Проблема Черного моря. Сероводород

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 в Черном 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 8-9оС. 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 5-6оС, 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 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 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.

Основную долю органических останков в иле на дне Черного моря и сероводорода в воду моря  внесли животные, водоросли и растения, погибшие при быстром повышении солености после открытия пролива Босфор; это происходило 6-3 000 лет назад. Умирала солоноватоводная понтийская флора и фауна, ее постепенно заменяла морская.