Страница:
Бахтамов Рафаил
Дорога на океан
Р. Бахтамов
Дорога на океан
"АНГЕЛ-ХРАНИТЕЛЬ"
...Первый пульсационный звездолет "Теллур", типа ИФ-1, подходил к звездной системе Cor Serpentis (Сердце Змеи).
На борту шла обычная жизнь. Внезапно на экране большого локатора вспыхнула светящаяся точка. Точка стремительно приближалась. Исчезла. Включив мощные двигатели, звездолет напал экстренное торможение. Произошло событие эпохального значения. Люди Земли, впервые в истории человечества, встретили корабль другой звездной системы.
Корабли сблизились. Между ними протянули галерею, разделенную прозрачной перегородкой: мало ли какие неожиданности таит в себе встреча.
И неожиданное свершилось. На выступе чужого корабля возник куб из красного металла с черной передней стенкойэкраном. На экране - главный элемент атмосферы и дыхания той планеты: ядро в окружении девяти электронов. Фтор.
В эти минуты экипаж "Теллура" мог бы вспомнить, что с фтором связана одна из самых трагических страниц в истории земной химии. При изучении фтора погиб член ирландской Академии наук Томас Нокс. Мученическую смерть приняли известные химики француз Д. Никлес и бельгиец П. Лайет. Тяжело пострадали от фтора Гей-Люссак, Деви, Тенар...
Работа с фтором требует особой осторожности. Вдыхание фтора, даже в небольших концентрациях, приводит к воспалению дыхательных путей и легких, грозит смертью. Соприкосновение с кожей вызывает сильные ожоги. Резиновые маски и комбинезоны могут воспламениться. Не случайно его назвали: "фторос", по-гречески "разрушающий". И этот разрушающий все живое газ И. А. Ефремов, автор рассказа "Сердце Змеи", смело сделал газом жизни.
Правда, с одной оговоркой. Разумные существа того мира имели достаточно большой опыт космических полетов. В своих странствиях они не однажды встречали посланцев иных планет. Но среди них не было существ, которые использовали бы фтор. Все они, как и люди Земли, дышали кислородом.
Ясно, что фторная жизнь, по мнению писателя, явление исключительное, может быть, единственное во Вселенной. И люди предложили разумным существам чужого мира подумать о возможности сложнейшей биологической операции перестройке организма с фтора на кислород. Иначе им вряд ли когда-нибудь удастся близко познакомиться с "братьями по разуму". Ведь если люди не могут находиться в атмосфере фтора, то для Существ фторного мира кислород не менее опасный враг...
И тут возникают сомнения. Нет, не те, которых, видимо, ждал автор рассказа. Неожиданная и смелая идея - дышать фтором, пить вместо воды плавиковую кислоту-кажется мне вполне реальной.
В наших земных условиях фтор не соединяется с углеродом. Но химики научились их соединять. И вещества этого типа - фтороуглероды - обладают поразительными свойствами: не горят, не окисляются, не гниют, на них не действуют даже азотная кислота и царская водка. Есть среди них жидкости, есть и твердые вещества. Короче, возможности выбора широки, а стойкость материи, построенной из фтороуглеродов, огромна. Стоит ли при этих условиях переходить на кислород?..
Впрочем, это дело вкуса. Сомнения вызывает другое. Почему, собственно, дыхание кислородом обычно, а дыхание фтором нечто чрезвычайно редкое, исключительное?
Писатель отвечает на этот вопрос. По распространенности во Вселенной фтор занимает восемнадцатое место, кислородтретье. Или, по другой системе подсчета, кислорода в 200 тысяч раз больше, чем фтора.
Соображение веское. Однако сомнения не исчезают. Вопервых, данные о распространенности элементов нельзя считать окончательными. Сам же Ефремов отмечает, что фтор недавно передвинулся - по распространенности - с сорокового места на восемнадцатое. Где гарантия, что новые данные не изменят и нынешние представления?
Во-вторых, кроме количества нужно учитывать и качество.
Мы не знаем, какой из газов - кислород или фтор - более благоприятен для зарождения и развития жизни. Вероятно, фтор - он активнее. Если так, то меньшая распространенность фтора может уравновешиваться большей вероятностью возникновения фторных организмов.
Мне кажется, что особая привязанность к земным элементам жизни углероду и кислороду - невольная дань эпохе, когда земной шар считался центром мироздания, а человеквысшим достижением природы. Но теперь мы знаем, что Земля- рядовая планета в ничем не примечательном месте - слабой спиральной ветви обычной галактики. Сама же эта галактика далека от центра Вселенной, расположена, так сказать, в небесной "провинции"...
В бесконечном космосе условия жизни бесконечно разнообразны. И, надо думать, столь же разнообразна жизнь, сформированная этими условиями.
Земная жизнь опирается на трех "китов": углерод, кислород и воду. Заменить углерод трудно, он обладает редкой способностью образовывать молекулы-гиганты из сотен тысяч и миллионов атомов - белковые тела. Однако ученые считают, что для этой цели пригодны и другие элементы, скажем, кремния. На Земле, где не было подходящих условий, природа им не воспользовалась. Но в других мирах, в иных условиях кремний мог стать фундаментом, на котором выросло дерево жизни.
Заменить кислород проще. Теоретически легко вообразить себе организмы, которые используют в качестве окислителя самые различные элементы и вещества: фтор, хлор, серу, окись углерода, сернистый газ... Важно лишь, чтобы химическая реакция, идущая в организме, обеспечивала его достаточным количеством энергии.
Фтор выгоднее кислорода, реакции с его участием идут с большим выделением тепла. Хлор, сера и другие окислители уступают кислороду. Но вполне можно представить организм, работающий, к примеру, на хлоре. Просто при этом дыхание будет более интенсивным.
А вода? Ее заменят такие, на наш взгляд, неподходящие вещества, как плавиковая или соляная кислота. Конечно, трудно вообразить реки, моря и океаны, заполненные соляной кис. лотой. Трудно поверить, что в этих реках можно купаться, ходить "по кислоту" с ведрами, стирать в ней белье. Однако жителям иного мира, вероятно, не легче понять, как можно дышать ядовитым кислородом и полоскать рот крайне вред,ной водой.
.Итак, мы не вправе считать, что кислород и вода непременные спутники жизни. Но достаточно распространенныебезусловно. В пределах же солнечной системы вряд ли существуют фермы жизни, принципиально отличные от земных. А это значит, что если бы завтра в атмосфере одной из планет солнечной системы удалось обнаружить заметные количества кислорода, это было бы почти бесспорным доказательством ее обитаемости.
В самом деле. Такой активный газ, как кислород, не может долго оставаться в одиночестве, он обязательно найдет с чем соединиться. А раз он свободен, следовательно, его запасы постоянно возобновляются. И происходит это не без участия организмов, напоминающих наши растения.
Еще большую, "доказательную силу" имело бы обнаружение воды. Мы знаем, что возникновение жизни - процесс чрезвычайно сложный, протекающий лишь в особо благоприятных условиях. Условия на Земле существовали. Их создала вода. Для зарождения и'развития жизни вода сделала так много, что за одно это ей полагается памятник.
Земная природа не знала секрета жизни. Открыть егоможно было только одним путем - путем бесчисленных опытов. Только бесконечно тасуя неорганические соединения, пробуя миллиарды сочетаний н вариантов, природа могла найти, условия (может быть, единственные), при которых образовались первые комочки живого.
С этой точки зрения вода незаменима. Растворенные в ней вещества находились в постоянном движении, вступали в реакции, выпадали в осадок, растворялись снова. Огромное большинство этих эволюции ни к чему не вело. Но раньше или позже должно было сложиться "счастливое" стечение обстоятельств. И оно сложилось - возникла жизнь.
Возникла, и сразу же оказалась под угрозой. В атмосфере Земли не было озона - экрана, который защищает сейчас все живое от безжалостного ультрафиолетового излучения Солнца, от жесткого потока космической радиации. Но вода была. Верхние ее слои задерживали лучевой поток, предохраняя от гибели родившуюся жизнь.
Жизнь не может существовать без обмена с окружающей средой. Вода облегчала обмен, играла роль посредника. Она" приносила продукты питания, убирала "отходы".
По справедливости, если у человечества есть ангел-хранитель, он должен иметь вид водяной капли!
Понятно, что если бы, скажем, на Марсе удалось обнаружить значительные количества воды, это было бы почти бесспорным доводом в пользу обитаемости планеты. К сожалению, поиски пока не дали результатов. Может быть, виновата наша техника. Но скорее всего, на ближайших, наиболее перспективных для жизни планетах воды, действительно, очень мало. И значит, проблема освоения соседних планет - это, во многом, проблема воды.
Разумеется, вначале человек будет пользоваться "привозными" средствами: кислородом, водой, продуктами питания.
Но настоящую свободу он обретет тогда, когда сумеет воспроизвести в новом для него мире условия, близкие к земным.
На Земле же, как известно, воды достаточно. Кажется, трудно найти вещество, столь распространенное и дешевое.
И вдруг-проблема воды. Не лунной или марсианской.
А обычной, земной.
ПРОБЛЕМА ВОДЫ
Городской житель, привыкший решать проблему водь; поворотом крана, плохо представляет ее масштабы. Иногда думают, что это задача сугубо техническая. Одна из многих, что ставит перед учеными и инженерами двадцатый век. Но "проблемой № 1" назвал ее покойный президент США Джон Кеннеди.
Еще недавно на западе писали об истощении природных ресурсов. Подсчитывали, через сколько лет человечество начнет испытывать "железный голод", через сколько-нефтяной, медный, свинцовый. Получалось так, что на Земле всего не хватает, кроме, разве, воды...
Жизнь опрокинула прогнозы. Открытие крупнейших месторождений полезных ископаемых, промышленное использование атомной энергии, успехи синтетической химии - все это оттеснило в далекое будущее опасность истощения природных богатств. И одновременно - пусть это не кажется парадоксальным - выдвинуло на первое место проблему воды.
Уже сейчас засушливые районы занимают треть земной сущи, охватывая - в большей или меньшей степени - территорию шестидесяти государств. Совсем недавно недостаток воды ощущали строго очерченные районы - главным образом в слаборазвитых государствах. Теперь положение иное.
Нехватку испытывают Токио и Нью-Йорк, Париж и Лондон.
Вот строки из документа, хранящегося в секретариате Всемирной организации здравоохранения: "В некоторых областях мира детям не разрешают играть на солнце из опасения, что они будут испытывать сильную жажду. Воды так мало, что ее приходится экономить даже на детях".
Чем это вызвано? Прежде всего увеличением расхода воды. Тому есть много причин.
Стремительно повышаются темпы роста населения. В 1000 году нашей эры прирост измерялся сотыми долями процента, в 17-19 веках - десятыми долями. В первой половине 20 века он равнялся одному проценту, а ныне достигает почти двух процентов в год. В середине прошлого столетия население Земли дошло до миллиарда - для этого потребовались тысячи лет. Меньше чем через столетие оно выросло еще на миллиард человек. В настоящее время нас уже три миллиарда, и к Концу века это число удвоится.
Другая причина - рост сельского хозяйства и промышленности, причем не только количественный, но и качественный.
В сельском хозяйстве отчетливо проявляется тенденция к переходу на орошаемое земледелие. Орошение ослабляет зависимость от природы, гарантирует высокие урожаи. В промышленности резкое увеличение расхода воды связано с новыми, прогрессивными процессами, работой в диапазонах высоких температур и давлений. Естественно, при этом увеличиваются затраты воды на очистку сырья, охлаждение агрегатов, подсобные операции. К примеру, тысячи литров воды достаточно для производства 200-400 килограммов угля или 8-60 килограмм-ов стали, но лишь 7-20 килограммов бумаги и всего 2 килограммов искусственного волокна.
Наша страна богата природными ресурсами и, в частности, водой. Однако для многих районов Советского Союза (прежде всего Каспийского побережья) эта проблема имеет серьезное значение.
Возьмем район Апшерона. Не секрет, что жители Баку и Сумгаита, предприятия, совхозы и колхозы уже сейчас ощущают недостаток воды. В ближайшие годы проблема водыможет стать решающей.
По имеющимся данным, одному только Сумгаитскому нефтехимкомбинату в 1970 году потребуется около 2,5 кубометраводы в секунду - это почти половина того, что расходует ныне весь Бакинско-Сумгаитский район. Общая же потребность Апшерона через шесть лет превысит 30 кубометров в секунду, и к 2000 году возрастет в десятки раз.
Есть разные пути решения проблемы. Прежде всего, переброска воды в засушливые районы, с помощью каналов, водопроводов и т. п. Путь, в общем, простой и надежный - не случайно им пользуются с глубокой древности. Но за тысячи лет его возможности в значительной мере исчерпаны. Сейчас получить дополнительную воду в больших количествах можно лишь в результате гидротехнических работ, грандиозных по масштабам и сложности. Подсчеты иностранных ученых свидетельствуют, что стоимость работ - на ближайшие 20 лет - составит тысячи миллиардов долларов.
Главное, однако, не в этом. По самой своей природе гидротехнические сооружения способны решать лишь частную задачу - перераспределение наличных запасов воды. Увеличить их, повысить пресноводный "потенциал" Земли они, как правило, не могут.
Уже при беглом взгляде на карту ясно, что соленой воды больше, чем пресной: океан занимает около трех четвертей земной поверхности. Но трудно поверить, что свыше 97 процентов воды сосредоточено в океанах. На долю же всех рек, ручьев, протоков - т. е. наиболее доступных источников пресной воды - приходится совсем немного, что-то около одной десятитысячной процента. И эта десятитысячная существует потому, что ничтожная часть воды океанов испаряется и перемещается туда, где люди, животные и растения могут ее использовать.
Таким образом, солнце, океан, суша и атмосфера это гигантский дистиллятор, осуществляющий распределение пресной воды по миру. Если бы он вышел из строя, вся вода очень скоро сосредоточилась бы в океанах, и только там могла бы продолжаться жизнь.
Предположение, конечно, фантастическое - природный дистиллятор практически вечен. И все-таки в вопросе стоит разобраться подробнее.
По земным масштабам потребности человечества в воде весьма скромны. Они невелики в сравнении с запасами пресной воды, а сопоставлять их с ресурсами океанов просто не имеет смысла. Казалось бы, положение существенно не изменится, даже если расход воды увеличится в десятки раз.
Опыт, однако, показывает, что дело обстоит не так просто.
Во-первых, реальные ресурсы пресной воды (т. е. такие, что могут быть практически использованы), составляют сравнительно небольшую часть общих запасов. Во-вторых, если непосредственные потребности человека мало отражаются на водном балансе, то его деятельность - обработка земли, поворот рек, вырубка лесных массивов, создание искусственных водоемов и крупных предприятий - существенно влияет на ход природных процессов.
Скажем, поворот сибирских рек в Каспийское море связан с трудностями отнюдь не только техническими. Вода будет проходить значительно больший путь и по районам с гораздо более теплым климатом. А это значит, что испарение резко возрастет и полноводная река может обмелеть...
Другой пример - Байкал, один из крупнейших пресноводных бассейнов мира. "Выпить" его трудно. Однако сделать воду озера непригодной для питья - легко. Ученые полагают, что ежегодно 500 миллионов человек становятся жертвами болезней только из-за того, что у них нет достаточно чистой воды. Me удивительно, что проект строительства на Байкале целлюлозно-бумажного комбината встречает столь резкие возражения.
Особую опасность для водных ресурсов представляют химические предприятия. Дело в том, что природа не умеет быстро разлагать вещества, синтезированные искусственно.
Они годами сохраняются, выводя из "активного баланса" огромные массы воды.
Не следует, однако, думать, что во всем "виновата" промышленность. Видимо, приход пресной воды вообще снижается в силу как искусственных, так и естественных причин - географических, климатических и т. д. Профессор А. А. Дубинский, непререкаемый авторитет в области гидрогеологии, утверждает, что, например, режим питания наших степных рек подземными водами изменяется в отрицательную сторону. Общая площадь их водного зеркала заметно уменьшилась на протяжении жизни одного поколения, а в ряде случаев - за полтора-два десятилетия. Этот процесс характерен и для других районов мира.
Время, когда человек, не задумываясь о последствиях, мог менять лицо земли, уходит в прошлое. Ныне его силы сравнимы с силами природы. А это обязывает.
Природная опреснительная установка обладает определенной "производительностью". Если человек, без ущерба длл ее работы, хочет получать больше, он должен тщательно взвесить все возможные последствия. Понятно, что проблему воды - в широком сиысле - нельзя решить только за счет перераспределения воды. В лучшем случае это лишь отдалит "жажду", ибо потребность в воде растет и будет расти.
Остается другой путь, может быть, и более трудный, но единственно перспективный - опреснение соленой воды.
ПОРОГ ВЫСОТОЙ В 5 КОПЕЕК
На первый взгляд опреснение кажется задачей не такой уж сложной. Еще в древности люди знали по крайней мере три способа (они и сейчас остаются главными) превращения соленой воды в пресную: испарение, замораживание и фильтрование. Солнце, мороз, пористый камень - весь небогатый арсенал той эпохи. Естественно, и результаты получались скромные. Не надеясь на опреснительные "установки", люди жались к рекам...
Старые способы давно усовершенствованы, изобретены десятки новых. Человечество располагает колоссальными техническими средствами. Но перед современным человеком проблема воды стоит, пожалуй, еще более остро, чем перед его далеким предком. А это значит, что задачу опреснения никак нельзя считать решенной.
В чем же дело? В стоимости.
Широкое промышленное применение воды во многом обусловлено ее дешевизной. И для питания котлов, и для охлаждения, и для прочих целей в принципе годится не только вода. Но всякое другое вещество заведомо дороже. "Дорогая" вода потеряет свою универсальность, т. е. перестанет быть водой. Поэтому любой способ опреснения проверяется жесточайшим критерием стоимостью. Опресненная вода должна обходиться не дороже (во всяком случае, немногим дороже) пресной. Достичь же этого чрезвычайно трудно.
Начнем с простейшего способа - дистилляции, или перегонки. Идею его можно выразить в нескольких словах: вода испаряется, соль остается.
Переведем это, однако, на язык арифметики. Нагревание и испарение литра волы требует примерно 600 калорий. Для получения пяти литров нужно затратить (с учетом к. п. д.) килограмм условного топлива.
Городу с миллионным населением необходимо в сутки не меньше миллиарда литров. Опреснительная установка такой производительности должна расходовать ежедневно 200 тысяч тонн угля, т. е. 150-200 железнодорожных составов. Не говоря уже о размерах, установка будет вырабатывать дорогую воду, потому что стоимость топлива достаточно высока.
Разумеется, современная выпарная установка не похожа на старомодный перегонный куб. Она работает по системе многоступенчатой дистилляции. Взятый "со стороны" пар испаряет воду только в первой ступени. Образующиеся пары попадают во второй аппарат, где давление ниже атмосферного. В следующем аппарате давление еще ниже, поэтому, хотя с каждой новой ступенью температура падает, испарение продолжается.
Ясно, что закону сохранения энергии процесс не угрожает.
Выигрыш достигается за счет повышения коэффициента полезного действия: в вакуумных аппаратах он выше, чем в нагревательных.
Многоступенчатые установки работают в Кувейте, на острове Аруба в Карибском море, в городе Фрипорте (штат Техас). Крупнейшая из них дает 19 тысяч кубометров воды в день при цене 0,35 доллара за тонну. Для любого вещества стоимость вполне приемлемая, а для воды - дорого (средняя цена пресной воды в США-0,10 доллара).
Эти показатели можно улучшить, если перейти к строительству гигантских опреснительных установок. Однако возникнут транспортные трудности: придется перебрасывать на большие расстояния либо топливо, либо воду. Ведь потребители воды - города, крупные предприятия - далеко не всегда расположены в нефтяных или угольных бассейнах.
В последние годы широкое распространение получает комплексная атомно-опреснительная установка. Такая установка компактна, расходует мало топлива, не загрязняет воздух. Кроме того, на атомной электростанции всегда "вырабатывается"- в качестве побочного продукта - горячая вода.
Обычно использовать ее трудно. Комбинация атомного реактора с опреснительной установкой позволяет использовать эту воду (вернее, ее энергию) для нагревания и испарения морской воды.
В 1964 году в Закаспии начато строительство реактора на быстрых нейтронах. Реактор - двухцелевого назначения: он будет вырабатывать 350 тысяч киловатт электронергии и давать ежесуточно десятки тысяч кубометров воды.
Вымораживанием пресную воду получали так же давно, как и выпариванием. Делалось это просто: выливали воду на мороз и затем ждали теплой погоды соленая вода уходит раньше, и лед становится пресным.
Более современный метод - впрыскивание соленой воды в камеру, где поддерживается вакуум. Испаряясь, вода поглощает избыток тепла. Образуется кашица из рассола и пресного льда..
Лучшие результаты дает вымораживание с помощью сжиженного газа, например бутана. Жидкий бутан вводят в резервуар с соленой водой. Мгновенно йсйарйясь, он отбирает у воды тепло. Образуются кристаллы пресного льда, которые после выделения из рассола промывают.
С точки зрения чистой термодинамики холод выгоднее тепла. Однако холодильные устройства имеют меньший к. п. д. и технологическое оформление сложнее. Поэтому на практике метод не получил широкого применения.
Современный способ фильтрования основан на способности ионообменных смол поглощать соли. Таким путем (обычно в комбинации с электролизом) удается получить воду высокого качества. К сожалению, применение способа ограничено слабосолеными водами. Опреснять им океанскую воду невыгодно ионитовый фильтр быстро забивается и выходит из строя.
Описание можно продолжить. К десяткам существующих способов постоянно добавляются новые - верный признак того, что проблема приобретает все большее значение. Вот несколько наиболее "экзотических" методов.
Химический. Выбирается вещество, обладающее избирательной способностью, скажем, поглощает только пресную воду.
Физико-химический. Используются явления осмоса или, чаще, противоосмоса. В последнем случае воду продавливают через полупроницаемую перегородку, не пропускающую соль.
Оригинальный вариант такой установки предложил профессор В. Клячко. Шар из полупроницаемого материала опускают в море на глубину нескольких сот метров. Наружное давление "вдавливает" в шар пресную воду. Остается только ее откачивать...
И все-таки, повторяю, задачу нельзя считать решенной.
По данным ЮНЕСКО, вопросами опреснения занимаются сейчас 85 организаций в 16 странах. Наиболее Крупные исследования ведутся в Советском Союзе и в США. Не случайно между учеными именно этих стран в ноябре 1964 года было подписано соглашение о совместных работах по опреснению морской воды.
Недавно в нашу страну для изучения . опыта советских ученых приезжала американская делегация. Ее особенно заинтересовали достижения проблемной лаборатории Азербайджанского института нефти и химии. Руководит лабораторией доктор технических наук профессор Исмаил Зульфугарович Макинский.
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Лаборатория создана в 1959 году. Для таких исследований шесть лет срок, конечно, ничтожный. И если ее коллектив занимает сейчас ведущее положение в разработке проблемы, это во многом заслуга руководителя.
Дело тут не в должности и не в звании. И. 3. Макинский - пионер идеи опреснения, один из тех немногих ученых, кто оценил ее значение еще в начале тридцатых годов и отдал ей всю жизнь. Всю жизнь - это не так уж мало. Особенно, если учесть, что долгие годы он фактически работал один без средств, оборудования, без экспериментальной базы. Тема считалась далекой, малоперспективной, и нужно было настоящее мужество, чтобы не уйти в сторону, не соблазниться чем-то попроще и поэффектнее...
Исманл Зульфугарович не соблазнился. Потому лаборатория начала работу не с нуля, в своих исследованиях она опиралась на двадцатилетний опыт ученого. И еще - на энтузиазм. Многие из тех, кто здесь работает, начали заниматься проблемой уже в студенческие годы. Исмаил Зульфугарович - в лучших традициях науки - сумел заинтересовать студентов, вовлечь их в практическую деятельность. Вместе с опытным исследователем доцентом кафедры Павлом Павловичем Симоновым в лаборатории трудится молодежь: старшие инженеры Иоган Гейвандов и Петр Зуев, инженер Валерий Шищенко, аспирант-производственник Кямал Абдуллаев, преподаватели института Светлана Логинова, Юнус Якубов, Гасан Фейзиев...
За последние годы здесь побывали многие видные, специалисты- и советские, и зарубежные. Все они единодушно отмечают три особенности работы лаборатории: оригинальность, комплексный подход к решению задачи, промышленную готовность.
Дорога на океан
"АНГЕЛ-ХРАНИТЕЛЬ"
...Первый пульсационный звездолет "Теллур", типа ИФ-1, подходил к звездной системе Cor Serpentis (Сердце Змеи).
На борту шла обычная жизнь. Внезапно на экране большого локатора вспыхнула светящаяся точка. Точка стремительно приближалась. Исчезла. Включив мощные двигатели, звездолет напал экстренное торможение. Произошло событие эпохального значения. Люди Земли, впервые в истории человечества, встретили корабль другой звездной системы.
Корабли сблизились. Между ними протянули галерею, разделенную прозрачной перегородкой: мало ли какие неожиданности таит в себе встреча.
И неожиданное свершилось. На выступе чужого корабля возник куб из красного металла с черной передней стенкойэкраном. На экране - главный элемент атмосферы и дыхания той планеты: ядро в окружении девяти электронов. Фтор.
В эти минуты экипаж "Теллура" мог бы вспомнить, что с фтором связана одна из самых трагических страниц в истории земной химии. При изучении фтора погиб член ирландской Академии наук Томас Нокс. Мученическую смерть приняли известные химики француз Д. Никлес и бельгиец П. Лайет. Тяжело пострадали от фтора Гей-Люссак, Деви, Тенар...
Работа с фтором требует особой осторожности. Вдыхание фтора, даже в небольших концентрациях, приводит к воспалению дыхательных путей и легких, грозит смертью. Соприкосновение с кожей вызывает сильные ожоги. Резиновые маски и комбинезоны могут воспламениться. Не случайно его назвали: "фторос", по-гречески "разрушающий". И этот разрушающий все живое газ И. А. Ефремов, автор рассказа "Сердце Змеи", смело сделал газом жизни.
Правда, с одной оговоркой. Разумные существа того мира имели достаточно большой опыт космических полетов. В своих странствиях они не однажды встречали посланцев иных планет. Но среди них не было существ, которые использовали бы фтор. Все они, как и люди Земли, дышали кислородом.
Ясно, что фторная жизнь, по мнению писателя, явление исключительное, может быть, единственное во Вселенной. И люди предложили разумным существам чужого мира подумать о возможности сложнейшей биологической операции перестройке организма с фтора на кислород. Иначе им вряд ли когда-нибудь удастся близко познакомиться с "братьями по разуму". Ведь если люди не могут находиться в атмосфере фтора, то для Существ фторного мира кислород не менее опасный враг...
И тут возникают сомнения. Нет, не те, которых, видимо, ждал автор рассказа. Неожиданная и смелая идея - дышать фтором, пить вместо воды плавиковую кислоту-кажется мне вполне реальной.
В наших земных условиях фтор не соединяется с углеродом. Но химики научились их соединять. И вещества этого типа - фтороуглероды - обладают поразительными свойствами: не горят, не окисляются, не гниют, на них не действуют даже азотная кислота и царская водка. Есть среди них жидкости, есть и твердые вещества. Короче, возможности выбора широки, а стойкость материи, построенной из фтороуглеродов, огромна. Стоит ли при этих условиях переходить на кислород?..
Впрочем, это дело вкуса. Сомнения вызывает другое. Почему, собственно, дыхание кислородом обычно, а дыхание фтором нечто чрезвычайно редкое, исключительное?
Писатель отвечает на этот вопрос. По распространенности во Вселенной фтор занимает восемнадцатое место, кислородтретье. Или, по другой системе подсчета, кислорода в 200 тысяч раз больше, чем фтора.
Соображение веское. Однако сомнения не исчезают. Вопервых, данные о распространенности элементов нельзя считать окончательными. Сам же Ефремов отмечает, что фтор недавно передвинулся - по распространенности - с сорокового места на восемнадцатое. Где гарантия, что новые данные не изменят и нынешние представления?
Во-вторых, кроме количества нужно учитывать и качество.
Мы не знаем, какой из газов - кислород или фтор - более благоприятен для зарождения и развития жизни. Вероятно, фтор - он активнее. Если так, то меньшая распространенность фтора может уравновешиваться большей вероятностью возникновения фторных организмов.
Мне кажется, что особая привязанность к земным элементам жизни углероду и кислороду - невольная дань эпохе, когда земной шар считался центром мироздания, а человеквысшим достижением природы. Но теперь мы знаем, что Земля- рядовая планета в ничем не примечательном месте - слабой спиральной ветви обычной галактики. Сама же эта галактика далека от центра Вселенной, расположена, так сказать, в небесной "провинции"...
В бесконечном космосе условия жизни бесконечно разнообразны. И, надо думать, столь же разнообразна жизнь, сформированная этими условиями.
Земная жизнь опирается на трех "китов": углерод, кислород и воду. Заменить углерод трудно, он обладает редкой способностью образовывать молекулы-гиганты из сотен тысяч и миллионов атомов - белковые тела. Однако ученые считают, что для этой цели пригодны и другие элементы, скажем, кремния. На Земле, где не было подходящих условий, природа им не воспользовалась. Но в других мирах, в иных условиях кремний мог стать фундаментом, на котором выросло дерево жизни.
Заменить кислород проще. Теоретически легко вообразить себе организмы, которые используют в качестве окислителя самые различные элементы и вещества: фтор, хлор, серу, окись углерода, сернистый газ... Важно лишь, чтобы химическая реакция, идущая в организме, обеспечивала его достаточным количеством энергии.
Фтор выгоднее кислорода, реакции с его участием идут с большим выделением тепла. Хлор, сера и другие окислители уступают кислороду. Но вполне можно представить организм, работающий, к примеру, на хлоре. Просто при этом дыхание будет более интенсивным.
А вода? Ее заменят такие, на наш взгляд, неподходящие вещества, как плавиковая или соляная кислота. Конечно, трудно вообразить реки, моря и океаны, заполненные соляной кис. лотой. Трудно поверить, что в этих реках можно купаться, ходить "по кислоту" с ведрами, стирать в ней белье. Однако жителям иного мира, вероятно, не легче понять, как можно дышать ядовитым кислородом и полоскать рот крайне вред,ной водой.
.Итак, мы не вправе считать, что кислород и вода непременные спутники жизни. Но достаточно распространенныебезусловно. В пределах же солнечной системы вряд ли существуют фермы жизни, принципиально отличные от земных. А это значит, что если бы завтра в атмосфере одной из планет солнечной системы удалось обнаружить заметные количества кислорода, это было бы почти бесспорным доказательством ее обитаемости.
В самом деле. Такой активный газ, как кислород, не может долго оставаться в одиночестве, он обязательно найдет с чем соединиться. А раз он свободен, следовательно, его запасы постоянно возобновляются. И происходит это не без участия организмов, напоминающих наши растения.
Еще большую, "доказательную силу" имело бы обнаружение воды. Мы знаем, что возникновение жизни - процесс чрезвычайно сложный, протекающий лишь в особо благоприятных условиях. Условия на Земле существовали. Их создала вода. Для зарождения и'развития жизни вода сделала так много, что за одно это ей полагается памятник.
Земная природа не знала секрета жизни. Открыть егоможно было только одним путем - путем бесчисленных опытов. Только бесконечно тасуя неорганические соединения, пробуя миллиарды сочетаний н вариантов, природа могла найти, условия (может быть, единственные), при которых образовались первые комочки живого.
С этой точки зрения вода незаменима. Растворенные в ней вещества находились в постоянном движении, вступали в реакции, выпадали в осадок, растворялись снова. Огромное большинство этих эволюции ни к чему не вело. Но раньше или позже должно было сложиться "счастливое" стечение обстоятельств. И оно сложилось - возникла жизнь.
Возникла, и сразу же оказалась под угрозой. В атмосфере Земли не было озона - экрана, который защищает сейчас все живое от безжалостного ультрафиолетового излучения Солнца, от жесткого потока космической радиации. Но вода была. Верхние ее слои задерживали лучевой поток, предохраняя от гибели родившуюся жизнь.
Жизнь не может существовать без обмена с окружающей средой. Вода облегчала обмен, играла роль посредника. Она" приносила продукты питания, убирала "отходы".
По справедливости, если у человечества есть ангел-хранитель, он должен иметь вид водяной капли!
Понятно, что если бы, скажем, на Марсе удалось обнаружить значительные количества воды, это было бы почти бесспорным доводом в пользу обитаемости планеты. К сожалению, поиски пока не дали результатов. Может быть, виновата наша техника. Но скорее всего, на ближайших, наиболее перспективных для жизни планетах воды, действительно, очень мало. И значит, проблема освоения соседних планет - это, во многом, проблема воды.
Разумеется, вначале человек будет пользоваться "привозными" средствами: кислородом, водой, продуктами питания.
Но настоящую свободу он обретет тогда, когда сумеет воспроизвести в новом для него мире условия, близкие к земным.
На Земле же, как известно, воды достаточно. Кажется, трудно найти вещество, столь распространенное и дешевое.
И вдруг-проблема воды. Не лунной или марсианской.
А обычной, земной.
ПРОБЛЕМА ВОДЫ
Городской житель, привыкший решать проблему водь; поворотом крана, плохо представляет ее масштабы. Иногда думают, что это задача сугубо техническая. Одна из многих, что ставит перед учеными и инженерами двадцатый век. Но "проблемой № 1" назвал ее покойный президент США Джон Кеннеди.
Еще недавно на западе писали об истощении природных ресурсов. Подсчитывали, через сколько лет человечество начнет испытывать "железный голод", через сколько-нефтяной, медный, свинцовый. Получалось так, что на Земле всего не хватает, кроме, разве, воды...
Жизнь опрокинула прогнозы. Открытие крупнейших месторождений полезных ископаемых, промышленное использование атомной энергии, успехи синтетической химии - все это оттеснило в далекое будущее опасность истощения природных богатств. И одновременно - пусть это не кажется парадоксальным - выдвинуло на первое место проблему воды.
Уже сейчас засушливые районы занимают треть земной сущи, охватывая - в большей или меньшей степени - территорию шестидесяти государств. Совсем недавно недостаток воды ощущали строго очерченные районы - главным образом в слаборазвитых государствах. Теперь положение иное.
Нехватку испытывают Токио и Нью-Йорк, Париж и Лондон.
Вот строки из документа, хранящегося в секретариате Всемирной организации здравоохранения: "В некоторых областях мира детям не разрешают играть на солнце из опасения, что они будут испытывать сильную жажду. Воды так мало, что ее приходится экономить даже на детях".
Чем это вызвано? Прежде всего увеличением расхода воды. Тому есть много причин.
Стремительно повышаются темпы роста населения. В 1000 году нашей эры прирост измерялся сотыми долями процента, в 17-19 веках - десятыми долями. В первой половине 20 века он равнялся одному проценту, а ныне достигает почти двух процентов в год. В середине прошлого столетия население Земли дошло до миллиарда - для этого потребовались тысячи лет. Меньше чем через столетие оно выросло еще на миллиард человек. В настоящее время нас уже три миллиарда, и к Концу века это число удвоится.
Другая причина - рост сельского хозяйства и промышленности, причем не только количественный, но и качественный.
В сельском хозяйстве отчетливо проявляется тенденция к переходу на орошаемое земледелие. Орошение ослабляет зависимость от природы, гарантирует высокие урожаи. В промышленности резкое увеличение расхода воды связано с новыми, прогрессивными процессами, работой в диапазонах высоких температур и давлений. Естественно, при этом увеличиваются затраты воды на очистку сырья, охлаждение агрегатов, подсобные операции. К примеру, тысячи литров воды достаточно для производства 200-400 килограммов угля или 8-60 килограмм-ов стали, но лишь 7-20 килограммов бумаги и всего 2 килограммов искусственного волокна.
Наша страна богата природными ресурсами и, в частности, водой. Однако для многих районов Советского Союза (прежде всего Каспийского побережья) эта проблема имеет серьезное значение.
Возьмем район Апшерона. Не секрет, что жители Баку и Сумгаита, предприятия, совхозы и колхозы уже сейчас ощущают недостаток воды. В ближайшие годы проблема водыможет стать решающей.
По имеющимся данным, одному только Сумгаитскому нефтехимкомбинату в 1970 году потребуется около 2,5 кубометраводы в секунду - это почти половина того, что расходует ныне весь Бакинско-Сумгаитский район. Общая же потребность Апшерона через шесть лет превысит 30 кубометров в секунду, и к 2000 году возрастет в десятки раз.
Есть разные пути решения проблемы. Прежде всего, переброска воды в засушливые районы, с помощью каналов, водопроводов и т. п. Путь, в общем, простой и надежный - не случайно им пользуются с глубокой древности. Но за тысячи лет его возможности в значительной мере исчерпаны. Сейчас получить дополнительную воду в больших количествах можно лишь в результате гидротехнических работ, грандиозных по масштабам и сложности. Подсчеты иностранных ученых свидетельствуют, что стоимость работ - на ближайшие 20 лет - составит тысячи миллиардов долларов.
Главное, однако, не в этом. По самой своей природе гидротехнические сооружения способны решать лишь частную задачу - перераспределение наличных запасов воды. Увеличить их, повысить пресноводный "потенциал" Земли они, как правило, не могут.
Уже при беглом взгляде на карту ясно, что соленой воды больше, чем пресной: океан занимает около трех четвертей земной поверхности. Но трудно поверить, что свыше 97 процентов воды сосредоточено в океанах. На долю же всех рек, ручьев, протоков - т. е. наиболее доступных источников пресной воды - приходится совсем немного, что-то около одной десятитысячной процента. И эта десятитысячная существует потому, что ничтожная часть воды океанов испаряется и перемещается туда, где люди, животные и растения могут ее использовать.
Таким образом, солнце, океан, суша и атмосфера это гигантский дистиллятор, осуществляющий распределение пресной воды по миру. Если бы он вышел из строя, вся вода очень скоро сосредоточилась бы в океанах, и только там могла бы продолжаться жизнь.
Предположение, конечно, фантастическое - природный дистиллятор практически вечен. И все-таки в вопросе стоит разобраться подробнее.
По земным масштабам потребности человечества в воде весьма скромны. Они невелики в сравнении с запасами пресной воды, а сопоставлять их с ресурсами океанов просто не имеет смысла. Казалось бы, положение существенно не изменится, даже если расход воды увеличится в десятки раз.
Опыт, однако, показывает, что дело обстоит не так просто.
Во-первых, реальные ресурсы пресной воды (т. е. такие, что могут быть практически использованы), составляют сравнительно небольшую часть общих запасов. Во-вторых, если непосредственные потребности человека мало отражаются на водном балансе, то его деятельность - обработка земли, поворот рек, вырубка лесных массивов, создание искусственных водоемов и крупных предприятий - существенно влияет на ход природных процессов.
Скажем, поворот сибирских рек в Каспийское море связан с трудностями отнюдь не только техническими. Вода будет проходить значительно больший путь и по районам с гораздо более теплым климатом. А это значит, что испарение резко возрастет и полноводная река может обмелеть...
Другой пример - Байкал, один из крупнейших пресноводных бассейнов мира. "Выпить" его трудно. Однако сделать воду озера непригодной для питья - легко. Ученые полагают, что ежегодно 500 миллионов человек становятся жертвами болезней только из-за того, что у них нет достаточно чистой воды. Me удивительно, что проект строительства на Байкале целлюлозно-бумажного комбината встречает столь резкие возражения.
Особую опасность для водных ресурсов представляют химические предприятия. Дело в том, что природа не умеет быстро разлагать вещества, синтезированные искусственно.
Они годами сохраняются, выводя из "активного баланса" огромные массы воды.
Не следует, однако, думать, что во всем "виновата" промышленность. Видимо, приход пресной воды вообще снижается в силу как искусственных, так и естественных причин - географических, климатических и т. д. Профессор А. А. Дубинский, непререкаемый авторитет в области гидрогеологии, утверждает, что, например, режим питания наших степных рек подземными водами изменяется в отрицательную сторону. Общая площадь их водного зеркала заметно уменьшилась на протяжении жизни одного поколения, а в ряде случаев - за полтора-два десятилетия. Этот процесс характерен и для других районов мира.
Время, когда человек, не задумываясь о последствиях, мог менять лицо земли, уходит в прошлое. Ныне его силы сравнимы с силами природы. А это обязывает.
Природная опреснительная установка обладает определенной "производительностью". Если человек, без ущерба длл ее работы, хочет получать больше, он должен тщательно взвесить все возможные последствия. Понятно, что проблему воды - в широком сиысле - нельзя решить только за счет перераспределения воды. В лучшем случае это лишь отдалит "жажду", ибо потребность в воде растет и будет расти.
Остается другой путь, может быть, и более трудный, но единственно перспективный - опреснение соленой воды.
ПОРОГ ВЫСОТОЙ В 5 КОПЕЕК
На первый взгляд опреснение кажется задачей не такой уж сложной. Еще в древности люди знали по крайней мере три способа (они и сейчас остаются главными) превращения соленой воды в пресную: испарение, замораживание и фильтрование. Солнце, мороз, пористый камень - весь небогатый арсенал той эпохи. Естественно, и результаты получались скромные. Не надеясь на опреснительные "установки", люди жались к рекам...
Старые способы давно усовершенствованы, изобретены десятки новых. Человечество располагает колоссальными техническими средствами. Но перед современным человеком проблема воды стоит, пожалуй, еще более остро, чем перед его далеким предком. А это значит, что задачу опреснения никак нельзя считать решенной.
В чем же дело? В стоимости.
Широкое промышленное применение воды во многом обусловлено ее дешевизной. И для питания котлов, и для охлаждения, и для прочих целей в принципе годится не только вода. Но всякое другое вещество заведомо дороже. "Дорогая" вода потеряет свою универсальность, т. е. перестанет быть водой. Поэтому любой способ опреснения проверяется жесточайшим критерием стоимостью. Опресненная вода должна обходиться не дороже (во всяком случае, немногим дороже) пресной. Достичь же этого чрезвычайно трудно.
Начнем с простейшего способа - дистилляции, или перегонки. Идею его можно выразить в нескольких словах: вода испаряется, соль остается.
Переведем это, однако, на язык арифметики. Нагревание и испарение литра волы требует примерно 600 калорий. Для получения пяти литров нужно затратить (с учетом к. п. д.) килограмм условного топлива.
Городу с миллионным населением необходимо в сутки не меньше миллиарда литров. Опреснительная установка такой производительности должна расходовать ежедневно 200 тысяч тонн угля, т. е. 150-200 железнодорожных составов. Не говоря уже о размерах, установка будет вырабатывать дорогую воду, потому что стоимость топлива достаточно высока.
Разумеется, современная выпарная установка не похожа на старомодный перегонный куб. Она работает по системе многоступенчатой дистилляции. Взятый "со стороны" пар испаряет воду только в первой ступени. Образующиеся пары попадают во второй аппарат, где давление ниже атмосферного. В следующем аппарате давление еще ниже, поэтому, хотя с каждой новой ступенью температура падает, испарение продолжается.
Ясно, что закону сохранения энергии процесс не угрожает.
Выигрыш достигается за счет повышения коэффициента полезного действия: в вакуумных аппаратах он выше, чем в нагревательных.
Многоступенчатые установки работают в Кувейте, на острове Аруба в Карибском море, в городе Фрипорте (штат Техас). Крупнейшая из них дает 19 тысяч кубометров воды в день при цене 0,35 доллара за тонну. Для любого вещества стоимость вполне приемлемая, а для воды - дорого (средняя цена пресной воды в США-0,10 доллара).
Эти показатели можно улучшить, если перейти к строительству гигантских опреснительных установок. Однако возникнут транспортные трудности: придется перебрасывать на большие расстояния либо топливо, либо воду. Ведь потребители воды - города, крупные предприятия - далеко не всегда расположены в нефтяных или угольных бассейнах.
В последние годы широкое распространение получает комплексная атомно-опреснительная установка. Такая установка компактна, расходует мало топлива, не загрязняет воздух. Кроме того, на атомной электростанции всегда "вырабатывается"- в качестве побочного продукта - горячая вода.
Обычно использовать ее трудно. Комбинация атомного реактора с опреснительной установкой позволяет использовать эту воду (вернее, ее энергию) для нагревания и испарения морской воды.
В 1964 году в Закаспии начато строительство реактора на быстрых нейтронах. Реактор - двухцелевого назначения: он будет вырабатывать 350 тысяч киловатт электронергии и давать ежесуточно десятки тысяч кубометров воды.
Вымораживанием пресную воду получали так же давно, как и выпариванием. Делалось это просто: выливали воду на мороз и затем ждали теплой погоды соленая вода уходит раньше, и лед становится пресным.
Более современный метод - впрыскивание соленой воды в камеру, где поддерживается вакуум. Испаряясь, вода поглощает избыток тепла. Образуется кашица из рассола и пресного льда..
Лучшие результаты дает вымораживание с помощью сжиженного газа, например бутана. Жидкий бутан вводят в резервуар с соленой водой. Мгновенно йсйарйясь, он отбирает у воды тепло. Образуются кристаллы пресного льда, которые после выделения из рассола промывают.
С точки зрения чистой термодинамики холод выгоднее тепла. Однако холодильные устройства имеют меньший к. п. д. и технологическое оформление сложнее. Поэтому на практике метод не получил широкого применения.
Современный способ фильтрования основан на способности ионообменных смол поглощать соли. Таким путем (обычно в комбинации с электролизом) удается получить воду высокого качества. К сожалению, применение способа ограничено слабосолеными водами. Опреснять им океанскую воду невыгодно ионитовый фильтр быстро забивается и выходит из строя.
Описание можно продолжить. К десяткам существующих способов постоянно добавляются новые - верный признак того, что проблема приобретает все большее значение. Вот несколько наиболее "экзотических" методов.
Химический. Выбирается вещество, обладающее избирательной способностью, скажем, поглощает только пресную воду.
Физико-химический. Используются явления осмоса или, чаще, противоосмоса. В последнем случае воду продавливают через полупроницаемую перегородку, не пропускающую соль.
Оригинальный вариант такой установки предложил профессор В. Клячко. Шар из полупроницаемого материала опускают в море на глубину нескольких сот метров. Наружное давление "вдавливает" в шар пресную воду. Остается только ее откачивать...
И все-таки, повторяю, задачу нельзя считать решенной.
По данным ЮНЕСКО, вопросами опреснения занимаются сейчас 85 организаций в 16 странах. Наиболее Крупные исследования ведутся в Советском Союзе и в США. Не случайно между учеными именно этих стран в ноябре 1964 года было подписано соглашение о совместных работах по опреснению морской воды.
Недавно в нашу страну для изучения . опыта советских ученых приезжала американская делегация. Ее особенно заинтересовали достижения проблемной лаборатории Азербайджанского института нефти и химии. Руководит лабораторией доктор технических наук профессор Исмаил Зульфугарович Макинский.
ДВАДЦАТЬ ЛЕТ СПУСТЯ
Лаборатория создана в 1959 году. Для таких исследований шесть лет срок, конечно, ничтожный. И если ее коллектив занимает сейчас ведущее положение в разработке проблемы, это во многом заслуга руководителя.
Дело тут не в должности и не в звании. И. 3. Макинский - пионер идеи опреснения, один из тех немногих ученых, кто оценил ее значение еще в начале тридцатых годов и отдал ей всю жизнь. Всю жизнь - это не так уж мало. Особенно, если учесть, что долгие годы он фактически работал один без средств, оборудования, без экспериментальной базы. Тема считалась далекой, малоперспективной, и нужно было настоящее мужество, чтобы не уйти в сторону, не соблазниться чем-то попроще и поэффектнее...
Исманл Зульфугарович не соблазнился. Потому лаборатория начала работу не с нуля, в своих исследованиях она опиралась на двадцатилетний опыт ученого. И еще - на энтузиазм. Многие из тех, кто здесь работает, начали заниматься проблемой уже в студенческие годы. Исмаил Зульфугарович - в лучших традициях науки - сумел заинтересовать студентов, вовлечь их в практическую деятельность. Вместе с опытным исследователем доцентом кафедры Павлом Павловичем Симоновым в лаборатории трудится молодежь: старшие инженеры Иоган Гейвандов и Петр Зуев, инженер Валерий Шищенко, аспирант-производственник Кямал Абдуллаев, преподаватели института Светлана Логинова, Юнус Якубов, Гасан Фейзиев...
За последние годы здесь побывали многие видные, специалисты- и советские, и зарубежные. Все они единодушно отмечают три особенности работы лаборатории: оригинальность, комплексный подход к решению задачи, промышленную готовность.