Сероводородный слой Чёрного моря: где проходит его настоящая граница

«А если нырнуть поглубже — там уже сероводород?» Девушка спросила это, стоя на купальной платформе и на всякий случай не отпуская поручень. Мы были в паре миль от Имеретинского порта, под килем лежало метров восемьдесят, и честный ответ звучал скучновато: нет, там обычная вода. До ближайшего сероводорода от её ласт оставалась ещё сотня метров вниз.

Цифра, вокруг которой держится вся история, такая: сероводород в Чёрном море начинается на 90–120 метрах в глубоководной части и на 130–170 метрах над материковым склоном. В центрах больших круговоротов, где воду поджимает снизу, граница поднимается к 70–100 метрам; у берегов, наоборот, уходит глубже. Ни один её метр не виден, не слышен и не чувствуется с палубы.

Границу держит плотность воды

Самое неожиданное в этой границе — она к глубине почти не привязана. Океанологи описывают её положение через условную плотность воды — сигма-т. По съёмкам 2016 года изолиния, на которой сероводород впервые появляется в измеримом количестве, стояла на плотности 16,10–16,15 килограмма на кубометр и держалась там во всех рейсах сезона. А в метрах те же измерения давали разброс от девяноста до ста двадцати — смотря где опускали прибор.

Звучит как бухгалтерия, но это ключ ко всему остальному. Вода в Чёрном море разложена слоями по плотности: лёгкая опреснённая сверху, тяжёлая солёная снизу. Держит сероводород внизу конкретный слой плотности, и слой этот гуляет вверх-вниз вместе с течениями, вихрями и временем года. Где прогнулся — там и граница глубже. Как устроен весь этот пирог и сколько метров под килем у сочинского берега — считали отдельно, с каньонами и изобатами: полезно прочесть перед первым выходом, чтобы не пугаться цифр на эхолоте.

Прослойка, которой по учебникам быть не должно

До конца восьмидесятых считалось, что кислород и сероводород соприкасаются: где кончился один, начался другой. В 1988 году в море пришло американское судно «Кнорр» с аппаратурой на порядок чувствительнее прежней — и нашло между слоями пустоту.

Статья вышла в Nature в 1989-м, и заголовок не скрывал изумления авторов: «Неожиданные изменения на границе кислород — сероводород в Чёрном море». Между кислородной водой и сероводородной обнаружился слой, где нет ни того ни другого в заметных количествах. Его назвали субкислородным.

Толщина у прослойки скромная. В центральной части моря — порядка десяти метров. Автономный буй-профилограф, два года подряд нырявший и всплывавший в толще, намерил в среднем двадцать один метр между «кислород кончился» и «сероводород начался». Десять-двадцать метров ничейной воды — вот и вся демилитаризованная зона между живым морем и мёртвым. Тонко, но сероводород к кислороду вплотную не подходит.

Кто его, собственно, производит

Сероводород в море никто не наливает — его делают на месте. Сверху, из живого слоя, вниз непрерывно сыплется органика: отмерший планктон, чешуя, взвесь. Кислорода внизу нет, но бактериям надо чем-то эту органику окислять, и они берут кислород из растворённых сульфатов — солей, которых в морской воде предостаточно. Сульфат кислород отдаёт и превращается в сероводород. Работают эти бактерии и в толще воды, и в донных осадках.

Процесс идёт тысячелетиями, поэтому концентрация растёт с глубиной: у верхней кромки её едва хватает приборам, а к двум километрам она доходит примерно до 370 микромоль на литр. Море не «заполнено сероводородом» равномерно — оно пропитано им снизу вверх, с ослаблением к границе почти до нуля.

Кто и как всё это откопал — история сама по себе отличная: канонерка «Черноморец», батометры и рейс 1890 года. Читайте, если любите сюжеты, где открытие случается от упрямства и почерневшего троса.

Почему с борта его не унюхать

Пахнет сероводород знатно — тухлыми яйцами, — и нос человека ловит его в сотых долях миллиграмма на кубометр воздуха. Целое море внизу, чувствительность отличная. Почему тогда на воде — хоть на прогулочном борту, хоть на сухогрузе — им не пахнет никогда?

Потому что наверх не доходит ни молекулы. Держат его две вещи. Первая — плотностной барьер: через скачок плотности перемешивания нет, вертикального лифта тоже. Вторая — то, что происходит на самой границе. Академик Виктор Егоров, научный руководитель севастопольского Института биологии южных морей, описывает её как три слоя бактерий, которые сероводородом питаются и этим удерживают верхнюю кромку на месте. Немногое, что просачивается выше, мгновенно окисляется растворённым кислородом.

Так что запах, который вы поймаете на выходе из марины, — другая химия: диметилсульфид от гибнущего планктона и бромфенолы водорослей, там своя история про облака и птиц. А серная нота, которая иногда доносится с берега южнее Сочи, приходит из-под земли — из мацестинских скважин, это продукт другой геологии.

«Оно же когда-нибудь рванёт»

Страшилка живёт лет сорок и подаётся обычно с интонацией «учёные скрывают». Держится она на подмене: сероводород горюч — значит, море пороховая бочка.

Горюч он в газовой фазе и в определённой компании. Взрывоопасная смесь с воздухом начинается примерно с четырёх с половиной процентов по объёму, самовоспламенение требует двух-трёх сотен градусов. У поверхности Чёрного моря сероводорода в воздухе не четыре с половиной процента — там его ноль: газ растворён в воде сотней метров ниже, а не лежит пузырём. Поджигать нечего и нечем.

Считали и предельный сценарий — что будет, если глубинную воду всё-таки поднять наверх. Цифры вышли обидные для мифа: разбор с расчётами и историей крымской легенды 1927 года лежит отдельно, вместе с ответом на вопрос, откуда у моря такое имя.

Граница дышит, но не поднимается

Теперь честная часть, которую сторонники апокалипсиса обычно вырывают из контекста. Намертво граница не стоит.

Сезонно она смещается: летом верхняя кромка субкислородной зоны держится на плотности около 15,7, к октябрю-ноябрю сдвигается к 15,6 — то есть на чуть более лёгкую, а значит, более высокую воду. За тёплый сезон органики оседает больше, кислород расходуется быстрее. Суровая зима работает в обратную сторону: холодная вода тяжелее, конвекция глубже, граница проседает. Тот самый буй за два года застал размах колебаний, сопоставимый со всем, что видели за предыдущие тридцать лет.

Есть и медленный тренд. По данным Института биологии южных морей, нижняя граница кислородного слоя в центральных районах в 1956–1976 годах лежала на 100–120 метрах, а в 1987–2011 годах поднялась к 80–90. Десяток метров за тридцать пять лет; прогноз — ещё около десяти за четверть века. Причина не в приросте сероводорода: тёплая вода хуже держит кислород, и слой сжимается сверху. Ведущий научный сотрудник института Виктор Мельников комментирует это без драматизма — быстрых глобальных изменений бояться не нужно, речь о достаточно больших глубинах.

Плотность же, на которой сероводород появляется, за десятилетия наблюдений остаётся практически той же. Сдвигаются метры, а не химия.

Что всё это значит на прогулке у Сочи

Вывод короткий: там, где мы ходим, сероводорода нет.

Шельф у сочинского берега узкий, километров двенадцать-тринадцать, с бровкой на глубине 110–130 метров. На маршрутах вдоль берега — от Морского порта Сочи на юг, от Имеретинского порта в сторону Адлера — под килем весь столб воды кислородный, до самого дна. Дальше, за бровкой, глубина уходит вниз, и где-то там начинается та самая граница: в сотне с лишним метров под поверхностью, за холодным промежуточным слоем, под скачком плотности, который держится тысячи лет.

Купаться, нырять с маской, глушить двигатель и плавать вокруг лодки — всё это происходит в верхних метрах живого моря, где сероводородом не пахнет и пахнуть не может. Куда ходят наши борта и из каких точек — в каталоге: там же видно, сколько длится выход и что входит в аренду.

Коротко

• Сероводород начинается на 90–120 метрах в глубоководной части и на 130–170 над материковым склоном; в центрах круговоротов поднимается к 70–100.
• Граница привязана не к глубине, а к плотности воды: сигма-т 16,10–16,15. В метрах гуляет, в плотности стоит.
• Между кислородом и сероводородом лежит субкислородная прослойка в десять-двадцать метров — её нашли только в 1988 году.
• Делают его бактерии, отбирая кислород у растворённых сульфатов; к двум километрам концентрация доходит примерно до 370 микромоль на литр.
• Наверх он не проходит: плотностной барьер плюс бактерии и кислород, окисляющие всё, что просочилось.
• Сдвиги границы есть — сезонные и многолетние; они измеряются метрами и объясняются кислородом, а не приростом сероводорода.

Море, которое пугает людей мёртвой глубиной, наверху одно из самых приветливых. Приходите посмотреть: выход из Имеретинки или от Морвокзала занимает пару часов, и за это время вы увидите ровно то, что видно с палубы, — воду, берег и, если повезёт, дельфинов.