Природа. Сероводород Черного моря

Одна из величайших загадок природы — сероводородный слой Черного моря, представляющий, по мнению некоторых ученых, большую угрозу для людей, живущих в причерноморских городах. Впервые скопления ядовитого газа были обнаружены случайно во время глубоководных исследований в 1890—1892 годах. Эти исследования проводились гидрографической экспедицией под руководством И.Б. Шпиндлера на судах «Запорожец» и «Днепр». Входе выполнения научных работ исследователи погружали на большие глубины моря различные приборы, спускаемые с борта кораблей на тросах. К своему величайшему удивлению члены экспедиции обнаружили, что медные части приборов после их подъема на поверхность оказались покрытыми черным налетом.

Источник сероводорода — гниющая на морском дне органика, которая образуется из отмирающих частей зостеры, цистозиры и других подводных растений.

Стало очевидным, что на большой глубине находится слой воды, насыщенный ядовитым газом — сероводородом. Этот мертвый слой, плотный и тяжелый, отличается по солености и температуре от верхнего, насыщенного кислородом. На начальном этапе изучения сероводородного слоя возник научный миф, согласно которому воды двух слоев Черного моря почти не перемешиваются.

Первоначальные расчеты показали, что полный водообмен между слоями происходит за 2000 лет. Однако эти расчеты не согласовывались с данными наблюдений за черноморскими дельфинами из рода афалина. Первым обратил внимание на такое противоречие гидробиолог В. А. Водяницкий.

Экологическая пирамида показывает, что биомасса особей в каждом последующем звене пищевой цепи уменьшается. Чтобы афалины не съели всех рыб, последних должно быть больше, чем дельфинов.

В 1930-х годах ученый провел исследования, в ходе которых установил, что Черноморский бассейн населяет большое число афалин. Прокормить такое число млекопитающих могут только многочисленные рыбьи стаи. В свою очередь все рыбы моря поедают тонны зоопланктона — мельчайших рачков, личинок и прочих микроскопических существ, населяющих приповерхностную толщу вод.

Эти создания питаются фитопланктоном, то есть мелкими, одноклеточными водорослями, а те нуждаются в большом количестве минеральных веществ, которые должны поступать из нижнего слоя воды.

Сероводород очень ядовит. Незначительного количества (0,002%) достаточно, чтобы убить многих мелких животных. В концентрации свыше 1% сероводород способен вызвать тяжелое отравление у человека.

Оставалось выяснить, откуда берутся эти вещества, если водообмен в Черноморском бассейне настолько слаб. И Водяницкому пришлось опровергать старые взгляды, согласно которым донный слой воды якобы является застойным. К тому времени ученым уже было известно, как происходит перемешивание слоев. Оно осуществляется по механизму, получившему в науке название «велосипеда Книповича». За счет вращения Земли вокруг оси в Черном море зародились два внутренних течения, идущих рядом друг с другом по кругу, точно колеса велосипеда. В каждом течении поднимается глубинная вода и опускается поверхностная.

Планктонные организмы получили свое название от греческого слова рlanktos —«блуждающий».

На определенной глубине (около 100—120 м) находится промежуточный слой. Здесь возрастает количество кислорода и намного меньше концентрация сероводорода. Через этот слой, по мысли Водяницкого, осуществляется передача минеральных веществ к поверхности моря. Но цифры, которые должны были подтвердить правоту этой гипотезы, противоречили друг другу. Черное море, лежащее в зоне субтропиков, активно испаряет воду. При этом через Босфор в Черноморский бассейн поступают в большом количестве воды с высокой соленостью. Казалось бы, море давно должно было стать пересоленным, а это неизбежно сказалось бы и на видовом составе здешней фауны, и на водообмене.

Если же учитывать водный баланс в связи с реками, то получится, что морская котловина, напротив, давно должна заполниться слабосолоноватыми водами, которые у самой поверхности по своему составу вообще являются пресными и пригодны для питья. Странности Черного моря начали проясняться, когда была найдена истинная скорость перемешивания вод живого и мертвого морских слоев. Она оказалась равной 15 м в год.

Теперь ученые смогли составить более или менее достоверную картину происходящего. На больших глубинах в Черном море происходит накопление гниющих растительных и животных остатков, а также экскрементов. В результате из них образуются сероводород и минеральные вещества, необходимые для развития растений. Под действием множества разных сил эти вещества постоянно поднимаются наверх.

В составе планктона могут присутствовать крупные медузы и креветки,. Эти существа относятся к мак-ро- и мегапланктону. В Черном море из представителей макропланктона обитает медуза корнерот.

Встречное движение опресненных поверхностных и глубинных водных масс порождает различные мелкие течения — сточно-нагонные, поверхностные, вихревые и прочие. Все они подключаются к колоссальному водовороту «велосипеда Книповича». В результате, как показали подсчеты Водяницкого, ежегодно в Черном море приводится в движение до 3000 км3 воды. Следовательно, при таком интенсивном движении вод полное их обновление в толще сероводородного слоя происходит за 100—130 лет.

В то же время некоторые ученые обеспокоены тем, что ускоренный водообмен между слоями способен привести к подъему сероводорода на поверхность. Этот газ, как известно, обладает повышенной горючестью, поэтому может привести к взрыву. Однако последние исследования показали, что такие опасения необоснованны.

Сероводород сможет преодолеть пикноклин (промежуточный слой) только в том случае, если соленость верхнего слоя возрастет с 18 до 20 г на литр. Поскольку осолонения Черного моря сейчас не происходит, то верхняя граница мертвого слоя остается сравнительно стабильной.

Кроме того, концентрация сероводорода в водах моря относительно низка. Она составляет 13 мг на литр, а это в 1000 раз меньше количества, достаточного для выделения газа из воды. И все же динамика мертвого слоя до конца так и не установлена, вследствие чего он по-прежнему остается загадочным и отчасти пугающим.

Выяснилось, что биомасса фитопланктона Черного моря равна 500 млн т. А кроме фитопланктона, море заселяют и обычные растения. Столь большое количество водорослей может существовать при условии поступления в верхние слои воды минеральных веществ.

Нарушение сложного баланса химических процессов в Черноморском бассейне вполне возможно, если продолжится его загрязнение человеком и дальнейшее изменение состава здешних флоры и фауны. Конечно, катастрофы наподобие чудовищного сероводородного взрыва не будет. Но экологическая катастрофа не обязательно напоминает Апокалипсис, она может выражаться в отравлении вод, в массовой гибели живых организмов, в изменении химических свойств морской воды.