1. Общие положения.

 В последние 40 лет уровень рассола в Мёртвом море неуклонно снижается с интенсивностью, превышающей в настоящее время 1 м. в год. Подавляющее число специалистов в качестве меры по спасению этого водоёма предлагают переброску в него  вод Средиземного либо Красного моря. Так д. т. н. М. М. Танклевский в статье “Как сохранить Мёртвое море” [1], перечисляя особенности этого водоёма: микроклимат, уникальный состав его солей, их лечебные свойства, использование их для производства удобрений, магния, брома и пр., считает необходимым оказать ему неотложную помощь посредством переброски в него воды из Средиземного  моря, частично опреснённой. В рамках электронного научного семинара представлена статья А. Качана и С. Розенберга  "Пополнение Мертвого моря с получением гидроаккумулирующей электроэнергии".  Опубликован ещё целый ряд статей, содержащих предложения по спасению Мёртвого моря посредством переброски в него посторонних вод. Существует так же соглашение между Израилем, Иорданией и Палестинской автономией о переброске из Красного моря в Мёртвое море100-120 млн. м³ воды. Полагается, что влияние перебрасываемых вод на состав и концентрацию солей водоёма будет несущественным из-за незначительности количества поступающей воды по сравнению с объёмом содержащегося в нём рассола. На самом же деле поступающая пресная или океаническая вода как более лёгкая будет сосредотачиваться вблизи поверхности, где её количество и состав существенно повлияет на поверхностный слой рассола.

В естественных условиях состав и концентрация солей в содержащих рассолы водоёмах поддерживается равенством количества поступающей в них из рек, атмосферных осадков и других источников пресной воды и количества воды, испаряемой с их поверхности.

Рис. 1

Процесс водообмена в водоёме с рассолом в естественных условиях.

На рис. 1 Q – годовой объём поступающей из различных источников в водоём пресной воды, P – годовой объём воды (тоже пресной), испаряемой с его поверхности.

При Q=P уровень рассола в водоёме и его концентрация не меняются.

При Q<P концентрация рассола в водоёме не изменяется, а уровень его снижается до тех пор пока вследствие уменьшения площади поверхности водоёма не восстановится равенство Q=P.

При Q>P концентрация рассола в водоёме не изменяется, а уровень его повышается до тех пор пока вследствие увеличения площади поверхности водоёма не восстановится равенство Q=P.

При , или же когда характер берегового рельефа водоёма препятствует увеличению его поверхности, происходит поверхностное опреснение его вод, в большинстве случаев временное. Так изобильные дожди в 1992 году образовали значительный опреснённый слой на поверхности Мёртвого моря, вынудивший в следующем году заводы, использующие в качестве сырья его рассол, произвести дорогостоящие работы по строительству системы забора морских вод с глубины 40 м, т. к. прежняя система забора с малой глубины поставляла воду с недопустимо низкой концентрацией солей. Автор принимал непосредственное участие в проведении указанных работ.

Снижение уровня Мёртвого моря обусловлено двумя основными причинами. Во первых интенсивным забором для сельского хозяйства и на другие хозяйственные нужды пресной воды из источников, пополнявших водоём, и во вторых забором рассола Израильскими заводами Мёртвого моря и заводами Иорданского юго – восточного бассейна Arab Potash Corporation. На рис. 2 схематически представлена ситуация, которая будет иметь место при переброске океанической воды в Мёртвое море.

Рис. 2

Процесс водообмена в Мёртвом море в случае переброски в него океанической или пресной воды.

Q₁ = q₁+q₂ – необходимый для поддержания уровня Мёртвого моря годовой объём перебрасываемой в него воды. (Океаническая вода в первом приближении рассматривается нами , как пресная, т. к. концентрация солей в ней на порядок меньше, чем в Мёртвом море).

Z – суммарный годовой объём рассола, забираемого из Мёртвого моря заводами.

Для поддержания уровня Мёртвого моря необходимо, чтобы выполнялось равенство

Q+Q₁=P+Z

Часть перебрасываемой океанической воды в количестве q₁ компенсирует дефицит поступающей в водоём воды от естественных источников (уменьшение Q), остальная часть – в количестве q₂ компенсирует рассол, забираемый заводами.

Таким образом, в этом случае должны выполняться равенства:

Q+q₁=P;           q₂=Z.

Объём поступающей жидкости в количестве Q+q₁ не окажет существенного влияния на рассол, так как вся эта жидкость испарится, остальная же часть поступающей воды, объёмом q₂, заменившая забираемый заводами рассол, останется в водоёме и, как более лёгкая, растечётся по его поверхности.

Разделив q₂ на площадь зеркальной поверхности Мёртвого моря S, получим в первом приближении скорость, с которой будет увеличиваться глубина опреснённого слоя.

v=q₂/S, м/год.

2. Водные и соляные балансы Мёртвого моря прежде и теперь.

До середины прошлого века, вернее до шестидесятых годов, состояние Мёртвого моря было относительно стабильным. Площадь водной поверхности составляла примерно 1000 км², водный баланс, согласно [2], имел следующий вид: речной сток составлял более 90% и был равен 1.25 млрд. м³/год, вклад двух рассольных источников, рассолов выщелачивания и глубинных рассолов, был равен 6-7%, вклад атмосферных осадков составлял 3-4%. 

Общая величина стока равнялась /год.

Сток глубинных рассолов и рассолов выщелачивания –   

Атмосферные осадки –

 Поскольку Мёртвое море является бессточным водоёмом и объём содержащихся в нём вод не изменялся, то, годовое количество испаряемой с его поверхности воды в точности равнялось суммарной величине стока, т. е. –  Следовательно, с одного квадратного километра моря в год испарялось .

Содержание солей стратифицировано по глубинам [4]: в поверхностных водах содержится 273.41 г/л, с ростом глубины концентрация увеличивается, вблизи дна её величина равна 336.15 г/л. Средняя концентрация водоёма - 315.04 г/л.

Начиная с шестидесятых годов прошлого века наблюдается резкое падение уровня Мёртвого моря. Следует отметить, что колебания уровня этого водоёма происходили неоднократно. Последний максимум наблюдался в 1929 году, после которого уровень Мёртвого моря упал на 40 м. Как отмечалось выше, усиление темпов падения в последние десятилетия объясняется влиянием техногенных факторов, таких как увеличение отбора воды из реки Иордан и других источников на сельскохозяйственные нужды, а также отбор рассола  Израильскими и Иорданскими заводами. В результате южная часть бассейна отделилась от северной и превратилась в искусственный водоём, общая зеркальная поверхность сократилась до 650 км², причём площадь северного бассейна, который в дальнейшем будем рассматриваться нами в качестве всего Мёртвого моря, составляет из них примерно 550 км².

Рассмотрим водный баланс Мёртвого моря, каким он представляется в настоящее время. Израильские заводы Мёртвого моря в 2011 году перекачали из северного водоёма 448 млн. м³ и возвратили 161 млн. м³ воды. Заводы Иорданского юго – восточного бассейна Arab Potash Corporation ежегодно потребляют 250 – 300 млн. м³ воды. Принимая, что объём возвращаемой воды на Иорданских предприятиях составляет такую же часть от потребляемой, как и на Израильских заводах, получаем, что он равен там 90 – 108 млн. м³. Принимая в расчёт меньшее из указанного выше количества забора воды Иорданскими заводами, мы получаем, тем не менее, общий  годовой расход её на промышленные нужды равным порядка 698 млн. м³. Общий объём возвращаемой воды составляет примерно 251млн. м³.

 Что представляет собой возвращаемая вода? Поскольку концентрация поступающего из Северного бассейна на заводы рассола, равна 315 г/л, то очевидно, что в ней содержится  солей. Из них на Израильских заводах, согласно квоте, производится 3 млн. т. продукции. Принимая, что объём выпускаемой продукции с учётом производительности Иорданских заводов составляет 5 млн. т., получаем, что масса возвращаемого неиспользованного сырья равна 215 млн. т. Таким образом, в возвращаемом в водоём рассоле концентрация солей составляет 215/251=0,86 т/м³, что в 2.4 раза превышает концентрацию насыщения хлористого натрия. В результате 60% поваренной соли осаждается на дно Южного бассейна и образует к настоящему времени слой в несколько метров, в результате чего уровень воды в этом водоёме поднимается, угрожая расположенной на его берегу гостиницам и прочим объектам туристского бизнеса. В осадок выпадает, очевидно, и определённое количество карналлита, растворимость которого хотя и превышает растворимость хлористого натрия, но значительно меньше, чем 0.86 г/л. Возвращаемая вода, освободившаяся от взвеси, сбрасывается в северный бассейн в виде концентрированного раствора, и, обладая большей плотностью, чем исходный рассол, погружается на дно.

Как отмечалось выше, до 60-х годов прошлого века с одного квадратного метра морской поверхности испарялось в год  воды. Полагая, что изменение климата за прошедший период незначительно, получим, что годовой объём испарения с северного бассейна в настоящее время составляет  . Таким образом, из Мёртвого моря в год извлекается в общей сложности  воды.

Основным поставщиком воды в Мёртвое море ранее являлась река Иордан. Сейчас, вследствие интенсивного забора воды на хозяйственные нужды, по оценке экологов Иордан поставляет только  м³.  Принимая, что глубинные рассолы и рассолы выщелачивания, а так же атмосферные осадки поставляют в Мёртвое море такое же количество воды, что и ранее, получаем, что Мёртвое море теряет ежегодно  Разделив это число на площадь водоёма, получим, что годовое снижение его уровня при таких потерях, должно равняться 1.71 м.. Однако, реальное снижение уровня в Мёртвом море не превышает 1.25 м. в год. Принимая расходную часть баланса верной, не трудно рассчитать, что реальному снижению уровня рассолов должна соответствовать величина стока пресной воды из Иордана, ручьёв, подземных источников и атмосферных осадков, равная  .

3. О взаимодействии перебрасываемой воды с рассолом Мёртвого моря.

Как отмечалось выше, в случае переброски морской или пресной воды (и ту и другую по сравнению с водой Мёртвого моря можно условно рассматривать как пресную) та часть солёной воды, которая потребляется заводами, будет компенсироваться поступающей пресной водой. Таким образом, в Мёртвом море появится избыточная  пресная вода, которая как более лёгкая будет растекаться по морской поверхности, постепенно опресняя её.

Как известно, Мёртвое море – спокойный водоём. В нём не имеют место какие либо заметные конвекционные течения и сильные волнения на поверхности. Однако в верхнем его слое вследствие незначительного волнения, ветра, течения перебрасываемой воды происходит перемешивание поступающей пресной воды с рассолом. Назовём этот слой турбулентным. Примем толщину этого слоя постоянной вдоль всей поверхности водоёма (хотя вблизи места стока перебрасываемой воды турбулентность, несомненно, проявляется до большей глубины).

Под толщиной слоя пресной воды будем понимать подъём уровня Мёртвого моря избыточной пресной водой. Увеличение за единицу времени уровня избыточной пресной воды назовём скоростью изменения слоя пресной воды. Примем так же, что слой пресной воды имеет постоянную вдоль всей поверхности толщину.

Обозначим толщину турбулентного слоя через H, концентрацию соли в воде Мёртвого моря через C₀, концентрацию соли в перебрасываемой воде через C_п. За бесконечно малый промежуток времени dt слой прибывающей воды увеличивается на величину ds. Тогда за этот промежуток времени в турбулентном слое происходит изменение концентрации вследствие смешения содержащейся в нём воды с порцией переброшенной

Решая уравнение (1), получаем зависимость концентрации в турбулентном слое от толщины слоя перебрасываемой избыточной воды:

              Подставляя в выражение (3) вместо s его значение, получаем зависимость концентрации в турбулентном слое от времени переброски:

В частном случае, если перебрасываемая вода действительно пресная, C_п = 0, выражения (3) и (4) принимают вид:

На рис. 3 представлен процесс опреснения в турбулентном слое в течение двух лет в предположении, что в Мёртвое море перебрасывается количество воды, обеспечивающее поддержание его нынешнего уровня. Приняты следующие исходные данные: поскольку турбулентный слой является поверхностным, начальная концентрация соли в нём C₀ =  концентрация соли в перебрасываемой морской воде C_n = 36 г/л, скорость снижения уровня моря из-за забора воды заводами принята равной =46 см/год (общее годовое снижение уровня Мёртвого моря, равное 1,25 м/год, разделено пропорционально количеству потребляемой заводами и испаряем с поверхности моря воды), толщина турбулентного слоя принята равной H=10, 20, 30 см. . Как видно из рисунка, уже к концу первого года концентрация солей в турбулентном слое практически не

отличается от концентрации в перебрасываемой воде.

Рис. 3.

Зависимость опреснения рассола в турбулентном слое от времени.

Поскольку турбулентный слой имеет постоянную толщину, а пресная вода в него прибывает непрерывно, вода с текущими значениями концентрации будет переходить из турбулентного слоя вниз, где её состав будет оставаться неизменным (вернее он может изменяться только в процессе диффузии, но об этом позже). Понятно, что это перемещение происходит с той же скоростью, с какой прибывает избыточная пресная вода, причём впереди находится слой с максимальной концентрацией, а далее, по мере разбавления в турбулентном слое, будут следовать слои с убывающей концентрацией.
Характер изменения содержания соли по глубине, начиная с нижней границы турбулентного слоя – зеркальное отражение кривой (3) с переносом начала вдоль оси абсцисс на эту границу.

Расчёт по формуле (5) позволяет получить кривые, описывающие процесс опреснения с глубиной за время переброски избыточной пресной воды в Мёртвое море (Рис. 4). Как видно из рисунка, уже через 8 лет после начала переброски концентрация воды в Мёртвом море будет практически не отличимой от концентрации перебрасываемой воды до глубины превышающей 2 м., через 12 лет – 4.5 м., через 16 лет – 7м., через 20 лет – 9 м.

Объективности ради нужно отметить, что будет так же иметь место процесс, действующий в противоположную сторону. Вследствие диффузии будет происходить проникновение соли из морской воды в опресняемую воду.

Рис. 4

Изменение концентрации соли с глубиной.

C₀ =273 г/л;  С_n= 36 г/л;  v=46 см/год; H = 50 см.

Кривые соответствуют времени переброски воды в водоём: 1- 4 года, 2-8 лет,…,5 – 20 лет.

Как известно процесс диффузии описывается уравнением А. Фика.

D – коэффициент диффузии. Значение коэффициента диффузии для поваренной соли в водном растворе .

Уравнение (5) имеет различные решения в зависимости от граничных условий. В частности, для диффузии из постоянно-действующего источника граничными условиями являются: C(0,t) = С₀; C(s,0) = 0. При учете этих условий решение имеет вид:

где erf – функция Лапласа.

На рис. 5 и 6 представлен результат расчёта по формуле (6).

Рис. 5

Изменение концентрации соли в растворе вследствие диффузии через 4 (кривая 1), 8 (кривая 2), 12 (кривая 3), 16 (кривая 4), 20 (кривая 5) лет

Рис. 6

Диффузия соли в перебрасываемую пресную воду (глубины контакта её с водой Мёртвого моря через 4, 8, 12, 16, 20 лет обозначены пунктирными линиями). Соответствующие красные линии показывают степень проникновения соли в пресную воду за указанный промежуток времени.

Из графиков (рис.5 и рис. 6) видно, что процесс диффузии протекает очень медленно. Скорость заполнения водоёма избыточной пресной водой существенно превышает направленную в противоположную сторону скорость диффузии и поэтому диффузия не может значимо повлиять на опреснение верхних слоёв Мёртвого моря.

Сторонники “возрождения” Мёртвого моря, обосновывая правомерность предлагаемых мероприятий, ссылаются на то, что количество перебрасываемой в него пресной воды несоизмеримо мало по сравнению с количеством рассола, заполняющего этот водоём, и поэтому влияние её на состав и качество этого рассола будет неощутимо. При этом предполагается, что пребывающая вода будет равномерно перемешиваться с рассолом. На самом деле, как нами было показано выше, поступающая вода будет взаимодействовать лишь с соизмеримым количеством рассола Мёртвого моря на поверхности, опресняя его. Даже в естественном своём состоянии рассол стратифицирован по концентрации в нём солей, и нет никакого основания ожидать, что перебрасываемая в водоём вода будет в нём равномерно распределятся. В качестве решения предлагается истечение перебрасываемой воды из трубопровода, размещённого на дне водоёма.. Но вытекающая из него мощным потоком пресная вода будет быстро всплывать на верх, образуя некоторое подобие грифона, а происходящее в этом потоке перемешивание мало что добавит к перемешиванию, происходящему в поверхностном турбулентном слое.  Более эффективной представляется расположенная на дне система труб с отверстиями, равномерно распределёнными вдоль их длины, из которых будет вытекать подаваемая вода[1].

Рассмотрим, что происходило бы при наличии технологии, способной равномерно перемешивать воду в Мёртвом море с перебрасываемой водой. В этом случае все море представляло бы собой турбулентный слой, и происходящее в нём может быть рассмотрено с помощью выражения (4). Задаваясь значениями скорости поступления избыточной пресной воды v=0.52 м/год, средней концентрацией рассола C₀ = 315 г/л, средней глубиной моря H=175 м., концентрацией соли в подаваемой воде C_n = 0 и 36 г/л, получим кривые, представленные на рис. 7 чёрными линиями. Как видно из графика, в этом случае изменение концентрации морских вод будет происходить значительно медленнее, но всё же будет происходить, и при том на всей глубине. Скорее всего, наблюдатель через 50 лет не заметит изменения, т. к. средняя концентрация солей будет примерно равна теперешней концентрации вблизи поверхности. Делать прогноз на более длительный срок не имеет смысла, поскольку не известно продолжат ли работать в далёком будущем промышленные предприятия в нынешнем режиме или в них отпадёт необходимость. Так что представленный график иллюстрирует тенденцию изменений, связанных с переброской в Мёртвое море пресных и океанических вод, но только в случае полного перемешивания воды в нём.

Надо иметь в виду так же, что уменьшение концентрации соли скажется на производительности заводов и они, чтобы обеспечить сохранение объёма выпускаемой продукции, вынуждены будут соответственно увеличивать количество потребляемой воды. Чтобы по - прежнему поддерживать уровень моря, нужно будет увеличить и переброску воды. Пусть в i-1-ом году после начала

Рис. 7

Изменение концентрации солей Мёртвого моря из-за переброски в него избыточной пресной (сплошная кривая) и океанической (пунктирная кривая) воды в случае полного перемешивания его вод. Синие линии – с учётом увеличения потребления воды заводами.

Проведя расчёт, используя рекуррентные соотношения (7), получаем значения, представленные на рис. 7 синими линиями. На рис.8 представлены кривые роста подачи пресной воды с годами вследствие увеличения потребности в морской воде заводов из-за снижения концентрации в ней солей.

Весьма распространённой является точка зрения, что перебрасываемые океанические воды окажут вредное химическое воздействие на рассол Мёртвого моря. Нам представляется, что в свете результатов, изложенных выше, влияние поступающей воды на уникальные высоко ценимые свойства рассола будет незначительно. На рис. 9 представлен график зависимости изменения концентрации рассола с глубиной при проведении переброски океанической воды в Мёртвое море в количестве, необходимом для поддержания в нём рассола на нынешнем уровне, за десятилетний период. Как видно из рисунка океаническая вода и рассол взаимодействует только в слое, ограниченном двумя красными пунктирными линиями. Следовательно, изменения рассола, вследствие химических взаимодействий его с поступающей океанической водой будут происходить только в этом слое, вероятно несколько расширенном под влиянием дисперсии. Слой этот будет выполнять функцию предохранительной подушки, защищающей весь рассол Мёртвого моря от вредных воздействий перебрасываемой морской воды. (Если только вследствие химического

взаимодействия плотность содержимого этого слоя не превысит плотность рассола или не станет меньше плотности морской воды, в результате чего он погрузится или всплывёт).

Рис. 8

Рост скорости заполнения Мёртвого моря перебрасываемой водой (пресной – сплошная кривая) и океанической (пунктирная кривая) в связи с увеличением потребности в морской воде заводов из-за снижения концентрации солей в ней.

Рис. 9

Изменение концентрации соли с глубиной за 10 лет переброски океанической воды.

C₀ =273 г/л; C_n= 36 г/л;  v=52 см/год; H = 50 см. Красные пунктирные линии – верхняя и нижняя границы слоя, где океаническая вода смешана с рассолом Мёртвого моря.

Если океаническая вода будет перебрасываться в количестве, компенсирующем только дефицит вызванный превышением интенсивности испарения над поступлением из естественных источников, то избыточная пресная вода будет отсутствовать, и химические взаимодействия будут иметь место только на поверхности. В результате возможно помутнение в верхнем слое водоёма.

А вот, если удастся осуществить полное перемешивание перебрасываемой воды с рассолом, столь желательное сторонникам этой переброски, то в этом случае произойдут те самые химические взаимодействия, которые приведут к потере Мёртвым морем тех свойств, которые определяют его уникальность.

4. Краткое резюме возможных последствий переброски.

• Если ничего не предпринимать. В этом случае вода в Мёртвом море, полностью сохраняя свой солевой состав, будет уменьшаться количественно, уровень её будет падать с ускоряющейся интенсивностью, уменьшая площадь морской поверхности. Все лечебные, туристические функции сохранятся. Промышленные предприятия будут по - прежнему получать необходимое сырьё. Всё это будет практически неизменно, пока море не будет полностью исчерпано.

• Если перебросить в Мёртвое море количество пресной воды, не превышающее количества воды, испаряемой с его поверхности. То же, что и в предыдущем пункте, но уровень моря будет падать несколько медленнее. Возможно помутнение рассола на поверхности. Похоже, что подписанное 26 февраля этого года соглашение о прокладке канала между Красным и Мёртвым морями реализует именно это мероприятие.

• Если поддерживать уровень Мёртвого моря переброской в него вод Средиземного или Красного морей, натуральных или полностью либо частично опреснённых. Таким путём возможно восстановить и сохранить уровень воды в водоёме. Но при этом произойдёт быстрое в течение нескольких лет опреснение его поверхностных вод с весьма вероятным появлением в них органической жизни. Северный водоём перестанет быть мёртвым. Лечебная и туристическая инфраструктура может по – прежнему функционировать на базе Южного бассейна, если в него будет перебрасываться вода с большой глубины Северного водоёма. Забирая воду оттуда же, будут по - прежнему функционировать и промышленные предприятия.

• Если перебросить в водоём морскую воду, натуральную или частично опреснённую, но при этом применить технологию интенсивного перемешивания поступающей воды с водой водоёма, то этот способ восстановления приведёт к, хотя и медленному, но зато полному изменению природы Мёртвого моря, как концентрации, так составу содержащегося в нём рассола. Изменение концентрации и состава содержащихся в его водах солей сообщится и Южному бассейну и приведёт к угасанию привлекательности его как лечебного и туристского центра. Промышленные предприятия для сохранения производительности будут увеличивать забор воды, тем самым ускоряя процесс опреснения водоёма. Если только изменившийся состав рассола не сделает его не пригодным в качестве сырья.

  Прокладка подающей трубы (системы труб) по дну водоёма с истечением поступающей воды из отверстий, равномерно расположенных вдоль её (их) длины, будет лишь частично способствовать процессу перемешивания.

   

  5. О некоторых парадоксах Мёртвого моря.

Согласно современным представлениям рассолы Мёртвого моря образовалось не из поступающих в него вод реки Иордан с постепенным накапливанием содержащихся в них солей. Этому противоречит различный солевой состав указанных водоёмов. По той же причине отрицается и гипотеза, согласно которой Мёртвое море является отделившейся частью Средиземного моря. Считается, что в образование рассола Мёртвого моря основное влияние внесли глубинные рассолы, которые и в настоящее время питают его, составляя в общем балансе поступающей в него воды порядка 6-7 %. “Главное свидетельство определяющего вклада глубинных рассолов — максимальная сопоставимость их гидрохимических характеристик с показателями рассолов Мертвого моря. Наиболее информативны следующие характеристики: высочайшая и близкая по величине минерализация тех и других; одинаковые хлоркальциевый тип и хлоридный Mg Na Ca состав; чрезвычайно высокие (до 4—5 г/л) содержания Br; низкие (41—43) значения Cl/Br коэффициента” [2].

В то же время по этому поводу возникает ряд вопросов.

Процесс заполнения водоёма глубинными рассолами едва ли поддаётся анализу, т. к. во время протекания этого процесса вследствие тектонической  активности на местности изменялась конфигурация заполняемой рассолами впадины. Кроме того, вследствие климатических изменений существенно изменялась интенсивность испарения с его поверхности. Но процесс накопления в водоёме солей, переносимых в него глубинными источниками, вполне поддаётся рассмотрению. Мёртвое море бессточный водоём. Следовательно, убывать из него испарением может только жидкая фаза рассола, вода, тогда как содержащаяся в нём соль полностью остаётся в водоёме.

В качестве базового примем состояние Мёртвого моря в 60-х годах прошлого года.

Площадь водоёма составляла 1 млрд. м³.

Среднюю глубину примем равной 200-м метрам.

Сток глубинных рассолов и рассолов выщелачивания –
         Концентрация солей в рассолах – 400 г/л.=0.4 т/м³.

Средняя концентрация рассола Мёртвого моря – 315 г/л=0.315т/м³

Концентрация, при которой раствор становится насыщенным, принимается равной 420 г/л=0.45 т/м³.

 Ежегодно в водоём заносится . солей.

 Годовое увеличение концентрации:

                                   .

Таким образом, при ежегодном стоке глубинных рассолов, равном м³/год, потребуется  лет, чтобы равный по объёму Мёртвому морю пресный водоём превратился в современное Мёртвое море, и всего лишь  лет, чтобы рассол в нём стал насыщенным.

Но, как известно, древнегреческие географы Страбон и Павсаний описывают Мёртвое море таким, каким мы его знаем сейчас. За период, охватывающий последние 2500 лет уровень Мёртвого моря опускался и поднимался и, соответственно, изменялся объём содержавшейся в нём воды. но эти изменения не могут объяснить отмеченный выше парадокс. Тем более, что согласно существующей теории генезиса Мёртвого моря оно с самого начала не было пресным. Возможно сток в Мёртвое море глубинных рассолов прерывался, либо не всегда был столь обилен, как в настоящее время. Либо концентрация рассола в водоёме становилась насыщенной, и излишек солей выпадал в осадок. Но в этом случае, опять, принимая величину годового стока глубинных рассолов, равной  м³, плотность соли 2.165 г/см³, получаем после достижения в водоёме состояния насыщенности, ежегодный прирост слоя соли на дне водоёма равный

Тогда за каждое столетие слой соли должен увеличиваться на 1.5 м., с момента Содомских событий - примерно на 30 м., а за время существования водоёма толщина донного слоя соли должна измеряться сотнями метров. Так оно возможно и есть, но чем объяснить тогда, что и в настоящее время придонный рассол в Мёртвом море не является насыщенным.

6. Существуют ли альтернативные возможности восстановления Мёртвого моря?

Поскольку глубинные рассолы близки рассолам Мёртвого моря по своим геохимическим характеристикам (таблица 1), возникает вопрос, нельзя ли поддержать  нынешний уровень этого водоёма переброской в него вместо океанической воды хотя бы частично, в количестве, обеспечивающем  работу заводов, глубинных рассолов.                                                                                                                

                                                                                                                                            Таблица 1  

Процентное содержание элементов в океанской воде, рассолах Мёртвого моря и подземных источниках.

Технически это можно осуществить проводкой кустов скважин в слой, содержащий указанные рассолы. Бурение скважин целесообразно производить, используя колтюбинговую технологию, т. е. технологию, основанную на применении гибких бурильных труб (Рис. 10). Бурится вертикальный ствол большого диаметра традиционной буровой установкой до глубины залегания рассола. Может быть использован метод реактивно – турбинного бурения, разработанный ещё в начале 1950-х годов Р. А. Иоаннесяном, М. Т. Гусманом и Г. И. Булахом. Этот метод применяется для сооружения вертикальных стволов большого диаметра (до 5 м) несколькими забойными двигателями, соединёнными в один агрегат с долотами, совершающими планетарное движение, перекрывающее всю площадь забоя (Рис 11).

Рис. 10

Колтюбинговая установка.

Рис. 11

Агрегаты для реактивно-турбинного бурения

Из вертикального ствола вдоль продуктивного пласта колтюбинговой установкой бурится в различных направлениях куст скважин. Метод позволяет получать отклонения от вертикального ствола, превышающие 1000 м. В этих скважинах производится гидроразрыв пласта, в результате которого образуются высоко проводимые трещины в пласте, обеспечивающие интенсификацию притока добываемого флюида (Рис 11).

Рис. 11

Схема гидроразрыва пласта.

Один такой куст охватывает площадь, превышающую 3 кв. км. Полученный рассол подаётся в Мёртвое море, либо непосредственно на заводы.

Понятно, что предлагаемую концепцию легче предложить, чем осуществить. Использование самых передовых технологий бурения в стране, где нет соответствующего опыта и оборудования, потребует привлечения зарубежной техники и специалистов, а это обойдётся не в копеечку. Само по себе бурение в соляных отложениях представляет серьёзную, хотя и преодолимую проблему. Не известно так же, обеспечат ли геологические условия и имеющиеся в недрах глубинные рассолы ожидаемый приток флюида в пробуренные скважины, и не приведёт ли интенсивный отбор рассолов к падению напора и снижению существующего стока рассолов в водоём. Если пробуренные скважины не обеспечат ожидаемого количества рассола, то дополнительное его количество может быть получено с использованием технологии выщелачивания.

Поскольку достоверно не известна реализуемость данного предложения и во что обойдётся его реализация, в случае положительного ответа на первый вопрос, то данная концепция предлагается для обсуждения специалистами.

7. Некоторые соображения о причинах появления карстовых провалов и о способах борьбы с ними.

Согласно существующим представлениям снижение уровня Мёртвого моря позволило пресным водам из имеющихся источников, а так же, и в главную очередь, обильным атмосферным осадкам, проникая в соленосную породу, слагающую побережье, растворять содержащуюся в ней соль, вследствие чего происходят многочисленные провалы на прибрежном шоссе, а так же вблизи различных туристических объектов. Эти провалы могут явиться причинами опасных аварий с человеческими жертвами. Сторонники возрождения Мёртвого моря посредством переброски в него вод Средиземного или Красного моря считают, что подняв уровень водоёма они тем самым предотвратят и указанные явления.

Как известно линейная зависимость между объемным расходом жидкости и гидравлическим градиентом (уклоном, перепадом давления) в пористых средах подчиняется закону Дарси.

            Q— Объемный расход жидкости,

 F— Площадь поперечного сечения образца или эффективная площадь  рассматриваемого объема пористой среды,

      v— Скорость фильтрации жидкости или газа,

— Коэффициент проницаемости среды,

—Давления на концах фильтрующей части породы,

— Абсолютная вязкость жидкости,

— Длина фильтрующей части породы.

На рис. 12 схематически показаны часть грабена Мёртвого моря и возможные потоки, проникающие в соленосные отложения. Полагается, что рассол во время, предшествующее современному падению его уровня, уравновешивал напор пресных вод со стороны побережья и тем самым препятствовал образованию карстовых пустот на побережье. Более того, по прекращении дождей рассол проникал в береговую породу и восстанавливал её солевой состав. Тут возникают вопросы, на которые хотелось бы получить ответ.

Согласно закону Дарси перетекание жидкости в пористой среде отсутствует, когда давления на концах фильтрующей части равны между собой. В противном случае жидкость течёт в сторону конца с меньшим давлением. Давление рассола на стенку водоёма на глубине H равно  плотность рассола. Давление пресной жидкости, заполняющей поры береговой породы на той же глубине, равно  плотность пресной воды, H₁ – расстояние по вертикали от точки береговой поверхности до глубины H. Решая неравенство  относительно H₁, получаем, что при  течение жидкости будет направлено в сторону водоёма. Так, например, до глубины Мёртвого моря, раной10 м., подземный поток пресной воды будет проникать в него, если проницаемый слой возвышается над морской поверхностью на 3 м. Понятно, что при небольших перепадах давления и расход пресной воды, протекающей по

Рис. 12

Схема процесса образования карстовых пустот.

направлению к морю, так же будет незначительным. В настоящее время, когда уровень моря опустился на 40 м. образование карстовых пустот происходит значительно интенсивнее.

В то же время за тысячелетия даже небольшие подземные течения пресной воды могли послужить причиной образования карстовых пустот. И возможно в настоящее время имеются пустоты, существующие уже сотни лет. и многие неровности на прибрежной поверхности являются следствием провалов некоторых из этих пустот.

Особо хотелось бы обратить внимание на кепрок, показанный на левом краю рис. 12. Он возвышается на высоту 1000 м. над уровнем Мёртвого моря и сложен солями, гипсом и фрагментами не соляных пород. По всем признакам составляющие его породы являются проницаемыми ,следовательно он является аквифером и в его недрах должны протекать флюиды, в основном пресные или слабо солёные воды. Учитывая естественную величину напора этих потоков, остаётся только удивляться, что колоссальные пустоты, являющиеся следствием их воздействия, ещё не проявили себя.

Остаётся добавить, что переброска океанической воды в Мёртвое море не только не решит проблему образования пустот и обвалов, но, напротив, усугубит её, поскольку, как показали мы выше, в этом случае поверхностные воды водоёма, контактирующие с берегом, будут скорее всего  пресными.

О влиянии структуры пород, из которых сложена береговая полоса. Если это обломочные породы, в которых образующие их зёрна сцементированы солью, то растворение проникающей водой соли (это в большинстве случаев является причиной осложнений при бурении в солесодержащих пластах) не может привести к провалам, т. к. в этом случае порода находится в условии равномерного всестороннего сжатия. Если порода представляет собой соль с вкрапленными обломками не содержащей соли породы, то и в этом случае провалов не может быть, растворение соли водой приведёт не к провалу, а к оседанию грунта. Провалы возможны, если структура породы представляет собой купола или пласты, подпираемые солью. Тогда в случае растворения соли и возникают карстовые пустоты. Когда же усталостные напряжения в провисающей породе начинают превышать предел прочности её, возникают провалы.

О предотвращении катастроф, вызванных провалами в карстовых пустотах.

Нам представляется, что предлагаемое док. М. Танклевским прокладка траншеи вдоль прибрежного шоссе с противоположной от моря стороны с целью перехвата дождевых потоков, чтобы не допустить их к дорожному полотну, бесполезна. Асфальтовое покрытие непроницаемо, потоки дождевой воды по завершении дождя быстро высохнут, а проникшее по бокам покрытия в пласт незначительное количество влаги не способно существенно повлиять на состояние породы. Основное воздействие на содержащуюся в ней соль, растворяя её, оказывают подземные потоки, образовавшиеся из атмосферных осадков, проникших в грунт на всём пространстве до окаймляющих водоём склонов, а возможно и на самих склонах. Потоки эти своё воздействие оказывают в процессе медленного протекания в соответствии с законом Дарси в сторону моря. Это подтверждается тем, что провалы под дорожным полотном происходят не непосредственно в период дождей, а в моменты, ни как не коррелируемые с временем выпадения осадков. Почему же провалы происходят не повсеместно, а именно под дорожным покрытием? Возможно, они происходят и в других местах, но оказываются незамеченными. В то же время, появление их на шоссе более вероятно, т. к. движущийся по дороге транспорт оказывает силовые воздействия на полотно, которые, в свою очередь, инициируют усталостные напряжения в кровле возникших под дорогой карстовых пустот. На наш взгляд лучшим решением для предотвращения дорожных катастроф, обусловленных провалами, является прокладка дороги на склонах, окаймляющих побережье. Понятно, что это не простое мероприятие, но в мире имеется богатый опыт проводки дорог в горах, и Израиль вполне в состоянии осуществить такое дорожное строительство, однозначно решающее проблему дорожных провалов.

Появление провалов в зоне расположения туристических объектов с позиции гипотезы их возникновения вследствие снижения уровня Мёртвого моря маловероятно, поскольку уровень Южного бассейна не только не снизился, но наоборот повысился. Но, учитывая отмеченную нами ранее возможность образования значительных пустот под воздействием высоконапорных подземных потоков с окружающих море склонов, вовсе не следует сбрасывать со счетов возможность наличия их под гостиничными и другими строениями либо вблизи них. Нам представляется в этой связи необходимость в проведении геофизических исследований для обнаружения подземных пустот (по аналогии мероприятий по обнаружению террористических тоннелей), а затем, в случае их обнаружения, заполнение их через пробуренную скважину бетоном или другим наполнителем .

 Литература:

1. М. М. Танклевский. Как сохранить Мёртвое море. ПРИРОДА. №10, 2014

2. Г. А. Беленицкая. Происхождение солей, диапиров и рассолов Мертвого моря. ПРИРОДА. №8, 2013.

3. Г.А.Беленицкая. Жизнь соленосных недр Мертвого моря и его аналогов. ПРИРОДА. №10, 2013.

4. Г. А. Беленицкая. Соленосное чудо планеты. ПРИРОДА. №6, 2013.