Морская вода, как электролит, содержащий несколько различных ионов, является природным буферным раствором. Буферные системы термодинамически сопряжены и представляют собой смесь кислоты (донора протонов) и сопряженной щелочи (акцептора протонов), то есть частиц, отличающихся наличием или отутствием протона H⁺.

    Когда кальцит CaCO₃ осаждается из пересыщенного раствора, избыток или дефицит растворенного Ca²⁺ должен быть равен разнице TA в начальном и конечном состояниях.

    Снижение карбонатной щелочности из–за выделения из раствора CaCO₃ частично компенсируется появлением в растворе ионов HCO₃^– только за счет уменьшения боратной составляющей.

 

   Концентрация ионов бората в морской воде зависит от рН и увеличивается с его повышением, образуя своего рода фиксирующий клин, который поддерживает равновесие, что связано с термодинамической концепцией степеней свободы. Мы называем это "эффектом третьей ноги", "third leg effect".;

   Морская вода, будучи щелочной, содержит избыток основания, который может быть уравновешен слабой кислотой, такой как H₂CO₃. Угольную кислоту называют слабой, а не "разбавленной", потому что она лишь частично диссоциирует при растворении в воде. Эта частичность вместе с "борат-клином" образует буферный баланс положительных и отрицательных зарядов в морской воде, сумма которых равна нулю.

    Небольшой избыточный заряд консервативных катионов по сравнению с анионами в основном уравновешивается суммой, представляющей наиболее важный вклад в TA, – карбонатных, бикарбонатных и боратных ионов.

    Общая щелочность остается постоянной при поглощении или десорбции CO₂, но изменяется в зависимости от солености.

   Эта линейная зависимость солености соответствует пропорциональному увеличению термодинамического потенциала, или свободной энергии Гиббса, доступной организмам для связывания карбонатных ионов в кристаллические минералы.

    Небольшое изменение солености морской воды оказывает очень существенное влияние на отложение карбонатов. Средняя соленость океана составляет 3,5 г/л, или 35‰. И небольшая разница возле этого значения между 3 г/л и 4 г/л всего лишь для 1 грамма солей на литр воды, соотношение 1/1000, приводит к кардинальному изменению карбонатных отложений на дне: от 0 до 100%.

    Примером могут служить мелководные карбонатные фабрики. Например, Багамская банка, где соленость повышается из-за испарения и, в соответствии с законами термодинамики, из раствора выпадает арагонит, нестабильная форма CaCO₃, который затем перекристаллизовывается в кальцит.

 

 

   В жаркий период, когда соленость поверхностных вод достигает 40-41 ‰, происходит "беление" воды или "whitening" – прямое самопроизвольное осаждение минеральной взвеси, известкового порошка из морской воды. Исследования показывают, что эти осадки являются абиотическими.

 

 

    Такой же "whitening" наблюдается при аналогичных условиях и на других карбонатных фабриках: в Красном море, Персидском заливе и других солёных и теплых мелководьях с белыми пляжами из CaCO₃, основных поглотителей углерода на Земле.

    Производительность этих фабрик может быть очень высока. Так, средний уровень отложений на Багамских отмелях составляет около 600 граммов кальцита на 1 квадратный метр в год. Расчеты показывают, что такой углеродный насос способен выкачать весь CO2 из атмосферного столба над ним (400 гр) меньше чем за 1 год.

    В наших исследованиях мы показываем, что возможно создание искусственных карбонатных фабрик, которые не уступают природным и даже превосходят их. Также они могут быть расположены в открытых районах океана, при условии, что глубина не превышает глубину компенсации карбоната, carbonate compensation depth (CCD).

    Технологию можно масштабировать, она может эффективно поглощать антропогенный CO2 и останавить Глобальное потепление.

 

    Химическая термодинамика определяет изменения переменных в процессе и характеризует состояние системы. Слово "время" отсутствует в этом разделе физической химии.

    Закономерности протекания химических реакций с течением времени изучаются с помощью химической кинетики, которая математически моделирует скорости реакций. В данном случае мы имеем дело с обратимой реакцией, описываемой формулой:

 

 

    где k₊₁ и k_-1 – константы скорости прямой и обратной реакции.

    Изменение скоростей реакций связано с изменением концентраций реагентов и выражается в общих чертах с использованием закона действия масс для скорости реакции. Скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, повышенным до степеней, равных их стехиометрическим коэффициентам.

    "Точкой соприкосновения" химической кинетики и химической термодинамики является константа равновесия K_eq

 

 

где Δ_fG° - свободная энергия Гиббса изменение на моль реакции для несмешанных реагентов и продуктов при стандартных условиях, T - абсолютная температура, R - газовая постоянная.

    Мы работаем над созданием единой кинетической математической модели, основанной на жесткой термодинамике и включающей массивы реальных данных. Эта модель должна быть глобальной, свободно масштабируемой во всех направлениях и состоять из super- и hyper‑assemblages.

 

  

 

    Основным выводом исследования является парадоксальное утверждение о том, что морская соль является катализатором осаждения карбонатных минералов. Она не только значительно ускоряет этот процесс, но и может инициировать реакцию.

    Парадокс заключается в том, что, влияя на скорость и время реакции, механизм принципиально отличается от классического научного понимания катализа. В котором, согласно теории промежуточных соединений, катализатор многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с участниками реакции и восстанавливает свой химический состав после каждого цикла промежуточных химических взаимодействий.

    Основные агенты солевого катализа, ионы Na⁺ и Cl^–, нейтральны, не вступают в химические реакции и не образуют промежуточных продуктов. Влияние на время реакции осуществляется физически, путем увеличения напряженности электрического поля раствора – ионной силы. Тем не менее, результаты катализа очевидны: скорость отложения углерода в виде карбонатных отложений прямо пропорциональна солености. Чем больше соли в морской воде, тем больше кальцита на дне водоема.

    Известняк, мел, мрамор и белые пляжи из кальцита – все это результат высокой солености воды. Удивительно, что никто не понимает природу этого, не исследует и никак не использует этот очевидный факт.

    Вторым промежуточным выводом исследования является утверждение о том, что в количественном соотношении соль/кальцит для практических целей утилизации CO₂ ключевым понятием является время.

    В "багамской модели" искусственной карбонатной фабрики соотношение соли и CO₂ сбалансируется как 1/1 за 34 года. То есть 1 тонна соли, растворенная в море при определенных условиях, приведет к поглощению 1 тонны CO₂ из атмосферы и осаждению на дно в виде CaCO₃ за указанное время.

    И третий вывод, о котором пока мало кто знает, заключается в том, что

морской соли на суше больше чем в океане.

    Где же она находится?

         

         

Добро пожаловать в Казахстан

 

    На западе страны вокруг Каспийского моря расположена обширная территория, называемая Прикаспийской впадиной или Прикаспийской низменностью, уровень которой находится ниже уровня океана.

  

 

    Здесь находится крупнейшее в мире месторождение эвапоритовой соли древнего океана. Гигантский объем каменной соли в 1,6 млн. км³, что в 20 раз превышает объем всей каспийской морской воды (78 000 км³) или около 3,5 млн. гигатонн (петатонн), – это столько же соли, сколько выпарилось примерно из 1/10 Мирового океана.

    Соль лежит здесь почти сплошным слоем толщиной 2-5 км, усеянным соляными образованиями, называемыми соляными куполами, а также столбами, грибами, стенами, диапирами, с глубиной 8-10 километров и диаметральными размерами от нескольких до нескольких сотен километров. Соляные купола вырастают на 0,5 – 1,3 мм в год из древнего пермского слоя возрастом около 300 миллионов лет, и большинство из них достигли поверхности, на которой в результате метаморфического выветривания и выщелачивания образовались каменные шапки или "капроки". Они состоят из гипса (CaSO₄:2H₂O) и других плохо растворимых пород. Капроки обычно имеют толщину 10-20 метров и выглядят как небольшие холмы. В большинстве куполов соль выходит на дневную поверхность.

  

 

    Некоторые из куполов просто гигантские. Например, площадь соляного массива Шалкар составляет 2700 км². Он образовался в результате слияния по меньшей мере семи отдельных стоков и содержит 25 000 км³ соли. Другими крупными куполами являются Сатимола и Индер площадью 250 км².

  

 

    На карте светлые линии обозначают границы скоплений соли, черные линии – железные дороги. Выходящие на поверхность соляные купола часто имеют плоское зеркало покрытия из-за поверхностного метаморфизма. Они представляют собой возвышения в виде похожего на плато холма, возвышающегося на 20-25 метров над окружающей пустыней. Из-за различной природы растворения и осаждения солей существуют многочисленные отложения солей калия и боратов. Одним из них является крупное месторождение боратов в районе соленого озера Индер, в 150 км к северу от Атырау. Месторождение боратов Индер промышленно эксплуатировалось с 1970-х годов, а интенсивная добыча открытым способом началась в 80-х годах. Однако после обретения Казахстаном независимости добыча и обогащение боратного сырья прекратились. В настоящее время город Индербор специализируется на переработке строительного гипса, которым покрыто все плато толщиной около 50 метров.

  

 

    

 

         

         

 Глобальные лайфхаки 

 

    Конечно, соль следует добавлять в морскую воду только в растворенном виде. Чтобы местная концентрация не превышала общую соленость более чем на 4-5‰. Это можно сделать с помощью проточного резервуара, который есть почти на каждом судне, а также насосов, клапанов, датчиков расхода воды, солености или измерительного прибора термосалинограф

    Важным фактором является разница температур термоклина, которой можно воспользоваться, опустив шланг для рассола до оптимального подповерхностного слоя. Для ускорения растворения соли можно использовать пузырьки воздуха от компрессора. Также возможна двухконтурная циркуляция.

 

 

    Поскольку соление ограничено по концентрации, то разумно расширить ее горизонтально, чтобы повысить производительность, используя судовые комбайны или "CO2 секвестеры", соединенные трубопроводом для рассола.

 

 

    С помощью этих CO2 sequesters мы можем создать дополнительные легкие для планеты.

    Говоря спортивным языком, откроется второе дыхание.

    Это мягкое, безвредное для окружающей среды воздействие на систему углеродного баланса будет работать как насос откачивающий CO2 из атмосферы. Широкое внедрение этой технологии окажет заметный, экспериментально измеримый эффект. А поскольку нет предела для масштабирования, то она превратится в гигантскую климатическую индустрию.

    Совместно с международными усилиями по сокращению выбросов CO2 его активное поглощение в глубинах океана сначала замедлит глобальное потепление, а затем и полностью остановит его. И даже может снизить уровень CO2 в атмосфере с сегодняшних 417 до 280 частей на миллион доиндустриального уровня 1850 года. Назад в будущее.

    В будущем человечество сможет не только взять под контроль глобальный климат, но и управлять погодой, влиять на нее, например, отменять ураганы и предотврщать другие стихийные бедствия (см. Видение ↓).

    Но уже сейчас можно контролировать изменение солености поверхности океана из космоса с помощью спутника

    Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) Европейского Космического Агентства.

 

 

    Космический аппарат в течение 12 лет сканировал поверхность нашей планеты в микроволновом диапазоне и составлял карты солености поверхности с точностью до 1‰. Были накоплены интереснейшие большие данные, доступные всем на веб-сайте миссии.

 

 

 

    Залежи соли обнаружены на всех континентах Земли, во многих странах и под морским дном. Соль добывается в открытых карьерах, в подземных шахтах и жидким способом из скважин с выпариванием рассола (brine mining). В местах, где транспортные рычаги логистики позволяют транспортировать рассол, возможна жидкостная схема CO2 секвестрации.

    Также широкое распространение получили подземные хранилища газа в виде искусственно созданных каверн в пластах соли В ряде европейских стран, США, России и Китае существуют сотни таких хранилищ для газа и нефтепродуктов. Технологии создания и эксплуатации подземных резервуаров уже давно разработаны.

 

 

    Материнский слой соли имеет различную толщину. В соляном бассейне Мексиканского залива он составляет в среднем 1-1,5 км, под дном Персидского залива – около 2 км, под дном Атлантики в соленефтяном бассейне Санто близ Рио-де-Жанейро – 3-4 км, а под северным Каспием 4-5 км, что намного больше, чем слой морской воды над ним, 5-25 метров.

    Общемировые запасы соли на суше и под землей (не растворенные в морской воде) очень велики. В настоящее время еще никто не определил их массу. На основе изучения большого количества разрозненных данных обо всех соляных залежах Земли стало ясно, что на суше и под землей соли больше, чем в океане. Мы оцениваем, что ее больше в 1,5 раза, или около 60 млн гигатонн. Примерно столько же, во сколько оценивается общее количество осадочных карбонатов (> 60 млн Гт) в виде известняков и доломитов.

 

 

 

    Все знают крышу мира, Гималаи и высочайшую гору Земли Эверест высотой 8,85 км, но мало кто знает, что в Прикаспийской низменности находятся десятки подземных соляных гор высотой более 10,7 км. Мы открываем соль Земли для общества.

   

 

 

         

         

Обсуждение

 

    Удивительно, что за более чем 90-летнюю историю идеи удобрения океана (удобрение железом с 1930 года) нет ни одного предложения взглянуть на проблему комплексно.

    Все ищут "волшебные таблетки" вроде железа, азота и фосфора или какие-нибудь коктейли из элементов, но никто не увидел всю таблицу элементов, растворенных в воде в виде морской соли.

    Все беспокоятся о том, что ледники и полярные шапки тают, но никто не задумался о том, куда уходит эта талая вода (растекается по поверхности океана из-за того, что пресная вода легче соленой) и как компенсировать это опреснение или закисление океана, "злого близнеца глобального потепления".

    Все беспокоятся о гибели кораллов. Они даже выяснили предельную соленость для их жизнедеятельности (>32 ‰). Но никто не сказал:

ПОСОЛИТЕ ВОДУ, ПОМОГИТЕ КОРАЛЛАМ!

    Мы изучили тысячи научных работ и документов, но нигде не нашли такой простой идеи. В научном мире она полностью отсутствует. Возможно, кто-то скажет, что говорил это раньше... на кухне... Отлично! Присоединяйтесь к нам. Мы стоим на пороге великих перемен. Перефразируя китайскую мудрость, путь в тысячу гигатонн начинается с одной тонны.

 

 

    Если посмотреть на прошлые изменения содержания CO2 в атмосфере Земли, то можно увидеть регулярные колебания в диапазоне 200-300 частей на миллион. Любой ученый или инженер скажет, что для установления колебательного процесса необходимы разнонаправленные силы с нелинейной обратной связью. Так работают все генераторы. Например, электрический генератор использует циклическую передачу энергии между магнитным полем в катушке и электрическим полем в конденсаторе. Но какие силы задействованы в природных колебательных циклах? Если исключить космологические факторы и температуру, которая является термодинамическим результатом этих колебаний, тогда останется карбонатный баланс и диамически сопряженный с ним ионный уровень морской воды или ее соленость. В первую очередь в поверхностных водах.

 

    Существует также “гипотеза коралловых рифов”, которая гласит, что затопление шельфа во время таяния ледников и повышения уровня океана вносит значительный вклад в отложение карбонатов и, следовательно, влияет на уровень CO2 в атмосфере. Эта гипотеза не противоречит нашей, ее можно рассматривать как субгармонику общего колебательного процесса в природе. Поскольку карбонаты являются солями угольной кислоты, это можно назвать циклическим перетоком энергии между углеродными и неуглеродными солями.

    Коралловые полипы вносят свой вклад в отложение карбонатов. Однако он значительно меньше общего вклада фиксирующих кальцит одноклеточных микроорганизмов, таких как фораминиферы и кокколитофориды. Кроме того, эти микроорганизмы присутствуют повсюду, не только на мелководье, но и в глубоководных слоях океана и на морском дне.

    Среди трех основных факторов углеродного баланса в океане: температуры, давления и солености, при низких значениях давление оказывает наименьшее влияние. Лизоклин, граница растворения карбонатных отложений, находится на глубине нескольких тысяч метров и при давлении в сотни атмосфер. 10 метров воды или 1 атм - это очень малые значения. Тогда как, небольшие изменения солености на 1 ‰ существенно влияют на отложение карбонатов из морской воды и поглощение CO2 из атмосферы

 

 

    На бытовом уровне понимания соль является антисептиком и консервантом. С древних времен известна ее способность подавлять жизнедеятельность микроорганизмов. Здесь уместно сказать словами Парацельса, что всё есть яд, и всё есть лекарство, но то и другое определяется дозой ("Доза создает яд").

    Никто из читателей этого документа не сможет ощутить разницу в солености морской воды на 2-4 ‰. Возможно, дельфины или киты могут, но это никак не влияет на их жизнь, поскольку они совершают регулярные миграции с поверхности на глубину в десятки и сотни метров, а некоторые даже километров, постоянно живя в условиях меняющейся солености. Если морские животные обитают в прибрежной зоне, то они испытывают гораздо большие различия в солености, до 10 ‰ и выше.

    Подавляющее большинство морских обитателей можно считать эвригалинными организмами для таких небольших различий в солености. Моллюски, медузы, членистоногие, морские ежи, черви, черепахи и все виды рыб. Многие распространенные виды, такие как сельдь, килька, морской окунь, акулы и другие, легко переносят изменения солености более чем на 20 ‰, а такие виды, как, например, лосось и угорь, как правило, могут жить и нереститься в совершенно разных водах моря и рек с разницей солености от 0,3 до 38 ‰.

    Микромир простейших одноклеточных организмов демонстрирует высокую толерантность к небольшим изменениям солености. Фотосинтезирующие цианобактерии, включая мельчайшие пико-размерные виды Prochlorococcus и Sinecoccus, которые поглощают больше CO2, чем все леса Земли, также имеют большой люфт по солености. Цианобактерии, как наиболее древние виды, тяготеют к жизни в условиях повышенной солености, чем сегодня. В повышенном уровне ионной активности морской воды есть определенная польза.

    Это заметно при сравнении соленых морей, таких как Красное или Карибское, где мы наблюдаем буйство жизни, с менее солеными Балтийским и Каспийским морями с относительно скудной флорой и фауной.

 

 

       Какое удаление CO2 эффективнее, органическое или неорганическое?

    Мы не согласны со стереотипным клише о том, что леса – это "легкие планеты". Поглощение углекислого газа лесной растительностью компенсируется разложением мертвого органического вещества обратно на воду и CO2. С каменноугольного периода (360-300 миллионов лет назад) многие аэробные и анаэробные бактерии и грибы научились эффективно разлагать целлюлозу, наиболее распространенное органическое соединение на Земле (около 59 % органического вещества).

    В современных условиях сколь-либо значительное накопление углерода в почве невозможно, большая его часть возвращается в циркуляцию. Если бы это было не так, то мы ходили бы по километровым слоям почвы и органического гумуса, но в реальности средняя толщина почвы составляет 20-30 см, а под самыми густыми джунглями не превышает 2-3 м.

    Это означает, что O₂ и микроорганизмы, разлагающие мертвое органическое вещество, работают быстрее, чем его фотосинтетические продуценты. Следовательно, посадка деревьев как способ улавливания CO2 имеет краткосрочный эффект. После гибели растения почти весь накопленный углерод возвращается обратно в атмосферу в течение нескольких лет.

    Настоящими легкими планеты являются карбонатные фабрики океана. Например, Багамская банка, которая представляет собой карбонатную платформу глубиной 4-8 км. Это результат секвестрации CO2 за последние 150 миллионов лет.

    Количество накопленного неорганического углерода на Земле на четыре порядка превышает количество всего органического вещества. Залежи карбонатов толщиной в километр и многие сотни метров встречаются повсюду. Примерами могут служить Доломитовые Альпы в Италии или известняки самой высокой горы Европы – французского Монблана. Соотношение органического и неорганического углерода красочно иллюстрируется меловыми скалами английского побережья около Дувра высотой порядка 120 метров (вместе с подповерхностными слоями общая толщина карбонатов около 400 метров).

 

 

    В океане круговорот органического углерода аналогичен круговороту на суше. Огромное количество видов микроорганизмов разлагают органическое вещество во всей толще воды и на глубине до нескольких метров в донных отложениях. Реминерализация или преобразование органического вещества в его простейшие неорганические формы осуществляется через электроноакцепторный каскад: восстановление O₂ → NO₃^- денитрификация → Mg₂⁺ восстановление → Fe₃⁺ восстановление → SO₂^- сульфатредукция → метаногенез CH₄.

    Цикл органических веществ замкнут так, что только 1 моль из 1000 имеет шанс отложиться в керогене на длительный период времени. Сравнение органического и неорганического захоронения углерода как систем с КПД 0,1 и 100 % вряд ли уместно.

 

    Поскольку захоронение CO2 эффективно только в неорганической форме, мы не хотим, чтобы нас путали с различными "удобрителями" океана и другими ускорителями органического роста. Мы не имеем ничего общего с псевдонаучными уловками, не подменяем реальность, а смотрим в суть природы через законы термодинамики. Расчет всех изменений энергии Гиббса показывает, что наша технология, возможно, единственная на сегодняшний день энергетически выгодная. Во всяком случае, среди глобально масштабируемых.

    Внесение отдельных элементов нарушает баланс в морской воде, и не приводит к долгосрочному накоплению углерода, а часто негативно влияет на природную утилизацию CO2. Например, растворенные фосфаты являются основным ингибирующим фактором отложения CaCO3 в морской воде. То есть как преднамеренное "удобрение", так и неосторожный сток отходов и сельскохозяйственных удобрений через реки в океан являются прямым торможением естественного процесса утилизации углерода.

    Основной претензией экологов к удобрению океана солями железа, нитратами, соединениями фосфора и т.д. является понятие "загрязнение" – "это внесение в природную среду или появление в ней новых, обычно нетипичных физических, химических или биологических агентов (загрязнителей), или превышение их естественного среднего многолетнего уровня в различных средах, приводящее к негативным воздействиям".

 

 

    Замор рыбы из-за дисбаланса ионов и быстрого размножения микроорганизмов во время вредного цветения водорослей.

 

    Но морская соль не является "нетипичным веществом" для моря. Это неотъемлемая часть морской воды, изменяющаяся в определенных местах океана и на разных глубинах (галоклин). Вся нерастворенная соль на Земле является результатом испарения океанов, в которых соотношение ионов существенно не изменилось за последние 500 миллионов лет. Конечно, различные отложения соли могут иметь переменный состав в зависимости от условий отложения, но преимущество соли, как минерального сырья, в ее простом усреднении до морского состава как в сухом виде, так и через рассол.

    Напротив, увеличивая соленость, мы помогаем океану лучше функционировать, поглощать антропогенные выбросы CO2. Укрепляем его стабильность, увеличиваем буферную емкость. Негативных воздействий нет. Мы лишь возвращаем накопленное природе, восстанавливая баланс. Стимулируем общий рост биомассы океана. Всего становится пропорционально больше. Больше пикопланктона, больше планктона, больше рыбы, больше дельфинов и китов. Экологам не в чем нас обвинить.

    Скажем даже больше. Больше энергии. Больше цемента и стали, домов и фабрик. Больше коров и больше еды. Больше людей, больше жизни,

 

    Мы выступаем против современной философии "анти-роста" и скептически относимся к договороспособности по ограничению выбросов CO2 и эффективности этого сдерживания. Если вам необходимо жечь топливо – сжигайте его, получайте энергию, развивайтесь, выделяйте CO2, но компенсируйте это. Пожалуйста, убирайте за собой. Учитывайте свои неучтенные экстерналии.

    Поскольку солевая технология удаления CO2 является энергетически выгодной, а ее стоимость на порядок меньше, чем добыча и сжигание нефти, соль может быть встроена в современную экономику производства и потребления энергии.

 

      Cui prodest? Кому выгодна солевая технология удаления CO2 из атмосферы?

    Связывание углерода в виде нерастворимых карбонатов, их отложение в долгосрочной перспективе на тысячи и миллионы лет может происходить только в местах с глубинами выше карбонатного лизоклина, по крайней мере, не глубже 3 км. В основном это мелководья и океанические континентальные шельфы. Мелководья, расположенные на расстоянии 370 км от базовой линии побережья, являются исключительными экономическими зонами прибрежных государств.

 

 

     Многие прибрежные страны окажутся обладателями природных карбонатных фабрик, которые смогут не только очищать атмосферу от CO2, но и приносить существенный доход этим государствам.

    Поскольку большинство населения Земли сосредоточено в прибрежных районах, а залежи соли присутствуют в большинстве стран, то можно утверждать очевидное: противодействие наступающему климатической кризису выгодно всем, а потенциальная возможность заработать на этом имеется у большинства.

    Эта климатическая технология создаст миллионы рабочих мест, инфраструктуру наземного и морского транспорта. Она станет движущей силой глобального экономического роста.

    Морские воды, подходящие по глубине и другим характеристикам, также существуют за пределами исключительных экономических зон в международных водах, которые находятся в общем и равном пользовании всех стран, включая 44 страны, не имеющие выхода к морю. Среди которых 15 стран имеют залежи соли, и самой большой является Республика Казахстан.

 

         

         

Видение

 

    Атмосфера — это самая изменчивая среда на планете. Ее изменения в значительной степени связаны с изменениями в океане. Она термодинамически сопряжена с водой не только через закон Генри, но и через закон Рауля (оба эти закона взаимосвязаны), который связывает состав воды, ее соленость, с давлением насыщенного пара над ней.

 

 

    

    Изменяя соленость поверхности, мы можем влиять не только на поглощение CO₂, но и на испарение воды в локальном месте, тем самым влияя на ее основной атмосферный движитель – водяной пар, газообразную H₂O. При небольших изменениях солености в 2-4 ‰ изменение парциального давления насыщенных паров очень мало, но, учитывая высокую подвижность атмосферы, его можно использовать для воздействия на воздушные потоки. Разумное использование этого инструмента позволит при небольших затратах управлять большими силами и энергиями природы.

    На иллюстрации показано, как мы сможем отклонить и отменить ураган.

 

 

    Чтобы увидеть будущее, нужно внимательно всмотреться в прошлое. На иллюстрации приведена карта солености океана, сделанная с помощью космического аппарата SMOS 10 сентября 2017 года. На ней можно увидеть временную шкалу эволюции урагана и факторы, которые на него повлияли.

 

 

    Ирма – разрушительный ураган 5-й категории типа Кабо-Верде, связанный с названием островов у западного побережья Африки. Эти мощные ураганы обычно возникают в районе тропических волн, которые формируются в африканской саванне в сезон дождей. Пересекая Атлантический океан, они накапливают огромную энергию и обрушивают ее на Америку.

    Проходя по траектории при относительно равных температурах (Солнце равномерно нагревает поверхность Земли), увеличение их интенсивности во многом обусловлено различиями в солености морской воды. Над опресненными водами при той же температуре, согласно закону Рауля, значение парциального давления водяного пара выше, внутренняя энергия системы больше. Поэтому наблюдается резкое повышение категории урагана над районами течения крупных рек Южной Америки. На карте мы видим, как ураган достигает своего максимума, проходя над зоной стока реки Ориноко.

    Здесь следует отметить, что не только глобальное потепление, но и, в значительной степени, опреснение поверхностных вод Мирового океана вследствие таяния полярных шапок и ледников создают тенденцию к увеличению частоты стихийных бедствий и росту их разрушительной силы.

    Локальные изменения солености вдоль пути урагана могут существенно изменить его траекторию. Обладая большой внутренней энергией водяного пара, но относительно небольшой массой влажного воздуха, ураган очень изменчив в движении. Небольшие участки морской воды с низкой или высокой соленостью могут резко изменить направление ее движения. Мы видим, как низкое давление пара над солеными водами Багамской банки (красное пятно на карте) отклоняет траекторию урагана на 60 градусов в сторону Флориды. Если бы этого пятна солености не существовало, то Ирма продолжила бы свой путь, увеличила свою мощность за счет стока Миссисипи и обрушилась бы на западное побережье Мексиканского залива. Можно сказать, что соленые воды Багамской банки навредили Флориде, но спасли Хьюстон, Остин и Бока-Чика от супершторма.

    Если принять во внимание, что размер этого пятна солености намного меньше урагана (примерно 1/6 его диаметра), то можно предположить, что при начальных условиях его формирования, когда вихрь еще небольшой, площадь искусственного пятна солености для его отклонения и ликвидации может быть очень маленькой, всего несколько километров.

    Мы не собираемся гоняться за тропическими циклонами, как охотники за ураганами. Основываясь на накопленных данных и численном прогнозировании погоды, мы получаем возможность не только прогнозировать, но и формировать события, изменять погоду и, в конечном итоге, управлять ею.

    Ответом на промежуточный вопрос о жизни, смерти, доме Земля и всем таком может быть Great American Saltwall — набор искусственных карбонатных фабрик, которые могут быть расположены над Срединно-Атлантическим хребтом. Там подходящие условия для осаждения карбонатов: глубина 1-1,5 км, высокая температура и соленость. Донные отложения здесь наполовину состоят из карбонатов (40-60% CaCO₃, см. карту ↑).

    Ниже на карте показаны треки 19 разрушительных ураганов 4-5-й категории типа Кабо-Верде, которые унесли жизни более 4000 человек и нанесли совокупный ущерб на сумму более 300 миллиардов долларов.

 

 

    Систематическое отклонение начальных пред-ураганов, циклонов в зону антициклонов приведет к их “аннигиляции”. То есть энергия, запасенная влажным воздухом в африканской саванне, будет направлена в большой спокойный регион Атлантики около 30-х широт. Во время парусной навигации этот район назывался "лошадиными широтами" из-за длительных периодов штилей.

    На карте солености эта область представляет собой оранжево-красную зону с высокой соленостью 37-38 ‰. Здесь нужно понимать, что спутник измеряет соленость 2 см поверхности, в то время как в океанах ниже подповерхностных вод соленость меньше 35 ‰, то есть примерно на 3 ‰ меньше из-за поверхностного испарения.

    Энергия, запасенная в водяном паре, будет рассеиваться через волны в пустынной части Атлантического океана, способствуя перемешиванию поверхностных слоев, что означает ускорение поглощения СО₂ океаном из атмосферы. Первичный избыток энергии может быть направлен на полезную работу вместо стихийных бедствий, причинения ущерба и смертей.

    Над опресненными водами при той же температуре давление пара выше, воздух обладает большей теплоемкостью и внутренней энергией. Эта энергия питает и притягивает ураган. Например, "Катрина 2005" – самый разрушительный ураган в истории США, несмотря на короткий путь внутри Мексиканского залива, быстро набрал силу до 5-й категории, фактически двигаясь по градиенту солености к устью реки Миссисипи. На расстоянии критического усиления урагана до высшей категории соленость поверхности снизилась с 40 до менее чем 1 ‰ речной воды, то есть на 4 %, и, соответственно, зависящее от солености давление пара увеличилось примерно на 0,08 кПа или примерно на 2,2 %, то есть почти на половину от соли. Свободная энергия Гиббса морской воды увеличилась примерно на 1 кДж/кг или почти на 25 % при максимальной солености в 10 ‰.

    Зная данные о теплофизических свойствах морской воды с контрольными точками по глубине (0, 714, 1224 м. по MIT), мы можем построить 3D-карту движения энергии фактически онлайн. Используя данные с космических аппаратов и международную программу Argo, теперь можно знать все характеристики воды в океанах и всё о воде в атмосфере.

    Здесь следует отметить, что Миссисипи несет свои пресные воды над огромными подземными залежами каменной соли, толщина которых составляет несколько сотен и тысяч метров. Более того, массивные пласты соли с диапирами расположены непосредственно под устьем реки, под Новым Орлеаном и под треком "Катрины" на опресненной от Миссисипи поверхности залива... Как говорит латинская пословица: "sapienti sat".

 

    Похожие погодные условия наблюдаются на западе Тихого океана. Ураганы здесь называются тайфунами. Они также достигают высокой мощности и еще большей смертоносности. Например, тайфун "Хайян" 2013 года (он же супертайфун "Иоланда") унес жизни более 8 тысяч человек. 

    На карте показан маршрут тайфуна "Меранти" 2016 года, который унес жизни "всего лишь" 47 человек и нанес ущерб в размере 4,79 миллиарда долларов, а также схема того, как это можно было предотвратить.

 

 

    Ситуация в регионе усугубляется значительным опреснением поверхностных вод Тихого океана (см. карту солености ↑) из-за большого континентального стока из Евразии и глобальной атмосферной циркуляции. Соленость поверхности океана здесь значительно ниже, чем в среднем по океану – около 29-32 ‰. Соответственно, выше влажность воздуха. При стандартных температуре и давлении влажный воздух при максимальном насыщении имеет плотность 28,51 г/моль, в то время как при тех же условиях средняя молярная масса воздуха составляет 28,57 г/моль. Влажный воздух обладает большей плавучестью, он поднимается вверх, как пузыри в кипящей воде.

 

 

    Если посмотреть на карту водяного пара, то можно увидеть довольно пеструю картину атмосферной влажности в этом регионе. Из-за рельефа дна, островов и течений, здесь в конце лета и осенью прогретый океан регулярно образует своего рода “котел”, генератор и усилитель тайфунов. В этом сезоне преобладают ветры, которые дуют с теплого океана на материк и несут эти бурные массы атмосферной воды к густонаселенному побережью. Считается, что сезон тайфунов неизбежен.

    Но каждый повар и без термодинамики знает, что если посолить кипящий суп, то кипение уменьшится или прекратится.

    Различие между тихоокеанским бассейном и кастрюлей супа заключается в степени воздействия. Когда говорят о глобальном потеплении или закислении океана, то это относится к тонкому слою вблизи поверхности ± несколько десятков метров. Тогда как глубина океанов намного больше. Средняя глубина Мирового океана составляет 3688 м, а Тихого океана еще больше – 4280 м. То есть изменяемая часть очень мала, ее размер на три порядка меньше неизменяемой части. Даже если бы все ископаемое топливо на планете было бы добыто и сожжено, а весь углерод биомассы окислен до CO2 и растворен в морской воде, то это оказало бы очень незначительное влияние на общее содержание углерода в океане (см. Размер углеродных резервуаров на Земле ↑).

    Напротив, если огромные запасы соли на суше, под землей и под океаном растворить в морской воде, то теоретически можно увеличить ее соленость в два с половиной раза до 82 ‰, создать “новый меловой период” и химически осадить весь углерод в карбонатные минералы.

    Итак, для того чтобы увеличить соленость на 2-4 ‰ верхних 10 м воды на 1 км², необходимо всего 20-40 тысяч тонн соли, количество, сопоставимое с дедвейтом одного судна. Для этой региональной системы борьбы с тайфунами потребуется флот из нескольких сот судов, что возможно уже сейчас.

    Диффузия соли в нижние слои занимает месяцы и годы. Условный месяц — это всегда больше, чем присутствие паров в атмосфере, которое ограничено 9 днями. Динамическая "коррекция" границы воды и атмосферы, некая игра "отмена тайфунов", может продолжаться столетиями. Игра, в которой человек будет всегда побеждать стихию.

 

 

    Но пока люди очень уязвимы. Так например, поверхность Индийского океана сильно опреснена, особенно в северной и восточной частях, до 25-28 ‰, поэтоому из-за высокой влажности атмоферы побережья регулярно срадают от природных бедствий. Например, циклон "Бхола" 1970 года прошел через полупресный Бенгальский залив, набрал силу, вошел в устье реки Ганг, унес жизни 0,5 миллиона (!) человек и стал причиной образования нового государства Бангладеш.

 

    

Можно ли отменять стихийные бедствия?

    С помощью технологии соления поверхностных морских вод могут быть решены многие климатические и погодные проблемы. Можно отменять не только ураганы и циклоны, но и уничтожать устойчивые антициклоны, источники аномальной жары и лесных пожаров. Также будет возможно предотвращать и другие стихийные бедствия: сильные ливни, град и снегопады, штормовые нагоны, наводнения и селевые потоки, волны жары, засуху и опустынивание.

    Экстремальные погодные явления в природе необязательны. Человечество уже готово сделать свой дом комфортным.

    Когда технология соле-карбонатного захоронения CO2 достигнет определенного масштаба и станет широко распространенным явлением, станет возможным контролировать движение воды в атмосфере с помощью искусственных небесных рек или каналов водяного пара. Такая гидроинженерия может быть экномически более рентабельной чем строительство наземных водных каналов, более динамичной, более гибкой, более экологичной, более масштабируемой и более функциональной.

    Так например, избыток атмосферной воды Индийского океана можно динамически направлять на орошение аравийских пустынь, смягчить климат региона и превратить безжизненные пески в цветущие сады.