Глава VII Проект «Сероводород в Чёрном море» (тема 7)

7.1. Сероводород в чёрном море (конспект лекции-семинара)

ФОРМУЛИРОВКА ПРОБЛЕМЫ

Главная потенциальная опасность накопления гигантских количеств растворённых ядовитых для человека газов (СО₂, СН₄, Н₂S) в глубинных водах природных водоёмов связана с возможностью внезапного прорыва этих газов на поверхность. Известный пример таких водоёмов – так называемые «озёра-убийцы», в которых массовый выброс СО₂ из глубинных вод приводил к гибели людей.

В подобных водоёмах слой поверхностных вод выполняет роль своеобразной гигантской пробки, которая препятствует выходу растворённых газов из глубинных вод на поверхность. Под защитой этой «пробки» газы годами могут накапливаться в водоёме. Считается, что не только природные катаклизмы (оползни, землетрясения), но и обычное интенсивное поступление дождевых вод или локальное падение давления способны нарушить существующее равновесие, вызвать своеобразную цепную реакцию и спровоцировать массовый выброс газов (своеобразное откупоривание бутылки с газированной водой).

В августе 1986 года такое событие произошло в Камеруне. Из глубинных слоёв воды расположенного в кратере вулкана озера Ниос вырвалось на поверхность около миллиарда кубических метров СО₂. Такое гигантское количество диоксида углерода не могло быстро перемешаться с атмосферным воздухом, поэтому практически чистый СО₂, плотность которого в 1,5 раза больше плотности воздуха, стал заполнять близлежащие долины, вызывая удушье у тысяч людей (по Андруз Дж. и др., 1999, с. 136).

Возможность катастрофического развития событий на Чёрном море неоднократно обсуждалась в средствах массовой информации. «Что будет, если, не дай Бог, у черноморских берегов случится новое землетрясение? Вновь морские пожары? Или одна вспышка, один грандиозный факел? Сероводород горюч и ядовит …» («Литературная газета», 1989, № 24). Дело в том, что в 1927 году во время крымского землетрясения на Чёрном море уже наблюдались грандиозные пожары. По свидетельству очевидцев, стена огня тянулась на десятки километров и достигала высоты 500 метров. Правда, горел не сероводород, а другой неизбежный спутник анаэробных условий – метан.

В связи с обсуждением проекта по прокладке газопровода из России в Турцию по дну Чёрного моря (более 200 километров труб на глубине 2000 м, в самом «сердце» сероводородной зоны), тема сероводородной катастрофы вновь стала актуальной.

«Один из вариантов катастрофы вполне может развиться по такому сценарию: метан из прорванного газопровода начнёт смешиваться и растворяться в морской воде, и эта лёгкая смесь будет «давить» снизу на огромный, в половину моря сероводородный газовый мешок. Произойдет … выход этих двух самовоспламеняющихся компонентов на поверхность. В процессе выхода сероводорода наружу он неизбежно возгорится» (Независимая газета, 2001, 10.04).

Несмотря на возражения серьёзных ученых-океанологов, в средствах массовой информации сделан однозначный вывод: Чёрное море если не взорвется, то будет гореть, а если не будет гореть, то ядовитое метаново-сероводородное облако накроет знаменитые курортные районы, и все, кто приехал на отдых без противогаза, …

Чёрное море далеко не единственный водоём, которому угрожает сероводородное отравление. Д.Я. Фащук и С.И. Шапоренко приводят такой пример: « … однажды население побережья Намибии пришлось экстренно эвакуировать на 12 км в глубь материка, чтобы спасти от сероводорода. Ядовитый газ начал поступать на сушу после продолжительных сгонных штормов. В этом же районе Атлантики до сих пор распространён оригинальный промысел рыбы. … За большим судном, идущим в порт или на рейдовую стоянку, следует кавалькада мелких рыбацких лодок, ожидая, пока судно станет на якорь. Дождавшись отдачи якорей, этот экскорт устремляется к месту их падения в воду, и через некоторое время рыбаки начинают сачками вычерпывать всплывающую на поверхность рыбу. Сероводород, поднятый якорями из грунта, вызывает у неё временный токсикоз, и, как следствие, она становится вялой».

С анаэробной ситуацией в Чёрном море и других подобных водоёмах связана и ещё одна глобальная экологическая проблема – избыточное поступление в атмосферу парникового газа метана.

РАБОЧАЯ ГИПОТЕЗА (причина сероводородного заражения)

Органическое вещество, попадая в глубокие, лишённые кислорода слои, служит пищей различным анаэробным бактериям, например, разлагается путём бактериальной сульфатредукции (анаэробное дыхание) по схеме:

2СН₂О(тв.) + SО₄^2-(водн.)  2НСО₃^-(водн) + Н₂S(водн.)

Образующийся при этом сероводород заражает глубинные воды.

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА (фактические данные)

Чёрное море – специфический придаточный водоём Атлантического океана, отделённый от Средиземного моря узкими проливами с минимальной глубиной 36 метров. Водный баланс моря складывается из атмосферных осадков (230 км³/год), материкового стока (310 км³/год), поступления воды из Азовского моря (30 км³/год), испарения воды с поверхности моря (360 км³/год), выноса воды через пролив Босфор (210 км³/год) и др. Избыток поступающей пресной воды сбрасывается верхним течением (до 40 м) через Босфор, а нижним течением через Босфор в Черное море поступают высокосолёные «тяжёлые» воды, которые заполняют его глубинные слои. Образуется устойчивое вертикальное разделение вод по солёности (галоклин) и плотности (пикноклин), которое не нарушается даже в зимние месяцы, что препятствует термальному перемешиванию поверхностных и глубинных вод. В результате поступление О₂ в глубинные слои резко снижается.

Фактические данные изменения содержания кислорода и сероводорода, а также общей солёности вод с глубиной представлены в табл. 7.1.

Определены две области наиболее интенсивного образования Н₂S: первая находится в верхней части сероводородной зоны, вторая – в поверхностном сравнительно тонком слое донных осадков, обогащённых органическим веществом (табл. 7.1).

Таблица 7.1.

Кислород, сероводород и общее содержание солей в водах Чёрного моря.

Глубина, м	О2, мг/л	Н2S, мкг/л	Солёность, %0
10 50 60 70 80 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 220 240	8,5 8,3 4,6 1,9 0,72 0,43 0,43 0,43 0,43 0,36 0,29 0,14 0,11 0,04 0,04 0,03 0,03 0,00	0,0 0,0 2,0 2,0 1,0 2,0 5,0 20,0 100,0 250,0 500,0 900,0 1200,0 1300,0 1100,0 1000,0 1300,0 1500,0	17,0 17,3 17,9 20,0 20,5 20,5 - - - - 20,8 - - - - 20,8 - 21,0

Чёрное море может быть названо бактериальным морем, ввиду первостепенного значения бактериальных процессов в формировании его современного режима. Большая часть (около 80%) его водной толщи и донных осадков, находящаяся в пределах анаэробной зоны, практически лишена других форм жизни, кроме бактерий. В переходной зоне, которую ещё называют зоной хемосинтеза, различные хемоавтотрофные бактерии получают энергию, необходимую для синтеза органики по автотрофному пути, окисляя серу в ряду: Н₂S (S^-II)  S⁰  …  SО₄^-2водн.( S^VI).

Чёрное море служит естественным приемником поступающих с поверхностным стоком растворённых и взвешенных веществ. Отношение водосборной поверхности к площади зеркала для Чёрного моря составляет 4,4, что на порядок больше, чем в среднем для океана (0,4). Это свидетельствует о высокой зависимости экосистемы Чёрного моря от характера использования его водосборной площади человеком. В морскую воду попадает большое количество ядохимикатов, удобрений, промышленных и бытовых стоков. Огромное количество органики, попадая в воды Чёрного моря, приводит к его эвтрофикации («перекорму»).

Сероводород – H₂S. Бесцветный газ с неприятным запахом. В основе вредного воздействия H₂S на организм лежат три процесса – воздействие на центральную нервную систему, окислительно-восстановительные процессы и кровь. В умеренных количествах H₂S возбуждает центральную нервную систему, а в больших – вызывает паралич, в частности дыхательного и сосудистого центров. При хроническом отравлении сероводородом способность гемоглобина к поглощению кислорода снижается до 80%, при остром – до 15% от нормы. Сероводород – высокотоксичный яд. При концентрации H₂S свыше 1000 мг/м³ отравление наступает молниеносно. ПДК_р.з. сероводорода в воздухе – 10 мг/м³; в почве – 0,4 мг/кг.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ