Загадки океана - [15]

В микробиологии гидротерм очень много разных загадок.

Интерес представляют высокие цифры свободной энергии, выделяющейся при различных химических реакциях, используемых микроорганизмами. По количеству энергии, приходящейся на один моль окисляемого вещества, на первом месте стоит реакция окисления отрицательного иона тиосульфата S₂O₃^2-. При этой реакции выделяется 936 кДж/моль. На первый взгляд эта большая цифра представляется заманчивой для использования в технике. Однако если пересчитать выделяемую в этом случае свободную энергию на единицу массы тиосульфата, то удельная теплота сгорания окажется всего 3500 ккал/кг.

Таблица

Основные виды микроорганизмов, обнаруженные в экологических оазисах Тихого океана (данные на 1984 г.)

Микроорганизмы	Их пища	Чем они дышат, т. е. окислитель	Химические реакции	Выделение
				свободной
				энергии,
				кДж/моль
1.	Сероокисляющие бактерии	S0	О2	S°+ 1,502 + Н20 = H2S04	496
2.		H2S		H2S + 0,502= S0 + H2O	210
3.		S2O32-		S2O32- + 202 + H20 = 2SO42- + 2H+	936
4.		HS-		HS- + 202 = S042- +H+	716
5.	Водородоокисляющие бактерии	Н2		H2 + 0,502 = H20	237
6.	Нитрифицирующие бактерии	NH4+		NH4+ + 1,502 = NO2- + H20 + 2H+	272
7.		N02-		NO2- + 0,5O2 = NO3-	73
8.	Железоокисляющие бактерии	Fe2+		2Fe2+ + 2H+ + 0,502 = 2Fe3+ + H20	47
9.	Марганцовоокисляющие бактерии	Mn2+		Mn2+ + H20 + 0,502 = Mn02 + 2H+	67
10.	Метанообразующие бактерии	H2	CO2	4H2 + C02 = CH4 + 2H20	35

Это значительно ниже количества выделения энергии на единицу массы при других реакциях, используемых бактериями.

Некоторые исследователи связывают размножение различных микробов на поверхности Земли с солнечной активностью. Они соотносят эпидемии и пандемии с количеством пятен на Солнце. Физический механизм этой связи пока не установлен, но сама она сомнений не вызывает и рассматривается как одно из положений космической биологии. Микробное население экологических оазисов океана представляет интересную возможность для дальнейшего исследования этого важного вопроса. В темную глубину океана, где находятся экологические оазисы, электромагнитные излучения Солнца не доходят. Оазисы надежно заэкранированы от них слоем соленой воды в 2500 м толщиной. Спрашивается: будет ли изменяться численность различных микробов там при колебаниях солнечной активности?

Недавно президент Академии наук СССР академик Г. И. Марчук отметил актуальность изучения солнечно — земных связей. Наблюдения за поведением микроорганизмов в экологических оазисах позволят подойти к исследованию этого вопроса с новой стороны. Этот вопрос впервые поднял известный советский ученый A. Л. Чижевский. Но он до сих пор мало исследован.

Подводная энергетика. На первом месте по величине удельной теплоты окисления в реакциях бактерий стоит водород. Его удельная теплотворная способность равна 28000 ккал на 1 кг (при 237 Мдж*моль^-1). Водород — первый и самый теплотворный химический элемент из всей таблицы Менделеева. Не зря питание водородом освоили микроорганизмы. Водородоокисляющие бактерии успешно используют эту реакцию давным — давно, с тех пор, как появились в океане.

Содержание растворенного водорода в Мировом океане без учета его количества в водах гидротерм составляет в среднем всего около 10~⁶ мл/л океанской воды при нормальных условиях. Но объем вод Мирового океана очень велик — около 1,33•10¹⁸ м³, или 1,33•10²' л. Поэтому объем растворенного водорода определяется большой цифрой:

1,33•10²¹ л • 10^-5 мл/л = 1,33•10¹⁶ мл = 1,33•10¹³ л.

Плотность водорода при нормальных условиях, т. е. при 0° и давлении 1 атм, равна 0,0899 г/л. Средняя плотность водорода, растворенного в воде Мирового океана, вычисляемая по формуле Менделеева — Клайперона, составляет 16,7 г/л (при расчете плотности среднее гидростатическое давление было принято равным 186 атм, а средняя температура вод Мирового океана равна 276,8°К).

Полная масса водорода, растворенного в водах Мирового океана, без вод гидротерм определяется произведением:

1,33•10¹³ л • 16,7 г/л = 22,2•10¹³ г = 22,2•10¹⁰ кг = 2,2•10⁸ т.

Значительно больше растворенного водорода содержится в гидротермах близ океанского дна. Концентрация водорода в гидротермах, по некоторым данным, достигает 3 мл/л, почти в 300 000 раз больше среднего содержания в водах Мирового океана. Примем, что объем воды всех гидротерм, вместе взятых, составляет 0,1 % от полного объема вод Мирового океана, т. е. 1,33•10¹⁸ л. При этом условии в гидротермах будет находиться водород в количестве:

1,33•10¹⁸ л • 3 мл/л = 4•10¹⁸ мл = 4•10¹⁵ л

Определить полную массу водорода, растворенного в гидротермах, труднее, так как точно пока неизвестна средняя их температура, так же как и среднее значение гидростатического давления. Поэтому условно примем, что средняя плотность водорода в гидротермах составляет те же 16,7 г/л. Тогда полная масса растворенного в них водорода составит:

4•10¹⁵ л • 16,7 г/л = 67•10¹⁵ г = 6,7•10¹³ кг = 6,7•10¹⁰ т, т. е. более 60 млрд. т

Это — громадная цифра. Она свидетельствует, что гидротермы — богатый источник водорода, который к тому же непрерывно пополняется. Вместе со струями гидротерм в океан непрерывно поступают новые порции растворенного водорода. Это — практически неиссякаемый источник отличного топлива. Необходимо научиться извлекать его оттуда на пользу народного хозяйства.