Проблема Чорного моря
Це, мабуть, найвідоміший факт про Чорне море. У поверхневому, 100-метровому шарі Чорного моря зосереджено майже все його життя. Глибше – до глибин понад 2 кілометри, зустрічаються лише кілька видів бактерій; ні тварин, ні рослин там немає, бо у воді немає кисню. Ці бактерії, що живуть у товщі води та на дні, розкладаючи останки, що падають з поверхні (є навіть такий термін – трупний дощ), виділяють сірководень. Його джерело – сірковмісні амінокислоти, що входять до складу білків.
Джерелом сірки служать (меншою мірою) і сульфати морської води, які використовуються деякими видами бактерій для окислення органіки замість кисню. Сірководень є отрутою для тварин та рослин – паралізує клітинне дихання у мітохондріях.
Сірководень знаходять у м'яких опадів на дні всіх морів – туди дуже повільно проникає кисень із води, а процеси бактеріального гниття та хемосинтезу з виділенням сірководню йдуть інтенсивно, тому сірководень і накопичується у ґрунті. Пірніть глибше, туди, де хвилі не ворушать ґрунт, копніть дно долонею, і ви побачите, що жовтий пісок, різнокольоровий черепашник або сірий мул вже за кілька сантиметрів від поверхні мають однаковий чорний колір.
Ми спостерігали це, спустившись глибше 40 метрів – там, де морський півень пройшовся дном своїми «лапками» і оголив чорний мул під сірою поверхнею (глава «Життя на підводних скелях»). Чорний – колір сульфідів – солей, які сірководень, як слабка кислота, утворює з металами. Тому мушлі в сірковододі чорніють, чорніє і будь-який металевий предмет. З цим пов'язана одна з легенд про походження назви «Чорне море»: кажуть, людям воно спало на думку, коли вони опустили в море металевий вантаж на мотузці –для виміру глибини. Його підняли на поверхню – він став зовсім чорним. Можливо так усе було. Але гіпотеза про те, що назва «Чорне» відображає враження середземноморських мандрівників про море під час зимового шторму, здається правдоподібнішою.
Часто сірководень присутній і в придонному шарі води, що слабо перемішується, в інших морях, особливо в глибоких закритих бухтах, але Чорне море - єдине, де така гігантська маса води насичена цією речовиною. Причина тут у тому, що за порівняно невеликої площі Чорне море має велику глибину; підводні схили берегів круті – в результаті водообмін між глибинними та поверхневими водами недостатній – кисень не проникає углиб моря. Іншими словами, Чорне море погано перемішується.
Кисень проникає у воду через поверхню моря – з повітря; та ще – утворюється у верхньому освітленому шарі води (фотична зона) при фотосинтезі водоростей планктону. Для того, щоб кисень потрапив у глибини, море має перемішуватися – за рахунок хвиль та вертикальних течій. А у Чорному морі – вода перемішується дуже слабо; потрібні сотні років, щоб вода з поверхні досягла дна.
Поверхневий шар чорноморської води – до глибини 100 метрів – переважно річкового походження. У той же час, у глибини моря надходить більш солона (а значить – і більш важка) вода з Мармурового моря – вона притікає дном Босфорської протоки (нижньобосфорська течія) і опускається вглиб. Тому солоність придонних шарів чорноморської води досягає 30 ‰ (грам солі в літрі води).
Зміна властивостей води з глибиною – не плавна: з поверхні до 50-100 метрів солоність змінюється швидко – від 17 до 21‰, а вже далі – до дна – збільшується рівномірно. Відповідно до солоності змінюєтьсята щільність води.
Температура лежить на поверхні моря завжди визначається температурою повітря. А температура глибоких вод Чорного моря - цілий рік 8-9°С. Від поверхні до глибини 50-100 метрів температура, як і солоність, змінюється швидко - а далі залишається постійною до самого дна.
Це і є дві маси чорноморської води: поверхнева - опріснена, легша і близька за температурою до повітря (влітку вона тепліше глибинних вод, а взимку - холодніше); іглибинна– більш солона та важка, з постійною температурою.
Шар води від 50 до 100 метрів називається прикордонним – це межа між двома масами чорноморської води, кордон, що перешкоджає перемішування. Точніша його назва - холодний прикордонний шар: він завжди холодніший за глибинні води, оскільки, охолоджуючись взимку до 5-6 про С, не встигає прогрітися за літо. Шар води, у якому різко змінюється її температура, називається термоклином; шар швидкої зміни солоності – галоклін, густини води – пікноклін. Всі ці різкі зміни властивостей води у Чорному морі зосереджені у сфері прикордонного шару.
Розшарування (стратифікація) чорноморської води за солоністю, щільністю та температурою – перешкоджає вертикальному перемішуванню моря та збагаченню глибин киснем. До того ж, все чорноморське життя, що бурхливо розвивається, дихає – дихають планктонні ракоподібні, медузи, краби, риби, дельфіни, навіть самі водорості дихають – споживають кисень.
Коли живі організми вмирають, їх останки стають їжею для бактерій-сапротрофів. При бактеріальному розкладанні мертвої органічної речовини (гниття) використовується кисень. З глибиною, розкладання починає переважати над процесами створення живої речовини планктонними водоростями, а споживання кисню при диханні та гниттястає інтенсивнішим, ніж його виробництво при фотосинтезі. Тому що далі від поверхні моря – то менше залишається у воді кисню. В афотичній зоні море (там, куди не проникає сонячне світло), під холодним проміжним шаром – нижче за 100-метрову глибину, кисень вже не виробляється, а тільки споживається; не проникає він сюди і з допомогою перемішування – цьому перешкоджає стратифікація вод.
В результаті, кисню для життя тварин і рослин достатньо лише у верхніх 150 метрах Чорного моря. Його концентрація падає з глибиною, і основна маса живого у морі – біомаса Чорного моря – зосереджена вище за 100-метрову глибину. Ось так і виходить, що 90% водної маси Чорного моря – майже неживі. Але ж і в будь-якому іншому морі чи океані майже все життя зосереджене у верхньому, 100-200-метровому шарі води. Щоправда, через брак кисню та наявність сірководню у воді, у Чорному морі відсутня глибоководна фауна,це знижує його біорізноманіття ще більше, на додаток до впливу низької солоності. Наприклад, немає хижих риб глибин з величезними зубастими пастями, перед якими вивішені приманки, що світяться.
Іноді говорять про те, що сірководень з'явився в Чорному морі внаслідок його забруднення, про те, що сірководню стає все більше, що море на межі катастрофи. Справді, передобрення (евтрофікація) Чорного моря стоком із сільськогосподарських полів у 1970-80-ті роки викликало бурхливе зростання «бур'янової» морської рослинності – деяких видів фітопланктону, нитчастих водоростей – «тину», стало утворюватися більше органічних останків, з яких при гниття утворюється сірководень. Але значних змін у рівновагу, що склалася за тисячоліття, цей «зайвий» сірководень не вніс. І точно немає ніякої небезпеки вибухусірководню – щоб утворився міхур газу, концентрація молекул цієї речовини у воді має бути на порядки більшою за реальну (8-10 мг/л на глибинах 1000-2000 м, тобто, на 1 молекулу сірководню там припадає не менше 200 000 молекул води) – це легко перевірити, використовуючи формули зі шкільних курсів хімії та фізики.
Основну частку органічних останків у мулі на дні Чорного моря та сірководню у воду моря внесли тварини, водорості та рослини, що загинули при швидкому підвищенні солоності після відкриття протоки Босфор; це відбувалося 6-3000 років тому. Вмирала солонуватоводна понтійська флора та фауна, її поступово заміняла морська.