Не так давно на конференции в Сочи, посвященной вопросам изучения морской акватории, ученые заявили о том, что в Черном море содержание сероводорода выросло в 1,5 раза. При этом, по их наблюдениям, содержание кислорода в воде сокращается быстрыми темпами. Такая тенденция вызывает тревогу и беспокойство.
Известны случаи, когда скопившийся в толщах вод сероводород в результате внешних факторов (тектоническая активность, извержение вулканов) становился причиной возгораний, взрывов и массовых отравлений. Хотя есть способы, благодаря которым можно избежать катастрофы, заблаговременно устранять со дна морского сероводород и пускать его на службу людям. Во всем разбирался корреспондент НГС.
Серьезное предупреждение
Еще 10 лет назад вопрос ядовитого газа считался одним из первоочередных в странах Причерноморья, но на сегодняшний день о сероводородной угрозе как будто совсем забыли. Однако от этого проблема не исчезла и исчезать не собирается. Но насколько реальна опасность? Быть может, все не так страшно, и сероводород, скрытый в глубинах морского дна, останется там навсегда, никому не мешая?
Конференция, посвященная вопросам изучения акватории Черного моря при участии экспертов Государственного океанографического института им. Н.Н. Зубова, Морского гидрофизического института РАН, который является лидером мировой науки в части исследований океана, и других ведущих научных заведений, заставила насторожиться. Директор Морского гидрофизического института РАН в своем докладе сделал акцент на том, что последние десятилетия есть положительная динамика, с точки зрения загрязненности всего Черного моря. Наряду с этим на глубине растет содержание сероводорода, а содержание кислорода сокращается.
– В глубинных слоях воды (речь идет о глубине в тысячу метров) содержание сероводорода за последние 10-15 лет выросло в 1,5 раза, – рассказал директор Морского гидрофизического института РАН Сергей Коновалов , – постепенно, медленно, но верно сероводород поднимается в толще вод.
Одновременно с этим специалистами зафиксировано сокращение содержания кислорода в придонном слое Черного моря. На эти причины, по мнению ученых, влияют два фактора – потепление, приводящее к уменьшению растворимости кислорода, и антропогенный фактор, который связан с поступлением большего количества органического углерода (из-за стоков, которые необходимо качественно очищать).
– Завтра катастрофы не будет, в таких больших морских системах говорить о каких-то проблемах в масштабах одного года не приходится, – продолжил Сергей Коновалов , – но если об этом не задумываться, то, условно говоря, следующему поколению придется очень долго расхлебывать проблему.
На самом деле заявленная проблема является очень серьезной. В истории немало примеров, когда различные причины (в том числе и землетрясения, которые нередки в нашем регионе) способствовали выходу ядовитого газа с морского дна. Все сопровождалось взрывами, возгоранием и гибелью не только морских обитателей, но и местного населения.
Существенной проблемой ученые называют и недостаточное количество гидрометеостанций в Сочи, определяющих качество прибрежных вод. А это уже финансовая проблема. Специалисты уверены: нужно финансировать модернизацию.
Примеры из истории
Между тем все это может быть очень опасно. Сероводород в Черном море не зря стал предметом пристального внимания ученых по целому ряду причин. Экологическая ситуация действительно значительно ухудшилась в последние десятилетия. Ученые рассказали, что массовые сливы отходов различного происхождения привели к гибели множества видов водорослей, планктона. Они стали оседать на дне быстрее. Также ученые установили, что в 2003 году была полностью уничтожена колония красной водоросли. Этот представитель флоры вырабатывал около 2 млн куб/м кислорода в год. И это сдерживало рост сероводорода. Ныне главного конкурента ядовитого газа просто не существует. Поэтому экологов тревожит сложившаяся ситуация.
Пока она не угрожает нашей безопасности, но со временем возможен выход газового пузыря на поверхность. А как мы знаем из курса школьной химии, при контакте сероводорода с воздухом возникает взрыв, который уничтожает все живое в радиусе поражения. Известны факты, когда случались целые экологические катастрофы по вине взорвавшегося сероводорода, который скопился в толще вод. Достоверно зафиксирован масштабный случай, когда смертоносные газы вышли на поверхность. Это произошло в 1927 году во время Крымского землетрясения (его эпицентр находился в море всего в 25 км от Ялты), когда из-за колебаний земной поверхности было нарушено равновесие между слоями и газовое облако вырвалось наружу. Это землетрясение унесло множество жизней и практически уничтожило город. Но не только этим оно запомнилось пережившим трагедию жителям.
В то время, когда город сотрясался от чудовищных толчков, море полыхало ярким пламенем. Это не горели суда или портовые сооружения – это горела сама вода. Чудовищный феномен долгое время держали в секрете. Взрывался сероводород и в Камеруне, в поселке на берегу озера Ниос, при этом из-за поднятия газа на поверхность погибло все население (почти одновременно умерло 1746 человек). Менее кровавыми стали события в Перу и Мертвом море. В Перу в 1980 году корабли, выходящие в океан на промысел, возвращались назад черными и почти пустыми.
Вместо водорослей в прибрежных водах плавали тонны мертвой рыбы, отравленной сероводородом. В 1983 году воды Мертвого моря внезапно поменяли голубой цвет на черный. Море как будто перевернули, и насыщенные сероводородом воды вышли на поверхность. Это происшествие зафиксировал американский спутник, делавший виток вокруг Земли.
Как показывают эти примеры, с накопившимся сероводородом и, соответственно, повышением его концентрации шутить не надо. Все это рано или поздно может привести к экологической катастрофе. Однако, как говорится, лучше не ждать у моря погоды, когда ядовитый газ рванет на поверхность, а попытаться предотвратить трагедию. Ученые предлагают здесь комплекс мероприятий.
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 со стометровой глубины происходит снижение количества растворенного кислорода, а уже с 200 метров Черное море представляет собой токсичную сероводородную среду.
Лучше предотвратить, чем лечить...
Конечно, завтра катастрофы не будет, успокаивают ученые. Но вести работу по сокращению сбросов неочищенных сточных вод в море, оптимизировать хозяйственную деятельность с оглядкой на состояние экосистемы края, активизировать научные исследования морского дна – это мы должны сделать уже сегодня, иначе следующему поколению придется долго расхлебывать проблемы.
А еще можно приступить непосредственно к внедрению технологии по переработке ядовитого газа. Есть научные разработки, которые предлагают применить газ как топливо. Для этого на глубину необходимо опустить трубу и периодически поднимать воду на поверхность. Это будет похоже на открытие бутылки с шампанским. Морская вода, смешиваясь с газом, будет бурлить. Из этого потока будет извлекаться сероводород и применяться в хозяйственных целях. При сгорании газ выделяет большое количество тепла.
Еще одной идеей является проведение аэрации. Для этого в глубоко проходящие трубы закачивают пресную воду. Она обладает меньшей плотностью и будет способствовать перемешиванию морских слоев. Этот способ успешно применяется в аквариумах. При использовании воды из скважин в частных домах иногда требуется очищать ее от сероводорода. В этом случае также успешно применяется аэрация. Какой способ выбрать – решать уже не нам. Главное – работать над решением экологической проблемы. Игнорировать возникающую проблему нельзя. Если не предпринимать правильные шаги сейчас, со временем может произойти глобальная катастрофа.
Ученые утверждают: если весь сероводород, покоящийся на дне, поднимется на поверхность, взрыв будет сопоставим с ударом астероида размером с половину луны. А это уже навсегда изменит облик нашей планеты.
Обычно ученые, объясняя наличие огромной массы сероводорода в Черном море (ЧМ) объясняют это уникальностью этого водоема. Приводятся следующие аргументы:
- Черное море - закрытый бассейн, оно соединено с мировым океаном узкими проливами.
- Крупные реки сбрасывают в ЧМ большое количество органики.
- ЧМ имеет большую глубину и резкий перепад от континентального шельфа к глубине.
- Высокая соленость глубинных слоев ЧМ не позволяет кислороду проникнуть вниз и это способствует образованию и накоплению сероводорода.
- В силу уникальности гидрологии ЧМ в нем не происходит перемешивания слоев.
Рис 1. Разрез Черного моря.
Взглянув на эту карту, мы быстро убеждаемся в том, что по своим характеристикам ЧМ не уникально.
Рис. 2 Рельефы морей.
Средиземное море (СМ) также имеет закрытый характер и соединяется с океаном сравнительно узким Гибралтаром. При этом максимальная глубина СМ 5121 м, что значительно превышает глубину ЧМ (2210 м). Средние глубины обоих морей имеют примерно одинаковое значение - 1240 и 1541 м. При этом на карте видно - перепады глубин в СМ едва ли не больше, чем в ЧМ.
Относительно солености - так соленость СМ значительно выше солености ЧМ (36-39,5 ‰ против 15-18 ‰), что несомненно будет еще в большей степени препятствовать проникновению кислорода на глубину. При этом внос органики реками Средиземноморского бассейна, несомненно, больше, даже не из-за того, что в него впадает больше рек, а потому, что на берегах этого бассейна находятся промышленно развитые страны ЕС. Они густо населены, ведут интенсивные сельскохозяйственные работы, а крупные города сбрасывают колоссальное количество отходов. При этом в странах ЕС не было такого падения всех экономических показателей, как в странах бывшего СССР и Восточной Европы.
Несмотря на все это в СМ запасы сероводорода не образуются.
Но возьмем Каспийско море (КМ). Оно вообще является соленым озером.
Рис.3 Каспийское море.
Глубина КМ вполне приличная - 1025 м. При этом, мы наблюдаем значительный перепад глубин, практически обрыв в районе впадения р.Куры. Да и в средней части бассейна тоже. Относительно органики сомневаться не приходится - в стоки могучей Волги, Куры и Урала добавляются загрязнения от нефтедобычи. Но и в КМ нет глубинных слоев сероводорода! Хотя соленость в южной части моря достигает 28 ‰.
Остался один и последний аргумент уникальности ЧМ - отсутствие перемешивания слоев. Почему в других морях они перемешиваются, а в Черном нет? Стоит заметить, что сама методика определения параметров морской воды, глубинных течений и соленостей весьма сложна. Дело в том, что подобные работы требуют значительных затрат. Эксплуатация океанографических судов баснословно дорога. Куда лучше потратить средства на постройку круизных лайнеров, этаких плавучих парадизов, чтобы потом их топить и жечь в расчете на получение страховки.
Рис. 4 Океанографические суда.
К тому же, и объем таких исследований чрезвычайно велик. Мы с большим трудом поимели некоторое представление лишь о поверхности океанов и морей, а если еще и взять их толщу….это колоссальный объем информации. Зачастую даже подводные лодки гибнут из-за отсутствия подобных знаний. Они проваливаются в глубинные слои с меньшей плотностью, будто проломив лед более плотного слоя. Как эти слои образуются, где они расположены и почему - все это - еще загадки для океанологии.
Поэтому, с уверенностью утверждать, что в ЧМ отсутствует вертикальное перемешивание слоев по такой-то причине - преждевременно. Но оно отсутствует, и это - факт.
Однако, сероводород с успехом образуется и в других морях и бассейнах. Замечено ускоренное образование сероводорода, например, в Норвежских фьордах. Проезжая на машине в Одессу мимо лиманов, мы вынуждены затыкать нос и закрывать стекла автомобиля - нестерпимо воняет сероводородом. Образуется этот газ и в других морях и даже в озерах.
Недалеко от курорта Плайя-дель-Кармен расположена заполненная пресной водой пещера Сенота Ангелита. Затерянная в непроходимых джунглях Мексики, пещера таит в себе множество сюрпризов, один из которых - удивительное подводное озеро! На дне этого озера тоже имеется сероводородный слой.
Рис. 5 Подводное озеро в Мексике.
Отсюда можно сделать вывод, что ЧМ абсолютно не уникальный в этом отношении бассейн и наличие в нем 3,1 млрд т. сероводорода обусловлено иными причинами.
Здесь хочется упомянуть еще одно странное событие. Недавно американский спутник «Ландстат» сделал очередной снимок Мертвого моря (ММ), который потряс ученых. Всего за один орбитальный виток цвет этого водоема изменился на абсолютно черный. Океанологи пришли к выводу, что море мгновенно «перевернулось». Поверхностные слои ушли вниз, а насыщенные сероводородом всплыли.
Рис. 6 Мертвое море.
Такое может произойти при достижении критического градиента плотности и вполне возможно с нашим ЧМ. Насыщенная сероводородом вода имеет черный цвет. Вот вам и объяснение - почему ЧМ называется черным. А ведь раньше оно называлось Русским, греки его звали гостеприимным. Лишь потом оно вдруг почернело. Не случилось ли в древности «переворачивание» слоев?
Стоит заметить, и на это всегда указывают ученые, что дно ЧМ не имеет сплошной гранитной плиты. То есть, ЧМ лежит прямо на базальтах мантии и является остатком древнего океана. Истинная глубина ЧМ при этом достигает 16 км., впадина заполнена осадками.
Несложный расчет показывает, что объем осадочных веществ составляет:
Площадь глубоководной части - 211 000 кв.км. * толщину осадочного слоя 16 км. = 3 млн. 376 тыс. куб. км.
Что превышает объем всего ЧМ более чем в 6 раз.
При этом исследования экспедиции Дж. Меррея в 1910 г., частью экспедицией Метеора, исследования на кабельном пароходе Лорд Кельвин, экспедицией В. Снеллиуса и многих других показали, что слой осадочных веществ на дне мирового океана составляет 23-35 см. То есть, осадки накапливаются крайне долго и медленно.
Как же мог в ЧМ накопиться слой осадков толщиной 16 км?
При этом следует заметить, что еще в начале 20 в сероводород располагался значительно глубже. В 1891 году профессор А.Лебединцев поднял из глубин Черного моря первую пробу воды. Проба показала, что вода ниже 183 метров насыщена сероводородом. В наше время ядовитый и взрывоопасный газ располагается на глубинах от 18 м, и порой даже прорывается на поверхность, как это случилось во время Крымского землетрясения 1927 г. Тогда в пламени на поверхности моря сгорела целая флотилия рыбаков.
Рис. 7 ЧМ.
Значит, процесс образования сероводорода продолжается и идет довольно быстро. И это не обусловлено увеличением сброса в ЧМ органических веществ - он даже уменьшился. Это результат гниения без доступа кислорода громадного количества осадков, оказавшихся в ЧМ неизвестно, как и в недавнем прошлом.
Мы знаем, что прорыв Босфора и Дарданелл произошел в исторический период, это отмечено в летописях. Также известно, что на древних картах ЧМ изображено округлым бассейном, без полуостровов, а Крым - ровным берегом.
Не нужно делать из наших предков идиотов, будто они, рисуя Крым не увидели, что это полуостров, выдающийся на 300 км в море. Просто на старинных картах изображено ЧМ в том виде, как оно было. А это было озеро в глубоководной части современного ЧМ. Я уже писала (http://alexandrafl.livejournal.com/5078.html) , что предположительно, в результате громадного цунами, а еще более вероятно - гипер-осадков, супермощных дождей вся биомасса со Среднерусской возвышености, южной части Украины была смыта в Черноморский бассейн. В результате мы имеем отсутствие мощных слоев плодородных почв в Нечерноземье, широкие поймы рек, не соответствующие их геологической истории, скопления чернозема в местах, куда он был намыт, отсутствие деревьев в степной зоне Украины, мощный пласт наносов в степной части Крыма.
На дне ЧМ лежат останки нашей древней цивилизации. Там растительность, почвы, погибшие животные и люди, затопленные города и русла рек. Некогда лесистый, полный живности, плодородный юг Украины превратился в сухую степь. Это произошло не так давно, как хотели бы нам внушить ученые. В исторических документах еще можно найти упоминания об этом благодатном крае. Наши предки пытались защититься от стихии, они построили вдоль крупных рек колоссальные гидротехнические сооружения - Змиевы Валы, которые сейчас пытаются выдать за оборонительные сооружения против малочисленных кочевников, способных собраться разве что только а банду, но не в войско.
Рис. 8 Змиевы валы.
Был также перекопан Крымский перешеек, сделан вал, отделяющий Керченский полуостров. Все для защиты от могучих селей и наводнений.
Остатки нашей цивилизации продолжают «газовать» на дне ЧМ. Именно это и является той уникальностью, которая присуща бывшему Русскому, а ныне Черному морю.
- Все права защищены Александра Лоренц
Это, пожалуй, самый известный факт о Черном море. В поверхностном, 100-метровом слое Черного моря сосредоточена почти вся его жизнь. Глубже – до глубин свыше 2-х километров, встречаются лишь несколько видов бактерий; ни животных, ни растений там нет, потому что в воде нет кислорода. Эти бактерии, живущие в толще воды и на дне, разлагая останки, падающие с поверхности (есть даже такой термин – трупный дождь), выделяют сероводород. Его источник – серосодержащие аминокислоты, входящие в состав белков.
Источником серы служат (в меньшей степени) и сульфаты морской воды, используемые некоторыми видами бактерий для окисления органики вместо кислорода. Сероводород является ядом для животных и растений – парализует клеточное дыхание в митохондриях.
Сероводород находят в мягких осадках на дне всех морей – туда очень медленно проникает кислород из воды, а процессы бактериального гниения и хемосинтеза с выделением сероводорода идут интенсивно, поэтому сероводород и накапливается в грунте. Нырните глубже, туда, где волны не ворошат грунт, копните дно ладонью, и вы увидите, что желтый песок, разноцветный ракушечник или серый ил уже в нескольких сантиметрах от поверхности имеют одинаковый черный цвет.
Мы наблюдали это, спустившись глубже 40 метров – там, где морской петух прошелся по дну своими «лапками» и обнажил черный ил под серой поверхностью (глава «Жизнь на подводных скалах»). Черный – цвет сульфидов – солей, которые сероводород, как слабая кислота, образует с металлами. Поэтому ракушки в сероводороде чернеют, чернеет и любой металлический предмет. С этим связана одна из легенд о происхождении названия «Черное море»: говорят, людям оно пришло в голову, когда они опустили в море металлический груз на веревке – для измерения глубины. Его подняли на поверхность – он стал совсем черным. Возможно, так все было. Но гипотеза о том, что название «Черное» отражает впечатление средиземноморских путешественников о нашем море во время зимнего шторма, кажется более правдоподобной.
Часто сероводород присутствует и в слабоперемешиваемом придонном слое воды в других морях, особенно в глубоких закрытых бухтах, но Черное море – единственное, где такая гигантская масса воды насыщена этим веществом. Причина здесь в том, что, при сравнительно небольшой площади, Черное море имеет большую глубину; подводные склоны берегов круты – в результате водообмен между глубинными и поверхностными водами недостаточен – кислород не проникает вглубь моря. Иными словами, Черное море плохо перемешивается.
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 вЧерном море – вода перемешивается очень слабо; нужны сотни лет, чтобы вода с поверхности достигла дна.
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 8-9 о С. 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 5-6 о С, не успевает прогреться за лето. Слой воды, в котором резко меняется ее температура, называется термоклином; 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. Вот так и получается, что 90% водной массы Черного моря – почти безжизненны. Но ведь и в любом другом море или океане почти вся жизнь сосредоточена в верхнем, 100-200-метровом слое воды. Правда, из-за недостатка кислорода и наличия сероводорода в воде, в Черном море отсутствуетглубоководная 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 все больше, что море на – грани катастрофы... Действительно, переудобрение (эвтрофикация) Черного моря стоком с сельскохозяйственных полей в 1970-80-е годы вызвало бурный рост «сорной» морской растительности – некоторых видов фитопланктона, нитчатых водорослей – «тины», стало образовываться больше органических останков, из которых при гниении образуется сероводород. 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 1000-2000 м, то есть, на 1 молекулу сероводорода там приходится не менее 200 000 молекул воды) – это легко проверить, используя формулы из школьных курсов химии и физики.
