|
С открытием сероводорода
в Черном море прошло более 120 лет. Вряд ли академик Андрусов предполагал,
что возглавляемая им экспедиция на судне "Черноморец" сделает одно
из важнейших открытий, когда он столкнулся с безжизненной сероводородной
зоной и поднял на борт судна глубоководные осадки с запахом тухлых яиц. Еще
тогда он полагал, что сероводород образуется в результате гниения
органических соединений, которые осаждаются на дне и выделяют серные
соединения.
Общепринято считать, что основным источником сероводорода
в Черном море как сегодня, так и в недавнем прошлом являются процессы
анаэробного разложения органического вещества сульфат- редуцирующими
бактериями. Органическое вещество, которое фиксируется на дно бассейна как органогенно-минеральные
осадки (сапропели), является продуктом массового замора планктонной биомассы
в результате разразившегося ПОТОПА.
Налицо избыток огромного количества органического
вещества, которое создало благоприятные предпосылки для развития бактериальной
сульфатредукции. Другим важным поставщиком сероводорода в Черное море, роль
которого до сих пор недооценивалась, являются геологические источники -
разломы и грязевые вулканы на дне и также разрушающиеся газогидратные залежи,
которые содержат и твердые фазы сероводорода.
Вторжение средиземноморских вод, которые имеют соленость
около 38 %о, привело к осолонению черноморских пресных вод и растворению
значительных объемов железа, серы и серных соединений. В то же время в море
вливаются огромные количества речных вод, в результате чего на границе слабо
осолоненных речных поверхностных вод и соленой глубинной воды возникает
резкий скачок плотности - т. н. галоклин, который препятствует вертикальному
перемешиванию водных масс. Обычно верхняя граница сероводородной зоны
начинается сразу ниже галоклина, что ограничивает приток кислорода с верхних
слоев.
Естественно возникает вопрос о существовании
сероводородного заражения до ПОТОПА в озерном пресноводном бассейне
Новоэвксинское море-озеро было пресноводным хорошо
аэрированным бассейном, который сформировался во время вюрмского оледенения.
Для осадков этого времени характерно очень низкое содержание органического
вещества, в данном случае указывающее, что процессы бактериальной
сульфатредукции сведены до минимума.
Единственным возможным поставщиком сероводорода тогда были
геологические источники - грязевые вулканы. Поступавший из их подводных жерл
сероводород как химически активный компонент связывался железом, вносимым с
прилежащей суши реками и фиксировался на дне в виде нерастворимых
железо-сульфидных стяжений и аморфной массы. Интересен факт, что именно в
осадках ледникового периода вместе с железистыми сульфидами образовывались и
газогидраты.
Геохимический и гидродинамический режим пресноводного
озера не способствовал образованию свободного сероводорода.
В результате ПОТОПА в геохимическом и гидродинамическом
режиме бассейна произошли кардинальные изменения, которые стимулировали
образование свободного сероводорода.
Сразу после ПОТОПА сероводород пронизывал всю водную толщу
от дна до поверхности. Постепенно в процессе стабилизации гидродинамического
и гидрогеодинамического режима образовалась т.н. кислородная или биотическая
зона.
Приведем короткий отрывок из дневника во время спусков в
сероводородную зону летом 1998 года с подводного обитаемого аппарата РС-8 на
НИС "Академик".
"Заключенные в стальной сфере, сидящие в очень
неудобном положении за иллюминатором подводного аппарата пытаемся воспринять
эти границы визуально. После погружения в прозрачные сине-зеленые изумрудные
воды незаметно достигли неописуемого зрелища - скопления огромных зонтиков
медуз, расположенных горизонтально на одной линии, пульсирующих, будто
дышащих свежим воздухом. Глубина двадцать метров, понимаем, что находимся в
зоне термоклина - слоя резкого скачка температуры. И только сейчас поняли,
почему на поверхности воды медуз не было: температура поверхностного слоя,
которая была около 26о, им не понравилась. Стремительно, со скоростью метра в
секунду погружаемся в бездну. Лучи солнца постепенно затухают, вода
становится темно-зеленой, а белый порошок вокруг нас напоминает снежинки.
Мелкие любопытные рыбки приветливо машут и отходят от иллюминатора. После
50-метровой глубины наше "земное" чувство тает вместе с последними
отблесками дня и нас постепенно поглощает освещенная прожекторами
сине-зеленая масса. "Снег" постепенно усиливается и только акулы с
изумительными аэродинамическими формами напоминают о мире гидрокосмоса. После
100-метровой глубины цветы сгущаются и только планктонные рачки перед
иллюминатором напоминают нам о жизни. На глубине 138 метров они уже исчезают и мы остались одни в безбрежной пустоте. Мертвая зона, названная научным
термином "анаэробная", напоминает безжизненную пустыню. Нет
кислорода, нет жизни. Нас охватывает чувство, что если вылезем из аппарата,
то ощутим запах смерти. Даже прожекторы с трудом пробивают коричнево-зеленые
воды, среди которых суспензионные частицы кажутся неподвижными. Пережитое
незабываемо ".
Некоторые средневековые философы считали, что ниже 500 метров в океане не существует жизнь и назвали материю, существование которой предполагали там, -
"флогистон". Это определение очень похоже на "муть",
среди которой мы находимся. Продолжаем опускаться среди
"флогистона", который ближе к дну становится гуще. На 380 метровой
глубине с трудом определяем силуэт дна.
В качестве верхней границы анаэробной зоны принята
концентрация сероводорода 0,3 мг/л, ниже которой кислород практически
отсутствует. Концентрация сероводорода возрастает, достигая 8-10 мг/л до
глубины 1500 м, после чего стабилизируется, так как максимальная концентрация
в придонном слое не превышает 10-12 мг/л. На 15 показан усредненный
вертикальный профиль концентрации сероводорода по данным болгарских и
украинских ученых, откуда видно постепенное уменьшение его количества от дна
к поверхности моря. Все это свидетельствует о диффузии в морской воде
сероводорода, образованного в осадках и поступающего из жерл грязевых
вулканов. Возможно также поступление сероводорода при деструкции
газогидратных залежей. В донных осадках содержание сероводорода варьирует в
очень широких пределах - от 12-16 до 160 мг/л. Не исключено также поступление
сероводорода с подземным стоком, где его содержание в скважинах по данным для
Кавказского побережья достигает 400 мг/л. Растворенная газообразная фаза
сероводорода в Черном море достигает 0,24 г/т на глубине 300 м и 2,2 г/т на глубине 2000 м. Даже при таких низких концентрациях общее количество образовавшегося
сероводорода составляет 107 - 108 т. Мы должны учитывать, что в морской воде
сероводород находится не только в растворенной фазе, но и как гель сульфидов
и гидросульфидов. Всего в 1 тонне морской воды содержится 9 - 12 г сероводорода и таких соединений как тиосульфаты и коллоидальная молекулярная сера.
Кроме сероводорода в условиях анаэробного бактериального
разложения органического вещества в воде и на дне образуются и другие газы,
такие как метан, азот и диоксид углерода. Исследования наших и русских ученых
показали, что в воде содержатся 02 мг/л метана, 05 мг/л этана и этилен.
Последние два газа по всей вероятности поступают в морскую воду вследствие
разрушения нефтегазовых и газогидратных залежей на морском дне. Чаще всего
метан образуется при анаэробным бактериальном разложении вместе с
сероводородом.
Метанообразование - самое активное в обогащенных
органическим веществом осадках, какими являются сапропели и т.н. разбухающие
или газонасыщенные илы на шельфе. Часто встречаются и газовые источники метана
на мелководье, а также газовые факелы на шельфе и глубоководной части моря в
результате разрушения нефтегазовых или газогидратных залежей. В данном
случае, часть метана растворяется при прохождении через водную толщу, часть
выделяется на поверхности в виде газовых пузырей. О роли метана будет идти
речь при объяснении некоторых "необычных" явлений.
Из изложенного ясно, что в Черном море генерируется ряд
природных газов в результате природной эволюции бассейна. В условиях
бактериального сероводородного заражения при трансформации и консервации
органической материи в осадках формируются и некоторые специфические
биотехнологические продукты, такие как сапропели. Темпы генерации
разнообразных продуктов в условиях анаэробной зоны показывают, что мы можем
рассматривать Черное море как природный геобиотехнологический реактор.
|
