Какие общие географо-экологические особенности Чёрного моря обуславливают наличие сероводорода в его глубинных водах?
К числу общих географо-экологических особенностей Чёрного моря, которые обуславливают наличие сероводорода в его глубинных водах, можно отнести:
А. Наличие устойчивого вертикального разделения вод по солёности (галоклин) и плотности (пикноклин), которое не нарушается даже в зимние месяцы и препятствует активному перемешиванию поверхностных и глубинных вод.
Б. Большую величину отношения площади водосборной поверхности к площади зеркала для Чёрного моря, составляющую 4,4, что на порядок больше, чем в среднем для океана (0,4).
В. Первостепенное значение бактериальных процессов в формировании современного экологического режима Чёрного моря, в частности, широкое распространение процессов бактериальной сульфатредукции, приводящих к образованию сероводорода, которыми охвачена большая часть (около 80%) его водной толщи и донных осадков, находящаяся в пределах анаэробной зоны.
Вертикальное разделение вод Чёрного моря на менее солёные (и, следовательно, менее плотные) поверхностные воды, которые «опираются» на более солёные и плотные глубинные воды, объясняется следующими особенностями (рис. 7.1):
1) постоянным поступлением пресных и малосолёных вод (570 км 3 ), которое намного превышает величину испарения с поверхности моря (360 км 3 );
2) наличием системы узких и мелководных проливов, соединяющих Чёрное море с Атлантическим океаном, препятствующих активному водообмену между ними.
Рис. 7.1. Особенности гидрологического режима Чёрного моря.
Избыток поступающей в Чёрное море пресной воды сбрасывается верхним течением (до 40 м) через Босфор, а нижним течением через Босфор в Чёрное море поступают высокосолёные «тяжёлые» воды, которые заполняют его глубинные слои. В результате этих процессов поддерживается устойчивое разделение вод по солёности: поверхностные воды с меньшей солёностью постоянно разбавляются пресными водами, а глубинные воды пополняются высокосолёными водами Мраморного моря.
Перемешивание вод в результате действия ветра и волн, а также атмосферных осадков и течений ограничивается несколькими десятками метров и не может кардинально изменить ситуацию. В тёплые сезоны года разделение на два слоя – поверхностных (более тёплых и менее плотных) и глубинных (более холодных и плотных) вод, так называемый термоклин, характерно для многих морей. Обычно охлаждение поверхностного слоя вод с наступлением холодного времени года приводит к тому, что их плотность постепенно возрастает. Более холодные и плотные поверхностные воды опускаются ко дну, вытесняя глубинные воды. Происходит так называемое термальное перемешивание.
Для объяснения отсутствия термального перемешивания вод в Чёрном море нами поставлен лабораторный эксперимент (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Модели галоклина, термоклина и термального перемешивания вод.
| П И К Н О К Л И Н | НЕТ ПИКНОКЛИНА | |
| 1%0 | 25 0 С | |
| 20%0 | 10 0 С | |
| ГАЛОКЛИН | ТЕРМОКЛИН | КОНТРОЛЬ |
После добавления льда:
Описание результатов лабораторного эксперимента (вариант)
Результаты лабораторного эксперимента показывают (рис. 7.2), что разделение двух слоёв жидкости, имеющих разную солёность (№ 1 – галоклин) и температуру (№ 2 – термоклин), а, следовательно, и разную плотность (пикноклин) сохраняется длительное время. При добавлении кубика льда (№ 2а) вода верхнего слоя начинает быстро охлаждаться и плотность её возрастает. Более плотная вода опускается на дно цилиндра, вытесняя воду с меньшей плотностью – наблюдается т. н. термальное перемешивание вод.
В эксперименте термальное перемешивание вод отмечено только для модели термоклина (№ 2а). В модели галоклина (№ 1а) термальное перемешивание вод за время эксперимента не наблюдалось. В этом случае, очевидно, даже охлаждённые поверхностные воды имеют меньшую плотность, чем вода нижнего слоя с большей солёностью.
Таким образом, наличие постоянного галоклина резко ограничивает возможность перемешивания поверхностных и глубинных слоёв вод в Чёрном море. Растворённый кислород может поступать в глубокие слои только в результате процессов диффузии. Хотя (по сравнению с перемешиванием) процессы диффузии протекают медленно, со временем во всей толще вод моря должна была бы установиться высокая равновесная концентрация растворенного кислорода. Но этого не происходит, так как кислород активно расходуется:
а) на процессы аэробного дыхания в кислородной зоне по схеме:
б) на процессы хемосинтеза в переходной зоне, например, по схеме:
В результате поступление О2 в глубинные слои резко снижается. Органическое вещество, попадая в глубокие, лишённые кислорода слои, служит пищей различным анаэробным бактериям, например, разлагается путем бактериальной сульфатредукции (одна из форм «анаэробного дыхания») по схеме:
Образующийся при этом сероводород заражает бескислородные воды. Для протекания процессов бактериальной сульфатредукции нужны, по крайней мере, три условия:
1) недостаток свободного кислорода (О2);
2) наличие органической пищи для сульфатредуцирующих бактерий;
3) наличие сульфатов (SО4 2- )
Причины возникновения анаэробных условий в глубинных водах, связанные с активным расходованием О2, рассмотрены ранее.
Сульфаты – один из главных анионов морской воды, поэтому протекание процессов бактериальной сульфатредукции возможно во всей толще бескислородных вод, вплоть до максимальных глубин (> 2000 м).
Органическое вещество (СН2О), используемое сульфатредуцирующими бактериями после его отмирания (детрит – «мёртвое» органическое вещество), образуется в процессе фотосинтеза (в освещенной зоне) и хемосинтеза, а также поступает с огромной водосборной площади Чёрного моря со стекающими водами.
Во всех «нормальных» морях и океанах основная масса органического вещества образуется в поверхностных водах (куда проникает достаточное количество света) в результате фотосинтеза. Детрит, образующийся в результате отмирания фито- и зоопланктона, а также других организмов и их прижизненных выделений, медленно оседает в толще воды под действием силы тяжести. Условно считается, что для полного разложения оседающего детрита достаточно глубины в 400 – 500 м. Именно на такой глубине ещё встречается органическое вещество в донных осадках.
На больших глубинах органика в составе донных осадков практически отсутствует. Это, конечно, не относится к крупным водным животным – китам, акулам и пр. Туши погибших китов способны достичь дна в самых глубоких районах Мирового океана. Тонны органической пищи, случайно попавшей в «пустынные» районы, привлекают на пир, продолжающийся многие годы, тысячи и тысячи самых невероятных обитателей морских глубин.
В Чёрном море в анаэробных условиях глубинных вод разложение детрита резко замедляется. Поэтому органические осадки накапливаются даже на максимальных глубинах, где служат пищей исключительно анаэробным бактериям.
Можно сказать, что аномально высокое отношение площади водосборной поверхности к площади зеркала Чёрного моря (= 4,4) косвенно влияет на его сероводородное заражение двумя путями:
1) большой сток пресных вод в море поддерживает существование галоклина;
2) избыточное поступление биофильных элементов и непосредственно органических веществ (эвтрофизация) даёт пищу сульфатредуцирующим бактериям.
Дело в том, что во всех эвтрофных водоёмах образуемая «своими» продуцентами и привносимая извне органика не может полностью использоваться аэробными гетеротрофами – не хватает кислорода (точнее, кислород поступает медленнее, чем он расходуется на окисление органики). Накопление в таких водоёмах неразложившегося органического вещества вызывает целый ряд негативных последствий: от образования губительных для аэробных организмов восстановленных соединений (Н2S, NН3 и других продуктов «анаэробного дыхания») до заполнения чаши водоёма полуразложившимися органическими остатками, что характерно для небольших эвтрофных озёр. Во многих случаях экосистемы олиготрофных водоёмов оказываются более стабильными, устойчивыми по сравнению с эвтрофными.
Источник
Черное море
Черное море — самое теплое среди морей, омывающих берега нашей Родины. В древней Греции его называли Понт Эвксинский, что значит гостеприимное море. По площади оно почти равно Балтийскому, но резко отличается по объему и глубинам. Связь Черного моря с океаном осуществляется через систему внутренних морей (Мраморное, Эгейское, Средиземное) и проливов (Босфор, Дарданеллы, Гибралтар).
Наибольшая протяженность акватории Черного моря с запада на восток достигает 1130 км, максимальная ширина (с севера на юг) — 611 км, минимальная — всего 263 км.
Черное море лежит в глубокой тектонической впадине с корой океанического типа и кайнозойским осадочным чехлом. Максимальная глубина моря достигает 2210 м. Впадину оконтуривает материковый склон, который в ряде мест (особенно у Кавказского побережья) сильно расчленен подводными каньонами.
Шельф наиболее развит в северо-западной части моря, у берегов Украины. Береговая линия моря слабо расчленена. Географическое положение моря и относительно малая площадь водного зеркала определяют на всей его акватории однотипный климат, близкий к средиземноморскому, с теплой влажной зимой и относительно сухим летом.
Однако орография прибрежных территорий вызывает некоторые различия в климате отдельных участков моря, в частности увеличение осадков над восточной частью в связи с влиянием горного барьера Кавказа. В зимнее время синоптическая обстановка обусловливает преобладание почти над всей акваторией моря северо-восточных ветров со средней скоростью 7-8 м/с.
Развитие сильных (более 10 м/с) и особенно штормовых ветров связано с прохождением над морем циклонов. Средняя температура воздуха зимой понижается от открытого моря к берегам. В северо-восточной части, близ берегов России, она приближается к 0°С, на северо-западе составляет -2°С, а на юго-востоке + 4…+ 5°С.
Летом над морем преобладают северо-западные ветры. Их средняя скорость составляет 3-5 м/с, уменьшаясь с запада на восток. Сильные, особенно штормовые, ветры летом наблюдаются редко и также связаны с прохождением циклонов. Средняя температура воздуха в августе изменяется от + 22°С на северо-западе до 24-25°С на востоке моря.
Многочисленные реки, впадающие в Черное море, ежегодно приносят в него 346 км² пресной воды. Наибольший сток дает Дунай (201 км²/год). Все реки северо-западной части сбрасывают в морю 270 км²/год пресных вод, т.е. почти 80% суммарного стока, тогда как реки Кавказского побережья приносят всего 43 км². Наибольший сток приходится на весну, наименьший наблюдается осенью.
На поверхности моря вдоль берегов существует циклоническое течение. В центральной части моря прослеживаются два кольца циклонических течений: одно — в западной, другое — в восточной части моря. Вдоль российских берегов течение несет воду с юга. Через проливы происходит водообмен с соседними морями. Через Босфор поверхностное течение выносит черноморскую воду, а глубинное течение поставляет в Черное море более соленую и тяжелую воду из Мраморного моря.
Соленость черноморских вод в центральной части составляет 17-18‰, а с глубиной увеличивается до 22,5‰. Близ устьев крупных рек она понижается до 5-10‰.
Черное море весьма своеобразно по распределению в водной толще растворенных газов. Насыщен кислородом и потому благоприятен для жизни здесь только верхний слой до глубин 170-180 м.
Источник