Полезные ископаемые моря

Около 90% полезных ископаемых – осадочные, морского происхождения. Полезные ископаемые содержатся в самой морской воде, на морских побережьях (россыпи и рыхлые отложения), в морских осадках и залегающих под ними коренных породах. Морская вода, по сути, богатейшая жидкая руда. В воде океанов и морей растворено до 70 различных химических элементов. По подсчетам ученых, в Мировом океане хранится свыше 10 млрд. т золота, около 3 млрд. т никеля, 164 млн. т серебра, 800 млн. т молибдена, 1 млрд. т свинца и цинка, 20 тыс. т радия, 4 млрд. т урана и т.д. Если извлечь золото из морской воды и распределить среди населения земного шара, то на каждого придется почти 3 т. Из морской воды извлекают пищевую соль, йод, бром, магний, сульфат натрия и другие химические соединения.

Морские прибрежные россыпи содержат золото, платину, алмазы, оловянный камень, вольфрамит, титанистый железняк и др. Здесь же добывают строительные материалы: песок, гравий, галечник, известняк-ракушечник и др. В прибрежных областях морей и океанов добывают нефть и газ. Добыча нефти со дна моря в крупных масштабах ведется в Мексиканском и Персидском заливах, в Каспийском море. Потенциальные запасы нефти на дне океанов и морей превосходят разведанные нефтяные запасы суши примерно в 3 раза. На морском дне больше полезных ископаемых, чем на всех континентах. Некоторые морские илы представляют собой цементное сырье.

Одним из основных ископаемых, которые добывают из морской воды, является магний – лёгкий металл, используемый в автомобилестроении и самолётостроении, пиротехнике, медицине и производстве стали. Кроме того, из морской воды извлекают бром, который используют в фотографии, производстве красителей и медицине. Добычей этих ископаемых занимаются американские фирмы.

В морской воде содержится также калий и кальций, но при огромных запасах этих металлов на суше добывать их из моря нет смысла. Более серьёзно рассматривается перспектива добычи золота и урана. Пока что с морского дна поднимают главным образом песок и гравий для строительной промышленности. Добыча производится на мелководье с помощью землесосных снарядов. Таким же способом разрабатываются меловые отложения, образовавшиеся из раковин доисторических морских животных, главным образом у берегов Исландии и Багамских островов. Используется мел в производстве цемента и бетона.

На многих побережьях находят алмазы и драгоценные металлы. Они часто образуют россыпные месторождения.

Наиболее известными являются россыпи зернистого и самородного золота, встречающиеся на речном дне в золотоносных районах. Эти месторождения – результат выветривания пород на протяжении 65 млн. лет. Проложив себе вместе с реками путь к морю, россыпи оседают на морских побережьях – на суше и под водой.

Из подводных россыпей добывают хром, железо и такие редкие металлы, как цирконий, использующийся в стержнях ядерных реакторов.

Разработка глубинных месторождений находится пока на ранней стадии, хотя до этого богатого источника полезных ископаемых может дойти очередь, когда их запасы на суше исчерпаются. На дне моря встречается марганец, использующийся в производстве твёрдых сплавов со сталью, алюминием и медью. Марганец применяется также в производстве удобрений.

Наибольшие скопления конкреций находятся в северной и южной частях Тихого океана. Пока единственный район, где успешно ведётся их добыча, расположен на западе от Центральной Америки, между разломами Кларион и Клиппертон. Конкреции залегают на глубинах до 4 км от поверхности океана и в этом районе имеют высокое содержание металлов.

Минеральные богатства Черного моря

На нефтегазоносные ресурсы в настоящее время наиболее перспективно Чёрное море. А первые железомарганцевые конкреции в Чёрном море были открыты ещё в 1890 году Н. И. Андрусовым. Немного позднее их детальным изучением занимались такие учёные, как: Зернов С. А., Милашевич К. О., Титов А. Г., и Страхов Н. М. на данный момент в Чёрном море разведаны и открыты три разных пояса конкреций: западнее дельты реки Риони, южнее мыса Тартанхут, а также на материковом склоне восточнее Синопа и на турецкой части шельфа.

Кроме всего этого, побережье и дно Чёрного моря в последнее время рассматриваются как основные места, где можно добывать олово, алмазы, платину, рудные металлы и титан. Также Чёрное море является кладезем таких строительных материалов, как ракушечник, галька и пески.

Минеральные богатства Азовского моря

Самое мелкое море богато полезными ископаемыми, спрятанными не только под водой, на дне, но зачастую даже в недрах морского дна. Главнейшие среди его потаённых кладов – потенциальные нефтегазовые ресурсы акватории. Газовые месторождения (Керченско-Таманская область – на юге, в окрестностях села Стрелковое – на западе, Бейсугское – на востоке, Синявинское – на северо-востоке) как бы обрамляют всё Азовское море. На всей здешней акватории и вокруг основным перспективным нефтегазоносным горизонтом являются отложениями нижнего мела, в меньшей мере – палеоценовые, эоценовые, майкопские, миоценовые и даже плиоценовые породы. С точки зрения нефтеносности наиболее интересны майкопские.

Общая мощность осадочного чехла в южной части моря – в Индоло-Кубанской впадине – огромна и достигает 14 км. Значительная часть этого мощного разреза перспективна на нефть и газ.

По берегам западной его половины располагается Азово-Черноморская железорудная неогеновая провинция, представленная оолитовыми железными рудами киммерийского возраста. В северо-западной части моря, в пределах так называемого Молочанского грабена, вероятно наличие крупных залежей железных руд с запасами в несколько миллиардов тонн. Они, надо полагать, локализованы по северному склону Азовского вала и в пределах всей отрицательной структуры этого грабена.

Ещё один вид минерального сырья, поставляемого Азовским морем, – поваренная соль. Морскую соль добывают из Сиваша. И немало: около 60 тыс. тонн.

Основные полезные ископаемые со дна морей

Первое место среди них занимает нефть вместе с горючими газами, затем идут железные и марганцевые руды, бокситы, известняки, доломиты и фосфориты.

Нефть – это смесь различных углеводородов, т.е. соединений углерода с водородом. Она текуча, способна перемещаться под землёй на значительные расстояния. При этих перемещениях рассеянные в породах капельки нефти могут скопляться в крупные нефтяные залежи.

Согласно учению академика И. М. Губкина (1871–1939) нефть образовывалась в осадочных породах всех геологических эпох. «Она возникла в тех именно случаях, когда налицо имелись благоприятные условия к отложению лагунного, прибрежного или озёрного характера, содействовавшие накоплению органического материала, из которого впоследствии и образовалась нефть».

Нефтяные и газовые месторождения встречаются в предгорных прогибах, в зонах погружения горных цепей и в обширных тектонических впадинах, в пределах платформ. Такие места благоприятны для накопления мощных толщ песчано-глинистых или карбонатных осадков. Вместе с этими осадками, вперемежку с ними, накапливаются и полуразложившиеся остатки различных организмов, преимущественно мелких, микроскопических. Часть этого органического материала с течением геологического времени постепенно превращается в нефть. Вода вытесняет нефть из глин и других нефтематеринских пород, где она зародилась, в грубопористые породы, или «коллекторы», – пески, песчаники, известняки и доломиты. Если над коллектором залегает непроницаемый для нефти пласт в виде плотной глины или другой породы, то нефть скапливается под такой покрышкой, образуя месторождение. Наиболее богатые месторождения нефти встречаются в сводовых частях поднятий слоёв. При этом верхнюю часть свода под непроницаемым пластом занимает горючий газ, ниже идёт нефть, а еще ниже – вода (рис. 1).

Условия залегания нефти в недрах Земли

Рис. 1 – Условия залегания нефти в недрах Земли [4].

Вот почему геологи-нефтяники прежде всего изучают изгибы или структуры слоёв, ищут подземные своды или другие аналогичные «ловушки» нефти, расставленные природой на путях её подземного перемещения.

В некоторых местах нефть выходит на поверхность земли в виде источника. У таких источников она образует на воде тончайшие разноцветные плёнки. Такого же вида плёнки встречаются и у железистых источников. При ударе железистая плёнка разламывается на остроугольные обломки, а нефтяная – на округлые или вытянутые пятна, которые затем могут снова сливаться.

Сравнительно быстрое накопление осадочных пород является одним из необходимых условий образования нефтематеринской толщи. Руды железа, марганца, алюминия и фосфора, напротив, накапливаются очень медленно, и если рудные минералы этих металлов даже и образуются в нефтематеринских толщах, то они оказываются в них рассеянными, не представляя какого-либо интереса для добычи.

Залежи морских руд железа, марганца, алюминия и фосфора имеют форму пластов, то коротких, то протягивающихся на большие расстояния. Пласты некоторых фосфоритов тянутся на десятки и даже на сотни километров. Так, например, пласт фосфорита «курского самородка» проходит от Минска через Курск до Сталинграда.

Все эти руды отложились в неглубоких местах морей и залегают среди морских мелководных песчано-глинистых или известковых пород. Для образования руд железа, марганца и алюминия характерна тесная связь с прилегающей сушей – с её составом, рельефом и климатом. В условиях влажного климата и при равнинном или холмистом рельефе суши течение рек спокойное и поэтому они несут мало песка и глины и сравнительно много растворённых соединений железа, а иногда алюминия и марганца. Густая растительность областей влажного климата даёт при своём разложении много кислот, разрушающих породы и способствующих освобождённым при этом соединениям железа, марганца и алюминия перемещаться в растворённом виде. Кроме того, густая растительность предохраняет сушу от размывания, что тоже уменьшает количество песчано-глинистой мути в реках.

Состав горных пород, слагающих сушу, а также климат определяют относительное количество выносимых с суши рудных элементов. Много железа и марганца дают основные горные породы, особенно базальты и диабазы. Алюминий в условиях влажных тропиков легче вымывается из базальтов и нефелиновых) пород, труднее из гранитов.

Реки уносят растворённые соединения железа, марганца и алюминия в море, где и происходит их осаждение. Если одновременно с ними осаждается мало загрязняющих примесей, то могут образоваться сравнительно чистые рудные залежи. Благоприятными местами для накопления этих руд являются спокойные заливы или лагуны.

Медленное накопление осадков может происходить не только на платформах, но иногда и в геосинклиналях. Так как основные горные породы (диабазы, базальты и другие) нередко на значительных площадях выходили на поверхность именно в геосинклинальных областях, то возможностей для накопления руд в них было не меньше, а больше, чем на платформах. Для накопления осадочных отложений имеет значение и то, что геосинклинальные области не на всей своей площади характеризуются неустойчивостью земной коры или быстрым накоплением осадков. В них встречаются участки, временами сравнительно устойчивые, что способствует медленному накоплению осадочных пород. Такие участки как раз и представляют наибольший интерес с точки зрения осадочного рудообразования.

В начале индустриализации наша Родина испытывала острую нужду в алюминиевых рудах – бокситах. В то время у нас и за рубежом господствовала теория, что бокситы образовались на суше в результате тропического выветривания. Академик А. Д. Архангельский на основе детального изучения бокситов пришёл к совершенно другому выводу. Он выяснил, что наиболее крупные и высококачественные бокситовые месторождения имеют не наземное, а морское происхождение и образовались в геосинклиналях. Геологические партии были направлены в районы распространения геосинклинальных морских отложений, благоприятных для образования бокситов. Эти геологические поиски увенчались открытием ряда новых богатых бокситовых залежей в девонских морских отложениях на Урале, что обеспечило наши алюминиевые заводы отечественным сырьём. Девонские бокситы Урала отлагались хотя и в геосинклинальной области, но в такие моменты её жизни, когда накопление осадков происходило медленно, с перерывами и временными отступлениями моря. Значительная часть этих бокситов отложилась на суше в углублениях среди известняков.

Интересно происхождение залежей фосфоритов. Они по условиям своего образования не имеют такой тесной связи с сушей, как руды металлов. Фосфаты, растворённые в морской воде, характерны тем, что они являются весьма важным и притом дефицитным питательным веществом для морских организмов. Фосфатами питаются растения, которые в свою очередь поедают животные. Отмершие организмы, опускаясь на дно, уносят с собой и фосфор. При своём разложении они освобождают его на пути ко дну и частью на дне. В результате этого верхние слои воды обедняются фосфором, а нижние им обогащаются. Начиная с глубины 150–200 м его концентрация в 5 или 10 раз больше, чем у поверхности воды, а наиболее высокие концентрации растворённых фосфатов образуются в иловых или грунтовых водах. В этих водах на дне моря и происходит осаждение фосфатов из раствора. Фосфориты имеют форму сплошных пластов, кавернозных плит или желваков разнообразного вида.

Происхождение почти всех фосфоритных слоёв связано с перерывами в накоплении осадочных толщ, что особенно отмечал А. Д. Архангельский. Этот факт объясняется, по-видимому, тем, что фосфориты отлагались в сравнительно мелководных условиях, на глубинах примерно 50–200 м, так что достаточно было небольшого поднятия морского дна, чтобы они оказались в зоне размывающего действия волн.

Морское происхождение имеют также белый мел и известняк. Оба они состоят в основном из кальцита или углекислого кальция и различаются не по минералогическому и не по химическому составу, а по физическому состоянию – белый мел мягок, он сложен из мельчайших несцементированных частиц; известняк, напротив, крепок, слагающие его частицы более крупные, чем в мелу.

Слои белого мела выходят на поверхность во многих местах Украины, на Дону и на Волге. Мел больше чем наполовину состоит из остатков микроскопических известковых водорослей кокколитофорид. Современные кокколитофориды плавают у поверхности воды, передвигаясь при помощи своих жгутиков. Они населяют преимущественно тёплые моря.

Кроме остатков кокколитофорид, в мелу часто встречаются микроскопические кальцитовые раковинки корненожек, или фораминифер, а также раковины моллюсков и остатки морских ежей, морских лилий и кремнёвых губок.

Количество остатков кокколитофорид в мелу обычно равно 40–60 процентам, корненожек – 3–7 процентам, прочих известковых организмов – 2–6 процентам, а остальное составляет порошковатый кальцит, происхождение которого пока не выяснено.

Преобладание остатков известковых водорослей в составе мела было установлено ещё в прошлом столетии киевским профессором П. Тутковским и харьковским профессором А. Гуровым

Известняки тоже в значительной мере состоят из кальцитовых органических остатков – раковин моллюсков и плеченогих, остатков иглокожих, известковых водорослей и кораллов. Многие известняки изменились настолько, что по внешнему виду трудно определить, какого они происхождения. По поводу таких известняков до сих пор идут споры: одни говорят, что в них кальцит был химически осаждён из раствора морской воды, другие утверждают, что известняк сложен из органических остатков, к настоящему времени изменённых до неузнаваемости.

В своей недавно опубликованной работе профессор Н. М. Страхов доказал, что почти все морские известняки образовались за счёт остатков известковых организмов, а химическое осаждение карбоната кальция в море идёт в весьма ограниченных количествах. И действительно, белые известняки мелового периода, широко распространённые в Крыму и на Кавказе, на первый взгляд чрезвычайно бедны органическими остатками, но при внимательном изучении в них найдено большое количество остатков кокколитофорид и корненожек. Значит, что эти известняки раньше были мелом, а потом сильно уплотнились.

Применение известняков весьма разнообразно. Они идут на щебень для шоссейных и железных дорог, на бут для кладки фундаментов, а некоторые, наиболее плотные из них, употребляются для облицовки зданий как мрамор. В таких мраморах можно видеть раковины плеченогих и моллюсков, морские лилии, известковые водоросли и кораллы. Известняки широко используются также для производства извести и цемента, для известкования почв, в металлургии, при получении соды, стекла, очистке сахарного сиропа и изготовлении карбида кальция. Мел там, где от него не требуется высокой прочности, используется так же, как и известняк.

Нефть и газ

Наибольшее значение имеют сейчас месторождения нефти и газа. А также прибрежно-морские россыпи тяжелых минералов, металлов, алмазов и др.

Нефть – это горючая жидкость, представляющая собой сложную смесь из углеводородов. Различные типы нефти существенно различаются по химическим и физическим свойствам: в природе она представлена и в виде черного битумного асфальта, и в форме светлых летучих разновидностей.

Залежи месторождений нефти встречаются практически повсеместно, кроме Антарктиды. Однако есть участки земной коры и подводные участки, под которыми нефти столь много, что такое месторождение принято называть крупным.

Впервые нефть со дна моря начали добывать в России. Еще в начале XIX века в Баку была получена нефть из колодцев, выкопанных в Биби-Эйбатской бухте. Позднее, в 20-х годах XX века, в СССР был создан первый в мире морской промысл «Нефтяные камни». Сейчас из-под дна Каспийского моря получают более двух третий всей азербайджанской нефти. Почти на 200 км. Протянулись в море металлические эстакады. На которых установлены буровые вышки, построен настоящий морской город.

Бурение скважин со свайных оснований широко освоено как за рубежом так и у нас.

Со стационарных свайных оснований и с самоподнимающихся оснований бурят обычно при глубинах моря до 30–40 м. Однако, на VIII Мировой нефтяном конгрессе в Москве отмечалось, что для добычи нефти и газа уже вполне доступны глубины моря до 200 м. Тем не менее морское бурение остается делом достаточно трудным и дорогостоящим. К тому же каждая морская скважина обходится в два три раза дороже, чем аналогичная скважина на суше.

В настоящее время добыча нефти в море имеет немалое значение для мирового хозяйства. 1966 году на морских промыслах добывалось около 100 млн. т. Нефти, в 1968 году – уже около 300 млн. т; ныне около 20% мировой добычи нефти приходится на морские месторождения. Сейчас ежесуточно в море добывают более миллиона тонн нефти. Стоимость мировой добычи нефти и газа на шельфах около 4 млрд. долларов в год. Ежегодно в прибрежных районах бурится 8–10 тысяч скважин.

Запасы нефти в морских месторождениях составляют 60–150 млрд. т. В 1971 году американский геолог Л. Дж. Уикс оценил запасы нефти на шельфе при глубинах моря до 300 м.

Примерно 2/3 теперешней добычи нефти в море падает на Венесуэлу, Персидский и Мексиканский заливы. Венесуэла добывает нефть из-под дна озера Маракаибо. В Мексиканском заливе в 1967 году добывалась половина полученной из моря нефти. Здесь открыто 220 месторождений нефти и газа и добыто нефти на сумму свыше 7 млрд. долларов.

Советский Союз, в отличие от многих других стран, имеет огромные запасы нефти на суше, успешно осваивает богатейшие месторождения Западной Сибири. Вместе с тем, помимо каспийского моря. Где добыто уже 156 млн. т. нефти. Советские геологи проводят большие работы по оценки перспектив нефтегазоносности шельфов. К перспективным отнесены акватории шельфа площадью примерно 2,2 млн. км.кв: находящиеся в морях, омывающих северные и восточные берега СССР, а также в Черном, Балтийском, Аральском морях. На востоке СССР, пожалуй, наиболее перспективен шельф, примыкающий к острову Сахалин. На самом острове давно открыты сравнительно небольшие месторождения высококачественной нефти, но на его шельфе, вероятно, могут быть найдены гораздо более крупные месторождения.

Еще одним полезным для человека свойством нефти является ее «компанейский» характер. Нефть никогда или почти никогда не встречается в недрах без углеводородных горючих газов. Правда, горючие газы довольно часто и в значительном количестве могут встречаться без нефти.

Природные углеводородные горючие газы, любовно названные «голубым чудом недр», действительно, являются чудом природы. Они исключительно широко распространены в недрах на глубинах от нескольких сантиметров до 8 км. Помимо нефтяных скважин они встречаются в угольных и соляных шахтах, в рудниках, где добывают железо, медь, различные цветные металлы, золото, алмазы и другие полезные ископаемые, на болотах и в подпочвенных питьевых водах, в газах и фумаролах вулканов и во многих других местах. С горючими углеводородными газами связано возникновение грязевых вулканов, при извержении которых мощные струи выделяющегося газа нередко загораются, образуя столб пламени высотой до нескольких километров. В «океанах» подземных вод, заключенных в горных породах как под континентами, так и под дном морей и океанов, содержится огромное количество горючих углеводородных газов: нередко в 1 м3 воды содержится до 30 м3 метана.

Но наряду со столь широким распространением углеводородные горючие газы, так же как и нефть, довольно часто концентрируются в пределах локальных участков, образуя месторождения, открытие которых требует больших затрат труда и умения.

Количество газа в месторождениях нередко может достигать 1–2 трлн. м3, а в уникальных случаях 8 трлн. м3 и даже больше. Газовые месторождения распространены очень широко: они встречаются и в пустынях Африки и Азии, и подо дном морей и океанов, например подо дном Персидского и Мексиканского заливов, и в толщах мерзлоты на севере Сибири, и на далеких островах Канадского Арктического архипелага и во многих других местах.

В составе природных горючих газов помимо обычно преобладающего метана всегда имеются и другие весьма полезные соединения и элементы: более тяжелые углеводороды (этан, пропан, бутан и другие), гелий, азот, сероводород, нередко даже углекислый газ. Кроме того, газ выносит на поверхность и другие углеводороды, которые на поверхности конденсируются в жидкость; иногда это почти готовый бензин и им можно заправлять автомашины. В таком конденсате установлено более 150 индивидуальных углеводородных соединений. Почти две трети энергии в мире получается от сжигания нефти и газа, добываемых из-под земли и морского дна. Около трети нефти и огромное количество газа добывается на прибрежном шельфе. Нефть и газ – невосполняемые природные ресурсы; они могут истощиться. Но океан может стать неистощимым источником энергии, если будет придуман способ ее получения.

Происхождение нефти.

Нефть и газ образовались в основном из остатков планктона в доисторических морях. Миллионы лет они оставались под слоями осадочных пород, где высокая температура и давление постепенно превращали их в нефть и газ. Районы, богатые нефтью и газом, называются месторождениями.

Бурение скважин.

Чтобы поднять нефть и газ на поверхность, бурят скважины с помощью режущих инструментов и буровых вышек. Их бурят вертикально или под наклоном. Добыча из скважины регулируется клапанами. Глубина большинства скважин от 900 до 5000 м. С одной морской платформы можно пробурить более 20 скважин. Некоторые богатые месторождения находятся более чем в 5 км от платформы. Бур имеет алмазные или стальные резцы. Он может проходить от 0,3 до 60 метров в час, в зависимости от твердости породы.

Разведка нефти.

Геологи ищут нефть и газ в глубоких пластах пород. Часто применяют сейсмическую разведку. В морское дно посылают звуковые волны. Время возвращения отраженных волн засекается приборами, установленными на судне. Так можно определить, что залегает под морским дном, потому что разные породы по-разному отражают звук. Обрабатывая данные разведки, компьютер может создать трехмерное изображение слоев под морским дном.

Нефтяные платформы.

Найдя месторождение, бурят пробную скважину с корабля или плавучей платформы. Если месторождение окажется пригодным, строят постоянную платформу. Теперь научились строить платформы выше небоскребов, если глубина воды более 400 м. На больших платформах трудятся сотни рабочих в несколько смен, чтобы обеспечить непрерывную добычу нефти. Оборудование на платформе отделяет газ от нефти и воды. Газ охлаждается и конденсируется для отправки. Платформа состоит из свай – огромных ног, доходящих до морского дна, – палубы и различных надводных модулей с помещениями для механизмов, для людей и аппаратуры. Большие платформы собираются по этапам. Пустотелые сваи буксируются по морю небольшими судами. На месте их приводят в вертикальное положение. Рабочие доставляются на платформу вертолетом. После нескольких недель работы следуют несколько недель отдыха. В жилой комплекс входят каюты, кухни, рестораны, гимнастический зал, конторы, радиорубка, сауна и комната отдыха. Платформы рассчитаны на шторм с высотой волн до 30 м и скоростью ветра до 177 км/ч.

Переработка нефти и газа.

С платформы нефть или газ перекачиваются на перерабатывающие заводы по подводным трубам или перевозятся специальными судами, так называемыми танкерами. На заводах нефть очищается от примесей и перерабатывается в горючее для транспорта и топливо для отопления и электростанций. Газ превращается в горючее для отопления и приготовления пищи. Нефть и газ закачиваются в танкер у стального причала, который стоит на дне на одной свае. Причал часто находится поодаль от платформы.