Помогут ли айсберги решить проблему нехватки воды

Ник Слоан — эксперт по морским спасательным операциям. Он наиболее известен тем, что руководил спасением итальянского круизного лайнера Costa Concordia, который в 2012 году напоролся на каменный риф и начал тонуть из-за полученных повреждений.

Costa Concordia — огромное судно весом 100 тыс. т и длиной как три футбольных поля. Для подъема такого корабля требуются специальные знания и тщательное планирование. В течение 2,5 лет Слоан привлек к работе свыше 500 человек.

Теперь он хочет использовать свои обширные знания об океане, инженерный опыт и знакомства в морской отрасли, чтобы преодолеть водный кризис в Кейптауне, а именно доставить туда пресную воду в виде айсберга. Тем не менее на этом пути Слоуна и его конкурентов ожидает ряд препятствий, в том числе законы физики.

Почему сложно перевезти айсберг

Главная проблема при длительной буксировке заключается в том, что лед растает, прежде чем достигнет пункта назначения. К примеру, расстояние между Кейптауном и Антарктидой составляет свыше 6,5 тыс. км, а температура воды в бухте Атлантического океана может быть на 10ºC выше, чем в Южном океане.

Чтобы понять, как лучше решить проблему, обратимся к термодинамике. Представьте кубик льда в стакане воды. Почему он тает? Причина — в обмене энергией.

Лед и вода — одно и то же вещество в разных состояниях. В жидком состоянии молекулы воды подвижны. Теплая вода обладает большей кинетической энергией, чем холодная (сравните кипящую воду с водой комнатной температуры).

При более низких температурах молекулы замедляются. К 0ºC они теряют так много энергии, что образуют стабильные водородные связи, которые превращаются в кристаллические формы. Так вода замерзает и становится твердой.

Когда кубик льда оказывается в стакане с водой, происходит передача энергии. Активные молекулы жидкой воды сталкиваются со льдом и теряют энергию. А вот стабильные водородные связи ее поглощают. Вода становится прохладнее, а лед — теплее.

Если воды больше, чем льда, то его молекулы поглощают достаточно энергии, чтобы разорвать связи, удерживающие их вместе. Другими словами, лед тает.

То же происходит и с частью кубика, плавающей над водой, поскольку воздух комнатной температуры содержит больше кинетической энергии, чем лед. Когда молекулы воздуха сталкиваются со льдом, он начинает таять. Как и в случае с водой, чем выше температура воздуха, тем больше кинетической энергии передается льду, и тем быстрее он тает.

Есть несколько способов быстрее растопить кубик льда в стакане. Так, если подуть на него, то дополнительные молекулы воздуха вступят с ним в контакт, передавая больше энергии.

Также можно размешать воду. Поскольку жидкость рядом со льдом будет охлаждаться по мере его таяния, передача энергии замедлится. Если же перемещать содержимое, теплая вода с большей кинетической энергией соприкоснется со льдом — так он тает быстрее, чем когда находится на одном месте.

С другой стороны, чтобы замедлить этот процесс, в стакан можно добавить соль. Поскольку соленая вода плотнее пресной, она опустится на дно стакана. Так холодная вода из растаявшего куба останется в верхней части стакана рядом со льдом, что замедлит передачу энергии.

Те же принципы применимы и к тому, чтобы перевозить айсберг на дальние расстояния. Нужно учитывать не только его размер и удаленность пункта назначения, но также температуру воды и воздуха, ветер, океанские течения, соленость воды и время в пути.

Свести передачу энергии к минимуму позволяют две стратегии: защитить лед и захватить настолько большую глыбу, что не будет иметь значения, насколько сильно она растает.

Многие люди, работавшие с айсбергами, сомневаются, что можно преодолеть законы физики. Их скептицизм вызван большим практическим опытом. Они были свидетелями того, как айсберги разваливаются в пути, и знают, что их буксировка требует много усилий, а сами эти ресурсы — недолговечны.

Однако такой опыт может ограничивать их воображение. Айсберги могут быть неизмеримо большими, но человечество обладает огромной силой. Возможно, скептикам просто стоит мечтать о большем.

Источник.

Фото на обложке: Cautron Live / Shutterstock