Сероводород в Чёрном море
Сероводород в Чёрном море — одна из особенностей Чёрного моря, суть которой заключается в насыщенности глубинных слоёв воды Чёрного моря сероводородом, что вызывает, в частности, отсутствие в нем жизни на глубинах более 150—200 м.
Содержание
[править] Происхождение сероводорода
Причины образования сероводорода в Чёрном море следующие:
- из-за восстановления бактериями моря сульфатов во время разложения мёртвого органического вещества,
- в силу особенностей сообщения Чёрного моря с мировым океаном — оно осуществляется через узкий пролив Босфор, через который в Чёрное море уходят все «излишки» Средиземного моря, в результате чего Чёрное море выполняет роль некоего отстойника.
По некоторым предположениям, могут быть также поступления газа через трещины в дне Чёрного моря.
Благодаря вышеупомянутым двум основным причинам механизм образования избытка сероводорода в глубинных слоях Черного моря следующий.
Дело в том, что глубже 200 метров в черноморской воде отсутствует кислород, а животные и растения там не живут и не могут жить: от 200 метров и глубже до дна живут только бактерии, выделяющие сероводород. Чтобы кислород попал в глубины из верхнего освещенного слоя воды, где он образуется в ходе фотосинтеза и попадает туда из воздуха, вода в море должна перемешиваться благодаря волнам и вертикальным течениям. В то же время в Черном море — вода перемешивается очень слабо; нужны сотни лет, чтобы вода с поверхности достигла дна. Причиной этого явления является опреснение Черного моря реками и одновременное поступление соленой воды из Мраморного моря по дну Босфорского пролива, из-за чего в нем имеется два слоя воды, которые слабо смешиваются друг с другом. Поверхностный слой воды — до глубины около 100 метров имеет в основном речное происхождение. Одновременно в глубины моря поступает более соленая и поэтому более тяжелая вода из Мраморного моря, которая приносится Нижнебосфорским течением по дну Босфорского пролива, опускаясь вглубь. В результате соленость придонного слоя воды в Черном море может достигать 30 ‰ (грамм соли на литр). [1]
[править] Особенности
Сероводород в Чёрном море был обнаружен в 1890 году русской океанографической экспедицией. Согласно ней и уточнённым впоследствии данным сероводород находится в более чем 90 % общего объёма воды, подступая к поверхности моря в центральной части на 50 метров, у берегов — на 300 метров. В этих 90 % нет жизни, она сосредоточена исключительно на небольшом участке поверхности, где (пока) нет сероводорода. В 1990 году учёные подсчитали динамику убывания верхнего несероводородного слоя Чёрного моря с 1890 по 2020 годы, в результате получилось что в 2010 году слой должен будет составлять всего 15 метров.
[править] Известные выбросы сероводорода в атмосферу
Известны 2 случая, которые могут связывать с выбросами сероводорода:
- 1928 год: после крымского землетрясения в прибрежных районах Крыма ощущался запах сероводорода, также была сильная гроза, молнии били в том числе и в море, очевидцы видели огненные столбы, которые достигали высотой 800 метров. Это объяснялось тем, что глубинный сероводород в результате подземных толчков вырвался наружу и в силу своей электропроводности притягивал к себе электрические разряды. Катастрофы не последовало из-за того, что опасную реакцию пресёк солидный на тот момент слой чистой воды (тогда он был около 200 метров).
- 30 мая 2007 года: в районе Нового Афона обнаружено много мёртвых дельфинов и иных обитателей моря, вода стала жёлтой и мутной, люди чувствовали зловоние, исходящее от моря. Однако последнее связывают также не с выбросом сероводорода, а со штормом, в результате которого затонули танкер и несколько сухогрузов, перевозивших техническую серу. Точное количество серы попавшей в воду — 6800 т.
[править] Городская легенда о возможном взрыве сероводорода
Существуют представления о том, что сероводород Чёрного моря может взорваться, которые носят характер городской легенды. Современного научного признания они не имеют.
Источник
Сероводород в Черном море
Сероводород в Черном море — одно из самых известных и необычных свойств моря. Но — избыток сероводорода в глубинных водах Черного моря — лишь одно из следствий того, что глубже 200 метров — в черноморской воде нет кислорода; ни животные, ни растения жить там не могут. На глубинах от 200 метров до самого дна Черного моря — живут только бактерии, выделяющие сероводород. Ни одного другого такого моря в мире нет.
Кислород проникает в воду через поверхность моря — из воздуха; и еще — образуется в верхнем освещенном слое воды (фотическая зона) при фотосинтезе водорослей планктона.
Для того, чтобы кислород попал в глубины, море должно перемешиваться — за счет волн и вертикальных течений.
А в Черном море — вода перемешивается очень слабо; нужны сотни лет, чтобы вода с поверхности достигла дна. Причины этого необычного явления следующие:
В Черном море, из-за его опреснения реками, существует две массы, два слоя воды, которые слабо смешиваются друг с другом.
Поверхностный слой черноморской воды — до глубины примерно 100 метров — преимущественно речного происхождения. В то же время, в глубины моря поступает более соленая (а значит — и более тяжелая) вода из Мраморного моря — она притекает по дну Босфорского пролива (нижнебосфорское течение) и опускается вглубь. Поэтому соленость придонных слоев черноморской воды достигает 30‰ (грамм соли в литре воды).
Изменение свойств воды с глубиной — не плавное: с поверхности до 50-100 метров соленость меняется быстро — от 17 до 21 ‰, а уже далее — до дна — увеличивается равномерно. В соответствии с соленостью изменяется и плотность воды.
Температура на поверхности моря всегда определяется температурой воздуха. А температура глубоких вод Черного моря — круглый год 8-9оС. От поверхности до глубины 50-100 метров температура, как и соленость, меняется быстро — а дальше остается постоянной до самого дна.
Это и есть две массы черноморской воды: поверхностная — опресненная, более легкая и близкая по температуре к воздуху (летом она теплее глубинных вод, а зимой — холоднее); и глубинная — более соленая и тяжелая, с постоянной температурой.
Слой воды от 50 до 100 метров называется пограничным — это граница между двумя массами черноморской воды, граница, препятствующая перемешиванию. Более точное его название — холодный пограничный слой: он всегда холоднее глубинных вод, так как, охлаждаясь зимой до 5-6oС, не успевает прогреться за лето.
Слой воды, в котором резко меняется ее температура, называется термоклин; слой быстрого изменения солености — галоклин, плотности воды — пикноклин.
Все эти резкие изменения свойств воды в Черном море сосредоточены в области пограничного слоя.
Расслоение — стратификация черноморской воды по солености, плотности и температуре — препятствует вертикальному перемешиванию моря и обогащению глубин кислородом. К тому же, вся бурно развивающаяся черноморская жизнь дышит — дышат планктонные ракообразные, медузы, крабы, рыбы, дельфины, даже сами водоросли дышат — потребляют кислород.
Когда живые организмы умирают, их останки становятся пищей для бактерий-сапротрофов. При бактериальном разложении мертвого органического вещества (гниении) используется кислород. С глубиной, разложение начинает преобладать над процессами создания живого вещества планктонными водорослями, а потребление кислорода при дыхании и гниении становится более интенсивным, чем его производство при фотосинтезе.
Поэтому, чем дальше от поверхности моря — тем меньше остается в воде кислорода. В афотической зоне море (там, куда не проникает солнечный свет), под холодным промежуточным слоем — ниже 100-метровой глубины, кислород уже не производится, а только потребляется; не проникает он сюда и за счет перемешивания — этому препятствует стратификация вод.
В результате, кислорода для жизни животных и растений достаточно только в верхних 150 метрах Черного моря. Его концентрация падает с глубиной, и основная масса живого в море — биомасса Черного моря — сосредоточена выше 100-метровой глубины.
В глубинах Черного моря, ниже 200-метров — кислорода нет вообще, и там живут только анаэробные сапротрофные бактерии, продолжающие разложение останков живого, погружающихся из верхнего слоя моря. При анаэробном (безкислородном) разложении останков образуется сероводород — вещество, ядовитое и для животных, и для растений (он блокирует дыхательную цепь митохондрий). Источником серы служат серосодержащие аминокислоты белков, в меньшей степени — сульфаты морской воды, используемые некоторыми видами бактерий для окисления органики.
Вот так и получается, что 90% водной массы Чёрного моря — почти безжизненны. Но ведь и в любом другом море или океане почти вся жизнь сосредоточена в верхнем, 100-200-метровом слое воды — как и здесь.
Правда, из-за недостатка кислорода и наличия сероводорода в воде, в Чёрном море отсутствует глубоководная фауна, это снижает его биоразнообразие еще больше, вдобавок к влиянию низкой солености. Например, нет хищных рыб глубин с огромными зубастыми пастями, перед которыми вывешены светящиеся приманки.
Иногда говорят о том, что сероводород появился в Черном море вследствие его загрязнения, о том, что сероводорода становится всё больше, что море на — грани катастрофы.
Действительно, переудобрение — эвтрофикация Черного моря стоком с сельскохозяйственных полей в 1970-80е годы, вызвало бурный рост «сорной» морской растительности — некоторых видов фитопланктона, нитчатых водорослей — «тины», стало образовываться больше органических останков, из которых при гниении образуется сероводород (об этом также — в конце страницы Изменения экосистемы Черного моря).
Но значительных изменений в сложившееся за тысячелетия равновесие этот «лишний» сероводород не внес. И уж точно — нет никакой опасности взрыва сероводорода — чтобы образовался пузырь газа, концентрация молекул этого вещества в воде должна быть на порядки больше реальной (8-10 мг/л на глубинах 1000-2000м) — проверьте, используя формулы из школьных курсов химии и физики.
Летом, особенно вблизи берега, образуется изменчивый летний термоклин — граница между прогретой солнцем поверхностной водой, в которой купаются люди, и холодной глубинной водой. Термоклин опускается по мере прогрева воды летом, достигая иногда глубины более 40 метров в августе.
Летний термоклин — тонкий слой воды, толщиной от нескольких сантиметров до нескольких метров; часто — он хорошо виден под водой, и очень хорошо чувствуется ныряльщиками — пронырнув несколько метров в направлении дна, можно попасть из 20-градусной — в 12-градусную воду.
Летний прибрежный термоклин легко разрушается штормом или сильным сгонным ветром с берега — вода у берега охлаждается.
Источник
Черное море — самое опасное в мире хранилище сероводорода
Глядя на лазурную поверхность Черного моря, трудно себе даже вообразить, что в его водах, начиная с глубины 200 метров и до самого дна, находится толща сероводорода, смертельно опасного для всего живого. И если в верхних слоях моря обитают дельфины, рыбы и другие морские организмы, то оставшиеся 90% воды почти безжизненны. Лишь некоторые виды бактерий способны существовать в таких невыносимых условиях.
Черное море отличается очень интересной структурой. Дело в том, что толща воды в нем делится на несколько слоев, которые не перемешиваются между собой. Тонкий поверхностный слой моря более пресный, он богат кислородом и органическими веществами. Именно здесь сосредоточено все разнообразие черноморской фауны. Но, начиная с глубины 100 метров, происходит снижение количества растворенного кислорода, и примерно с глубины 200 метров Черное море представляет собой токсичную сероводородную среду.
Котловина моря имеет вид чаши глубиной до 2000 метров, вся водная масса которой сообщается со Средиземным морем посредством узкого и мелководного Босфорского пролива. Питанием моря служат атмосферные осадки и пресная вода впадающих в него притоков. Не так давно учеными была обнаружена подводная река, которая несет свои воды со скоростью около 6,5 км/с из Мраморного моря в центральные части черноморской котловины и увеличивает соленость придонного слоя до 30‰. При этом в поверхностной части существует водоток, уносящий воды из Черного моря в Средиземное и далее в Атлантику. Но и этого водообмена, как оказалось, недостаточно для того, чтобы понизить концентрацию сероводорода в большей части моря.
Содержание сероводорода увеличивается с глубиной и достигает максимума на отметке в 2000 метров — 9,6 мг/л воды. Далее на самом дне, постепенно понижаясь до 5,7 мг/л. По подсчетам специалистов, этого едкого газа с запахом тухлых яиц в Черном море около 3 миллиардов тонн, больше, чем в любом другом море на планете. Скопления сероводорода встречаются и в океанических впадинах, но нигде нет такого большого количества людей, населяющих берега водоема, как в случае с черноморским побережьем.
Некоторые исследования указывают на то, что Черное море помимо сероводорода содержит еще и большое количество метана. По причине замедленного водообмена эти газы редко выходят на поверхность, хотя случаи отравления морских обитателей иногда отмечают в мелководной части моря. Но достоверно зафиксирован по крайней мере один масштабный случай, когда случился выход смертоносных газов на поверхность. Это произошло в 1927 году во время Крымского землетрясения, когда из-за колебаний земной поверхности было нарушено равновесие между слоями и газовое облако вырвалось наружу. Очевидцы чувствовали сильный запах сероводорода, а также наблюдали огромное пламя над поверхностью моря. Дело в том, что во время землетрясения здесь была гроза, от которой, по всей вероятности, и загорелись поднявшиеся на поверхность газы. Но смесь сероводорода с воздухом сама по себе является взрывоопасной, к тому же присутствие метана могло сыграть свою роль в этом возгорании.
Но откуда в воде Черного моря взялось столько сероводорода? На этот счет есть несколько теорий, и все они имеют право на существование.
По одной из версий, сероводород образуется на дне при гниении органических остатков. И по причине плохой циркуляции воды накапливается там в больших количествах. Причем источником органики в данном случае выступает не столько животный мир Черного моря, сколько антропогенная нагрузка на водоем. По оценкам специалистов, поступающая с водами Дуная, Днепра и других притоков органика оказывает существенное негативное влияние на экологическое состояние водоема.
По другой версии, сероводород выделяется из разломов земной коры на дне моря. А третья версия сводится к тому, что виновником такой высокой концентрации опасного газа стали анаэробные сульфатредуцирующие бактерии, которые преобразуют сульфаты из органических остатков в сероводород.
Сегодня специалисты, занимающиеся проблемой сероводорода и метана в Черном море, обеспокоены участившимися случаями выхода этих газов на поверхность. Подобные явления могут представлять опасность не только для черноморской фауны, но и для жителей побережья, если событие примет угрожающие масштабы, как это было в 1927 году.
Интересно, что в качестве одного из решений сероводородной проблемы Черного моря предлагается способ использования этого газа в качестве источника электроэнергии.
Источник