НАШИ ОГРАНИЧЕННЫЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Развитие геологии как науки в большой степени опиралось на поиски сырья для промышленности. До совсем недавнего времени большинство людей, профессионально занимающихся геологией, было устремлено на работу в области добычи нефти или газа. И действительно, количество поступающих на геологические факультеты колледжей и университетов по всей Северной Америке следовало за взлетами и падениями главных нефтедобывающих компаний, которые были основными нанимателями выпускников. Однако после долгого периода низких цен на нефть и со все большим упором на сохранение запасов нефти и окружающей среды в последние годы эта картина меняется. Однако поиск и добыча полезных ископаемых, необходимых в нашем сложном мире, по‑прежнему является важным аспектом наук о Земле. И как раз в этой области наши перспективы в будущем вполне определенны.

С древнейших времен искатели полезных ископаемых (за отсутствием более подходящего слова) использовали интуицию, опыт и силу мозгов при поисках геологических материалов, нужных и пользующихся спросом. В наши дни к их древнему арсеналу была добавлена технология, особенно дистанционные (геофизические) методы, что позволило расширить область поисков до самых отдаленных районов, которые раньше не были доступны, а также до океанских глубин и областей континентов, лежащих под земной поверхностью. Почему при поисках полезных ископаемых необходимы такие усилия? Ответ заключается в том, что, хотя малые количества почти всех элементов периодической таблицы Менделеева можно найти в самых обычных материалах, – например, золото, растворенное в воде морей и океанов, медь в почве вашего сада, – они присутствуют там в очень рассеянной форме и их нельзя извлечь так, чтобы это было экономически выгодно. Даже алюминий, третий среди самых распространенных элементов земной коры, нельзя добывать просто в любом месте. Однако на протяжении всей истории Земли геологические процессы вели не только к рассеянию элементов, но и к концентрации их с образованием ценных месторождений. Весь фокус заключался в том, чтобы понять, как работают эти процессы, и использовать это знание, чтобы сузить область поиска до месторождений, которые могут быть отработаны по приемлемой стоимости. Поиски таких месторождений, все более изощренные, продолжаются, но в значительной части земных недр, доступных с земной поверхности, детальные поиски уже проведены и количество вновь открываемых месторождений с каждым годом и десятилетием все меньше и меньше. Новые технологии позволяют извлекать нужные материалы из месторождений, которые когда‑то считались нерентабельными, и все же следует признать, что геологические ресурсы не являются неисчерпаемыми. Процесс концентрации полезных ископаемых в месторождения занял несколько миллиардов лет истории Земли; в масштабах человеческой истории эти отработанные запасы невосполнимы. В некоторых случаях мы извлекаем их в течение десятилетий. Может быть, самым поразительным примером постепенного истощения запасов может служить нефть. Ввиду ее чрезвычайной важности для современного общества образование и распределение месторождений нефти изучались очень детально и на поиски и извлечение ее из недр были затрачены миллиарды долларов. Хотя уже тысячи лет назад люди знали о существовании сырой нефти, встречающейся местами в виде «выходов», и использовали ее для целого ряда целей, самая первая буровая скважина нефти была пройдена в Пенсильвании в 1859 году. Известное в то время под названием «Безумие Дрейка», это маленькое предприятие породило в конечном итоге гигантскую всемирную индустрию, которая затронула практически каждый уголок Земли. Но не прошло еще столетия с того дня, когда была пробурена эта первая скважина, а миллионы баррелей нефти выкачиваются из земли каждый день, как уже раздалось несколько осторожных голосов, предсказывающих о возможных крайне неприятных последствиях нашего ничем не ограниченного потребления этого невосполнимого ресурса. Хотя некоторые из самых крайних предсказаний так до сих пор и не осуществились – главным образом в результате более эффективного использования энергии, глобального замедления экономического развития и открытия новых месторождений, – уже нет сомнений в том, что в конце концов мы исчерпаем все доступные месторождения нефти и газа. Единственная оставшаяся неопределенность – это сколько времени до этого нам осталось. Хотя месторождения нефти и газа формировались в течение миллионов и миллионов лет, геологических ресурсов этих источников энергии хватит – при нынешнем щедром уровне их потребления – всего на несколько сотен лет!

Полезное ископаемое, которое мы столь расточительно тратим, топливо, питающее наши автомобили, – это в сущности древняя солнечная энергия, накопленная природой в виде нефти. По своему химическому составу она представляет собой главным образом углерод, соединенный с 15‑20 процентами водорода. Она образуется только в совершенно особых геологических условиях, а именно в илистых осадках, накапливающихся в теплом морском мелководье. В таких местах органические остатки планктона – мелких плавающих организмов, живущих в просвечиваемых солнцем поверхностных слоях океана, – быстро накапливались на морском дне и заносились другими осадками. Быстрое погребение защищает органическое вещество от разложения, но процессы, превращающие этот дисперсный, богатый углеродом материал в нефть, очень сложны. Ключевыми факторами этого превращения являются, по‑видимому, температура и время. По мере того как погребенные слои органического вещества погружаются на все большую и большую глубину, температура, которая на них воздействует, становится все выше. Представляется, что наиболее благоприятный температурный интервал для образования жидкой нефти лежит между 65 и 150 градусами Цельсия, что, как правило, соответствует глубине в несколько километров. Но даже если исходный органический материал и превратится в нефть, ее нелегко извлечь из тех тонкозернистых осадков, в которых она образуется. Только когда она находится в крупнозернистых осадочных породах с большим количеством пор, как, например, в песчанике, ее можно легко извлечь. К счастью, нефть представляет собой очень легкую жидкость – она плавает на воде, – и с течением времени она всплывает наверх, иногда в прилегающие толщи пород. Поэтому наиболее продуктивные нефтяные залежи находят не в тех породах, в которых образовалась нефть, а в соседних, пористых слоях.

Наличие даже такой рудиментарной информации об образовании нефти в огромной степени упрощает задачу поисков и извлечения нефти. Поскольку для ее образования требуется богатая жизнью морская среда, то породы кембрийского периода, бедного проявлениями жизни, вряд ли могут содержать нефть. То же самое справедливо и для сильно метаморфизованных пород любого возраста, поскольку они претерпели воздействие температур, достаточно высоких, чтобы разрушить всякие следы нефти, которая в них содержалась. Таким образом, главными целями при поисках нефти должны быть мощные толщи фанерозойских осадков, образовавшихся на морских мелководьях вдоль окраин современных или древних континентов, или во внутренних морях, которые периодически затапливали части континентов. Накопленный в результате бурения в таких районах опыт также позволяет предсказывать с приемлемой точностью, сколько нефти или газа еще не открыто. Если эти предсказания совместить с оценками того, насколько быстро будет расти в будущем потребление нефти, то мы придем к вероятному выводу, что в течение столетия от данного момента человечество израсходует большую часть имеющихся в недрах Земли запасов нефти (рис. 13.2). К сожалению, розовые краткосрочные прогнозы добычи нефти, по сравнению с потребностью в ней, заслоняют необходимость предвидеть длительные периоды острой ее нехватки, которые, без сомнения, ждут нас в будущем, и проявить беспокойство. Другие источники энергии – и сырья, которое заменило бы нефть в производстве таких разнообразных продуктов, как синтетические ткани, удобрения и лекарства, – еще ждут своей разработки. Было бы лучше, если бы об этом люди позаботились раньше, чем позже.

^{Рис. 13.2. Сплошная линия представляет сглаженную кривую мирового производства нефти с момента бурения первой скважины в 1859 году и до 1991 года. Точками на этой линии обозначено фактическое производство нефти, согласно ежегодной «Международной энциклопедии нефти» (PennWell Publishing Company). Штриховая линия показывает «оптимистический» прогноз, сделанный в 1969 году геологом из Геологической службы США М. Кингом Хаббертом на основании его наилучшей оценки количества известных и еще не открытых запасов нефти. Хотя снижение потребления нефти в начале 1980‑х годов несколько отодвигает в будущее период изобилия нефти, все же из этого графика очевидно, что мы принадлежим к одному из всего лишь нескольких поколений людей, которые еще будут пользоваться благами из этого источника.}

Хотя нефть и газ являются настораживающими и отрезвляющими примерами, геологические ресурсы многих других полезных ископаемых также потребляются в темпах, вызывающих тревогу. Более того, подобно нефти и газу, распространение этих полезных ископаемых определяется геологическими факторами, а не политическими границами, делая зависимость современных индустриальных обществ от запасов некоторых ископаемых особенно опасной. Хорошим примером может послужить элемент кобальт, критическая составная часть сплавов, используемых для производства постоянных магнитов, турбин и реактивных моторов и других современных машин. Соединенные Штаты, да и другие высокоразвитые страны по существу не имеют своих источников кобальта. В конце 1970‑х годов в результате гражданской войны в Заире цены на этот товар подскочили более чем в десять раз. Нехватка кобальта не была длительной, и тем не менее она напомнила о конечности минеральных ресурсов.

Некоторые космические энтузиасты предположили, что Луна или даже астероиды могут в будущем послужить источником сырья для Земли. На Луне действительно имеются все необходимые химические элементы, но их извлечение потребовало бы огромных затрат энергии. В противоположность ситуации на Земле, геологические процессы, протекавшие на Луне, не вели, как правило, к образованию минеральных месторождений, подобным тем, которые известны нам на Земле. Причина этого заключается в том, что удивительно высокая доля механизмов концентрации элементов на нашей планете связана с наличием жидкой воды. Некоторые месторождения отлагаются прямо из моря – например, полосчатые железистые толщи, обсуждавшиеся в главе 4, которые являются источником большей части железной руды. Другие месторождения представляют собой продукты выветривания, происходившего с участием воды: алюминий концентрируется в обстановке, когда сильные и частые дожди при высоких температурах тропических областей растворяют и уносят почти все в местных коренных породах, оставляя только нерастворимый богатый алюминием боксит. Золото и многие другие ценные металлы обычно встречаются в жилах, поскольку они отлагались там из горячих, богатых водой флюидов, протекающих по трещинам в породах земной коры. По причинам, связанным с ее образованием, Луна лишена воды; большая часть процессов, которые на Земле ведут к концентрации минералов, на Луне никогда не имели места. В результате этого экономически ценные элементы присутствуют в породах Луны только в рассеянной форме. По‑видимому, хищный аппетит современных обществ будет, по крайней мере в ближайшем будущем, удовлетворяться из земных источников путем разработки методов эффективного извлечения материалов из менее богатых руд, путем сохранения и повторного получения ценных материалов из отходов и разработки заменителей для некоторых самых редких минералов и элементов. По этой причине изменилась роль ученых‑специалистов в области наук о Земле (по крайней мере частично) от роли простых эксплуататоров многочисленных и богатых месторождений Земли до хранителей ресурсов, которые сейчас уже считаются ограниченными. У геологов есть необходимые знания для оценки отдаленных последствий потребления критических материалов при современных темпах, а некоторые из них взяли на себя ответственность за предупреждение и оповещение как правительств, так и населения вообще о вероятных результатах такого потребления.