сжигание нефти в топках В котлах далеко не самый рациональный способ ее использования. Из нефти можно производить множество ценнейших веществ, в том числе и таких, которые находят применение в аквакультуре.

По прогнозам некоторых отечественных и зарубежных исследователей, в ближайшие десятилетия возможен переход к новому топливу - водороду, запасы которого на земле огромны. Оказалось, что водород может использоваться в различных двигателях. Многочисленными экспериментами установлено, что обычные двигатели внутреннего сгорания без серьезной переделки прекрасно работают на водороде, при этом повышается коэффициент их полезного действия и практически не загрязняется атмосфера. Водород можно накапливать и хранить в гигантских резервуарах, транспортировать по трубопроводам на большие расстояния.

Для производства водорода могут быть использованы электростанции различных типов (атомные, солнечные, ветровые, приливные, прибойные, геотермальные, гидротермальные и др.), размещаемые как на суше, так и на искусственных островах. Получаемый путем электролиза морской воды водород будет накапливаться в особых емкостях.

Разнообразное применение найдет и получаемый в качестве побочного продукта кислород.

В мире уже построены десятки атомных электростанций, и число их продолжает непрерывно расти. В ближайшем будущем атомные электростанции различных конструкций станут одним из важнейших источников электроэнергии. Пока на атомных электростанциях используются ядерные реакторы на тепловых нейтронах, следующий этап в атомной энергетике уже будет связан с усовершенствованием и введением в строй реакторов на быстрых нейтронах.

В существующих ядерных реакторах сжигается 1-2% поступающего урана, а остальное количество попадает в отходы. Реакторы-размножители на быстрых нейтронах, по крайней мере теоретически, позволяют сжигать весь уран. При таком использовании 1 т урана становится эквивалентной 2 млн. т угля.

Мировой океан - гигантское хранилище урана. Его разведанные запасы на земле не превышают 1 млн. т, а в морской воде урана около 4 млрд. т. Уже разрабатываются методы получения урана из морской воды с помощью его абсорбции соединением активированного древесного угля с гидроокисями металлов.

Большие надежды возлагают ученые на производство электроэнергии прямым преобразованием из тепловой магнитогидродинамическим способом и на термоядерный синтез. Сжигание смеси дейтерия с тритием и одного дейтерия, вероятно, позволит в будущем получать неограниченное количество электроэнергии. Известно, что при термоядерной реакции превращение 1 г дейтерия может дать энергии в 10 млн. раз больше, чем сгорание 1 г угля, а запасы тяжелой воды во всем Мировом океане, по некоторым оценкам, составляют около 1000 квадрильонов тонн.

Мировой океан обладает разнообразными чистыми источниками энергии, которая может использоваться на морских хозяйствах. Член-корреспондент АН СССР В. Г. Богоров писал: "Вечно будут образовываться на поверхности моря волны и прибоем разбиваться о берега. Действие всемирного тяготения будет создавать приливы под влиянием притяжения воды массой Луны и Солнца. Всегда будет нагреваться вода у поверхности моря и создаваться разница в температуре между нею и глубинными водами"*.

* (Океан и будущее человечества. Будущее науки. М., "Знание", 1973, с. 302.)

Подсчитано, что мощность энергии приливов равна 1 млрд. кВт. Различные проекты строительства приливных электростанций существуют во многих странах. Первая приливная электростанция была построена во Франции в устье р. Ране. Мощность ее 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт·ч. В нашей стране на Мурмане в губе Кислой работает станция мощностью 800 тыс. кВт с годовой отдачей 2 млн. кВт·ч.

Прибрежные прибойные электростанции могут быть построены во многих районах Мирового океана, где постоянно наблюдается волнение. Недавно шведские ученые запатентовали оригинальный метод использования волн для получения электроэнергии. Простой моделью нового двигателя может стать шест с прикрепленным к его нижней части пропеллером. Если двигать шестом вверх и вниз, пропеллер начинает вращаться. Соединив верхушку шеста с поплавком, удается заменить движение руки движением колышущейся волны. В действующих двигателях поплавки будут заменены понтонами с электрогенераторами внутри. Генераторы приводятся в движение сжатой водой, нагнетаемой насосами, которые работают за счет вращения пропеллеров.

Еще несколько десятилетий назад возникла мысль об использовании термической энергии моря. Для этого предлагалось воспользоваться разницей в температурах различных слоев тропических вод. В экваториальных и тропических областях Мирового океана температура глубинных вод колеблется в диапазоне от 1,6 до 3,3°С, тогда как температура поверхностных слоев, постоянно нагреваемых солнцем, приближается к 27-29°С. Обычно разница температур в этих районах превышает 20°С. Попадающая в вакуум вода при 28°С бурно закипает, а пар, проходя через турбину, вращает ее. Поверхностная вода может передавать тепло и другим жидкостям, превращая их в пар. Холодная вода из глубин океана вновь конденсирует пары в жидкость для повторного использования и т. д. Такие установки названы солнечноморскими.

Первая гидротермальная электростанция сооружена около г. Абиджана в Африке. Мощность станции 14 тыс. кВт. Холодная вода поднимается с глубины 0,5 км.

В результате исследований последних лет обнаружены обширные геотермальные полости под дном морей, вблизи шельфовой зоны. Над такими районами можно размещать гидро- и геотермальные станции.

Огромные запасы энергии имеются в буквальном смысле под нашими ногами. Речь идет о тепле земных недр. Геотермальные электростанции разной мощности уже построены в СССР, США, Японии, Мексике, Исландии и Новой Зеландии. Электростанции, использующие тепло земли, хотя и имеют невысокий к. п. д., но совсем не загрязняют окружающую среду. Наиболее благоприятные для строительства геотермальных электростанций зоны расположены обычно вблизи морских берегов.

Известно, что почти все процессы, протекающие на нашей планете, зависят от солнечной энергии. Количество изливающейся на Землю солнечной энергии огромно. По некоторым данным, на каждый квадратный метр земной поверхности приходится в год 160 ватт энергии нашего светила. Использование энергии солнца в морской аквакультуре весьма перспективно. По мнению специалистов, с помощью химических реакций, возбуждаемых солнечными лучами, удастся разлагать воду и получать водород.

Многие знают, что на космических кораблях устанавливаются солнечные батареи, осуществляющие прямое преобразование излучения солнца в электричество. Пока такие батареи дороги и к. п. д. их невысок, но в будущем они, вероятно, найдут достаточно широкое применение.

Еще одним источником энергии является ветер. Существует множество различных конструкций ветряных двигателей и турбин. Некоторые из них достаточно экономичны. Американский исследователь профессор Массачусетского университета У. Геронемус мечтает обуздать ветер над морем. По его проекту необходимо соорудить сотни тысяч плавучих ветряных вышек, каждая из которых будет оборудована тремя ветряными двигателями с колесами диаметром до 70 м. Производимая ветром электроэнергия может использоваться в подводных электролизных установках для получения и накопления водорода.

Использование различных перспективных источников энергии позволит строить огромные плавучие острова. Каждый из них может стать центром управления и энергетическим сердцем морского хозяйства.

По проекту инженера Р. Дернаха можно замораживать отдельные участки океана, а на искусственных ледяных полях строить города, располагая вокруг рыбоводные фермы. Автор проекта считает, что использование атомной энергии позволит в недалеком будущем осуществить его мечту.

Английский архитектор Д. Джеликоу предложил построить морской, но неподвижный город на 30 тыс. жителей в Северном море в 15 милях от берега. Железобетонные плиты, образующие подковообразную платформу длиной около 1,5 км и шириной 1 км, будут покоиться на вбитых в дно сваях. На платформе из готовых блоков вырастет 16-этажный амфитеатр. Внешней стене амфитеатра высотой 55 м будет придана S-образная форма. Благодаря этому во внутренней лагуне острова будет сохраняться постоянный штиль. Снаружи город будет защищен волнорезом из 30-метровых полиэтиленовых мешков, наполненных пресной водой.

Электростанция города должна работать на природном газе, поступающем с морского месторождения. С ее помощью будет опресняться морская вода и осуществляться промышленное и бытовое отопление. Отработанная вода, попадая в лагуну, повысит температуру на 3-4°С.

Д. Джеликоу считает, что морской город окажет большое влияние на развитие различных отраслей хозяйства. Рядом с городом разместятся фермы по выращиванию рыбы, креветок, омаров, устриц и других гидробионтов. На острове будут находиться предприятия, перерабатывающие продукты моря. Создание морских научно-исследовательских учреждений сделает гофод крупным международным океанографическим центром. Вероятно, такой город удастся построить в XIX в.

Существует проект искусственного острова, который разместится у берегов княжества Монако. В разработке го плана участвовал и Жак Ив Кусто. Остров - правильный пятиугольник, вписанный в окружность диаметром 220 м. Он будет погружен на 25 м в воду и на какую же высоту поднят над ее поверхностью.

Много внимания морскому градостроительству уделяют японские архитекторы. Так, Кийонори Кикутаке разработал проект под названием "Морская цивилизация". Он предлагает строить плавающие острова с цилиндрическими или пирамидальными башнями, к которым будут крепиться отдельные квартиры.

Наряду с надводными в будущем появятся и подводные города, прообразами которых являются современные подводные лаборатории.

Группа японских архитекторов и инженеров предложила проект города, состоящего из круглой железобетонной платформы диаметром до 800 м, выступающей из воды на несколько метров, и поддерживающих ее огромных шаровидных понтонов. В подводных понтонах разместятся жилые помещения, установки искусственного климата и другие необходимые службы.

Первый действующий плавучий город-остров "Акваполис" был выставлен на международной выставке "Экспо-75" на острове Окинава. Построенный японскими специалистами остров весит 16 тыс. т, высота его 32 м, площадь 10 тыс. м2. Огромное сооружение оснащено новейшим оборудованием, способным обеспечить человеку необходимый комфорт.

Искусственные плавучие острова должны сыграть большую роль в создании крупных морских ферм. Главная задача искусственных городов-островов - стать фабриками морепродуктов для растущего населения Земли.

Опираясь на достижения науки и техники, человек покорит и освоит все еще таинственный голубой континент и превратит его в сеть гигантских морских управляемых хозяйств.