Пути борьбы

В районах вечной мерзлоты советские инженеры прокладывают шоссейные и железнодорожные пути, строят многоэтажные дома, сооружают плотины и гидроэлектростанции. Даже огромные доменные печи надежно стоят на неустойчивом слое вечной мерзлоты. Это достигается специально выработанными приемами отвода тепла от поверхности мерзлых пород: умелым использованием естественного холода и особыми мелиоративными мероприятиями, дающими возможность увеличивать и укреплять вечномерзлые толщи или отодвигать их и уничтожать. И все же вечная мерзлота нередко создает большие затруднения для строительства и эксплуатации инженерных сооружений и в особенности для развития сельского хозяйства.

В районах вечной мерзлоты толщина слоя почвы, оттаивающей летом, бывает разной. В одних местах - до двух метров, а в иных - не более 20 сантиметров. Плуг иногда скользит во время вспашки по твердой корке, словно там, под тонким слоем почвы, каменная дорога. В результате водонепроницаемости промерзшего грунта тонкий верхний слой почвы перенасыщается водой и заболачивается, из-за чего задерживается развитие растений и микроорганизмов, играющих важную роль в жизни почвы. Значит, нужно искусственно увеличить толщину культурного слоя почвы, найти способы, позволяющие отодвигать от поверхности земли границу вечномерзлых почв. Чтобы согреть почву, в нее вносится много органических удобрений. Чтобы она меньше промерзала зимой, почву укрывают, словно одеялом, дополнительными слоями снега, торфом, соломенными матами.

Люди начинают задумываться над тем, как уничтожить вечную мерзлоту, как изгнать ее с поверхности нашей планеты.

Прогреть вечномерзлые толщи? Хорошо бы, но это очень трудно, а при сегодняшнем уровне развития энергетики просто невозможно. Для размораживания одного кубического метра вечномерзлой почвы нужно затратить три килограмма угля. Если принять среднюю толщу общемирового слоя вечно-мерзлых почв за 50 метров, то для ее прогрева и уничтожения потребуется 1500 миллиардов тонн. Такого количества угля нет на земном шаре. По вычислениям геологов его запасы, пригодные для добычи, составляют около 1220 миллиардов тонн. Даже если учесть запасы нефти, горючих сланцев и природного газа и все это приравнять к калорийности угля, то все известные запасы горючих ископаемых составят 1450 миллиардов тонн.

Нет, это не годится...

Замечательный советский ученый А. Е. Ферсман, мечтая о завоеваниях будущего, писал: "...колоссальные количества тепла, запрятанные в земных недрах,- все это сделается доступным человеку... Миллионы калорий принесут с собой трубы из глубин на земную поверхность. Они не только дадут тепло человеческим жилищам и заводам - они согреют целые районы своим горячим дыханием, расплавят льды полярных стран, изменят климат".

Использование тепла земных недр - это один путь, другой - заставить работать сам холод. Существует старая поговорка: "Клином клин выбивай". Возможно, что в будущем для отепления климата Арктики будет искусственно создаваться вечная мерзлота.

Вспомните таблицу отражательных способностей различных естественных покровов. Снег поглощает только 15 процентов солнечных лучей, а трава и деревья - 74. Многочисленные северные моря, покрытые большую часть года льдами, значительно охлаждают прилегающие к ним материки. Мало того, что снежные и ледяные поля отражают основную часть солнечной энергии, лед еще, и это главное, поглощает огромные количества тепла при таянии в теплые периоды года. Выдающийся русский климатолог и географ А. И. Воейков писал о влиянии льда на климат: "Холодное лето высоких северных широт объясняется почти исключительно таянием снега и льда, то есть тем, что тепло солнечных лучей, вместо того чтобы идти на нагревание воздуха, земли и воды, затрачивается на механическую работу таяния льда".

Советский ученый М. М. Крылов, работающий в области мерзлотоведения, не отрицая возможности разогрева мерзлотных толщ или отепления ледовых водоемов, выдвигает смелый проект превращения северных морей в сушу. Если в течение ряда зим искусственно намораживать ледяной покров с добавлением ила, который будет защищать лед от летнего протаивания, то вместо водоема получится устойчивая суша, представляющая собой как бы искусственную вечномерзлотную толщу, состоящую из слоев льда и земли.

Поверхность этой "суши", которую можно все дальше и дальше отодвигать от побережья материка, превратится со временем в обычную тундру с погребенными льдами. Новая тундра, заменив ледяные поля, отеплит весенний климат Арктики, а это создаст условия для выращивания хороших лесов в тех местах, где сейчас простирается тундра с ее мхами, "кислыми" травами да стелющимися по земле карликовыми березками и ивами.

У холода и, в частности, у льда, как одного из основных источников холода, может оказаться большое будущее. Холод, неумолимый и страшный холод, унесший столько человеческих жизней, порой еще и теперь так затрудняющий освоение ряда географических районов Земли, возможно, станет со временем одним из средств, используемых людьми для покорения и преобразования окружающей природы. Он найдет широкое применение не только в арктических и северных зонах, но и в южных засушливых областях. Большие массы льда способны сделать настоящее чудо: перемещенные в жаркую пустыню, они превратят ее в сказочный сад.

Намораживание искусственных ледяных полей в зонах, где зимой температура опускается ниже нуля, не представляет особых трудностей. Для этого достаточно построить несколько мощных насосных станций и проложить соответствующие трубопроводы. Перекачивая в холодные месяцы воду из морей или рек на низменные участки засушливых областей и постепенно разливая их по этим участкам, можно образовать искусственные ледники неограниченных размеров. Массы льда, оттаивая летом, будут охлаждать почву и воздух, способствуя выпадению дождей и росы.

Искусственные ледяные поля будущего, по мнению М. М. Крылова, смогут уничтожить суховеи, приносящие столько бед юго-восточным районам нашей страны. Подсчитано, что 200 кубических километров льда, искусственно намороженного в местах образования и на пути движения суховеев, значительно уменьшат континентальность климата и уничтожат весенние суховеи на всей территории Казахстана и Прикаспийской низменности. Чтобы подать в районы намораживания количество воды, достаточное для образования 200 кубических километров льда (а оно немногим меньше годового стока Волги!), потребуется примерно 9-10 миллионов киловатт-часов электроэнергии. Задача вполне посильная для советской энергетики завтрашнего дня.

В более отдаленном будущем искусственные ледники, создаваемые мощными охладительными установками, работающими, например, на солнечной энергии, видимо, найдут применение и в самых южных районах, там, где невозможно наморозить ледяные поля, используя естественный холод зимних месяцев.

Подземный льдосоляной охладитель

Существуют также, пока, правда, сверхфантастические, вызывающие серьезные сомнения и возражения, проекты непосредственного охлаждения воздуха. Согласно этим проектам огромные подземные льдосоляные воздухоохладители, расположенные цепью на десятках, а то и на сотнях километров на пути горячих ветров или на границах пустынь, засасывая насосами теплый воздух и беспрерывно выпуская охлажденный, создадут прозрачные барьеры из холодного воздуха в нижних слоях атмосферы, вызывая тем самым увеличение облачности и выпадение дождей.

Строительство многочисленных гидроэлектростанций и других гидротехнических сооружений, необходимость обеспечения в будущем бесперебойной подачи северных вод в южные районы страны выдвигают проблему управления ледяным покровом рек и каналов. Как известно, с наступлением похолодания при температурах воздуха ниже нуля реки и озера покрываются льдом. Это довольно сложный естественный процесс. Перед замерзанием вода охлаждается. Но в связи с тем, что вода имеет наибольшую плотность при температуре +4°, в начальный период охлаждения, когда температура воды еще не понизилась до +4°, охлажденные поверхностные слои воды всегда тяжелее придонных. Происходит перемешивание верхних слоев с глубинными. Казалось бы, постепенно охлаждаясь, реки должны промерзать до самого дна. Мы же знаем, что они замерзают обычно только сверху. Это происходит потому, что при температурах ниже +4° вода менее плотна и поверхностные слои ее, охладившись до +3° или +2°, не опускаются на дно. Процесс охлаждения водоема замедляется, и, достигнув нулевой температуры, поверхностные воды замерзают; река покрывается ледяным покровом. Лед обладает малой теплопроводностью и поэтому, словно шуба, надежно предохраняет нижележащие слои воды от охлаждения и замерзания.

Величественны и прекрасны северные реки зимой. По широкой глади льда, припорошенного снегом, несутся автомобили; звеня веселыми колокольцами, движутся санные обозы; медленно ползут тракторы, таща за собой многотонные прицепы. А под толстым слоем льда днем и ночью, ни на секунду не прекращая своего движения, река несет воды к турбинам гидростанций, насосным станциям, водохранилищам. Кажется, все нормально, все хорошо. Природа сама позаботилась о надежной охране жизни рек в зимние месяцы. Но вот зимой 1914 года неожиданно остановился петербургский водопровод. А в 1929 году потухли огни одной из наших крупнейших северных гидростанций...

Ледостав на реке происходит тем скорее, чем меньше поверхностные скорости движения воды и ниже температура воздуха. При больших скоростях течения (свыше 1,5 метра в секунду) или на криволинейных участках русла реки, где поверхностные струи воды не движутся параллельно друг другу, а перемешиваются с глубинными слоями, образуются полыньи, некоторые участки реки совершенно не замерзают. Вода в этих местах охлаждается по всей глубине до дна, а иногда даже переохлаждается на несколько сотых градуса ниже нуля. В ней начинают выделяться мелкие кристаллы внутриводного льда. Они отлагаются на дне или всплывают на поверхность, образуя кашеобразную массу, носящую название шуги. Такой внутриводный лед, закупорив решетки водозаборных сооружений, оставил жителей Петербурга без воды и остановил турбины северной гидростанции.

Обеспечить нормальное и бесперебойное течение рек зимой и подачу ими воды к водозаборным устройствам - одна из серьезных задач. С этим успешно справляются уже сейчас, но во много больших масштабах ее предстоит решать в будущем. Искусственное замораживание рек достигается уменьшением скорости поверхностного течения реки. Для этого употребляют различные плавучие заграждения, составленные из связанных между собой бревен или досок. Такие запани уменьшают скорость движения воды на поверхности и создают условия для более быстрого ее замерзания.

Чтобы уменьшить в определенных участках скорость течения и избежать перемешивания охлажденных вод, людям предстоит во многих местах изменить русла. Реки будущего станут более ровными, без крутых поворотов, порожистых участков и перекатов. Полыньи образуются также на участках, где русло реки резко меняет свою форму, поэтому постепенно будут благоустраиваться берега, устраняться места значительных изгибов. Преображенные человеческим трудом, реки приобретут вид каналов.

Но если, с одной стороны, люди стремятся искусственно замораживать реки, то, с другой стороны, нужно уметь ликвидировать ледяной покров. Морские и речные пути в северных районах должны быть открытыми для кораблей круглый год. Последние достижения науки дают возможность создать в недалеком будущем надежную аппаратуру для разрушения льда любой крепости и толщины, например током высокой частоты или ультразвуком.