28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Сероводород в Черном море

Сероводород в Черном море




В 1890 году русская океанографическая экспедиция доказала, что в глубинах Черного моря очень много растворенного сероводорода ядовитого газа с запахом тухлых яиц. Вскоре выяснилось, что сероводород присутствует во всей глубинной акватории Черного моря, приближаясь к поверхности примерно на 100 м в центре моря и до 300 м у берегов. Иногда верхняя граница сероводородной “зоны ненадолго поднимается и опускается из-за восходящих и нисходящих движений воды, вызванных, например, ветром.

Кислород довольно быстро реагирует с сероводородом, окисляя его в конечном счете до сульфатов. Поэтому растворенный кислород в водах Черного моря есть лишь в поверхностном слое. Ниже, в сероводородной зоне, обитают только анаэробные бактерии да некоторые виды морских червей.


Сероводород в морской воде — не уникальное свойство Черного моря. Довольно обширные зоны, зараженные этим газом, бывают в Индийском и Атлантическом океанах, временами появляются в Каспийском и других морях и даже в пресноводных озерах.

Сегодня известны три главных источника сероводородного загрязнения водоемов. Первый восстановление сульфатредуцирующими бактериями сульфатов при разложении мертвого органического вещества. Во-вторых, сероводород просто выделяется при гниении серосодержащих органических остатков. И наконец, в-третьих, он может поступать из глубин земной коры с гидротермальными водами и через расщелины морского дна. *

Будет сероводород накапливаться в воде или нет, зависит от скорости его окисления содержащимся здесь кислородом и от интенсивности микробиологических процессов. Приток же кислорода в сероводородную зону обусловлен скоростью обмена между нижними, более тяжелыми, и верхними слоями воды. Чем резче меняется плотность с глубиной, тем меньше приток кислорода.

В Черное море впадают пресные речные воды и — через Босфор — более тяжелая соленая вода Средиземного моря. В итоге в толще черноморских вод возникает резкий скачок плотности — галоклин. Он не стоит на месте — под влиянием течений колеблется, то поднимаясь в одних местах, то опускаясь в других. Как правило, сероводородная зона начинается сразу же под галоклином, препятствующим доступу кислорода из верхних слоев. Из-за этого в Черном море сероводорода расходуется гораздо меньше, чем образуется. За последние 6—7 тысяч лет здесь сформировалась сероводородная толща, занимающая 90 ° объема моря.

Из-за колебаний уровня Мирового океана связь со Средиземным морем через Босфор то исчезала, то появлялась вновь. При закрытии Босфора Черное море опреснялось, сероводород в нем исчезал. При очередном прорыве соленых средиземноморских вод они скапливались на дне черноморской котловины, и сероводородная зона росла.

Порой сероводород держится не только на глубине, но и у берегов. И здесь, на глубинах около 40 м, могут возникать заморные, бескислородные водные массы, всплывающие на поверхность, где они быстро насыщаются кислородом, сероводород в них окисляется и исчезает.

За верхнюю границу сероводородной зоны принято считать ту глубину, где концентрация газа близка к точности его аналитического измерения — примерно 0,1 мл/л. Ниже кислород соседствует с сероводородом в пределах так называемого слоя сосуществования. За последние сорок лет он поднялся из глубины примерно на 40—50 м, а пределы колебания его толщины увеличились в 5—6 раз.

Верхняя граница сероводорода может подниматься под влиянием двух обстоятельств — либо вертикальных перемещений водных масс, либо увеличения общего количества сероводорода в глубинных слоях. Впрочем, обе причины могут действовать и одновременно.

Выплески сероводорода в верхние, обогащенные кислородом воды чреваты массовой гибелью морских обитателей. Так, в начале 1950-х годов в заливе Уолфиш-Бей (Атлантическое побережье Юго-Западной Африки) течение вынесло из глубины к поверхности сероводородное “облако”. На побережье до сорока миль в глубь материка чувствовался запах сероводорода, потемнели стены домов. Сероводород ядовит и для людей, ощущение его запаха уже означает превышение ПДК — предельно допустимой концентрации.

В Черном море тоже есть восходящие течения (апвеллинги) у крымского и кавказского побережий. И они тоже могут вынести из глубин отравленные сероводородные воды, правда, при довольно редком сочетании метеорологических и океанологических факторов (как, например, при возникновении смерчей на суше). Такие губительные выплески нельзя прогнозировать лишь на основе средних показателей состояния моря, принятых ныне. Нужны специальные и постоянные наблюдения за сероводородной зоной.

Исследования Черного моря в наибольшем объеме, естественно, ведут океанологические учреждения, расположенные на его побережье: Морской гидрофизический институт и Институт биологии южных морей (Севастополь) с его Одесским отделением — в составе Академии наук УССР, Севастопольское отделение Государственного океанографического института, Азово-Черноморское отделение ВНИИ морского рыбного хозяйства и океанографии (Керчь), Южное отделение Института океанологии АН СССР (Геленджик).

По данным этих институтов, за последние полтора десятилетия экологическая обстановка на Черном море серьезно ухудшилась. Не только в прибрежных, но и в открытых водах моря был обнаружен избыток органических веществ. Произошли изменения в структуре биологических сообществ — практически исчезли рыбы-хищники, сократилось поголовье дельфинов, необычно размножилась медуза аурелия и водоросль ночесветка, исчезает придонное, ранее обширное поле водоросли филлофоры... В северо-западной мелководной зоне моря летом ежегодно появляются обширные заморные зоны. То есть экспансия сероводорода во все более высокие слои идет на фоне ухудшения общей экологической обстановки.

Ясно, что сероводородный баланс Черного моря находится под сильным прессом человеческой деятельности, но в какой мере негативное развитие сероводородной зоны вызвано природными, а в какой антропогенными факторами — пока неизвестно. Для того, чтобы разобраться в сложившейся ситуации и хотя бы предварительно оценить ее, в 1985—86 гг. под эгидой Академии наук УССР на Черном море работала межведомственная экспедиция, основной целью которой был прогноз эволюции сероводородной зоны.

Теоретическое моделирование на ЭВМ и полевые исследования указывают на восстановление сульфатов микроорганизмами как на основной источник пополнения сероводорода в Черном море. Очаги микробиологической сульфатредукции приурочены к местам поступления мертвого органического вещества с прибрежных акваторий.

В придонных пробах не было чересчур высоких концентраций сероводорода. Значит, вклад глубинных геологических источников в содержание H2S весьма скромный. Еще раз подтвердилось, что главные причины существования сероводородной зоны в Черном море — это устойчивое вертикальное расслоение вод и большой привнос реками биогенных веществ.

С одной стороны, зарегулирование стока рек уменьшает объем пресных вод, поступающих в верхний слой моря, улучшая вертикальный водообмен. С другой стороны, промышленные, бытовые и сельскохозяйственные стоки увеличивают количество мертвого органического вещества и, соответственно, сероводорода. Словом, главная причина расширения сероводородной зоны — эвтрофикация моря, повышение содержания в нем органических веществ. А поскольку львиная доля их образуется в сравнительно узкой прибрежной зоне, именно ее экосистема определяет содержание сероводорода в глубинах Черного моря.

Ежегодно в кислородную зону моря поступает примерно столько же загрязняющих веществ, сколько сероводорода здесь окисляется кислородом атмосферы (и та и другая величина в пересчете на H2S около 10 т/год). Много промышленных, бытовых, дренажных стоков полей орошения поступает в северо-западную мелководную часть моря. Из-за увеличения потребления вод Дуная и Днестра на орошение и дальнейшей урбанизации побережья поток загрязняющих веществ еще более возрастет.

Можно сказать, что фактически все Черное море “мелководно” — кислородная зона в среднем держится на глубине около 160 м. Если в настоящих мелководных морях здесь расположено твердое дно, то в Черном море вместо него — зыбкая граница сероводородной зоны, жадно поглощающей кислород. Именно поэтому наше главное курортное море так чувствительно к загрязнению.


http://school316.spb.ru/chemistry/amp/page4.html