Мировой океан очень велик. Он занимает 70,8% поверхности Земли. Площади, на которых можно дополнительно посадить леса, не выводя при этом землю из иных видов хозяйственной деятельности, не проводя очень серьёзных «землеустроительных» работ и будучи уверенным, что леса вырастут, не составят и десятой доли процента от площади океана. В тоже время продуктивность океана может быть очень большой.

Как видим, продуктивность океана там, где она естественно высока, выше продуктивности леса. Так ведь мы ещё не занимались целенаправленно повышением продуктивности океана. При целенаправленных усилиях результат может оказаться ещё более впечатляющим. Это притом, что поверхность океана используется сейчас для каких-либо видов хозяйственной деятельности на порядки ниже, чем те площади, которые теоретически можно было бы отвести под новые леса.

К сожалению, океан в основном — пустыня с крайне низкой продуктивностью. А почему собственно? Потому что поверхность океана крайне бедна некоторыми веществами, которые незаменимы для жизни фотосинтезирующих организмов. Давным-давно установлено, каких именно веществ не хватает для максимальной продуктивности. Считается следующих: азота, фосфора, кремния. Но в основном – азота. Это проверялось в лабораторных условиях. Проверялось и на некоей морской акватории: поверхность обогащали азотсодержащим веществом. В пресноводных водоёмах люди по разгильдяйству часто устраивают «антропогенное эвтрофирование». Сие есть по природопользовательскому законодательству деяние пресекаемое. Но опыт целенаправленного эвтрофирования крайне бедной биогенными элементами морской акватории имеет научную ценность.

Результат последнего опыта неоднозначен, если иметь в виду не только повышение первичной продукции океана, но и организацию трофической цепи (цепи питания), на некотором уровне которой возможно получение продуктов питания человека. Добавка в воду азотсодержащего вещества вызвала бурное цветение воды. Но бурное развитие получили те фотосинтезирующие микроорганизмы (сине-зелёные), которые уж лучше бы так бурно не развивались. В естественных условиях в рационе зоопланктона они в некоторых минимальных количествах присутствуют, но полностью составлять не могут. А некоторые из них (динофлагелляты Gonyaulax) настолько ядовиты, что зоопланктон погибает, а моллюски, питающиеся этими динофлагеллятами, сами становятся ядовитыми, непригодными для употребления в пищу человеком. [4] Почему же не получили развития те фотосинтезирующие микроорганизмы, которые и составляют, как правило, основу нормальной, не ядовитой трофической цепи морской экосистемы: диатомеи и кокколиты? Потому что кроме азота и фосфора им необходимы вещества, из которых они строят свои панцири: диатомеям – двуокись кремния, кокколитам — карбонат кальция.

С двуокисью кремния на большинстве акваторий мирового океана напряженка. Однако считается, что карбоната кальция в воде океана достаточно для нормальной продуктивности кокколитов. Полагаю, что для нормальной – да. Но если целенаправленно вносить азот и стимулировать т.о. очень высокую продуктивность фотосинтеза, то имеющийся в поверхностных водах карбонат кальция будет очень быстро потреблён и окажется в дефиците, возможно, окажутся в дефиците и ещё некоторые вещества, которые в естественных условиях дефицитными не являются. В частности микроэлементы. Основные микроэлементы необходимые для продуктивного морского фотосинтеза: барий, медь, никель, кадмий. Последний вывод сделан на основе анализа проб воды с разной глубины и сомнений не вызывает. Хотя роль этих микроэлементов в жизни фотосинтезирующих микроорганизмов не установлена. Можно обратить внимание, что железо в числе необходимых микроэлементов отсутствует. Но океанографы и морские биологи могли и ошибиться.

Вы спросите:

— А разве двуокись кремния в воде растворяется? Ведь это основа обычного оконного (и аквариумного) стекла.

— Растворяется. Интересным свойством воды (а у неё много интересных свойств) является то, что в ней растворяются хоть в какой-нибудь мере почти все вещества. Скорость растворения в большом количестве воды некоторых веществ, которые на первый взгляд кажутся совсем нерастворимыми, пропорциональна площади той их поверхности, которая предоставлена для растворения.

Некогда появилась возможность делать очень тонкие стеклянные нити. Специалисты по фильтрам обрадовались, в надежде, что вот, наконец, можно делать дешёвые очень тонкие фильтры для воды и водных растворов. Радость была преждевременной. Фильтроэлементы, сделанные из очень тонких стеклянных нитей, быстро растворялись в потоке фильтруемой воды.

Где океан демонстрирует сколь-нибудь высокую продуктивность? На мелководьях, в эстуариях (местах впадения) рек, в зонах апвелинга, т.е. подъёма на поверхность глубинных вод. А глубина океана не мала: в среднем и наиболее вероятно – 3800 метров. Мелководье – не всегда зона апвелинга. Но прибрежные мелководья Перу есть зона интенсивного апвелинга.

Что представляет собою вода, допустим, Тихого океана, если отследить изменение её свойств по вертикали в произвольной точке на достаточном удалении от берегов? От поверхности до некоторой небольшой глубины (30 — 200 м) она тепла (20 – 35º С) и очень бедна веществами, необходимыми для фотосинтезирующих организмов, но богата кислородом. Это слой перемешивания. Далее резкое снижение температуры: на очень небольшом перепаде глубины градусов десять. Этот тонкий слой воды, характеризующийся резким снижением температуры, называется термоклин. У этого слоя очень интересные свойства. Одно из них хорошо известно командирам подводных лодок и китам. Из-под термоклина звуки не проникают к поверхности. После необходимого всплытия командиры подводных лодок стремятся как можно быстрее уйти под термоклин. Китам хорошо известно, что звуки, изданные ниже термоклина, поскольку отражаются и от него и от дна, распространяются очень далеко. Киты ныряют ниже термоклина и «разговаривают» друг с другом на расстоянии до 700 километров.

А нам интересно вот какое свойство: термоклин представляет собою очень серьёзное, почти непреодолимое препятствие для диффузии как из глубин к поверхности, так и из слоя перемешивания в глубины. Поэтому свойства воды ниже термоклина диаметрально противоположны свойствам в слое перемешивания: ниже термоклина вода богата веществами, необходимыми для фотосинтезирующих организмов (в чём толку для фотосинтезирующих нет, поскольку темно), но бедна кислородом. Понятно, глубинным водам доступен только тот кислород, который они прихватили с собой в Антарктике или Арктике. Снижение температуры с глубиной ниже термоклина происходит медленно. Возле дна температура воды +1 — +2º С. Такую температуру вода обрела в Антарктических или Арктических областях, после чего здесь и оказалась.

Интересно посмотреть на течения и вообще на обмен воды в океанах. Поверхностные течения определяются в значительной степени ветрами, и сейчас нам не интересны. Глубинные течения определяются термохолинной циркуляцией. Происходит опускание вод в Антарктической и Арктической областях и замедляющееся постепенно движение их возле дна в направлении экватора. Придонные течения могут быть не такими уж медленными, о чём говорит характерный мелко волнистый рельеф осадков на дне. Это, как вижу, вообще-то малоизученный вопрос в океанографии. Но имею основания считать, что несколько севернее экватора в Тихом океане есть зоны, где придонные течения крайне медленны.

Известно, что порция воды, ушедшая в глубину у берегов Антарктиды (а уход в глубину прибрежных антарктических вод – постоянно идущий процесс) в следующий раз увидит свет Божий через 1000 лет. С этой точки зрения Тихий океан для наших целей лучше, чем Атлантический, в котором аналогичный период времени куда короче – 200 лет.

Почему же всё-таки на всей поверхности Тихого океана при тщательном рассмотрении обнаруживается какая-то, минимальной продуктивности биота? С поверхности океана происходит испарение. И волей-неволей глубинные воды очень медленно, но поднимаются к поверхности, неся с собой питательные вещества для фотосинтезирующих микроорганизмов. Однако биота поверхности потребляет питательные вещества быстрее, чем они поступают. С трупами организмов и фекальными комочками питательные вещества вновь уходят в глубину. Так держится равновесие на уровне минимальной биоты. Несмотря на бедность кислородом глубинных вод, анаэробные условия не создаются: биота, снабжающая дно органическими остатками, слаба.

Хочется записать промежуточные тезисы и резюме для удобства дальнейшего обдумывания.

1. Остановить, либо существенно ограничить добычу и сжигание углеродсодержащих полезных ископаемых не удастся, если не предложить энергетической альтернативы.
2. Киотские надежды на леса, как средство извлечения СО2 из атмосферы необоснованны.
3. Рассмотренные выше, предложенные учёными мировому сообществу геоинжениринговые проекты (за исключением в какой-то мере «сыпь железо») не выдерживают никакой критики.
4. В условиях интенсивной разработки и сжигания углеродсодержащих ископаемых можно всерьез надеяться на очистку атмосферы от СО2 только на пути биологического фотосинтетического разложения СО2 и связывания углерода в органике с последующим переводом останков органики в ископаемые формы.
5. В ископаемые формы в природе органика переходит только в анаэробных условиях.
6. Анаэробные условия для органических остатков в природе создаются только в водоёмах.
7. В глубинах Тихого океана на больших площадях условия близки к анаэробным, но недостаточная продуктивность поверхностной биоты удерживает эти условия от перехода в анаэробные.
8. Донные течения, несущие с собой небольшое количество кислорода, препятствующего созданию анаэробных условий, в Тихом океане несколько севернее экватора вероятнее всего очень слабы.
9. Для создания в глубинах Тихого океана на подходящих акваториях анаэробных условий необходимо РЕЗКОЕ повышение продуктивности поверхностной биоты.
10. Известно, что опробованным неоднократно и в разных условиях средством резкого повышения продуктивности поверхностной биоты является внесение в воду азотсодержащих веществ. Однако,
    1. Химическое связывание больших количеств атмосферного азота требует большого количества водорода. О получении таких количеств водорода можно всерьёз говорить либо после удовлетворения всех мыслимых энергетических потребностей человечества, либо в той ситуации, когда, выполняя иную задачу, получают в качестве побочного продукта электроэнергию, которую невозможно передать традиционным путём в места обычного потребления.
    2. При возникновении возможности указанного выше использования больших количеств водорода производить азотсодержащие вещества надо там и тогда, где и когда имеется потребность в отоплении жилья и производственных помещений. Разумно сразу же химически связать аммиак с СО2 для удобства и безопасности хранения, транспортировки и растворения в поверхностных водах океана.
    3. Для максимальной продуктивности биоты поверхности океана кроме химически связанного азота нужно вносить также фосфор и микроэлементы: барий, медь, никель, кадмий. Возможно, железо. Если при организации максимальной продуктивности биоты желательно получить трофическую цепь, с некоторых уровней которой возможно извлечение продуктов питания человека, то необходимо вносить также двуокись кремния, а возможно и карбонат (сульфат, фосфат, нитрат) кальция. Всё перечисленное в данном пункте, но, прежде всего, двуокись кремния необходимо вносить в очень мелкодисперсном виде, либо в виде мелкопористой фракции.
11. Поскольку внесение азотсодержащих веществ сулит не только возможность ускоренного отложения углеродсодержащих осадков на дне океана, но и резкое повышение рыбопродуктивности, необходимо на уровне мирового сообщества, на уровне международного морского права решить вопрос о закреплении статуса зон экономических интересов стран, осуществляющих описанные мероприятия, за соответствующими акваториями мирового океана. И таким образом обеспечить выгодность проведения описанных мероприятий.

Думаю, что после подведения таких предварительных итогов могут остаться без ответа некоторые вопросы:

1. А зачем, допустим, располагая большим количеством водорода и решая задачу извлечения из атмосферы и утилизации СО2, нужно устраивать сложные манипуляции с атмосферным азотом, последующим растворением азотсодержащего вещества в океане?… Не лучше ли просто использовать водород вместо углеродсодержащих веществ, там, где это возможно?
   Нет, не лучше. Фосфор, азот и углерод присутствуют в органическом веществе морской биоты в пропорции 1:15:80. Это значит, что внесением одного химически связанного атома азота в поверхностную воду акватории мы связываем более пяти молекул СО2. В результате процесса разложения органики (типичной морской), попавшей в сильно анаэробные условия, — по крайней мере, большая часть находящегося в ней азота выделяется в воду в виде аммиака (аммония), и принимает участие в следующем цикле жизни. А на дне остаются углеродсодержащие остатки практически лишенные азота. Пусть из каждых пяти атомов углерода лишь один останется на дне в составе остатков разложения. Но вновь включенный в цикл жизни атом азота свяжет эти четыре атома углерода и прихватит из атмосферы ещё один. Далее следующий цикл. Но и это не всё. Известно, что из общей мощности света, падающего на зелёную поверхность фотосинтезирующего организма, 4% расходуется не на нагрев, а на химические реакции фотосинтеза. Не много. Но и тепловой дисбаланс (получение теплоты – отдача теплоты) планеты Земля не велик — 2% (мне лично кажется, что он несколько меньше).
2. Зачем организовывать очень высокую продуктивность биоты над участками дна, где в настоящее время анаэробных условий нет? Не лучше ли добавить немного продуктивности поверхностной биоте над участками, где анаэробные условия уже есть? Над тем же желобом Карьяко.
   Возможно. Однако
   1. Подобные места находятся, как правило, в двухсотмильных зонах экономических интересов сопредельных стран. Но даже если не находятся в зонах, находятся довольно близко. Легко на «решительный протест» нарваться.
   2. Поскольку биота здесь и так достаточно мощна, можно невзначай переборщить. Тогда анаэробные условия выйдут на поверхность. Так иногда бывает у берегов Перу. Раз в несколько лет по непонятным причинам ослабевает пассат, который собственно и вытаскивает глубинную воду на поверхность и обеспечивает здесь быструю смену воды. Глубинная вода, как мы знаем, содержит и питательные вещества для фотосинтезирующих микроорганизмов, и кислород, хотя и в небольшом количестве. Равномерное движение воды обеспечивает и высокую продуктивность биоты, и аэробные условия. При остановке движения вода надолго остаётся один на один с большой массой живущих, умирающих, и уже умерших здесь ранее организмов и прочей имеющейся на неглубоком дне органики. А тут ещё затишье. В результате анаэробность до самой поверхности. В воздухе над водой вонь тухлого яйца (результат сульфат-редукции). Берег завален дохлой рыбой и трупами чаек. Это явление называется Эль-Ниньо.
   3. Желоба, подобные Карьяко, — результат субдукции, т.е. подвижек океанского дна под континентальную плиту. Недавних подвижек. И прежде чем организовывать экстраординарную продуктивность поверхностной биоты, надо бы выяснить, насколько и надолго ли успокоилась в этом месте тектоника. При достаточной уверенности в стабильности можно начинать мероприятие. В противном случае… Результаты предсказать не берусь…

К чему мы с Вами стремимся? Мы стремимся по максимуму надолго, на многие миллионы лет заложить на дне океана мощный слой углеродсодержащих остатков жизнедеятельности морских организмов. А поскольку источник углерода для жизнедеятельности морских организмов один – химически связанный углерод в форме СО2, то, стало быть, вывести из атмосферы и гидросферы СО2. И в этом стремлении мы ни сколько не расходимся с матушкой природой, которая занималась тем же самым долгие-долгие времена. Что и привело с одной стороны к образованию месторождений нефти, газа и горючих сланцев, а с другой стороны, возможно, и к экологической катастрофе – похолоданию на Земле, тому самому похолоданию, в рамках которого и выросла человеческая цивилизация.

Если посмотреть на самую нефтегазоносную территорию России – Западную Сибирь трудно предположить наличие тектонических процессов при формировании там месторождений. Вероятнее всего дело было так. Западносибирская низменность представляла собой большое полузамкнутое море, окруженное молодыми тогда, с незначительными ещё процессами разрушения, горами. Продуктивность биоты была очень высока. На дне шло быстрое накопление органических, углеродсодержащих осадков. Затем продуктивность биоты снизилась. Потом сток рек понёс мелкодисперсные неорганические продукты разрушения постаревших окрестных гор. В результате толстый слой органических углеродсодержащих осадков оказался заперт толстым герметичным слоем глины.

Вот где-то как-то так хотелось бы сработать в океане. Надо учиться у природы. И делать то, что она и сама делает. Только эффективнее делать.

Пора сказать о единственном достойном, вызывающем симпатию геоинжениринговом проекте.