Девять десятых объёма Чёрного моря насыщены растворённым сероводородом. Такой мощной бескислородной зоны нет ни в одном другом водоёме планеты. В верхних слоях вода довольно прозрачна и богата жизнью, а ниже 150–200 метров начинается царство токсичного газа, где выживают лишь отдельные бактерии. Этот феномен сформировался благодаря уникальному сочетанию геологии, гидрологии и биологических процессов и до сих пор оставляет пространство для научных споров.
Откуда взялся сероводород на глубине
Главный источник сероводорода – деятельность сульфатредуцирующих бактерий, перерабатывающих растворённые в воде сульфаты. Реки, прежде всего Дунай, Днепр, Дон, Днестр, вносят огромные объёмы сульфатов, а также органических веществ. В тёплые сезоны фитопланктон активно поглощает питательные соли, а отмершие клетки опускаются на глубину. Там, в условиях полного отсутствия кислорода, бактерии-сульфатредукторы разлагают органику, используя сульфат как акцептор электронов, и выделяют сероводород. Параллельно работают метаногены и сероокисляющие микроорганизмы, создающие сложный цикл серы. Уникальность Чёрного моря заключается в том, что вертикальное перемешивание водных масс крайне ограничено, поэтому продукты распада накапливаются тысячелетиями, не имея выхода в верхние слои.
Мощность поступления органики зависит от климатических колебаний и антропогенного стока. За последние 50 лет объём речных сульфатов вырос примерно на 15%, что ускорило образование сероводорода. В то же время глубинные тектонические разломы, особенно вдоль Анатолийского побережья, добавляют эндогенный сероводород через гидротермальные источники. Этот вклад относительно невелик, однако отдельные выбросы из разломов могут локально повышать концентрацию газа. Такое сочетание биогенного и абиогенного путей делает картину гораздо пёстрее, чем обычная модель “речного удушения”.
Почему море лишено кислорода
Решающую роль играет стратификация вод – резкое расслоение на более лёгкий верхний слой с низкой солёностью и более плотный глубинный слой со средиземноморской водой. Граница раздела называется хемоклином, или постоянным галоклином. Она залегает на глубине 100–180 метров и настолько устойчива, что вертикальный турбулентный обмен между слоями почти отсутствует. Кислород с поверхности просто не доходит до придонных масс, тогда как сероводород с глубины не проникает в верхний слой. В результате 87% объёма Чёрного моря находятся в аноксичном состоянии непрерывно как минимум последние 7–8 тысяч лет, с тех пор как сформировался современный гидрологический режим после прорыва Босфора.
Дополнительным стабилизатором выступает термоклин, усиливающий плотностной скачок в тёплое время года. Каждую весну прогретое поверхностное ветровое перемешивание не проникает ниже 25–30 метров, оставляя холодные промежуточные воды изолированными. Зимние штормы иногда заглубляют зону перемешивания до 60–80 метров, но хемоклин остаётся незыблемым. Благодаря такому устройству Чёрное море никогда не “дышит” полностью; только узкая поверхностная оболочка толщиной около 100 метров получает кислород из атмосферы и благодаря фотосинтезу водорослей. Глубже царит “мёртвая зона”.
Жизнь на краю отравы
Хотя сероводород чрезвычайно токсичен для большинства организмов, существование жизни в верхней части бескислородной зоны не прекращается. Бактериальные маты на основе сероокисляющих бактерий рода Beggiatoa и Thioploca образуют своеобразный “живой фильтр” на границе хемоклина. Они окисляют сероводород до сульфата, получая энергию для хемосинтеза. Плотность таких матов достигает нескольких килограммов биомассы на квадратный метр, и они фактически сдерживают проникновение сероводорода в верхние слои. Этот слой работает как биогеохимический барьер, который при благоприятных условиях нейтрализует значительную часть газа, поднимающегося диффузией.
Выше, в субкислородной зоне, обитают специализированные веслоногие рачки, коловратки и некоторые медузы, способные выдерживать низкое содержание кислорода (менее 0,5 мг/л). Их популяции формируют основу корма для рыб, которые держатся в зоне кислородного минимума. Характерно, что летом, когда верхний слой прогревается и планктон активно потребляет кислород, субкислородная граница поднимается, заставляя рыбу мигрировать ближе к поверхности или вдоль побережья. Эта вертикальная динамика определяет рыболовные сезоны и численность таких видов, как хамса, шпрот и ставрида. Следовательно, сероводородная угроза влияет непосредственно на экономику причерноморских стран.
К основным потребителям сероводорода в толще воды относятся:
- сероокисляющие бактерии рода Beggiatoa, строящие нитчатые колонии на границе хемоклина;
- пурпурные серобактерии, осуществляющие аноксигенный фотосинтез и поглощающие сероводород в верхней части бескислородной зоны;
- зелёные серобактерии, использующие сероводород для восстановления углекислоты в условиях слабого освещения;
- хемолитотрофные археи, окисляющие серу и продуцирующие сульфатные соединения;
- метанокисляющие бактерии из рода Methylobacter, связывающие метан с серой и образующие сероводород или элементарную серу;
- простейшие, способные к фагоцитозу бактерий и регуляции численности микрофлоры;
- нитчатые цианобактерии родов Phormidium и Oscillatoria, в сумеречной зоне способные переключаться с фотосинтеза на окисление серы.
Сколько токсичного газа скрывает море
По данным Института биологии южных морей, общий объём воды, насыщенной сероводородом, составляет около 555 тысяч кубических километров. Средняя концентрация сероводорода растёт от следовых значений на глубине 150 метров до 9–12 мг/л ниже 2000 метров. Общая масса растворённого сероводорода оценивается в 4,5–5,5 млрд тонн, хотя точные цифры пересчитываются едва ли не каждые пять лет, поскольку граница хемоклина медленно движется. Наибольшие запасы сосредоточены в центральной впадине, где глубины превышают 2200 метров, а также в приглубых котловинах у южного берега Крыма и турецкого побережья. В западной, мелководной части объёмы сероводорода меньше, однако там газоносный слой расположен ближе к поверхности, что повышает риски.
Ниже приведены усреднённые данные измерений в центральной части моря за последние три года, полученные во время экспедиций научно-исследовательского судна “Мария С. Мериан”. Они наглядно демонстрируют, как меняются показатели с глубиной.
Усреднённые показатели глубинной воды центральной впадины Чёрного моря (2021–2024)
| Глубина, м | Температура, °C | Солёность, ‰ | Растворённый кислород, мг/л | Сероводород, мг/л |
|---|---|---|---|---|
| 50 | 8,7 | 18,1 | 8,4 | 0,0 |
| 100 | 7,9 | 20,2 | 0,7 | 0,0 |
| 150 | 8,2 | 21,5 | <0,2 | 0,3 |
| 200 | 8,4 | 22,0 | 0,0 | 0,8 |
| 500 | 8,5 | 22,3 | 0,0 | 3,7 |
| 1000 | 8,6 | 22,5 | 0,0 | 7,9 |
| 2000 | 8,8 | 22,8 | 0,0 | 11,4 |
Увеличение концентрации сероводорода происходит неравномерно: быстрее всего – в интервале 200–800 метров, где активно разлагается осадочный органический материал. Глубже скорость прироста падает, но общий фон остаётся чрезвычайно высоким. Лабораторные модельные расчёты показывают, что газонасыщение может расти на 0,5–1,0% в год, если речная нагрузка биогенами сохранится на нынешнем уровне.
Что случится, если газ поднимется
Катастрофический выброс сероводорода в фотосинтетический слой мог бы привести к массовой гибели рыбы, деградации планктонных сообществ и отравлению атмосферы в прибрежной полосе. Подобные сценарии рассматривают преимущественно в связи с сильным землетрясением, способным разрушить стратификацию, или из-за резкого подъёма хемоклина вследствие климатических изменений. Моделирование на суперкомпьютерах указывает, что для прорыва слоя требуется колоссальный импульс перемешивания, гораздо мощнее тех, что фиксируются сегодня. Даже в самом худшем варианте, когда граница поднимется до 70–80 метров, поверхностные воды останутся безопасными, хотя субкислородная зона расширится и вытеснит рыбные косяки к берегам.
Более реальной опасностью считают медленное, но устойчивое повышение уровня хемоклина, фиксируемое последние 30–40 лет. По данным гидрографических съёмок, верхняя граница бескислородной зоны поднялась на 20–25 метров на северо-западном шельфе. Это связано с эвтрофикацией прибрежных вод, ростом температуры поверхности и уменьшением зимнего перемешивания. Если тенденция сохранится, к концу столетия токсичный слой может приблизиться к местам нереста основных промысловых рыб, что вызовет снижение уловов и изменение структуры морских пищевых сетей. Некоторые многолетние исследования уже засвидетельствовали смещение нерестовых ареалов шпрота к более мелководным участкам вдоль кавказского побережья.
В северо-западной части моря, возле устья Днепра, граница сероводородного заражения проходит всего на 90–110 метрах от поверхности, тогда как в центральной котловине она стабильно держится на 150–170 метрах.
Как наука следит за сероводородом
Мониторинг сероводородного слоя осуществляют через регулярные океанографические станции, дрейфующие буи-профилировщики, доплеровские профилемеры и глубоководные спектрофотометры. В Чёрном море, начиная с 1990-х, действует программа повторяемых гидрологических разрезов, фиксирующая вертикальные профили кислорода, сероводорода, температуры и солёности. Данные поступают в международные банки SeaDataNet и Copernicus Marine. На основе этих измерений строятся трёхмерные модели циркуляции, позволяющие предсказывать сезонные колебания хемоклина.
Особую ценность представляют подводные аппараты с дистанционным управлением, способные отбирать пробы воды без нарушения микрогоризонтов. Во время экспедиций они фиксируют тонкую слоистую структуру – так называемые “сероводородные линзы”, где концентрация газа в десятки раз превышает фоновую. Причиной появления линз могут быть выходы метана из газогидратов, сопровождающиеся всплеском активности метанокисляющих бактерий. Лабораторные эксперименты с культурами местных сульфатредукторов уточняют скорость генерации сероводорода и чувствительность процесса к изменению температуры и кислотности. Последние отчёты указывают на то, что даже незначительное снижение рН на 0,1 единицы способно ускорить сульфатредукцию на 3–4%, что придаёт новые краски прогнозам при будущем окислении океана.
Таким образом, сероводородная толща Чёрного моря остаётся одновременно источником риска и уникальным природным объектом, не имеющим аналогов. Её существование определяется балансом между биогенным продуцированием, гидрофизической изоляцией и активностью микроорганизмов. И хотя катастрофический прорыв газа маловероятен, постепенное поднятие бескислородной зоны уже трансформирует экосистему верхних слоёв и требует непрерывного научного сопровождения. Понимание тонких механизмов, управляющих этой системой, позволяет обоснованно оценивать риски для рыболовства и прибрежной инфраструктуры, а также открывает окно в геологическое прошлое планеты.
Об авторе
