26 октомври 2021
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Откъде идва сероводородът в Черно море?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 04 август 2021 в 00:05 523140
Снимка: Wikimedia Commons

Откъде идва сероводородът в Черно море? Това е може би най-известният факт за нашето море. Почти целият живот в Черно море е концентриран в повърхностния 100-метров слой.

Ако се гмурнете по-дълбоко, там, където вълните не раздвижват повърхността на дъното и го разровите с длан и ще видите, че жълтият пясък, многоцветните черупки или сивата тиня, вече на няколко сантиметра от повърхността, имат един и същи черен цвят. Черният е цветът на сулфидите - соли, които сероводородът като слаба киселина образува с металите. Следователно черупките в сероводород стават черни и всеки метален предмет също става черен. Една от легендите за произхода на името „Черно море“ е свързана с това: казват, че това е хрумнало на хората, когато са спуснали метална тежест на въже в морето, за да измерват дълбочината. Издигнато на повърхността - то станало напълно черно. Може и така да е било. Но хипотезата, че името „Черно“ отразява впечатлението на средиземноморските пътешественици за нашето море по време на зимна буря, изглежда по-правдоподобна.

Защо се е задържал сероводородът в Черно море

Сероводородът често присъства в леко смесения дънен слой вода в други морета, особено в дълбоки затворени заливи, но Черно море е единственото, където такава гигантска маса вода е наситена с това вещество. Причината е, че с относително малка площ Черно море има голяма дълбочина - подводните склонове на брега са стръмни - в резултат на това водният обмен между дълбоките и повърхностните води е недостатъчен - кислородът не прониква дълбоко в морето. С други думи, Черно море не се смесва добре.

Кислородът навлиза във водата през морската повърхност - от въздуха; и също така - образува се в горния осветен слой вода (фотична зона) по време на фотосинтезата на водораслите и хитопланктона. За да може кислородът да достигне дълбочините, морето трябва да се смесва - заради вълни и вертикални течения. А в Черно море - водата се смесва много слабо - необходими са стотици години, докато водата от повърхността достигне дъното.

Соленост и температура на Черно море

Повърхностният слой на черноморската вода - до дълбочина около 100 метра - е предимно от речен произход. В същото време по-солена (и следователно по-тежка) вода от Мраморно море навлиза в морските дълбини - тече по дъното на Босфора и потъва в дълбините. Затова солеността на долните слоеве на черноморската вода достига 30 ‰ (грам сол в литър вода). Промяната в свойствата на водата с дълбочина не е плавна: от повърхността до 50-100 метра, солеността се променя бързо - от 17 до 21 ‰, а още по-дълбоко - до дъното - се увеличава равномерно.

В зависимост от солеността, плътността на водата също се променя.

Температурата на морската повърхност винаги се определя от температурата на въздуха. А температурата на дълбоките води на Черно море е 8-9° C целогодишно. От повърхността до дълбочина 50-100 метра температурата, подобно на солеността, се променя бързо - и след това остава постоянна до самото дъно.

Слоеве на Черно море

Черноморските води са разделени на две:

  1. повърхностните води са обезсолени, по-леки и близки по температура до въздуха (през лятото са по-топли от дълбоките води и по-студени през зимата);
  2. и дълбоки - по-солени и по-тежки, с постоянна температура.

Водният слой от 50 до 100 метра е граничен - това е границата между двете маси на черноморската вода, граница, която предотвратява смесването. По-точното му име е студен граничен слой: той винаги е по-студен от дълбоките води, тъй като, когато се охлади до 5-6° C през зимата, няма време да се затопли през лятото.

Слоят вода, в който температурата му рязко се променя, се нарича термоклин. Слоят на бързи промени в солеността се нарича халоклин, а на плътността на водата е пикноклин.

Всички тези резки промени в свойствата на водата в Черно море са концентрирани в областта на граничния слой. Стратификацията (разслояването) на черноморската вода по соленост, плътност и температура - предотвратява вертикалното смесване на морето и обогатяването на дълбочините с кислород.

Откъде идва сероводородът в Черно море? 

Целият бързо развиващ се черноморски живот диша - планктонни ракообразни, медузи, раци, риби, делфини дишат, дори самите водорасли дишат - те също консумират кислород. Когато живите организми умират, останките им се превръщат в храна за сапротрофни бактерии. Кислородът се използва при бактериалното разлагане на органичните вещества на мъртвите организми в процес, който наричаме гниене. С нарастването на дълбочината разлагането започва да надделява над процесите на създаване на жива материя от планктонните водорасли, а консумацията на кислород при дишането и гниенето става по-интензивна от производството му от фотосинтезата. Затова, колкото е по-далеч от морската повърхност, толкова по-малко кислород остава във водата. В афотичната зона, морето (където слънчевата светлина не прониква), под студения междинен слой - под 100 метра дълбочина, кислородът вече не се произвежда, а само се консумира, тук не прониква поради смесване - това се предотвратява от разслояването на водите. В резултат на това има достатъчно кислород за живота на животните и растенията само в горните 150 метра на Черно море.

В резултат на това има достатъчно кислород за живота на животните и растенията само в горните 150 метра на Черно море. Концентрацията му намалява с дълбочина, а по-голямата част от живота в морето - биомасата на Черно море - е концентрирана над 100 метра.

И така се оказва, че 90% от водната маса на Черно море е почти безжизнена. Но във всяко друго море или океан почти целият живот е концентриран в горния, 100-200-метров слой вода. Въпреки това, поради липсата на кислород и наличието на сероводород във водата, в Черно море няма дълбоководна фауна, това намалява биоразнообразието му още повече, заедно с ефекта на ниската соленост.

Например няма хищни риби в дълбините с огромни зъбести уста, пред които са закачени светещи примамки.

По-дълбоко - на дълбочина над 2 километра, има само няколко вида бактерии - няма животни или водорасли, защото няма кислород във водата. Тези бактерии, живеещи във водния стълб и на дъното, разграждат останките, падащи от повърхността  и отделят сероводород. Неговият източник са аминокиселините, съдържащи сяра, които изграждат протеините. Източник на сяра са и в по-малка степен сулфатите в морската вода, които се използват от някои видове бактерии за окисляване на органични вещества вместо кислород.

Сероводородът е отрова за животните и растенията - той парализира клетъчното дишане в митохондриите. Сероводородът се намира в меките утайки на дъното на всички морета - кислородът от водата прониква там много бавно, а процесите на бактериален разпад и хемосинтеза с отделянето на сероводород са интензивни, поради което сероводородът се натрупва в утайките.

Черно море е било част от древното мегаезеро Паратетис. Кредит: Dan Palcu; Natural Earth

Едно катастрофално събитие след последния ледников период

Дали сероводородът се натрупва във вода или не, зависи от скоростта на неговото окисляване от съдържащия се тук кислород и от интензивността на микробиологичните процеси. Потокът на кислород в зоната на сероводорода се дължи на скоростта на обмена между долните, по-тежки и горните по-леки слоеве вода. Колкото по-рязко се променя плътността с дълбочината, толкова по-малък е притокът на кислород.

Сладките речни води се вливат в Черно море, а по-тежката солена вода на Средиземно море навлиза през Босфора. В резултат на това се появява в черноморските води рязък скок в плътността, наречен халоклин. Той не стои неподвижен - под въздействието на теченията се колебае, издига се на някои места, после потъва на други. По правило зоната на сероводорода започва непосредствено под халоклина, което предотвратява достъпа на кислород от горните слоеве. Поради това в Черно море се изразходва много по-малко сероводород, отколкото се образува. През последните 6-7 хиляди години тук се е образувал сероводороден пласт, заемащ 90% от обема на морето.

Заради увеличаването на нивото на Световния океан след края на последната ледникова епоха преди 11 - 7 хиляди години, със 130 м до сегашното му ниво, преди около 7-8 хиляди години, възникна връзката между Черноморския басейн и Средиземно море през Босфора. В същото време в прясното Понтийско езеро нахлува голямо количество солена вода с голяма тлътност от Средиземно море. Тези солени води остават в долните слоеве на Черно море. В същото време морската площ се разширява значително и наводнява големи площи суша, покрити с гъста растителност и с дебел слой черноземна почва. Това захранва с органични вещества анаеробните сероводородни бактерии, които все още разграждат растителните остатъци от това катастрофално събитие.

Когато сероводородът се издигне

Често сероводородът се задържа не само на дълбочина, но и близо до брега, където са нарушени вертикалната конвекция и снабдяването на водата с кислород. В същото време дори на дълбочина около 40 м могат да се появят свободно течащи, безкислородни водни маси, понякога плаващи към повърхността, където бързо се насищат с кислород, сероводородът в тях се окислява и изчезва.

Горната граница на сероводорода може да се повиши под влиянието на две обстоятелства - или вертикални движения на водни маси, или увеличаване на общото количество сероводород в дълбоките слоеве. И двете причини обаче могат да действат едновременно.

През последните четиридесет години тя се е издигнала с около 40-50 м, а обхватът на колебанията в дебелината й се е увеличил 5-6 пъти.

Издигането на сероводород в горните водни слоеве, богати с кислород, е придужено с масова смърт на морския живот. Така в началото на 50-те години на миналия век в Уолфиш Бей (атлантическото крайбрежие на Югозападна Африка) течението пренася облак от сероводород от дълбините към повърхността. На брега, до четиридесет мили навътре, се усеща миризмата на сероводород, стените на къщите потъмняват. Сероводородът е отровен за хората, усещането за неговата миризма вече означава превишаване на максимално допустимата концентрация.

В Черно море в също има възходящи течения, наречени апвелинг (upwelling). И те също могат да извадят отровени води от сероводород от дълбините, обаче при доста рядка комбинация от метеорологични и океанологични фактори, както например се появяват торнадата на сушата. Най-често се наблюдават по западните граници на континентите.

Сероводородът в морската вода се наблюдава не само в Черно море, но и в други водоеми, където няма вертикална конвекция. Доста обширни зони, замърсени с този газ, се срещат в Индийския и Атлантическия океан, понякога се появяват в Каспийско и други морета и дори в сладководни езера.

На снимките на Черно море от сателита SeaWiFS се забелязват "бели води" като причина е явното увеличение на Emiliania huxleyi. Когато загине този планктон, той пада на дъното. Това обаче ще повиши нивото на сероводородния пласт и ще намали и без това тънкия "жив" пласт.

Има ли принос човешката дейност за сероводорода в Черно море?

Ясно е, че сероводородният баланс на Черно море е под силен натиск от човешката дейност, поради което отрицателното развитие на сероводородната зона се причинява не само от природни, но и от някакви антропогенни фактори. Например регулирането на речния поток намалява обема на прясна вода, постъпваща в горния слой.

Наистина сероводородът се е появил в Черно море не заради замърсяването му от хората, но сероводородът става все повече.

Но дали морето ни е на ръба на катастрофа?

Наистина, обогатяването на водата с хранителни вещества, особено с азотни и фосфорни (еутрофикацията) на Черно море от оттока от земеделските земи предизвиква бърз растеж на морската растителност - някои видове фитопланктон, нишковидни водорасли и др. образуват повече органични остатъци, от които по време на гниенето се образува сероводород.

Но този "допълнителен" сероводород не е направил значителни промени в равновесието, което се е развило през хилядолетията. И със сигурност няма опасност от експлозия на сероводород - за да се образува газов мехур, концентрацията на молекули на това вещество във вода трябва да бъде с порядъци по-голяма от реалната (8-10 мг на литър на дълбочина от 1000-2000 м, тоест на 1 молекула сероводород се падат не по-малко от 200 000 молекули вода).

Основният дял на органичните остатъци в утайките на дъното на Черно море и сероводорода в морската вода са благодарение на останките от животни, водорасли и растения, загинали при бързото повишаване на солеността след отварянето на Босфора. Това се е случило преди 6-3000 години. Солено-водната понтийска флора и фауна умира и постепенно е заменена от морска.

Източници:

Откуда взялся сероводородный слой в Черном море?

Происхождение сероводорода Черного моря


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Въпроси
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.