Стан довкілля Черного моря. Сірководень Чорного моря

Стан довкілля Чорного моряСкачать  Скачать «Стан довкілля Чорного моря»  бесплатно, а также скачать много других карт можно в нашем архиве карт

Сірководень Чорного моря. Сірководнева зона як природна властивість і екологічна проблема Чорного моря.

Чорне море є найбільшим на нашій планеті мероміктичним водним басейном, характерною рисою якого є наявність відносно тонкого шару аеробних вод і потужної сірководневої зони (Н2S-зони), яка розташована на глибинах більше 90-160 м і займає близько 87% від об’єму моря. З глибиною вміст сірководню у воді зростає, досягаючи 9,6 мг/л на глибинах 1500-2000 м. Вміст Н2S у стовпі води від 150 до 2000 м складає 13,6 кг/м2 і від 150 до 2200 м - 15,5 кг/м2; звідси його середня концентрація дорівнює 7,5 г/м3. Загальний запас сірководню в анаеробній зоні складає 3600 млн.тонн, що на порядок перевищує запас кисню у поверхневому аеробному шарі.

Існує три основні напрямки досліджень Н2S -зони:

  • вивчення особливостей просторово-часового розподілу вмісту Н2S у товщі вод та впливу на нього різноманітних факторів (одним із аспектів цього напрямку є вивчення топографії межі Н2S - зони);
  • оцінка балансу Н2S у Чорному морі (що включає визначення джерел і стоків Н2S З, дослідження їх інтенсивності та механізму функціонування в залежності від різноманітних факторів впливу);
  • вивчення ролі анаеробної зони в біогеохімічному кругообігу органічної та неорганічної речовини у Чорному морі (що потребує вивчення процесів трансформації речовини в умовах зміни окислювальних умов на відновлювальні та процесів взаємодії цієї речовини із формами сірки).

При цьому, як в експедиційних спостереженнях, так в теоретичних розробках основним мотивом досліджень є оцінка сучасного стану та прогнозування динаміки межі Н2S -зони.

Топографія верхньої межі Н2S-зони. Для одержання обґрунтованих висновків про тенденцію мінливості глибини залягання межі Н2S -зони необхідні дані багаторічних спостережень у різні сезони. Найбільший масив даних про вміст Н2S в глибинних водах Чорного моря був одержаний УкрНЦЕМ у результаті виконання моніторингових програм (1974-1991 рр.) і МГІ НАНУ — проект “Чорне море” (1982-1992 рр.).

В середньому найбільш глибоке положення межі Н2S -зони характерне для літа, а найменш глибоке для весни. Просторові зміни її положення визначаються в основному системою квазістаціонарних течій і досягають 100 м. Залежність межі Н2S -зони від гідродинамічних умов мінімальна в центрах циклонічних коловоротів (халістаз) і максимальна уздовж осей конвергенції. Найближче до поверхні (70-90 м) вона спостерігається весною в зоні циклонічного коловороту в центрі моря. Влітку і восени, при наявності двох стаціонарних циклонічних коловоротів, межа сірководню в центрах хнаходиться на глибинах 95-110 м (рис. 4.17,4.18). На периферії коловоротів, в антициклонічних вихорах і над континентальним схилом в усі сезони відзначається заглиблення межі до 150-190 м.

Для східної частини Чорного моря характерним є більш глибоке положення межі Н2S -зони, ніж для західної. Ця закономірність характерна не тільки для середньобагаторічних даних, а й для середньорічних, однак, у межах сезонної мінливості, вона може порушуватися (табл. 4.12).

Ретроспективний аналіз поведінки межі Н2S -зони у Чорному морі на основі гідрохімічних спостережень розподілу Н2S ускладнений через низьку якість даних, недостатню кількість спостережень та нерівномірний розподіл станцій на акваторії і в часі. Тому на протязі всієї історії досліджень Чорного моря робилися спроби встановлення зв’язку між межею Н2S -зони і фізичними ізоповерхнями. Вирішення цієї проблеми також необхідне для виявлення основного фізичного фактору, що обумовлює проникнення сірководню до визначеної глибини, і для створення надійного

моніторингу положення межі сірководню з використанням фізичних характеристик. Застосування лінійного рівняння регресії, що пов’язує глибину залягання верхньої межі Н2S -зони з глибиною залягання ізопікни 16,20 (О.Х.Халіулін, 1999 р.) дозволило уточнити положення межі Н2S -зони в квадратах з малою забезпеченістю даними, а це дало змогу залучити до аналізу кліматичної мінливості межі Н2S -зони дані гідрохімічних та гідрологічних спостережень на 24,5 тис. станцій. На основі аналізу цих даних встановлено, що характер коливань середньорічних значень глибини залягання межі Н2S - зони й ізопікни 16,20 для всього моря і для окремих квадратів збігається. Зроблено висновок, що ці коливання відображають певний глобальний кліматичний процес, який не має постійного односпрямованого тренду і характеризується коливаннями з періодом, орієнтовно, майже 100 років.

Результати аналізу мінливості положення межі Н2S - зони вказують на те, що катастрофічного підйому сірководню до поверхні не відбувається. Разом з тим, вони не дозволяють категорично стверджувати про повну відсутність змін у положенні межі анаеробних вод за минулі 80 років з початку масових спостережень. Не слід також забувати про поки що односпрямовані нециклічні впливи на екосистему Чорного моря таких факторів, як: вилучення і сезонний перерозподіл річкового стоку; забруднення прибережних вод побутовими, індустріальними і сільськогосподарськими стоками; кліматичні зміни, пов’язані з глобальним потеплінням. Тому продовження моніторингу топографії межі Н2S -зони залишається одним із актуальних завдань у дослідженнях Чорного моря.

Джерела і баланс сірководню. Проблема джерел і стоків сірководню у Чорному морі виключно важлива у зв’язку з потребою прогнозування стану анаеробної зони. На сьогодні сформувалися три основні точки зору щодо механізму надходження Н2S у Чорне море:

  • утворення його в процесі бактеріальної сульфатредукції в морських водах, похованих у придонному шарі мулу;
  • у результаті сульфатредукції поблизу верхньої межі Н2S -зони та у товщі вод;
  • виділення Н2S з ювенільними водами або при субмаринному розвантаженні гідротерм на дні.

Усі вони мають право на існування, оскільки бактерії-сульфатредуценти виявлені як у мулові, так і у воді, а на дні моря існують гідротерми. Питання скоріше стоїть про ступінь вкладу кожного із цих процесів у баланс сірководню.

Найбільш надійні на сьогодні експериментальні оцінки сумарної продукції сірководню в осадах Н2S - зони Чорного моря дають величини в інтервалі 3.6-5.9*106 т/рік.

З огляду на те, що основним фізичним механізмом перерозподілу вільного сірководню в осадах є молекулярна дифузія, внесок Н2S підповерхневих осадів (глибше 5-10 см) у його вміст у придонній воді є незначним. На це ж вказує і його розподіл по вертикалі колонки (наявність негативного градієнту). Таким чином, при розгляді питань, пов'язаних із впливом осадів на вміст Н2S у воді, необхідно розглядати тільки поверхневий шар осадів.

Перерахування даних для поверхневих горизонтів 0-5 см чорноморських осадів дає щорічну продукцію Н2S — (1.6-3.1)*106 т, а з урахуванням того, що дифузний потік спрямований не тільки до поверхні осадів, а й у глибину, та враховуючи поховану в глибоководних осадах відновлену сірку, загальний потік Н2З з осадів у воду оцінюється в 1-3 млн.т/рік (Л.М.Неретін, 1996 р.).

Потоку сірководню із осадів у воду взагалі може не бути, якщо його концентрація в муловій воді є меншою, ніж у придонній. А саме таке положення характерне для центральних глибоководних районів Чорного моря. Не виключається також можливість окислювальних процесів на поверхні осадів анаеробної зони за участю тіонових бактерій. Тому проблема продукування і поведінки Н2S на межі вода-дно потребує подальшого детального дослідження.

Існуючі експериментальні оцінки продукції Н2S у водній товщі Чорного моря знаходяться в інтервалі (17-86) * 106 т/рік для усього моря або 55-277 г/м2 і складає в середньому 43 * 106 т/рік, що на порядок більше за величину потоку Н2S із донних осадів. Надійність цієї цифри не дуже велика, і можливі відхилення від неї за різними даними досягають 50%.

Неясним залишається питання про розподіл інтенсивності сульфатредукції. За деякими даними вона активно йде тільки у верхніх і нижніх шарах Н2S - зони, а за результатами вимірювань і численними визначеннями сульфат-хлорних коефіцієнтів - у всьому об’ємі анаеробних вод, але при постійній мінливості локалізації цього процесу. Причому мінливість є не тільки просторовою, але й часовою - дрібномасштабною і, особливо, міжсезонною тому що інтенсивність сульфатредукції очевидно залежить від величини первинної продукції, яка характеризується мозаїковим розподілом і сезонним ходом.

Інтенсивність сульфатредукції на вертикальному профілі максимальна поблизу межі Н2S -зони і в осадах, але основна кількість сірководню утворюється у воді між цими горизонтами. Відбувається це за рахунок величезної різниці в обсязі порівнюваних шарів. Так, у шарі 100-300 м вона складає близько 5-6% від загальної продукції у всій водній товщі (100-2200 м). Те ж саме для донних осадів: хоча швидкість сульфатредукції в осадах у 10-100 разів більша, ніж у воді, інтегральна продукція Н2S у водній товщі в 5-20 разів вища, ніж в осадах за рахунок значно більшої товщини водяного шару в порівнянні з осадовим, у якому протікає сульфатредукція. Більш того, оскільки на більшій частині площі басейну концентрація сірководню в муловій воді поверхневих осадів менша, ніж у придонній, то в цілому по морю осади не виділяють сірководень у воду а споживають його із води.

Процес окислення Н2S у Чорному морі, незважаючи на численні роботи, вивчений недостатньо. Очевидно, що окислення Н2S є практично єдиною видатковою статтею в його балансі, а основна маса сірководню окислюється безпосередньо на межі анаеробних вод. Однак механізм окислення Н2S неясний, і поки що незрозуміло, що виконує роль основного окислювача. Моделювання не відбиває природного ходу процесу в зв'язку із впливом на нього безлічі факторів. Тому для вирішення проблеми необхідне проведення експериментальних робіт іп зііи.

Статті витрат сірководню у водній товщі наведені в таблиці 4.13, з якої видно, що середня величина витрат Н2S в 1,7 раз більша, ніж середня продукція. Однак, вважається, що з урахуванням 50-відсоткової невизначеності в розрахунках, можна констатувати цілком задовільну сходимість балансу.

Основними складовими балансу Н2S у морі є його утворення у всій водній товщі і окислення біля верхньої межі Н2S -зони, які оцінюються відповідно (43±50%)*106 і (75±50%)*106.

Процесиокислення і сульфатредукції разом з динамікою вод є основними факторами, що контролюють положення межі Н2S -зони у Чорному морі.

Інтегральна оцінка якості морського середовища. Інтегральна оцінка якості поверхневих вод і донних відкладень основних регіонів Чорного та Азовського морів була виконана на основі експериментальної методики використання класифікації якості води і донних відкладень (Проект ТАСІС “Цілі та стандарти якості навколишнього середовища для захисту екосистеми Чорного моря”, Одеса, 1999 р.)

Набір пріоритетних речовин для аналізу якості поверхневих вод загальної морської екосистеми включає: фізико-хімічні параметри, які безпосередньо впливають на здоров'я водних організмів і є показовими для якості води в цілому; біогенні речовини, що також є пріоритетними, оскільки значне збільшення їхньої концентрації викликає евтрофікацію екосистеми і всі пов'язані з нею проблеми.

Аналіз якості поверхневих вод і донних відкладень проводився за результатами спостережень НДС УкрНЦЕМ за 1999 і 2000 рр.