книги из ГПНТБ / Лакомб, А. Энергия моря

построенная там приливная электростанция, давшая пер­ вый ток 26 ноября 1966 г., имеет мощность 240 000 нвт. Эта цифра несколько ниже максимальной энергии, на получение которой можно было бы рассчитывать, но она обеспечивает минимальную себестоимость одного кило­ ватта получаемой энергии.

Характер энергии приливов

Р. Жибра неоднократно подчеркивал раэницу между мощностью, поглощаемой в бассейне, и мощностью, ко­ торую использует или может использовать электростан­ ция, действующая за счет энергии приливов. Действи­ тельно, на обычных гидроэлектростанциях непрерывного действия, работающих на водных потоках (реках), мак­ симальная энергия, которая может быть использована, почти точно равняется той энергии, которая терялась на отрезке русла от пункта, где уровень воды равен уров­ ню у плотины после постройки, до места сооружения самой плотины. Однако на приливных электростанциях сам переменный режим их работы становится дешевым средством производства энергии при умелом использова­ нии фазового смещения costp приливного течения отно­ сительно колебаний уровня. Когда сообщение между морем и бассейном перекрывается в момент приближе­ ния уровня воды по обе стороны плотины к максимуму, вступает в действие насосная установка, перекачиваю­ щая воду из моря в бассейн. Эта установка потребляет незначительное количество анергии по сравнению с тем, которое может выработать перекачанная ею вода, когда через некоторое время уровень воды в море понизится и разность уровней между бассейном и морем сильно возрастет. Точно так же перед наступлением малой воды можно дополнительно понизить уровень в бассейне пу­ тем перекачивания воды в море без особых затрат энер­ гии, с тем чтобы после повышения уровня по другую сторону плотины вернуть энерпию с заметным выигры­

110

шем. Таким образом можно использовать переменный характер действия системы в. целях повышения общего к. п. д. при помощи различных гидравлических «уловок». Можно также проводить перекачивание воды в то время суток, когда потребление энергии невелико, с тем чтобы обеспечить максимальное производство ее в часы «пик».

В период работы над проектом сооружения крупной электростанции на о-вах Шози, в котором предусма­ тривалось создание бассейна, ограниченного побережьем и линией мыс Груэн — о-ва Шози — мыс Гранвиль, выска­ зывались, по-видимому, несколько неожиданные сообра­ жения. Предполагалось построить электростанцию мощ­ ностью приблизительно 10—15 млн. квт. Мощность эта (рис. 24) составляет около 6—8% общей энергии прилив­ ной волны, проникающей в Ла-Манш, и 12—16% энер­ гии, рассеиваемой за счет трения во всей западной части Ла-Маиша. Поэтому можно было не опасаться, что отбор такого количества энергии от приливной волны уменьшит, ее амплитуду настолько, что это резко пони­ зит производительность проектируемой электростанции. Дело в том, что если незначительная длина плотины по сравнению с шириной Ла-Манша всегда ободряла проек­ тировщиков, то энергетические соображения, напротив, внушали опасения. Не случится ли'так, что потеря тако­ го количества энергии (значительно уменьшит высоту прилива, как это произошло с амплитудой стоячей волг ны перед преградой в канале в рассмотренном выше при­ мере? Несмотря на многочисленные исследования, этот вопрос удалось разрешить только после создания моде­ ли Ла-Манша на вращающейся платформе в Гренобле, где можно было воспроизвести эффект силы Кориолиса. Амплитуда колебаний уровня перед плотиной уменьша­ лась только на 0,5—1 м в зависимости от величины са­ мого прилива и условий эксплуатации. Таким образом, когда человек предпринимает попытку использовать при­ родную энергию в количествах, ощутимых для природ­ ных процессов, последним необходимо некоторое время

111

для адаптации. Если эта адаптация направлена в сторо­ ну устойчивого равновесия, то нет оснований для какихлибо опасений. Однако всегда ли равновесие в природе является устойчивым?

Ответ на этот вопрос читатель сможет найти в хоро­ шо аргументированной книге Р. Жибра, где рассматри­ вается проблема энергии приливов и ее использования.'1 Однако в заключение этой главы мы хотели бы привести некоторые сведения о происхождении энергии приливов, рассеиваемой в морях.

Энергия приливов, рассеиваемая в Мировом океане

Измерения приливов и течений в отдельных пунктах позволяют нам легко получить сведения о количестве энергии морских приливов, рассеиваемой за счет трения,

ратно пропорциональна квадратному корню из глубины, а трение действует только в нижней части столба воды высотой Н, то эти потери энергии чрезвычайно малы по­ всюду за пределами континентального шельфа. По мне­ нию английского геофизика Гарольда Джеффриса, мощность, рассеиваемая приливами, составляет прибли­ зительно 1,1 млрд, квт2, причем на глубокие части океа­ нов приходится около одной тысячной этой мощности. Большая часть ее расходуется в мелководных морях — Ла-Манше, Ирландском, Северном, Беринговом. В послед­ нем потери составляют 70% общего количества. Однако

112

недостаточного количества наблюдений над приливами

итечениями.

Сдавних пор предпринимались попытки связать эф­ фект трения приливов с замедлением скорости вращения

освобождаться энергия соответствующего порядка вели­ чины. Этот вопрос постоянно занимает умы геофизиков, которые из-за отсутствия точных (Сведений о величине рассеянной энергии высказывают самые разнообразные предположения. В течение последних пятнадцати лет был выдвинут целый ряд новых гипотез. Утверждать, что выдвинутые идеи прояснили положение, означало бы зайти слишком далеко. Одна из них приписывает Солнцу способность сообщать Земле путем лучистого воздейст­ вия на ее атмосферу то количество энергии, которое рассеивается приливами. Если — a priori —■эта мысль и вызывает удивление, то она все же заслуживает терпе­ ливого рассмотрения. Во всяком случае «дыхание моря» у побережий связывает нашу планету со всей солнечной системой.

Внутренние волны

Колебания уровня моря независимо от их происхож­ дения, волнение, приливы — все эти явления изучались обычно в предположении, что океан состоит из однород­ ной воды.’ Однако возникает вопрос: где колебательные движения имеют наибольшую амплитуду — на поверхно­ сти моря или внутри водной толщи? Если последний слу­ чай возможен, то плотностная стратификация океанов и ее колебания должны позволить нам установить, суще­ ствуют ли на самом деле так называемые внутренние волны. Этому вопросу в последние годы уделяется боль­ шое внимание.

В действительности оказывается, что внутренние вол­ ны существуют буквально повсюду в океанах и морях.

Если провести измерения температуры и солености мор­ ской воды по одной вертикали, то можно заметить, что глубина изотерм или изохалип изменяется во времени и что диапазон периодов наблюдаемых движений очень широк. Это явление представляет собой одну из форм изменчивости океанов. В этих внутренних колебаниях часто можно обнаружить приливные периоды, маятнико­ вый период и т. д. Амплитуда колебаний отдельных изо­ терм нередко достигает очень больших величин — 50—100 м, что намного превосходит высоту поверхност­ ных приливных волн. Поскольку изменения плотности морской воды по вертикали составляют не более не­ скольких тысячных долей, то ясно, что потенциальная энергия, необходимая для создания внутренних волн, не­ значительна, как, -впрочем, и кинетическая.

Эти волны, которые довольно трудно обнаруживать, измерять и прослеживать, распространяются с небольшой скоростью. Часто бывает нелегко выяснить особенности их режима, так как причиной внутренних волн, помимо приливных течений (например, в Гибралтарском проли­ ве), без сомнения, могут являться различные возмуще­ ния морской поверхности, обусловленные волнением, пе­ репадами атмосферного давления, сейшами и т .. д. Оче­ видно, что внутренние волны представляют собой ис­ ключительно сложное явление.

Движения моря, возникающие от источника, расположенного под водой

Движения и энергия, рассмотренные в предыдущих главах, прямо или косвенно связаны с внеземными источ­ никами — солнечной радиацией и лунно-солнечными гра­ витационными силами, обусловливающими приливы. Однако существуют и другие движения, имеющие сугу­ бо земное происхождение. Такими движениями являют­ ся цунами. Этот японский термин обозначает гигантские волны, часто наблюдаемые вблизи Японии и на всем

114

побережье Тихого океана и связанные с сейсмической активностью этой зоны.

Установлено, что причиной цунами являются земле­ трясения, которые, нарушая внезапно рельеф морского дна на большем или меньшем участке, приводят в дви­ жение прилегающую к нему морскую воду. Поскольку вода несжимаема, то это локальное возмущение распро­ страняется на большие расстояния в виде волны, обра­ зующейся в области землетрясения и расходящейся в разных направлениях вокруг этой области. Такие же по мощности импульсы могут быть сообщены морской воде крупными обвалами береговых массивов или лави­ нами, обрушивающимися в море, что иногда случается в норвежских фьордах.

Эта волна, зародившаяся в глубинах моря, достигает поверхности, где она проявляется в виде движений, имеющих; в общем, колебательный характер, с периодом порядка четверти часа. Следовательно, это длинная вол­

и поэтому волны эти распространяются на очень боль­ шие расстояния от места образования. Во время извер­ жения вулкана Кракатау в 1883 г. волнообразные возму­ щения наблюдались даже в районе Гасконского залива и у входа в Ла-Манш. Это извержение взволновало, та­ ким образом, весь Мировой океан... Совсем недавно, 28 марта 1964 г., цунами, возникшее в результате земле­ трясения в бухте Анкоридж на Аляске, опустошило бере­ га Тихого океана на сотни километров; оно было заре­ гистрировано на всех тихоокеанских островах.

Длинные волны цунами преломляются подобно'зыби, и в зависимости от условий их ортогонали (лучи) могут ли­ бо сходиться, либо расходиться, обусловливая увеличение

115

или уменьшение амплитуды. Она значительно воз­ растает на прибрежном мелководье. Так, 1 апреля 1946 г. землетрясение, эпицентр которого находился в Алеут­ ской впадине, вызвало опустошительное цунами, вско­ лыхнувшее весь Тихий океан. Разрушив маяк, располо­ женный на Алеутских о-вах на высоте 30 м над уров­ нем моря, эта волна охватила весь океан и, достигнув Гавайских о-вов менее чем через 5 часов после начала землетрясения, обрушила на их берега водяные валы высотой более 18 м. В результате 159 человек погибли, 163 получили ранения. Было разрушено 488 домов и по­ вреждено 936. Ущерб оценили в 25 млн. долларов. Фото­ графии, свидетельствующие о масштабе этого явления и о вызванном им бедствии, производят жуткое впечат­ ление.

В связи с этим в США была создана национальная система оповещения, ставшая впоследствии междуна­ родной организацией, цель ее — в кратчайший срок ин­ формировать жителей побережья, и особенно Гавайских о-вов, об опасности цунами. Оразу же после регистрации землетрясения на одной из станций в зоне Тихого океа­ на специалисты — геофизики и океанографы — определя­ ют его характеристики, оценивая масштабы возможного цунами. Вели они считают его опасным, то немедленно передается сообщение о надвигающемся бедствии с ука­ занием вероятного времени достижения волнами цунами различных берегов. Благодаря этому можно спасти по крайней мере человеческие жизни.

Цунами наиболее часты и особенно разрушительны на берегах Тихого океана. Однако зона разлома земной ко­ ры, проходящая от Ирана до Марокко (Агадир) через Югославию, Италию и Алжир (Орлеанвиль), также явля­ ется районом сейсмической активности, и землетрясения с подводными эпицентрами могут вызвать цунами и здесь.- Плохо связанные осадочные породы, обрушива­ ясь, подобно лавинам, в море, способны деформировать рельеф дна в местах падения. Иногда это приводит к по­

116

вреждению подводных кабелей, как, например, случилось в Орлеанвиле в 1954 г.

Как чутко реагирует океан на воздействия совершен­ но разной природы!

ГЛАВА V

различных видах, о которых мы скажем лишь несколь­ ко слов, причем все данные заимствованы нами из бо­ лее полного исследования этой проблемы, представлен­ ного профессором И. Леграном на IV Днях гидрав­ лики.

Существует несколько причин возникновения элек­ трических токов в море.

Колебания содержания ионов и температуры морской воды превращают эту среду в «заряженную батарею», но возникающие при этом электродвижущие силы очень

4—5°. Можно, конечно, представить себе такие распре­ деления градиентов температуры или солености, которые приведут к образованию токов, но их мощность всегда будет'чрезвычайно малой.

В некоторых районах в роли гальванических элемен­ тов могут выступать дно и берега при контакте с мор­ ской водой; кроме того, в морях могут возникать теллу­ рические токи. Однако мы располагаем очень небольшим количеством данных об этих явлениях.

117

ГЛАВА VI

БАЛАНС РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЭНЕРГИИ, РАССЕИВАЕМОЙ В МОРЕ ИЛИ МОРЕМ

Преобладание тепловой энергии

Зная, что одна калория эквивалентна приблизительно 4,2 джоулям, можно вы­ числить энергетический баланс Мирового океана, оцени­

Эквиваленты явной и скрытой тепловой энергии

врезультате испарения, и явная потеря тепла —

Диссипация механической энергии

1. За счет разрушения прибойных волн у берега по­

119