Ольга Иванова. Лисички взяли спички: взорвется ли Черное море?

Черное море / ©Getty images

«Показать вам ближайшее место, где выходит метан? Вот в этой бухте», — научный руководитель ФИЦ ФГБУН Института биологии южных морей (Севастополь), доктор биологических наук, академик РАН и автор книги «Метановые сипы в Черном море: средообразующая и экологическая роль» Виктор Егоров подводит меня к окну своего кабинета. Прямо у основания здания ИнБЮМ плещется вода.

В Черном море есть не только вода, но и растворенные в воде сероводород и метан, о котором мало кто помнит, ведь первый, в силу своей токсичности, куда интереснее для скандалов, интриг и расследований. Не говоря уже о том, что таких запасов сероводорода, как в Черном море, нет ни в одном водоеме Земли. Впрочем, в более скромных масштабах кое-где он встречается. Например, во впадине Гданьская в Балтийском море или в озерах на Кольском полуострове. Существуют и антропогенные зоны заражения, в том числе в самом Черном море — в северо-западной его части.

Лисички взяли спички: взорвется ли Черное море

Вид из окна ИнБЮМ на бухту, откуда выходит метан / ©Ольга Иванова

Или на Атлантическом шельфе сороковых-пятидесятых широт Аргентины, где в свое время добывали столько рыбы нототении, что она кормила весь СССР. Тушки перерабатывали на муку, а головы выбрасывали в океан. Течения сносили их в ямы, где со временем и образовался сероводород. Но так ли страшен «тухлый» газ, как его малюют? Если он находится на морском дне, то нет. Гораздо опаснее в этом смысле метан, если его «потревожить».

Метановая сила

СН4 есть во всех морях и океанах нашей планеты. Существуют две гипотезы его происхождения: геологическая — термогенный метан, а также биологическая — метан, как болотный газ, образующийся при участии бактерий. Молярная масса термогенного метана повыше, чем у биологического, — в состав биогенного метана входят более легкие изотопы углерода. Этим они и отличаются. А еще тем, что геологический газ можно добывать, а биогенный — пока экономически нецелесообразно. Это связано с тем, что биогенный газ в донных осадках имеет меньшую удельную концентрацию — его попросту мало.

«Множественные попытки в разных странах показали, что производственные затраты по добыче биогенного метана слишком высоки. При изучении черноморского метана (его выходы по большей части расположены в северо-западной части моря) оказалось, что он почти полностью биогенного происхождения. В то же время морские геологи говорят, что запасов подобного метана так много просто быть не может», — говорит Виктор Николаевич.

Карбонатные постройки, которые образуют микроорганизмы, питающиеся метаном и сероводородом / ©Ольга Иванова

Тем не менее на дне Черного моря есть метановые гидраты, которых хватит, чтобы на две тысячи лет обеспечить газом весь Крым. Это еще что: во всех океанах планеты метана столько, что, умей мы его добывать, его хватило на шесть тысяч лет (!) для бытовых нужд мира (при нынешнем уровне потребления, разумеется). Кстати, об умении — как раз его ученым пока не хватает.

Активно над этой проблемой трудятся в США, Мексике, Японии и Индии, но разработки, как правило, засекречены. Чтобы добывать, например, газовые гидраты, нужно, как оказалось, нарушить их стабильность. Это делают при помощи бурения так называемых нагнетательных и газоотводящих скважин, применении технологии гидроразрыва пластов и закачки в них термальной воды. И здесь существует реальная и очень серьезная опасность.

«Если мы потревожили газовые гидраты так, что они создали эффект разрушения смежных структур, вот тогда может возникнуть «цепная реакция» и Черное море взорвется, — продолжает Егоров. — Поэтому вопрос о безопасной добыче открыт».

Граница сероводородной зоны / ©Предоставлено Виктором Егоровым

Помимо газовых гидратов, источники метана в Черном море — так называемые холодные сипы и места, где газ просто выходит изо дна.

«В научной литературе есть сведения, что в районе палеорусла реки Днепр, на глубине трех километров толщи дна, обитают ранее неизвестные формы археобактерий, которые могут перерабатывать метан внутри Земли, — говорит академик. — И, возможно, он выходит в море уже в виде биогенного газа, хотя источник его может быть термогенным (это означает возможность его добычи, так как такой газ может иметь бóльшие концентрации, чем биогенный. — Прим. ред.). Но чтобы знать наверняка, нужно выполнить большой комплекс геологических, биохимических и сейсмических исследований».

От метана, впрочем, уже есть очевидная польза — экологическая. В той зоне, где он выходит со дна, на глубинах сероводородного заражения, возникли микроорганизмы-экстремофилы. Они образуют карбонатные постройки размером до четырех метров. Бактерии открыли в 1989 году и выяснили, что они питаются не только метаном, но и пресловутым сероводородом — главной «страшилкой» черноморских курортников.

Тысяча и одна гипотеза

Существует всего два предположения по поводу того, откуда в Черном море появилось такое большое количество «боевого отравляющего вещества». Согласно первому, сероводород проистекает из геологических разломов и идет со дна. Согласно второму, он имеет биогенное происхождение. В пользу второй гипотезы косвенно свидетельствует так называемая теория черноморского потопа.

В свое время Черное море было пресноводным озером — остатком океана Тетис. То есть около восьми тысяч лет назад часть современного водоема была сушей, а берег находился более чем на сто метров ниже, чем сегодня. Об этом свидетельствуют буровые изыскания, а гидробиологические — о том, что вода в будущем Черном море была пресной. Под древним дном моря обнаруживали раковины пресноводных организмов, которые живут вблизи берегов (например, речная дрейссена — распространенный двустворчатый моллюск).

Речной моллюск дрейссена / ©Getty images

С их помощью, кстати, и удалось воссоздать очертания существовавшего на этом месте озера. Еще один аргумент в пользу пресноводности —данные геологов, которые исследовали так называемую поровую воду, сохранившуюся в глубинных донных слоях. И эта вода пресная. Отчетливо видны на дне моря и палеорусла впадающих в него рек: Дона, Дуная, Днестра и Днепра.

Поэтому то, что на месте Черного моря раньше было «речное» озеро, — факт, а дальше начинаются сплошные загадки. Почему пресноводное озеро вдруг стало соленым морем? Этот вопрос запутан не меньше, чем квантовые состояния. Согласно одной гипотезе, между семью и восемью тысячами лет назад за счет таяния ледников уровень океана поднялся и вода достигла черноморского порога в районе Босфорского пролива. Возможно, этому способствовало и крупное землетрясение.

«Дамбу» на месте Босфора прорвало, вода хлынула в озеро мощным потоком в объеме 50 кубических километров в день, то есть по силе равным примерно 200 ниагарским водопадам. Уровень моря поднимался на 15 сантиметров ежедневно. Для сравнения: самая полноводная река мира — Амазонка — приносит в океан всего 20 кубических километров в день. То есть через узкий Босфорский пролив в Черное море в сутки выливались две с половиной Амазонки.

Предполагаемые очертания пресноводного озера, которое находилось на месте современного Черного моря / ©Getty images

Когда соленая вода хлынула в пресную, все или почти все животные, обитающие в озере, погибли. Их останки стали оседать на дно — так и образовался обширный сероводородный слой, подъем которого прекратился около 2,5 тысячи лет назад (с тех пор сероводородная зона в Черном море остается стабильной). Причина проста: процесс поступления Н2S уравновесился процессом окисления кислородом, присутствующим в воде (а еще потому что на границе сероводородной зоны живут бактерии, которые питаются этим ядовитым газом).

Между тем другие данные свидетельствуют: биомассы экс-озера было недостаточно, чтобы создать на дне столь обширную зону сероводородного заражения. На это же указывает тот факт, что в водоемах, которые тогда существовали на месте современного Черного моря, тоже возникали сероводородные заражения, но, возможно, более мелкого масштаба. Однако и на дне, согласно другим оценкам геофизиков, такого количества источников Н2S просто нет.

Вывод из запутанных научных данных только один: точного понимания того, откуда в Черном море, собственно, взялся сероводород, нет. Пока принято считать, что за это в первую очередь несут ответственность отмершие пресноводные организмы, а во вторую — так называемая разгрузка дна (выход газа) в результате геологических процессов.

А был ли Ной?

Главными адептами теории черноморского потопа считаются американские геологи — Уильям Райан и Уолтер Питмен из Колумбийского университета. В конце 1990-х они опубликовали книгу с громким названием «Ноев потоп». Хотя о том, что Черное море образовалось в результате затопления, говорил еще Плиний Младший, а в 1979 году — болгарский геолог Петко Димитров.

Если потоп был, то, может, библейский сказ о Ное имеет реальные исторические корни? Это выглядит логично, ведь Черное море находится недалеко от эпицентров древних цивилизаций, да и до горы Арарат (к ней библейский Ной имел прямое отношение) тут, можно сказать, рукой подать. Против этого есть несколько возражений. Первое — что черноморский потоп случился около 7,5 тысячи лет назад, а самые древние тексты о Ное относят к четвертому тысячелетию до нашей эры.

Есть и более весомый аргумент: при раскопках городов Двуречья находят слои осадочных пород, которые, безусловно, нанесены наводнениями, случавшимися гораздо позже – в историческую эпоху. То же касается древних черноморских поселений (например, города Акра), затопленных водой: значит, сильные наводнения случались и в исторический период.

Метановые сипы в Черном море / ©Ольга Иванова

Кроме того, легенды о потопе есть у многих народов: в Индии, Китае, Центральной Америке и даже у австралийских аборигенов. Правда, существует мнение, что эти мифы, вероятно, связаны не с локальными наводнениями, а все-таки с эпохой экстремальных затоплений, которые накрыли Землю в конце последнего ледникового периода. Так что легенда о Ноевом потопе могла в самом деле иметь под собой конкретные исторические обоснования.

Кстати, библейский текст почти не отличается по сути от шумерских преданий, в которых тоже фигурирует близкая к Черному морю гора Арарат. Похожи эти сказания и на Девкалионов потоп из древнегреческой мифологии. Но действительно ли Черное море было источником наводнения?

Не факт. Возможно, большую роль в этом сыграл его сосед — Каспий, уровень которого несколько тысяч лет назад тоже поднялся на 45 метров. Есть мнение, что именно этот пресноводный водоем будто бы сбрасывал свои воды в Черное море. Правда, при таком раскладе непонятно происхождение соленой воды в последнем. То есть легенду о Ноевом потопе тоже нельзя напрямую связать с расширением границ Черного моря.

Когда горело море

Вернемся к сероводороду. Известно, что во время знаменитого ялтинского землетрясения в 1927 году — одного из самых крупных за последний век — море и правда горело. Главным виновником этого многие считают как раз сероводород.

«Черное море горело в районе мыса Тарханкут, — рассказывает Виктор Егоров. — Горел газ над морем. Сероводород же находится глубже. Поэтому даже геологи говорят, что горел не он, а метан, который выделяется при геологических катаклизмах. Интенсивная разгрузка метана произошла как раз в 1927 году. Интересно и то, что, работая в районе реки Очамчири в Грузии (город Очамчира — территория современной Абхазии. — Прим. ред.), мы в свое время с удивлением узнали, что у них при землетрясениях тоже в этом месте всегда горит море. Поэтому этот район прозвали в народе «Очамчирский бог», который якобы посылает людям предупреждение: как только там загорелась вода — жди землетрясения».

И группа ученых, в которую входил собеседник Naked Science, обнаружила источник этих «предсказаний». Он находится на глубине 350 метров — очень обширная разгрузка (выход) метана. Это еще раз доказывает: горел именно он. Сероводород просто не может подняться на поверхность. Этому способствует, во-первых, кислород в поверхностных водах (который сразу окислит H2S и тот станет безвредным), а во-вторых, три слоя бактерий, которые питаются сероводородом и тем самым стабилизируют его верхнюю границу.

Главный аргумент в пользу того, что горит именно сероводород, — пресловутый запах тухлых яиц. Но этот запах имеет не только H2S, но и водные растворы тиосульфидов — продуктов окисления сероводорода. К тому же многие забывают, что возгорание «боевого» газа происходит при очень высокой температуре среды — от 200 более чем до 300 градусов Цельсия, а взрывоопасные смеси образует лишь при концентрации его в воздухе от 4,5 до 45 процентов. И да, его содержание в воздухе всего в 0,1 процента уже приводит к тяжелым отравлениям, данных о которых нет.

Десятого января ученые ИнБЮМ сообщили об итогах многолетних исследований глубин Черного моря. И они радуют: на границах сероводородной и кислородной зон — на глубине 150-160 метров — обнаружили огромные запасы различных многоклеточных организмов, в том числе большое количество рыбы. В слое толщиной три метра, к примеру, обнаружена массы кильки, которой там почти как в консервной банке — рыбка к рыбке. Поддержание жизни в этой зоне стало возможным благодаря бактериям, питающимся сероводородом. Хотя виды рыб, плавающие на таких глубинах, мельче по размеру, чем поверхностные, — это новый промысловый район, который требует освоения.

«Тема повышения сероводородной зоны (то есть когда сероводород подходит ближе к поверхности воды, отчего он и может проникнуть в верхние ее слои или даже в воздух. — Прим. ред.) — вопрос больше политический, чем научный, — объясняет Егоров. — Многие маститые ученые были замешаны в этой игре. Но их прогнозы не подтвердились. По современным представлениям, сероводород не взорвется, потому что просто не поднимется».

Даже в результате землетрясения. Кстати, о последнем. Как таковой точной статистики о частоте землетрясений на самом деле нет. Считается, что со времен IV века до нашей эры в Крыму случилось 77 крупных землетрясения. Понятно, что о подавляющем большинстве реально произошедших толчков попросту ничего не известно. Но в целом землетрясения слишком непредсказуемы и несистематичны, чтобы говорить о достоверной статистике.

Дайте яду!

Сероводород, как известно, может служить источником энергии и товарной серы. И Черное море — одно из крупнейших мировых месторождений H2S. Общее количество запасов вещества оценивается в 28-63 миллиарда тонн. Неудивительно, что о его добыче давно задумываются.

«Все способы сводятся к двум путям, — продолжает ученый. — Сероводород либо поднимается наверх, либо путем каких-то химических реакций обрабатывается внутри. Первый вариант опасен, так как в этом случае поверхностные воды района добычи становятся фактически зоной действия боевых отравляющих веществ. Так что второй способ гораздо предпочтительнее. Но здесь есть другая проблема: максимальное количество сероводорода находится на глубине двух километров. Попробуйте-ка опустить реактор на такую глубину — это очень непростое дело».

Геохимики предлагали сделать так называемый газлифт: опустить трубу вниз, и за счет разницы давлений газ пойдет вверх без затраты энергии. Но с учетом физики процесса диаметр такой трубы должен быть не меньше двух метров. Поэтому, чтобы добыть сероводород, нужно, образно выражаясь, черпать воду решетом. Это попросту невыгодно.

Помимо этого, на дне много биогенных элементов — азот, фосфор, — их поступление на поверхность тоже крайне нежелательно, поскольку приведет к так называемой биогенной гиперэвтрофикации (изменения физических, химических и биологических свойств) вод, которая обычно сопровождается заморами биоты и вторичным сероводородным загрязнением морской среды.

«Поэтому на современном уровне научных знаний и технологического прогресса добыча сероводорода из глубинных вод Черного моря экологически опасна и недопустима», — заключает Виктор Егоров. В общем, курортники и жители Черноморского побережья могут в буквальном смысле вздохнуть свободно, полной грудью набрав целебный морской воздух. Сероводородная катастрофа отменяется.

Источник

Другие публикации по этой теме: Сергей Меркулов. Загадки Черного моря