В путь!

«Нам надо лучше понять океан» – мысль как будто нехитрая. Но стоит подступиться к изучению водной оболочки Земли, и твое воображение оказывается захвачено удивительно сложной и динамичной картиной. Эта мозаика состоит из явлений самого разного порядка: от течений и миграции криля до морского льда и осадочных образований – и все они отчасти накладываются друг на друга, но тщетно было бы искать четкие линии пересечения. Как и любой другой двигатель, океан имеет в своей основе некую базовую структуру, предполагающую наличие определенных компонентов и связей между ними. Чтобы механизм работал, необходимо и то и другое, ведь самый эффективный поршень бесполезен, если изолирован от остальной системы. Поршень паровой машины соединен, как правило, с двумя механическими частями. В океанической машине каждый отдельный элемент (например, течение) сопряжен с другими ее звеньями десятками, а то и сотнями связей. Такова важнейшая особенность этого природного комплекса – она-то, собственно, и делает его бесконечно увлекательным для исследователя. В то же время система океана подчинена некоторым фундаментальным закономерностям, и их небесполезно учитывать, когда изучаешь хитросплетения связей и компонентов, от которых зависит ее функционирование.

На страницах этой книги вы совершите увлекательное путешествие по необъятной вселенной Мирового океана, посмотрите на него через призму истории и культуры, географии и естествознания, биологии и антропологии, откроете для себя основные принципы работы этого колоссального природного двигателя. Мы заглянем в сокровенные недра океана и познакомимся не только с его физической динамикой, но и с богатой органической жизнью, которая пронизывает жидкую стихию от поверхности до дна. Мы сможем убедиться, что наблюдаемые нами в океане явления возникают не в силу случайности, злой воли судьбы или прихоти богов, а являются внешним выражением глубинных процессов. В одной книге, конечно, не рассказать обо всей сложности этой планетарной машины, но можно попытаться очертить ее контуры и разобраться в базовых особенностях устройства – а это уже хороший задел для 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: сочетание теплой воды с чем-то холодным. Кроме того, необходима технология, которая позволит улавливать часть энергии, передаваемой в ходе теплообмена между горячей и холодной водой. В данном случае эту функцию выполняет тепловой двигатель компании Makai Ocean Engineering, использующий непрерывную циркуляцию аммиака^[9]. Результаты уже налицо: с 2015 года на проектной площадке введена в действие пилотная OTEC-установка, интегрированная в энергосистему штата и имеющая мощность 100 кВт. Стоит заметить, что описанная технология работает, только если разница температур составляет не менее 20 °C. Впрочем, на многих тропических островах это вполне реально. Тепловая энергия океана – идеальный источник для покрытия базовой нагрузки электросети, благо выработку можно гибко регулировать в зависимости от спроса. Главный камень преткновения (если не считать возможных сложностей с доступом к глубинным слоям океана) – рентабельность. Чтобы подобная установка была эффективна, она должна иметь гораздо более серьезные масштабы, а пока не совсем ясно, как их нарастить, насколько это целесообразно и чем чревато. Но сама концепция использования солнечной энергии, аккумулируемой поверхностными водами, безусловно перспективна, – конечно, если в ваших широтах есть условия для ее применения.

Местные жители чаще всего называют всю прибрежную зону аббревиатурой OTEC. На самом деле пилотная электростанция – лишь часть проекта. Сегодня этот район посреди лавового плато, образовавшегося в результате извержения вулкана Хуалалаи в 1801 году, превращен в инкубатор для малого бизнеса. Главный плюс для предпринимателей – возможность пользоваться «океанским водопроводом». Мы объезжаем черную скалистую местность на машине Кита, и я поражаюсь многообразию стартапов, обосновавшихся в этих невзрачных строениях. Вот, например, огромные бассейны, в которых разводят спирулину: океанская вода разной температуры позволяет нагревать или охлаждать их по мере надобности. А вон там, показывает мне Кит, выращивают 50–60 % всего маточного стада белоногой креветки (Litopenaeus vannamei), одного из главных «хитов» мировой аквакультуры. По соседству разводят абалонов (они же морские ушки). Этих моллюсков высоко ценят шеф-повара самых разных стран. Дальше – опять водоросли, а еще станция для производства водорода, ферма по культивированию тихоокеанского гребешка и центр реабилитации тюленей-монахов. Вдобавок ко всему океанская вода используется для кондиционирования воздуха в офисах NELHA. Пресная вода из обычного водопровода охлаждается посредством холодной соленой воды, после чего распределяется по зданиям при помощи солнечной энергии. Я, признаться, не сторонник повального увлечения кондиционерами, но тут и возразить нечего.

NELHA – всего лишь небольшой демонстрационный проект, и данный способ извлечения энергии, конечно, не позволит решить глобальные энергетические проблемы. И все же он убедительно доказывает, что нагретая – даже не обязательно горячая, а всего лишь теплая – вода может аккумулировать колоссальную энергию. Правда, чтобы воспользоваться этим потенциалом, человечеству придется поломать голову, но это не отменяет того факта, что Мировой океан является гигантским тепловым хранилищем. Даже незначительное повышение температуры дает огромный запас теплоты, так что именно температура есть главный индикатор накопленной в воде энергии. Другой важный факт: тепловая энергия распределена по земному шару неравномерно. Чтобы лучше представить себе эти потоки и оценить их значение для нашей планеты, зададимся вопросом: откуда берется тепловая энергия и почему она в итоге концентрируется в строго определенных местах?