Особенности газового режима ЧМ

Морская вода вследствие того, что соприкасается с атмосферой, содержит в своем составе  газы атмосферы: азот, кислород, аргон и двуокись угле-рода. Кроме атмосферных газов, в морской воде могут быть газы и другого происхождения: сероводород, метан.
Содержание газов сильно меняется во времени и пространстве и служит хорошим показателем происхождения водных масс и степени их перемешанности. Например, большое содержание кислорода на больших глубинах океана указывает на хорошую вертикальную циркуляцию, а появление серо-водорода — на ее отсутствие.
Наличие в морской воде растворенных газов, особенно кисло¬рода, двуокиси углерода, имеет огромное значение для развития органической жизни. Эти элементы (кислород и сероводород)  являются одними из основных лимитирующих факторов в экосистеме Черного моря, определяющих его гидрохимический режим и стратификацию условий обитания живых существ.
Растворенный в морской воде кислород является одним из важнейших биогидрохимических показателей состояния среды. Он обеспечивает существование водных организмов и определяет интенсивность окислительных процессов в морях и океанах. Несмотря на большой расход, его содержание в поверхностном слое почти всегда близко к 100%-ному насыщению при данных температуре, солености и давлении. Это связано с тем, что его убыль постоянно восполняется как в результате фотосинтетической деятельности фитопланктона, так и из атмосферы. Последний процесс протекает вследствие стремления  концентраций  кислорода в  атмосфере и  поверхностном слое воды к динамическому равновесию, при нарушении которого кислород поглощается поверхностным слоем моря.
Кислород поступает в морскую воду из атмосферы, а также образуется в результате фотосинтеза. Кислород практически полностью сосредоточен в пределах сравнительно узкой (от 70 до 200м) аэробной зоне Черного моря. В аэробной зоне преобладающими являются процессы окисления.
Содержание кислорода колеблется в зависимости от температуры и со-лености воды, интенсивности фотосинтеза и окислительных процессов и по-этому претерпевает большие изменения. Так как распределение температуры, солености и явлений фотосинтеза зависит в значительной степени от морских течений, то аналогично им в зависимости от характера циркуляции вод распределяется и растворенный кислород.
В зоне интенсивного фотосинтеза (в фотическом слое) часто наблюдается значительное пересыщение морской воды кислородом (иногда до 120—125% и выше). С увеличением глубины его концентрация падает вследствие ослабления фотосинтеза и потребления на окисление органических веществ и дыхание водных организмов, а на некоторых глубинах в верхнем слое его образование и расход примерно одинаковы. Поэтому эти глубины называют слоями компенсации, которые перемещаются по вертикали в зависимости от физико-химических, гидробиологических условий и подводной освещенности; например, зимой они лежат ближе к поверхности. В целом с глуби-ной дефицит кислорода увеличивается. Растворенный кислород проникает в глубинные слои исключительно за счет вертикальных циркуляции и течений. В не¬которых случаях, например при нарушении вертикальной циркуляции или наличии большого количества легко окисляющихся органических веществ, концентрация растворенного кислорода может снизиться до нуля. В таких условиях начинают протекать восстановительные процессы с образованием сероводорода, как это, например, имеет место в Черном море на глубинах ниже 200 м.
В прибрежных водах значительный дефицит кислорода часто связан с их загрязнением органическими веществами.
Кислород является весьма подвижным и химически активным компонентом морских вод. Характер распределения кислорода в водных массах служит показателем их происхождения и протекающих в них химических и физических процессов. Концентрация кислорода в морях обычно колеблется в пределах до 10 мл/л, относительное его содержание может достигать 120,   130,  180 и даже 315%.
При одних и тех же условиях среды и интенсивности фотосинтеза соде-ржание кислорода всегда выше в зонах нагонных явлений и конвергенций и меньше в зонах сгонов и дивергенций.
Пресыщение воды кислородом наблюдается в зонах интенсивного фотосинтеза, приуроченных обычно к зонам нагонов и конвергенции. По направлению ко дну содержание кислорода, как правило, понижается
Важнейшей особенностью гидрохимического режима Черного моря, обусловленной наличием жесткой плотностной стратификации его приповерхностного слоя, является существование восстановительной бескислородной зо-ны, занимающей более 90 процентов его водной толщи.
В восстановительной зоне, протекают экзотермические реакции образования сероводорода, происходящие с участием специфических сульфатредуцирующих бактерий. На границе между аэробной и восстановительной зоной расположена т. н. субанаэробная зона (С-слой).
Построение по современным данным трехмерной картины рельефа границ С-слоя показало, что они образуют сложные волнообразные; поверхности, форма которых определяется характером циркуляции вод, наличием вихревых образований, их перемещениями по акватории. Установлено, что разность глубин залегания его верхней границы может составлять 65-70 м на 30 миль расстояния. Аналогичные, но менее выраженные особенности присущи и нижней границе.
В центрах циклонических круговоротов верхняя граница С-слоя может подниматься до горизонтов 50-80 м, а на границе материкового склона опускаться до 190 м. Положение нижней границы в зависимости от динамических условий изменяется от 170 до 245м.
Сероводород в Черном море – одно из самых известных и необычных свойств моря. Глубже 200 метров  в черноморской воде нет кислорода; ни животные, ни растения жить там не могут. В глубинах Черного моря живут только анаэробные сапротрофные бактерии, продолжающие разложение останков живого, погружающихся из верхнего слоя моря. При анаэробном (безкислородном) разложении останков образуется сероводород – вещество, ядовитое и для животных, и для растений (он блокирует дыхательную цепь митохондрий). Источником серы служат серосодержащие аминокислоты белков, в меньшей степени – сульфаты морской воды, используемые некоторыми видами бактерий для окисления органики.
Вертикальное распределение основных характеристик экосистемы Черного моря представлено на рис. 3.1.

Рис. 3.1 – Вертикальное распределение основных характеристик экосистемы Черного моря

Для того, чтобы кислород попал в глубины, море должно перемешивать-ся – за счет волн и вертикальных течений. А в Черном море – вода перемешивается очень слабо; нужны сотни лет, чтобы вода с поверхности достигла дна. Происходит это из-за расслоения – стратификации черноморской воды по солености, плотности и температуре, которое препятствует вертикальному пере-мешиванию моря и обогащению глубин кислородом.
Когда живые организмы умирают, их останки становятся пищей для бактерий-сапротрофов. При бактериальном разложении мертвого органического вещества (гниении) используется кислород. С глубиной, разложение начинает преобладать над процессами создания живого вещества планктонными водорослями, а потребление кислорода при дыхании и гниении становится более ин-тенсивным, чем его производство при фотосинтезе. Поэтому, чем дальше от поверхности моря – тем меньше остается в воде кислорода. В афотической зоне море (там, куда не проникает солнечный свет), под холодным промежуточным слоем – ниже 100-метровой глубины, кислород уже не производится, а только потребляется; не проникает он сюда и за счет перемешивания – этому препятс-твует стратификация вод.
Получается, что 90% водной массы Чёрного моря – почти безжизненны. Но ведь и в любом другом море или океане почти вся жизнь сосредоточена в верхнем, 100-200-метровом слое воды – как и здесь. Правда, из-за недостатка кислорода и наличия сероводорода в воде, в Чёрном море отсутствует глубоководная фауна, это снижает его биоразнообразие еще больше, вдобавок к влиянию низкой солености. Например, нет хищных рыб глубин с огромными зубастыми пастями, перед которыми вывешены светящиеся приманки.
Иногда говорят о том, что сероводород появился в Черном море вследствие его загрязнения, о том, что сероводорода становится всё больше, что море на грани катастрофы. Действительно, переудобрение – эвтрофикация Черного моря стоком с сельскохозяйственных полей в 1970-80е годы, вызвало бурный рост «сорной» морской растительности – некоторых видов фитопланктона, нитчатых водорослей – «тины», стало образовываться больше органических останков, из которых при гниении образуется сероводород. Но значительных изменений в сложившееся за тысячелетия равновесие этот «лишний» сероводород не внес. И уж точно – нет никакой опасности взрыва сероводорода – чтобы образовался пузырь газа, концентрация молекул этого вещества в воде должна быть на порядки больше реальной (8-10 мг/л на глубинах 1000-2000м).