Як горіло Чорне море (історія сірководню)

Коли в далекому дитинстві я читала вірш К.І. Чуковського «Плутанина», найбільше здивування у мене викликали картини палаючого моря. Це здавалося чимось дійсно неймовірним, абсурдним. Однак зовсім недавно я дізналася, що море дійсно може загорітися, і історії вже відомі факти його спалаху.

Так, в 1927 році, коли стався великий землетрус в Криму, осередки загоряння в Чорному морі були зафіксовані біля Євпаторії та Севастополя. Однак тоді пожежа на морі був викликаний викидом метану – природного газу, вихід якого з надр був спровокований землетрусом. Видовище було вражаюче. Звичайно, афішувати цю новину не стали, але коли в 90-х роках XX століття журналістам потрапили до рук відомості про ті події, газети вибухнули сенсаціями. Вибух популярності цих статей був викликаний не стільки викидом метану, скільки спотворенням фактів: в газетах писалося про загоряння не метану, а сірководню, після чого робився висновок про можливість глобальної катастрофи.

Було від чого прийти у відчай. Сірководень, як відомо, це досить стійке з’єднання водню з сіркою (розкладається тільки при температурі 500 градусів), безбарвний отруйний газ, з різким запахом тухлих яєць. Сірководнева зона в Чорному морі була відкрита 1890 Н.І. Андрусовим. Вже тоді здогадувалися про великих кількостях покладів цього газу. Так, якщо опустити в глибину металевий вантаж на мотузці, то назад він повернеться абсолютно чорним через відкладень на ньому сульфітів – солей, які сірководень утворює з металами. (Одна з гіпотез свідчить, що своєю назвою Чорне море зобов’язане саме цьому феномену).

Однак на початку XX століття з’ясувалося, що сірководню в Чорному морі не просто багато, а дуже багато – нижче глибини 150-200 м починається суцільна сірководнева зона. Розподілена вона, правда, нерівномірно: біля берегів верхня її межа сягає позначки 300 м, в центрі ж сірководень підходить до глибині близько 100 м. Загальна кількість розчиненого у Чорному морі сірководню досягає 90%, так що все життя зосереджене в невеликому поверхневому шарі, і глибоководної фауни в Чорному морі немає.

Сірководень не якесь унікальне властивість тільки Чорного моря, його знаходять у м’яких залишках на дні всіх морів. Скупчення цього газу відбувається через те, що кисень практично не проникає в товщі води і процеси гниття органічних залишків переважають над окисними процесами. Іноді зони сірководню можуть утворювати досить великі скупчення. Так, наприклад, рифтовая зона, відкрита в 1977 році в зоні підводного хребта Тихого океану, на південь від Галапагоських островів, також у великій кількості містить сірководень; є сірководневі зони і в деяких глибоких закритих бухтах.

Одна з теорій зародження сірководню (так звана, “геологічна теорія”) говорить про те, що сірководень виділяється в процесі підводного вулканічної діяльності, і в моря він може надходити по тектонічних розломах земної кори. Доказом цієї теорії можуть служити сірководневі озера на Камчатці. Інша теорія – біологічна – говорить про те, що виробництву сірководню ми зобов’язані бактеріям, які, переробляючи органічні рештки, що впали на дно моря, утворюють з солей грунту (сульфатів) речовина, яка при з’єднанні з морською водою утворює сірководень.

Проте не потрібно думати, що сірководень в морях зберігається як хімічна речовина на складі, закупорене в ящики. Море – це постійно діюча біохімічна лабораторія. Завдяки роботі бактерій, рослин і тварин одні елементи в морі постійно перетворюються в інші. Формуються екологічні ланцюжка, в яких підтримується рівновагу, визначальне цілісність всієї структури. Величезну роль у розкладанні органічних останків до споживаних рослинами форм відіграють бактерії. Деякі бактерії можуть жити без кисню і світла (анаеробні бактерії), іншим для життя потрібне сонячне світло, треті переробляють органічні сполуки, використовуючи і світло і кисень. Потрапляючи в різні шари моря, органічна речовина потрапляє на відповідний цикл його обробки і, в кінцевому підсумку, цикл замикається – система повертається в первинний стан.

Тому при переміщенні шарів моря (перемішуванні) сірководень поступово перетворюється в інші з’єднання. У Чорному морі вода перемішується дуже слабо. Причиною тому служать різкі перепади солоності, що розділяють морську воду, як в келиху з коктейлем, на окремі шари. Головна причина появи таких шарів – недостатня зв’язок моря з океаном. Чорне море з’єднується з ним двома вузькими протоками – Босфорським, провідним в Мармурове море, і протокою Дарданелли, що підтримує зв’язок з досить солоним Середземним морем. Така замкнутість призводить до того, що солоність Чорного моря не перевищує 16-18 проміле (величина, що дорівнює змісту солі в крові людини), тоді як солоність нормальної океанічної води повинна бути в межах 33-38 проміле (Мармурове море, маючи проміжну солоність близько 26 проміле, виступає своєрідним буфером, який не дає сильно солоним водам Середземного моря вливатися безпосередньо в Чорне море). Солона вода з Мармурового моря, як більш важка, при зустрічі з водами Чорного моря опускається на дно і у вигляді підводного перебігу надходить у його нижні шари. В області прикордонного шару відбувається не тільки різка зміна солоності – «галокліна», а й різка зміна щільності води – «піноклін» і температури – «термоклин» (глибокі, більш щільні шари води завжди мають постійну температуру – 8-9 градусів вище нуля) . Такі різнорідні шари роблять з нашого морського коктейлю справжній листковий пиріг, і, звичайно, «перемішати» його стає дуже важко. Так, для того, щоб вода з поверхні води досягла дна моря, потрібні сотні років. Всі ці фактори призводять до того, що сірководень, постійно накопичуючись в товщах Чорного моря, поступово утворив обширну мляву зону.

На жаль, останнім часом в море було викинуто величезну кількість добрив і неочищених стоків каналізаційних вод, які викликали перенасичення живильного середовища Чорного моря. Це стало причиною бурхливого цвітіння фітопланктону і зниження прозорості води. Недостатність надходження сонячної енергії, необхідної для дихання рослин, призвело до масової загибелі водоростей, а, разом з ними, і багатьох живих істот. Підводні ліси змінилися заростями примітивною, швидкозростаючою морської трави (нитчатки і пластинчастих водоростей). Органічні останки, що не перероблені бактеріями, в незліченних кількостях потрапляють на морське дно. Відбувається масовий замор флори і фауни.

У 2003 році було повністю знищено унікальне скупчення червоної водорості філофори (філофорного поля Зернова), площею 11 тис. кв. км., яке займало практично всю частину північно-західного шельфу Чорного моря. Цей «зелений пояс» моря виробляв близько 2 млн. куб. м кисню на день і, звичайно, з його знищенням, царство сірководню втратило одного з головних конкурентів у боротьбі за природні ресурси, – окисляє його кисню.

Велика швидкість відмирання водоростей і морської трави, масова загибель живих істот, зниження рівня кисню у воді, – всі ці фактори невблаганно призводять до скупчення величезної кількості гниючих залишків у товщах Чорного моря і до підвищення кількості сірководню у воді.

Поки сірководень нам не страшний, так як для того, щоб міхур газу вийшов на поверхню, необхідна його концентрація, в 1000 разів перевищує існуючий рівень. Проте розслаблятися не варто. Занадто багато факторів прискорюють цей процес. Серед них: будівництво хвилеломів, що знижують швидкість циркуляції води, роботи з поглиблення морського дна, прокладка нафтопроводів, скидання в море добрив і каналізаційних вод, видобуток корисних копалин. Людська діяльність має такі масштаби, що ніяка екосистема їй протистояти не може. Що ж нам загрожує?

Вивчаючи археологічні шари, вчені виявили разючий факт майже миттєвого зникнення переважної більшості форм життя в Пермському періоді. Одна з теорій, що пояснюють подібну катастрофу, заявляє, що масовий замор фауни і флори був обумовлений вибухом отруйного газу, імовірно сірководню, який міг утворитися як завдяки численним вивержень підводних вулканів, так і в результаті діяльності виробляють сірководень бактерій. Дослідження Лі Кампа з Пенсільванського університету США показали, що зниження концентрації кисню в море провокує посилене розмноження бактерій, які виробляють сірководень. При досягненні критичної концентрації цей процес може призвести до виділення отруйного газу в атмосферу. Звичайно, говорити про якісь конкретні висновках рано, динаміка зміни рівнів сірководню поки точно не ясна (на проведення всебічного аналізу може піти близько 10 років), але в наведених фактах не можна не відчути прихованої загрози. Природа завжди була занадто терпляча до нас. Чи можна чекати від неї порятунку і цього разу?