Дерзкие мысли о климате

Теперь экономика. Нам уже удавалось получать малыми силами массивы до миллиона кубометров льда за зиму, доводя стоимость 1 м ³ до 5 копеек. На Памире воду придется поднимать на 1000… 1500 метров вверх. Учитывая иные сложности в работе в горах, но и возможность коренного усовершенствования намораживающей техники, примем, что кубометр льда в леднике будет стоить вдвое дороже. Считая далее, мы столкнемся уже с миллиардными затратами. Дорого, но кажется дешевле, чем будет стоить переброска стока северных рек в Среднюю Азию. Зато никаких каналов, никаких засорений и потерь воды, её высокое качество и полное исключение опасного нарушения природы. А не просчитать ли нам специально этот вариант восполнения дефицита влаги в Средней Азии? И не здесь ли кроется решение проблемы Арала?

Всякое новое решение любой проблемы неожиданными и неизведанными способами в начале представляется фантазией. Но разве мало фантастических замыслов уже воплощено в жизнь?

11.3. Лёд и энергетика

Нам уже известно, что в принципе вся энергетика, то есть добыча энергии, доступной управлению человеком, основывается на неравновесных процессах, либо возникающих в самой природе, либо искусственно создаваемых человеком.

Первый путь – использование естественных неравновесных процессов – в последние два века явно уступил более мобильному искусственному воспроизведению неравновесных процессов с помощью огня.

Второй путь, берущий начало от топки, утилизировал температурное и тепловое превосходство «сила огня» над окружающей средой. Так возникли все тепловые энергетические установки и машины, начиная от паровых двигателей до атомных установок.

Сейчас начинаем осознавать, что тепловая энергетика, обладая многими преимуществами над стихией естественных неравновесных процессов, одновременно несет с собой неотвратимые опасности не только для человечества, но и для самой Земли: грозящее истощение всех топлив; чрезмерную и вредную для экологии переработку земной коры при добыче подземных горючих; засорение атмосферы и т. д.

Тут подошло время сказать о неравновесном теплообмене замерзающих водоёмов с окружающей средой, как потенциальном источнике энергии, о котором люди мало что знали. Идея энергетического использования температурных разностей, возникающих между вечной мерзлотой грунтов и атмосферой, в свое время горячо отстаивал М. И. Сумгин (Сумгин, Демчинский, 1938). Реализация этой идеи, по некоторым неопубликованным данным, ограничилась несколькими опытами, подтвердившими её общую правильность, но выявившими и серьезные трудности технико-экономического толка. Помехой явилась, и быстро уменьшающаяся плотность тепловых потоков в неподвижной массе литосферы. Тем не менее, подобный источник не только на мерзлоте, но и просто в охлажденных грунтах, кое-где сейчас применяется для обогрева помещений. Ныне появились новые устройства для использования тепла от слабых неравновесных процессов. Например, одна японская фирма запатентовала в Англии (патент Великобритании № 149625) способ утилизации низкотемпературного тепла для получения электроэнергии. Кипящая при низкой температуре жидкость в резервуаре, обогреваемом слабым естественным теплом, испаряется на поверхности, хорошо проводящей тепло пористой металлической пластины. Пар вращает турбину и далее конденсируется в более холодной среде. Процесс идет непрерывно (Наука и жизнь, 1978, № 10).

Эти и многие другие технические решения вселяют уверенность, что уровень современной техники подготовлен для того, чтобы приступить к разработке конкретных приемов использования тепловой энергии от процессов, сопутствующих намерзанию и таянию льда. При этом надо отметить важное свойство процесса льдообразования: при его энергетической утилизации можно использовать не только и не столько возникающую между водой и атмосферой разность температур, сколько очень большую теплоемкость фазового перехода при замерзании воды. Используя это обстоятельство можно во много раз увеличить отвод тепла от замерзающей воды, например, на выработку электроэнергии. Этим и привлекательна возможность утилизации значительных энергетических ресурсов фазовых превращений воды на замерзающих природных водоёмах. Узнав о том, что замерзающий водоём обменивается с атмосферой неравновесно, а именно: сохраняет для водоёма тепла намного больше, чем должен был бы отдавать при равновесном теплообмене, мы получаем возможность утилизировать для себя ту её долю, которая сдерживается льдом от потери в атмосферу в зимнее время. Для того, чтобы подобная утилизация теплоты не привела к необратимому промерзанию водоёма, как это случается в вечной мерзлоте, мы должны брать энергии не больше, чем возвращается её естественным путем за лето, то есть в количестве, достаточном для полного таяния ледяного покрова. Определить его можно по имеющимся в гляциологии специальным картам (Ходаков, 1978).