Черное море сероводород использование

Сероводород на дне Черного моря: откуда взялся и чем опасен

Неужели такое ласковое и красивое Черное море, которое притягивает к себе, как магнит, любителей пляжного отдыха, может быть опасным? Да, представьте, это так. И опасность заключается не только в неосторожности во время купания.

И ученым, и тем, кто просто интересуется научно-популярными статьями, давным-давно известно, что в Черном море, начиная примерно с глубины 200 метров и до самого дна, находится толстый слой смертельно опасного для всего живого вещества, а именно сероводорода . Вся черноморская фауна обитает только в верхнем слое воды, а 90% моря практически полностью безжизненны, если не считать некоторых бактерий.

Сероводород — ядовитый газ, обладающий характерным резким запахом, напоминающим запах протухших яиц.

Впервые наличие в черноморских глубинах большого количества сероводорода было доказано в конце 18 века русской океанографической экспедицией. Дальнейшие исследования показали, что сероводород присутствует на всех глубинных территориях черноморского бассейна. Содержание сероводорода в воде увеличивается с глубиной и достигает максимума на глубине 2 км. Если верить специалистам в Черном море около 3 миллиардов тонн сероводорода, это намного больше, чем в любом другом море на планете. Известно, что скопления сероводорода встречаются и во впадинах Атлантического и Индийского океана, но там нет вблизи густозаселенного побережья.

Есть несколько гипотез, объясняющих происхождение скопления сероводорода в Черном море. Возможно, сероводород образуется на дне при гниении органических остатков и из-за плохой циркуляции воды накапливается. Возможно, сероводород выделяется из разломов земной коры на дне моря. Пока единого мнения на этот счет нет, возможно, что обе гипотезы верны.

Также доказано, что кроме сероводорода в Черном море содержится и большое количество метана.

Метан или болотный газ — бесцветный газ без запаха и вкуса, в смеси с воздухом становится взрывоопасен.

Ответить однозначно на вопрос, насколько опасно присутствие в Черном море этих газов, сложно. Воды Черного моря делятся на слои, которые практически не перемешиваются между собой. В связи с замедленным водообменом в Черном море, ядовитые газы выходят на поверхность крайне редко. Однако случаи отравления обитателей моря бывают и в мелководных слоях.

Официально описан только один значительный случай, когда облако ядовитых газов вырвалось наружу. Это было почти сто лет назад, во время сильнейшего разрушительного Крымского землетрясения 1927 года, эпицентр которого был в море, всего в 25 км от берегов Ялты. Тогда из-за колебаний земной поверхности слои воды перемешались, газ вырвался на поверхность и вспыхнул. Очевидцы рассказывали о пламени над морем и сильном запахе сероводорода.

Т.е., можно говорить о том, что присутствие этих газов станет опасным для жителей побережья только во время стихийного бедствия, землетрясения или цунами. Однако специалисты говорят, что слой сероводорода с каждым годом увеличивается и все ближе подходит к поверхности. Во многом, виной этому деятельность человека. Промышленные, бытовые, дренажные стоки, а также воды рек, которые несут с собой органику, оказывают негативное влияние на экологию Черного моря.

И хотя, все мы привыкли надеяться на лучшее, не стоит забывать, что природа нуждается в бережном отношении человека.

Ставьте лайки и подписывайтесь на мой канал!

Источник

Сероводород в Черном море не взорвется

В массовой печати появились сообщения о возможности взрыва серо­водорода в Черном море. Правомерны ли подобные утверждения и что надо предпринять для уменьшения количества сероводорода в глубинных и поверхностных слоях воды? Эти вопросы обсуждаются в публикуемой ниже статье.

В. И. БЕЛЯЕВ, Е. Е. СОВГА

СЕРОВОДОРОД В ЧЕРНОМ МОРЕ НЕ ВЗОРВЕТСЯ

В 1890 г. русская океанографическая экспедиция, работавшая под руко­водством академика , обнаружила в глубинах Черного моря заметную концентрацию растворенного сероводорода — ядовитого газа с запахом тухлых яиц. Как показали дальнейшие исследования, этот газ присутствует на всей глубинной акватории Черного моря, приближаясь к поверхности примерно на 100 м в центральной части моря и на 150—250 м у берегов. Такое различие в положении верхней границы сероводородной зоны обусловлено спецификой циркуляции водных масс, при которой на­блюдается подъем воды (апвеллинг) в центре моря и их опускание (за­глубление) на его периферии.

Черное море — единственное на земном шаре, в котором сероводородом постоянно заражены огромные массы воды. В морях и океанах имеются участки, где сероводородное заражение возникает периодически или даже сохраняется в течение года, например в норвежских фиордах и впадине Карьяко в Карибском море. В океанах временами появляются обширные глубинные анаэробные водные массы, зараженные сероводородом. Они ми­грируют по акватории, иногда вторгаются в шельфовые области, что па­губно сказывается на состоянии прибрежных экологических систем. Так, в начале 50-х годов в заливе Уолфиш-Бей (Атлантическое побережье юго-западной Африки) апвеллинги вынесли к поверхности образовавшуюся в глубине водную массу, содержащую сероводород. Наблюдалась массовая гибель рыбы, на побережье до 40 миль в глубь материка отмечался запах

© БЕЛЯЕВ Валерий Иванович— академик АН УССР, председатель Комиссии АН УССР по проблемам Мирового океана. СОВГА Елена Евгеньевна — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Морского гидрофизического института АН УССР.

сероводорода, что вызвало беспокойство населения. Водные массы, зараженные сероводородом, систематически вторгаются на шельф Аравий­ского моря — в северо-западной части Индийского океана. При этом также происходит массовая гибель рыбы. Локальные образования сероводорода регистрируются в Каспийском море и даже в мелководном Балтийском.

В геологической истории Черного моря образование сероводорода всегда связывалось с проникновением через пролив Босфор более соленых средиземноморских вод в глубинные слои Черного моря. Вместе с тем в море поступает и значительный объем речного стока, в результате чего между распресненными поверхностными и солеными глубинными водами возникает резкий скачок плотности — галоклин. Изменчивая циркуляция водных масс сдвигает галоклин: то поднимает его ближе к поверхности, то опускает в глубину. Как правило, верхняя граница сероводородной зоны начинается сразу же под галоклином, затрудняющим приток в эту зону кислорода из верхних слоев. В ходе климатических колебаний уровня океана связь Черного моря со Средиземным через пролив Босфор то нарушалась, то вновь возобновлялась. Последний раз она восстановилась примерно 6— 7 тыс. лет назад. За это время в Черном море сформировалась глубинная толща вод, содержащая сероводород. Она занимает около 90Х объема моря.

Известны три главных источника появления сероводорода в водоемах Земли. Во-первых, он образуется за счет восстановления присутствующих в воде сульфатов при бескислородном разложении органических веществ. Разложение осуществляется с участием анаэробных сульфатредуцирующих бактерий, которые используют кислород сульфатов в процессе своей жизнедеятельности, высвобождая сероводород. Во-вторых, этот газ возни­кает при гниении органических веществ, содержащих серу. И в-третьих, он может поступать из земной коры через расщелины морского дна и с гидро­термальными водами.

Обобщение материалов исследований сероводородной зоны Черного моря выполнил известный океанолог [1]. Он проанализиро­вал весь имевшийся по данному вопросу материал вплоть до 1965 г., то есть до развития процесса эвтрофирования моря, распространившегося ныне на всю его акваторию. предположил, что если увеличится поступление органического вещества в Черное море (например, вследствие усиления его биологической продуктивности или большого притока мало­стойких органических соединений, попадающих в море с речными водами), то изменится химический состав моря. Следствием этих изменений будут возможные локальные поднятия верхней границы глубинной сероводород­ной зоны, то есть поднятие «границы жизни» в море.

Ныне эти предположения начинают оправдываться. По данным, полу­ченным за последние полтора десятилетия, экологическая обстановка на Черном море ухудшилась. Не только в прибрежных, но и в открытых водах моря обнаружен избыток органического вещества. Изменилась и структура биологических сообществ: практически исчезли крупные рыбы-хищники, сократилось поголовье дельфинов, необычно размножились медуза-ауре-лия и микроводоросль ночесветка, уменьшились придонное поле водо­росли филлофоры и колонии мидий в северо-западной мелководной части моря, где летом теперь часто появляются обширные заморные зоны. Ясно,

Сероводород в Черном море не взорвется

что подобная ситуация рано или поздно должна отразиться на балансе сероводорода в море. Но в какой мере этот баланс определяется влиянием природных, а в какой антропогенных факторов — пока достоверно неиз­вестно. Ответ на вопрос может быть получен только в результате длительных наблюдений за сероводородной зоной моря. Решение этой междисциплинарной проблемы потребовало привлечения специалистов различного профиля: гидрофизиков, гидрохимиков, гидробиологов, а так­же специалистов в области математического моделирования экологических систем.

В 1984 г. состоялся рейс научно-исследовательского судна «Витязь» Института океанологии им. АН СССР. Его участники иссле­довали область верхней границы сероводородной зоны с помощью под­водного аппарата «Аргус». Изучались особенности распределения хими­ческих соединений в слое контакта кислородной и сероводородной зон, где происходит окисление сероводорода. Визуально -наблюдались рыбы и другие организмы, проникающие в эту зону [2].

В 1985—1986 гг. проводились работы по межведомственной программе Академии наук Украины «Исследование динамики сероводородной зоны Черного моря с целью разработки методов и средств предотвращения негативной перестройки его экологической системы». В рамках данной программы осуществлено шесть комплексных экспедиций на судах «Михаил Ломоносов», «Академик Вернадский», «Профессор Колесников» и др. В ходе экспедиций, работавших во все сезоны года, выполнено 430 глубоководных станций. Для обнаружения возможных геологических источников серово­дорода в Черном море отбирались пробы глубинной воды на расстоянии 5—10 м от дна, а также пробы донных отложений. Измерялись не только концентрации сероводорода и кислорода, но и содержание серы в других формах (тиосульфаты, сульфаты), брались пробы фито-, зоопланктона, бак­терий, хлорофилла, определялись оптические и гидрологические ха­рактеристики.

Исследование сероводородной зоны продолжалось и после завершения этой программы. Во всех экспедициях отбор проб глубинной воды осу­ществлялся с пространственным интервалом 30 миль батометрами зон­дирующего комплекса МГИ-4102 (Исток) с дискретностью измерений по вертикали 5—10 м в зоне взаимодействия кислорода и сероводорода. Из­мерение содержания сероводорода в пробах глубинной морской воды — непростая задача. Концентрации сероводорода в этих пробах малы, и он быстро окисляется при случайном контакте с кислородом воздуха. Поэтому при отборе проб глубинной воды, содержащей сероводород и другие восстановленные формы серы, обеспечивалась их полная изоляция от атмосферы.

В результате экспедиционных исследований определена межсезонная и внутрисезонная изменчивость границы сероводородной зоны на протя­жении года. Ближе всего к поверхности (70—90 м) верхняя граница зоны находится весной в районе единого циклонического круговорота в центре моря. Летом и осенью при наличии двух стационарных циклонических круговоротов в их центре глубина границы сероводорода составляет 95— ПО м. На периферии круговоротов во все сезоны отмечено заглубление границы до 150—190 м. Данные о межгодовой изменчивости границы серо-

водородной зоны сильно зависят от длительности временного интервала. Так, судя по оценкам изменения положения этой границы за довольно длительный период (около 60 лет), ее средняя глубина мало изменялась [3]. Но внутри этого отрезка времени были периоды как поднятий, так и за­глублений верхней границы сероводородной зоны. В 1984—1986 гг. отме­чена тенденция ее поднятия, а затем, вплоть до 1990 г. — незначительное заглубление. Академик Т считает, что на фоне регистри­руемых межгодовых вариаций не наблюдается постоянное однонаправлен­ное изменение положения границы сероводородной зоны [2]. Этот вывод совпадает с мнением большинства специалистов, изучающих данную про­блему. Самое высокое положение границы сероводородной зоны за всю историю изучения Черного моря отмечалось весной 1988 г., когда серо­водород был зафиксирован на глубине 70 м в центре единого цикло­нического круговорота [3]. Но такое поднятие оказалось кратковременным. Когда спустя 20 дней в этот район вернулось научно-исследовательское судно, глубина отбора проб воды, соответствовавшая появлению серо­водорода, составила уже 90—95 м. Такие локальные поднятия не стабильны во времени и пространстве и, как правило, вызваны кратковременными активными синоптическими возмущениями.

Следует подчеркнуть, что самое понятие «верхняя граница серово­дородной зоны» довольно условно, оно определяется множеством трудно контролируемых факторов. Верхняя граница — это глубина, на которой в соответствии с принятой методикой обнаруживается присутствие в пробах воды сероводорода (концентрация порядка 0,1 мл/л). Кстати, более чувствительная методика измерений выявляет следы сероводорода в Чер­ном море и на более высоких горизонтах, вплоть до поверхности. Положение верхней границы зависит от скорости реакции окисления сероводорода, скорости доставки (благодаря вертикальному водообмену) кислорода из верхних и сероводорода из нижних слоев в промежуточный слой, где происходит окисление. Наконец, верхняя граница серово­дородной зоны может перемещаться вместе с водой при возникновении вертикальных течений. Помимо медленных, климатических изменений вертикальной циркуляции в море, как уже отмечалось, наблюдаются быстрые вертикальные подъемы и опускания вод, связанные с вихревыми движениями. Интенсивность этих движений обусловлена активностью атмосферных процессов. Поэтому весьма трудно, не располагая данными достаточно длительных наблюдений, определить, чем обусловлены каждый раз аномальные вертикальные подъемы границы сероводородной зоны: интенсификацией атмосферных процессов, усилением образования или ослаблением окисления сероводорода. Процессы образования серово­дорода связаны с деятельностью бактерий, которая также зависит от климатологических факторов, включая солнечную активность.

С точки зрения математической статистики, чтобы получить вывод о тенденции изменения положений верхней границы сероводородной зоны, необходимо определить средние значения характеристик нестационарных случайных полей по относительно малой выборке наблюдений. Это обсто­ятельство сводит задачу по динамике верхней границы лишь к оценке тенденций ее вертикальных смещений.

Специалисты, изучающие сероводородную зону в Черном море, судят о ее

поведении по данным независимых наблюдений многих процессов в море (физических, химических, биологических), причем натурные наблюдения сочетаются с численными экспериментами на математических моделях. Для правильного понимания поведения сероводородной зоны требуются на­дежные представления о ее происхождении. Экспедиционные исследования указывают на сульфатредукцию как основной процесс восполнения серо­водорода в Черном море. При этом главными причинами существования здесь сероводородной зоны считаются плотностная стратификация, за­трудняющая вертикальный обмен, и большой биогенный сток с побережья в расчете на единицу площади моря. Оба эти фактора обеспечивают интен­сивную сульфатредукцию, приводящую к образованию сероводорода в глубинной анаэробной зоне. Экспедиционные данные подтверждают оча­говый характер сульфатредукции, причем расположение этих очагов приурочено к местам поступления мертвого органического вещества с шельфа.

Вместе с тем оба упомянутых фактора находятся под сильным антро­погенным прессом. Так, зарегулирование стока рек уменьшает объем пресных вод, поступающих в верхний слой моря, выравнивает страти­фикацию и может улучшить вертикальный водообмен. Усиление биогенного стока в результате промышленных, бытовых и сельскохозяйственных загрязнений вызывает увеличение продукции мертвого органического вещества, стимулирующего процесс сульфатредукции и восполнение в море сероводорода. Одновременно в аэробной зоне тратится кислород на разложение дополнительных количеств органического вещества, что снижает возможность быстрого окисления сероводорода в случае его локальных подъемов. Поскольку большая часть органического вещества образуется в Черном море на шельфе, экосистема последнего в зна­чительной степени определяет состояние сероводородной зоны в глу­боководной части моря.

По приближенным оценкам, за счет антропогенных загрязнений в Черном море уже сегодня может возникнуть дополнительное количество серо­водорода, сравнимое с тем, которое образуется естественным путем. Уве­личение запаса сероводорода в глубинных водах повышает вероятность его вторжения в кислородную зону, сопровождающегося губительным воздействием на обитающих в ней рыб, водоросли и моллюсков. Повышается опасность выхода сероводорода и непосредственно на поверхность моря в прибрежных зонах курортного водопользования. Хотя эти явления могут быть кратковременными, достаточно редкими (как ураганы в атмосфере) и происходить при определенных гидрологических и метеорологических условиях, они достаточно неприятны. Как ни мала концентрация серово­дорода в глубинной черноморской воде, в контакте с воздухом он издает вполне заметный запах. Ощущение его уже означает превышение концен­трации сероводорода в воздухе выше порога безопасности для людей. Пока такие явления в курортных зонах Черного моря не отмечались. Однако назрела необходимость в создании постоянной службы наблюдений за концентрацией сероводорода в Черном море, чтобы вовремя предупреж­дать население об аномальном подъеме сероводородных вод, информи­ровать о правилах поведения в таких ситуациях.

Опасения специалистов о негативных последствиях развития сероводо-

родной зоны в условиях антропогенного загрязнения, по всей вероятности, спровоцировали появление в массовой печати статей о возможности взрыва сероводорода в Черном море. Чтобы предотвратить катастрофу, предла­галось «просто» извлекать сероводород из откачиваемой глубинной воды. Высказана идея о том, что при сжигании сероводорода можно получать энергию и товарную серу, построив для этой цели на берегу Черного моря химический комбинат.

Следует отметить, что растворенная газообразная фаза сероводорода в Черном море составляет в расчете на одну тонну морской воды всего 0,24 г-на глубине 300 м, 1,2 г — на глубине 1000 м и до 2,2 г — у дна. на глубинах около 2000 м. Сероводород обладает большой растворимостью: даже при атмосферном давлении можно растворить до 12 кг в 1 т воды, а в глубинных водах, находящихся под давлением порядка 200 атм, — во много раз больше. Таким образом, концентрация поднятого на поверхность глу­бинного сероводорода составляет менее 0,0001 доли насыщающего зна­чения. При таких малых концентрациях газа говорить о возможности вы­хода его в пузырьках из раствора в результате встряхивания не при­ходится.

Тем не менее при незначительной концентрации сероводорода общее его количество, ежегодно образуемое в черноморском бассейне естественным путем, порядка 107— 10е т, а может быть и более. Точной величины мы не знаем, но есть все основания считать, что она переменная, изменяющаяся в широких пределах вместе с изменением положения верхней границы серо­водородной зоны. Чтобы окислять такое количество сероводорода, нужно создать гигантскую промышленную установку, через трубы которой одно­временно прокачивать глубинную воду в количестве, равном нескольким стокам таких рек, как Волга или Дунай. Даже при идеальной экологической чистоте основного производства серы, строительство столь масштабного промышленного комплекса в курортной зоне Черноморского побережья не обойдется без негативных последствий для окружающей среды. Не слу­чайно здесь запрещено возводить промышленные предприятия. В то же время мы не можем надежно рассчитать воздействие этой установки на сероводородную зону моря, гарантировать успех ее работы и оценить отда­ленные экологические последствия.

В абсурдности предложений об откачке глубинного сероводорода про­глядывает порочная, практиковавшаяся в нашей стране, концепция исполь­зования водных ресурсов. В ней практически игнорировался тот факт, что водоемы — это не просто водные массы, а сформировавшиеся в результате длительной эволюции экологические системы — своеобразные природные фабрики, на которых трудятся живые организмы, преобразуя энергию Солнца в продукты, непосредственно потребляемые человеком — рыбу, моллюсков, ракообразных. Осуществление этой концепции природополь­зования привело к гибели экосистемы рек, озер, внутренних морей. В нашей стране потеряны огромные ресурсы ценнейшей рыбы, которую раньше получали из рек и озер, Черного и Азовского морей. Вместе с тем су­ществовала возможность путем осторожного, тщательно обоснованного поэтапного гидротехнического и гидромелиоративного обустройства этих водоемов многократно усилить их природную способность производства рыбы и других «даров природы». К сожалению, у рек энергия взята таким

Сероводород в Черном море не взорвется 53

способом, при котором были разрушены их экосистемы. С помощью этой энергии получены металлы, из них построены суда, которые отправились «за хеком» в дальние моря.

Реальнее воздействовать на сероводородную зону Черного моря, предотвращая загрязнение вод, которые поступают с береговым стоком. Важно не смешивать отходы разного происхождения, тогда их можно непосредственно на каждом производстве пропускать через специали­зированные установки утилизации. Ведь в принципе не существует отходов, не являющихся сырьем для какого-нибудь производства. Все это стоит дополнительных затрат, но только так можно обеспечить чистоту рек, озер, воздуха, при этом и море станет чистым и само справится со своими проблемами, как оно справлялось с ними свыше 7 тыс. лет.

Безусловно, нельзя категорически возражать против предложений о добыче тех или иных веществ из морской воды, в том числе и серы. В морской воде сероводород присутствует не только в свободном, но и в связанном состоянии, в составе гидросульфидов (солей). С учетом по­следних 1 т глубинной воды содержит 9—12 г сероводорода и его со­единений. Отметим для сравнения, что в 1 т каменного угля может быть от двух до 80 кг серы. При сжигании такого угля образуются ядовитые оксиды серы, отравляющие окружающую среду. Поэтому прежде всего нужно решить задачу извлечения серы из каменного угля. Тем не менее ее добыча из черноморской воды, возможно, когда-нибудь окажется целесообразной. Но поскольку Черноморское побережье — всесоюзная здравница, планы со­здания здесь очередных промышленных гигантов затрагивают общенарод­ные интересы и должны уже на уровне идей подвергаться тщательной эко­логической экспертизе и широкому общественному обсуждению Разу­меется, при нынешнем состоянии культуры производства такие проекты вредны.

Свое утверждение о возможности взрыва сероводорода в Черном море авторы статей, опубликованных в массовой печати, основывают на све­дениях о пламени, появлявшемся во время землетрясения 1927 г. над по­верхностью моря, напротив юго-западной части Крыма. Приводятся сви­детельства очевидцев этого явления. Однако полностью игнорируется тот факт, что оно изучено и результаты исследований опубликованы в научной печати. В Крыму в то время работала экспедиция под руководством . Ее участники немедленно вышли на катере в море, взяли пробы воды, обследовали дно и установили, что произошел выброс газо­образных углеводородов с примесью сероводорода из земных недр. Иными словами, «сработали» грязевые вулканы на дне моря. Таким образом, растворенный в глубинных водах сероводород никакого отношения к пламени, вспыхнувшему над морем в 1927 г., не имел.

Итак, естественная сероводородная зона, вероятнее всего, сама по себе никому не угрожает. В то же время это не мертвая вода, а насыщенная жизнью бактериальная экологическая система, хорошо сбалансированная по своим функциям с аэробными экосистемами моря. Ее бактериальное население обеспечивает круговорот углерода и биогенных веществ ничуть не хуже, а возможно, даже лучше, чем глубинные экосистемы морей без сероводорода.

Всем известна роль почвы: не будь ее, поверхность Земли быстро по-

крылась бы трупами животных и растений, разомкнулся бы круговорот веществ в биосфере и прекратилась бы сама жизнь. В морях роль почвы выполняют глубинные экосистемы, а в Черном море — экосистема серо­водородной зоны, обеспечивая весьма высокую потенциальную био­логическую продуктивность черноморского шельфа. К сожалению, этот природный потенциал сейчас слабо реализуется, так как экосистемам бухт, лиманов, прибрежных акваторий, где рыба нерестилась или зимовала, нанесен тягчайший удар хозяйственной деятельностью человека. Пред­ложение уничтожить сероводородную зону, разрушить ее экосистему, выглядит так же, как предложение сжигать украинский чернозем для получения электроэнергии.

Сероводородная зона имеет сложную вертикальную структуру. На каждом «этаже» обитает свой вид бактерий, выполняющие определенную функцию, в том числе создающих биомассу за счет энергии сероводорода. Разрушение этой зоны путем грубого вмешательства довершит разрушение экосистемы Черного моря и в конечном счете приведет к экологической катастрофе. Это соображение высказывается на тот случай, если кому-нибудь в будущем придет идея построить на берегу Черного моря несколько атомных станций и с их помощью добывать серу из черно­морского сероводорода.

Загрязнения, поступающие в море, производят массированное комбини­рованное действие. Смываемые с полей ядохимикаты убивают зоопланктон и рыбу, а удобрения способствуют массовому размножению одноклеточных водорослей. Из-за гибели зоопланктона и рыб водоросли некому поедать, они отмирают и гниют, поглощая кислород. Это приводит к гибели остав­шегося зоопланктона, рыб и других водных животных. На шельфе Черного моря образуются обширные бескислородные «заморные» зоны. Иногда они охватывают почти всю северо-западную акваторию. В их бескислородной среде образуется сероводород, поднимающийся к поверхности моря. Этот сероводород, обусловленный загрязнениями, не имеет никакого отношения к глубинному. Однако уничтожение человеком кислорода в поверхностных слоях моря создает условия и для локального поднятия глубинного сероводорода с вертикальными струями в центрах вихревых движений. По мнению , возникновение заморных зон связано с со­стоянием вертикального водообмена, который, в свою очередь, обусловлен общей погодной ситуацией. Подобные ситуации повторяются с перио­дичностью солнечной активности — примерно через 11 лет. Последний раз сильные заморы в Черном море наблюдались в 1983 г. В связи с тем, что загрязнение моря за истекшие годы резко возросло, становятся еще более вероятными сильные заморы, образование сероводорода и выходы его на поверхность в прибрежных водах в летние месяцы (июль—август) 1991 — 1995 гг., при очередном возникновении погодной ситуации, способствую­щей заморам. Наибольшая их вероятность приходится на 1994 г.

Борьба с загрязнением моря способствует не только восстановлению его рыбных запасов, целебных рекреационных свойств вод, выводу прибрежных территорий из состояния экологического бедствия, но и предотвращению локальных катастроф, связанных с образованием сероводорода в при­брежных морских водах. Подчеркнем еще раз; загрязнение моря создало вполне реальную опасность локальных выходов сероводорода на по-

Сероводород в Черном море не взорвется 55

верхность моря и в атмосферу у его берегов. Места выходов определяются погодной ситуацией и заранее не предсказуемы. Подобные катастрофы непосредственно не связаны с глубинной сероводородной зоной, поэтому откачка из нее сероводорода не сможет их предотвратить.

В настоящее время проводятся теоретические исследования взаимодей­ствия кислорода и сероводорода в водах Черного моря с целью установ­ления механизмов, обусловливающих динамику верхней границы серо­водородной зоны [4, 5]. На моделях установлены основные зако­номерности поведения этой границы в зависимости от характеристик вертикального обмена и мощности источников кислорода и сероводорода. Анализ процессов формирования вертикального распределения кислорода и сероводорода в Черном море, выполненный разными авторами, показал, что основное влияние на концентрацию кислорода и сероводорода на различных глубинах оказывает зависимость коэффициента турбулентной диффузии от глубины. Уменьшение этого коэффициента практически до нуля в области галоклина вызывает снижение потока кислорода в сероводородную зону. Увеличение мощности источников на порядок и даже два порядка приводит к незначительному поднятию ее верхней границы. Эти закономерности качественно хорошо согласуются с данными экспедиционных наблюдений.

В Академии наук Украины разработана модель бактериальной эко­системы сероводородной зоны Черного моря [61. В этой экосистеме осуществляется деструкция органического вещества и замыкается круго­ворот биогенных веществ, поддерживающих биологическую продуктив­ность моря. Антропогенное влияние на ее состояние сказывается прежде всего на производстве мертвого органического вещества и на процессе формирования вертикального профиля солености при зарегулировании стока рек. Основное назначение модели — прогнозирование возможных по­следствий эволюции сероводородной зоны в условиях возрастающих антро­погенных нагрузок.

Основу модели составили геохимические процессы, связанные с круго­воротом серы в море. Все представленные на рисунке неорганические формы серы возникают в море как промежуточные продукты ряда по­следовательных химических и микробиологических процессов, обуслов­ливающих образование и накопление сероводорода в системе, а также его убыль в результате химического и микробиологического окисления.

Когда ставится задача математического моделирования сложной много­компонентной системы, следует прежде всего определить «характери­стический вектор» этой системы, то есть минимальный набор компонентов, необходимый и достаточный для адекватного целям моделирования математического описания рассматриваемой сложной системы. При создании модели экосистемы сероводородной зоны задача выбора харак­теристического вектора была решена в первом приближении. В модели рассматривались семь компонентов — концентрации кислорода, сероводо­рода, тиосульфатов, углерода органических веществ, сульфатредуци-рующих бактерий, тионовых бактерий и молекулярной серы. Кроме того, были приняты во внимание еще четыре компонента, относящиеся к внешним факторам: концентрация нитратов, аммиака, соединений марганца и сульфатов. Считается, что они не лимитируют процессы в экосистеме

Модель представлена системой дифференциальных уравнений, она учи­тывает перенос рассматриваемых компонентов течениями и турбулентным движением. В ней нашли отражение практически все процессы, влияющие на компоненты экосистемы сероводородной зоны.

На первом этапе рассматривался одномерный вариант модели для получения вертикальных профилей компонентов этой системы, которые измерялись во время экспедиций. В качестве идеализированной ситуации рассчитано формирование вертикальных профилей в вертикальной дву­слойной составной струе, имеющей различные скорости и коэффици­енты турбулентного обмена в своей верхней и нижней частях. Такую составную струю можно представить как результат глубинного крупномасштабного подъема вод (в центре моря) и пристроившейся к нему синоптической струи, порожденной вихрем в верхнем слое моря. Полученные вертикальные профили перечисленных выше компонентов хорошо согласуются с данными наблюдений. Проведение численных экспериментов с моделью дало необходимые оценки роли различных факторов, влияющих на положение верхней границы сероводородной зоны.

В заключение отметим, что экологическая ситуация на Черном море

продолжает оставаться неблагоприятной. Нам представляется, что орга­низация в его бассейне экологического мониторинга позволит осуществить поэтапный вывод экосистемы Черного моря из кризисного состояния.

1. Формирование современного химического состава вод Черного моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.

2. Vinogradov M. E., Flint M. V. and Shushkina E. A. Vertical distribution of mesoplankton in the open area of the Black Sea // Marine Biology.1985. N 89. P. 95—107.

3. Изменчивость положения границы анаэробных вод в Черном море

по многолетним данным // Комплексные океанографические исследования Черного моря. Севастополь, 1990. С. 76—114.

4. , , Бегоцкий СВ. Кинетика трансформации соединений

серы и моделирование тонкой химической структуры границы сероводородной зоны в Черном море // Водные ресурсы. 1988. № 2. С. 90—95.

5. , , Мате­матическое моделирование динамики сероводородной зоны Черного моря // Вестн. АН УССР. 1987. № 5. С. 18—26.

6. , Совга ЕЕ. Геохимическая модель сероводородной зоны Черного моря

и ее математическое представление // Процессы формирования и внутригодовой изменчивости гидрофизических и гидрохимических полей Черного моря. Сева­стополь, 1988. С. 75—83.

Источник