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.

Граница держится не за глубину, а за плотность

Самое неожиданное в этой границе — она к глубине почти не привязана. Океанологи описывают её положение не в метрах, а в единицах условной плотности 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. Сероводород заперт не «на глубине ста метров», а под конкретным слоем плотности — а 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 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. Остальные морские сюжеты, от рыбы до штормов, — в журнале.