Вселенная океана. Как устроена стихия, которая формирует нашу планету - Хелен Черски

дальнейших изысканий. Надеюсь, прочитанное позволит вам по-новому взглянуть на океан, а может, и на самих себя. В отношении океана совершенно точно можно сказать: чем больше о нем знаешь, тем интереснее становится. Итак, в путь! Часть первая. Как работает машина по имени Океан? Глава 1. Физика моря

Мировой океан – самый настоящий хамелеон. Ослепительная бирюза укромной тропической бухты, морщинистая рябь хмурого северного взморья или необъятная царственная синь, наливающаяся под вечер спелым апельсином, – глядя на океан, поражаешься его бесконечной многоликости, причем визуальные детали меняются буквально ежеминутно. Если же подойти к кромке воды и прикоснуться к источнику этого разнообразия, картина окажется куда менее пестрой. Обращаешь внимание, в сущности, только на три момента: вещество океана теплое или холодное на ощупь, соленое и жидкое. Эти три фундаментальных свойства – температура, соленость и завораживающая текучесть – лежат в основе всего океанского механизма. Более того, они одинаково доступны и понятны любому: хоть десятилетнему ребенку, хоть бывалому полинезийскому мореходу или закаленному в водах Атлантики рыбаку. Каждое из названных свойств напрямую влияет на мир, в котором мы привыкли считать себя хозяевами. И если мы попробуем приподняться над бытовым восприятием и охватить феномен океана во всей полноте, то увидим, что свойства эти есть звенья единой системы и обладают неповторимой красотой и смыслом.

Переход на более высокий уровень восприятия – от конкретной, разбивающейся у ваших ног волны до врезанного в сушу залива шириной в сотни километров и, наконец, целого моря – позволяет заметить еще одну важную особенность. Наша планета вращается вокруг своей оси, и хотя мы этого круговорота не ощущаем, океан чутко на него реагирует. Под влиянием суточного движения Земли водные массы вовлекаются в причудливый танец, образуя диковинные петли и завихрения, гигантские спирали и длинные внутренние волны.

Жидкая планетарная машина так велика и многогранна, что глаза разбегаются. Испытываешь искушение сразу же погрузиться в ее удивительные хитросплетения и парадоксальные сопряжения. Но прежде чем исследовать этот природный двигатель как единое целое, мы должны разобраться в важнейших физических условиях, определяющих его динамику. Речь пойдет о температуре, солености, плотности и о влиянии вращения Земли. А поскольку ни один двигатель не может работать без энергии, начнем мы с того, каким образом океан аккумулирует энергию и как ученые отслеживают эти процессы, – поговорим, стало быть, о температуре. Температура

Сквозь горизонтальную металлическую решетку, встроенную в широкое бетонное основание, я всматриваюсь в поблескивающую внизу неподвижную воду – и не вижу ровным счетом ничего, кроме отражения неба и собственной физиономии. Неожиданно в круглом зеркале возникает еще одна голова. «А ведь эта вода, наверное, впервые за тысячу лет встретилась с солнечными лучами», – говорит Кит Олсен, склоняясь над резервуаром. Мы в городе Кона, на самом крупном острове Гавайского архипелага. В прибрежной зоне огорожен небольшой участок лавового поля, в центре которого мы и находимся. Из земли неподалеку от нас выходят четыре огромные трубы – каждая с полметра в поперечнике. Чуть дальше они сливаются в две и через пласты застывшей лавы уползают в сторону, противоположную океану. В чем отличие одной трубы от другой, догадаться несложно: уж больно красноречив цвет насосов, которые качают по ним воду. Два насоса красные, два – синие. Сам береговой центр известен как Лаборатория естественной энергетики штата Гавайи (NELHA). Здесь, в самом сердце Тихого океана, по трубам подается не что иное, как чистейшая океанская вода. Фактически «водопровода», как вы поняли, два: горячий и холодный. Эта уникальная система подачи воды творит настоящее чудо – посреди бесплодной вулканической пустыни возникает целый рог изобилия. И весь секрет, заметьте, в разнице температур.

Проект NELHA был запущен зимой 1973/1974 года, став ответом на небезызвестный энергетический кризис, когда цены на сырую нефть чуть не в одночасье поднялись с 24 до 56 долларов за баррель. Географическая обособленность (Гавайи расположены в тысячах километров от материковой Америки) вкупе с огромной зависимостью от поставляемой по морю нефти побудила власти штата пересмотреть энергетическую стратегию. Был взят курс на постепенное снижение доли ископаемого топлива, благо для этого имелись отличные стартовые условия: Гавайи представляют собой цепь вулканических островов и находятся близко от экватора, а значит, получают большое количество солнечного света. Но местные инженеры пошли дальше. Они сообразили, что у них есть еще один козырь: доступ к океанским глубинам. Все дело в особенностях геологического строения. Гавайские острова образованы щитовыми вулканами, основание которых уходит в океан примерно на 4–5 километров[5]. В подводной части вулканический берег стремительно понижается, и, если пустить по склону трубу, скоро наткнешься на нечто удивительное: холодную воду. На данный момент самая протяженная труба комплекса NELHA достигает глубины порядка 1000 метров, за счет чего те самые синие насосы доставляют на поверхность океанскую воду с температурой 5 °C. Что же до красных, то они отвечают за транспортировку воды поверхностных слоев, температура которой около 25 °C. Только вообразите: в общей сложности в технологический парк ежедневно поступает 113 миллионов литров, или 116 тысяч тонн, океанской воды! Но вся эта система служит вовсе не для водоснабжения. Энергия – вот что является здесь главным продуктом.

Вода способна накапливать поразительное количество тепловой энергии. Представьте себе два установленных рядом сферических сосуда с водой, каждый размером с грейпфрут[6]. В одном находится океанская вода с Северного полюса (–1,8 °C), в другом – вода из Персидского залива (30 °C). В нагретой воде содержится больше тепловой энергии, и, если правильно распорядиться избытком и преобразовать его в механическую работу, этого хватит, чтобы поднять двухтонный внедорожник на высоту двухэтажного дома (около 7 метров). Всего один килограмм воды – и такой эффект! Нагреть воду – задача не из легких: для повышения температуры всего на пару градусов нужно затратить огромное количество энергии[7]. Но стоит вам справиться с этой задачей, и вода будет хранить сообщенную ей тепловую энергию до тех пор, пока не отдаст ее в окружающее пространство и не остынет. Иными словами, вода оказывается превосходным тепловым аккумулятором. Миллионы литров теплой океанской воды, ежедневно прокачиваемые через станцию NELHA, содержат тысячи гигаджоулей энергии – и все благодаря температуре. Энергия совсем рядом, на расстоянии вытянутой руки. Вопрос только в том, как ее извлечь.

Уже на начальном этапе проекта возникла идея использовать разницу в температурах верхнего и глубоководного слоя для получения электроэнергии с помощью теплового двигателя. Этот процесс известен как OTEC (преобразование термальной энергии океана, ocean thermal energy conversion)[8]. Вообще говоря, тепловая энергия присутствует в воде при любой температуре, но для ее извлечения требуется температурный градиент: