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

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.) Þ 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
	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.