А. Лельевр - Альманах Эврика-84

Одна из серьезнейших проблем, стоящих перед человечеством, — дефицит пресной воды. В разработке экономических методов опреснения морской воды советские специалисты достигли значительных успехов. В частности, среди этих методов весьма перспективным оказалось использование так называемых мембранных фильтров. Суть проста: морская вода продавливается сквозь мембрану, не пропускающую растворенные соли. И в этом «сите», способном отделять ионы от молекул воды, главную роль играют как раз особые свойства граничного слоя. Дело в том, что, как только соленая морская вода попадает в пору мембранного фильтра, она сразу же оказывается как бы в очень тонком капилляре и ее свойства существенно меняются. В частности, меняется ее способность растворять соли. Значит, если с силой продавливать через эту пору соленую воду, то с другой стороны мембраны выдавится вода, содержащая лишь столько соли, сколько ее могло раствориться в граничном слое.

Если же за одним фильтром поставить второй, третий, то в конце концов можно получить воду, практически лишенную солей.

Разумеется, поры мембранного фильтра должны быть очень тонкими, а чем тоньше пора, тем большее давление понадобится для того, чтобы выдавить через нее капельку пресной воды. Получается замкнутый круг: чтобы увеличить производительность фильтра, поры нужно увеличить, а чтобы фильтр работал лучше, их нужно уменьшить…

Изучение свойств граничных слоев позволит, возможно, справиться с этой проблемой: ведь если придать материалу мембранного фильтра способность сильнее притягивать молекулы воды (эта операция носит название гидрофилизации), то толщина граничного слоя существенно возрастет и диаметр пор можно значительно увеличить, не ухудшая способности фильтра опреснять воду.

ПРОТИВ КОВАРСТВА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ

Значительная территория нашей страны лежит в зоне вечной мерзлоты. Сейчас природные богатства этих мест начинают интенсивно осваиваться. А это значит, что на мерзлом грунте прокладываются дороги, строятся жилые дома и предприятия.

Вечная мерзлота доставляет строителям немало хлопот. Например, если грунт под фундаментом подтает, то здание осядет и может разрушиться. А еще больше неприятностей доставляет так называемое пучение мерзлого грунта: иногда без всяких видимых причин почва под строением или дорожным полотном начинает медленно, неудержимо вспухать, из-под земли выпирает невесть откуда взявшаяся глыба льда, сокрушающая творения рук человеческих.

В чем причина этого явления? Оказалось, что тут не обошлось без граничного слоя. Это было проверено с помощью простых, но эффективных модельных экспериментов. Вода в капилляре была заморожена, и один конец капилляра соединен с баллоном со сжатым газом. Потом температуру стали медленно повышать, но не успела она еще достичь нуля, как ледяной столбик медленно пополз по капилляру!

Сотрудниками Института физической химии было обнаружено и другое явление, имеющее самое непосредственное отношение к морозному пучению грунтов, — так называемый термокристаллизационный перенос. Если в лед, находящийся в капилляре, был вморожен пузырек воздуха, то пузырек начинал медленно перемещаться к более холодному концу: с одной стороны пузырька лед таял и испарялся, а с другой кристаллизовался. Оказалось, что в тонких порах этот процесс значительно ускоряется за счет перемещения вязкого, но незамерзающего граничного слоя воды. Аналогичное явление роста льда в пористых телах и объясняет морозное пучение. Вместе с тем с помощью несложных приемов этот процесс можно не только приостановить, но и повернуть вспять, то есть добиваться «рассасывания» образовавшихся в вечномерзлом грунте ледяных линз.

Учитывая обнаруженные закономерности поведения льда в пористых телах, удалось дать и научно обоснованные рекомендации по созданию морозостойких строительных материалов: ведь, изменяя свойства поверхности пор, можно регулировать и свойства граничного слоя, а значит, предотвращать образование скоплений льда, способного разрушить и кирпич, и бетон, и другие строительные материалы.

«Человечеству грозит убийственная жажда», — предупреждают футурологи-пессимисты. Насколько серьезны такого рода предсказания?

Спору нет, ситуация отнюдь не беспроблемна, а кое-где и весьма тревожна. В десятках стран ощущается постоянный дефицит пресной воды, многие государства жестко нормируют ее потребление в засушливые годы, а иные даже ввозят воду наряду с прочими импортными товарами (Голландия и ФРГ, например, из Норвегии и Новой Зеландии).

1981–1990 годы объявлены ООН Десятилетием питьевой воды. Трудности с обеспечением ею испытывают приблизительно два миллиарда людей.

Чтобы как можно лучше удовлетворить растущий спрос на нее, предстоит сделать очень многое. Прежде всего надо точнее оценить ресурсы пресных вод в каждой местности, стране и на Земле в целом, наладить более рациональное, максимально бережное их использование и т. д.

Задачи сложные, однако реальные. Свой вклад в их решение вносят советские специалисты. Примером могут служить итоги проведенных ими крупномасштабных исследований: Атлас мирового водного баланса (50 карт, составленных по данным почти 70 тысяч метео- и гидрологических станций) плюс монография «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли»— детальный анализ по всем регионам планеты. Эти работы не имеют аналогов в мировой практике. По решению ЮНЕСКО оба труда опубликованы на английском и испанском языках. Авторский коллектив, подготовивший монографию и атлас, удостоен Государственной премии СССР за 1981 год.

«ПЛАНЕТА ВОДА» — ИСПОЛИНСКАЯ, НО НЕ БЕЗДОННАЯ БОЧКА

Земля из космоса выглядит скорее как «планета Вода», ибо в отличие от иных небесных тел имеет мощную гидросферу, под которой прячет более двух третей своей тверди. Но в основном это соленая вода. А пресная в общем объеме составляет менее 2,5 процента, в том числе наиболее доступная нам (не считая полярных льдов) — всего 0,3 процента.

Человечество потребляет на разные нужды уже около 2600 кубических километров — почти 6 процентов всей пресной воды. Но с ростом мирового хозяйства и населения расход увеличивается и может достичь 6 тысяч кубических километров в 2000 году.

Ясно, нельзя не учитывать ограничения экологического порядка. Так, если промышленные жидкие сбросы не очищены, то для обезвреживания нужно часто 15-кратное, а то и 40-60-кратное разбавление; если очищены — шестикратное как минимум. Если не принять соответствующих мер, в начале XXI века на это будет тратиться чуть ли не весь годовой сток рек мира. Очевидно бережное отношение, все более настоятельное.