Почему в черном море образовался сероводородный слой: Как выглядит проект очистки Черного моря от сероводорода с получением электричества и H2 / Хабр

Как выглядит проект очистки Черного моря от сероводорода с получением электричества и h3 / Хабр

Баек про то, что Черное море может буквально взорваться из-за чрезмерного содержания сероводорода в глубинах, ходит уже предостаточно. Разумеется, ничего там не взорвется, поскольку отсутствует кислород. Но вот потравить все живое периодическими выбросами сероводорода в верхние слои — это запросто. В особо драматичных эпизодах погибшую рыбу убирают с пляжей строительной техникой.

На фоне всех этих ужасов внезапно всплыл любопытный проект по добыче этого самого сероводорода из морской воды и переработке его в полимерную серу и чистый водород, который можно использовать для выработки электричества и в других новомодных целях.

Зародился экономически и технически проработанный ныне проект аж в 2001 году. Один из его авторов — к. т. н. Олег Сапрыкин. Под катом его рассказ о создаваемом Морском автономном энергетическом комплексе (МАЭК) для прибрежных районов Черного моря, который я составила после нашей беседы.

Почему Черное море мертвое?

Еще в XIX веке было известно, что Черное море заражено сероводородом. В среднем слои с сероводородом начинаются от 80-метровой глубины в серединной части моря и со 150–200-метровой глубины около берегов. Таким образом, жизнь в Черном море присутствует только в относительно тонком приповерхностном слое, насыщенном кислородом — по объему это не более 10%. Ниже ничего живое, кроме некоторых анаэробных бактерий, существовать не может.

Теории о том, почему так произошло, затрагивать не будем. Это предмет очень длинных и жарких споров. В разной степени здесь участвовали геологическое строение, деятельность сульфатредуцирующих бактерий, большие города на побережье со сливами канализации. 

В числе причин столь масштабного накопления сероводорода называют слабые вертикальные течения (это когда слои воды плохо перемешиваются между собой) и то, что Черное море соединено с мировым океаном через относительно неглубокий — около 100 метров — пролив Босфор. Поэтому весь сероводород, образовавшийся в Черном море, в нем и остается. В общей сложности за тысячелетия накоплено, по разным оценкам, от 3 до 90 миллиардов тонн сероводорода.

Еще один спорный вопрос — есть ли равновесие между кислородсодержащими и насыщенными сероводородом слоями воды. Увеличивается ли количество сероводорода в море (и, соответственно, поднимается ли его уровень)?

Не так давно мы получили письмо от одного академика, который считает, что биологическое равновесие сложилось около 3 тысяч лет назад и неизменно по сей день, поэтому трогать уникальный сероводородный слой Черного моря нельзя ни в коем случае. Такое мнение довольно распространено. С другой стороны, в 1971 и в 2011 годах, чтобы оценить, на какой глубине начинается этот слой, проводили похожие исследования, согласно которым за 40 лет граница приблизилась к поверхности на 40 метров. Это существенный прирост.

Мы верим в измерения. И проект, о котором я хочу рассказать, начался как раз с попытки решить эту проблему.

Что нужно побережью, кроме «уборки» сероводорода

Есть одна застарелая проблема: курортам, то есть всем городкам вдоль берега, важно иметь собственное автономное электроснабжение, чтобы не зависеть от соседей, а также на случай всевозможных погодных явлений, близких к катастрофам, когда в результате аварий на линиях электропередачи обесточиваются целые регионы.

Наша идея состояла в том, чтобы использовать для локальной выработки электричества не традиционные энергоносители, а тот самый сероводород, который миллионами лет накапливался в Черном море. Реакция диссоциации позволит получить из него водород — одно из самых энергоэффективных и экологически чистых видов топлива в мире. В газогенераторе водород можно преобразовать в электроэнергию для питания домов или движения транспорта, причем в выхлопе такого газогенератора будет только чистая дистиллированная вода.

Подобный проект порождает массу вопросов: как доставлять сероводород на поверхность и не навредить экологии, где его перерабатывать, куда девать другие продукты реакции. Далее расскажу, как мы это видим.

Как это будет работать

В основе проекта — подводная электростанция «Морской автономный энергетический комплекс» (МАЭК). Она будет забирать сероводород из воды на глубине, а затем преобразовывать его в чистый водород и полимерную серу.

Ключевая идея проекта — не нужно доставать сероводород с глубины, каким-то образом доставлять его на поверхность, бояться его реакции с приповерхностными слоями воды и нарушения экосреды. 

В отличие от альтернативных проектов, которые предлагают строить что-то типа нефтяных платформ в Черном море для переработки сероводорода, мы уверены, что все манипуляции можно проводить под водой — непосредственно в сероводородном слое.

Фактически мы говорим о создании подводной автономной установки, основным «продуктом» которой будет либо водород, либо электроэнергия, если весь произведенный водород тут же будут перерабатывать газогенератором, а наверх передавать только полученную электроэнергию.

Мы уже проработали основные цепочки этого производства и прикинули энергоэффективность — расчеты показывают, что наша схема вполне реализуема. Экономически эффективной будет установка мощностью порядка 300 кВт. Размер этой установки — с небольшое судно, а вес — около 10 тонн.

300 кВт — это полезная мощность на выходе МАЭК. На самом деле электростанция будет вырабатывать порядка 350 кВт и около 50 кВт использовать на поддержание собственной работы: сепараторов, газогенератора и т. п. 

В час такая установка будет очищать от сероводорода около 68 тысяч кубометров морской воды. Учитывая общий объем запасов сероводорода в Черном море, тысяче таких установок его хватит на 500 с лишним лет.

Далее я остановлюсь на основных моментах, к которым мы пришли в рамках своих исследований.

Диссоциация сероводорода

Главная идея конструкции — диссоциация сероводорода на водород и чистую серу.  

Существует много способов реализовать этот процесс — термо-, плазмо- или фотохимическая реакция. Мы подробно рассмотрели все существующие способы и нашли наиболее эффективный из них для наших условий — плазмохимический. Впрочем, это уже детали. Для общего понимания достаточно того, что результат этого процесса — чистый водород и полимерная сера, для ее получения не требуется вводить дополнительные производственные этапы. 

Энергетические затраты на диссоциацию одной молекулы — меньше 1 эВ. Для сравнения: затраты на диссоциацию молекулы воды, чтобы получить тот же самый водород, — от 7,13 до 14,19 эВ в зависимости от условий, то есть получение водорода из сероводорода почти на порядок выгоднее.

Извлеченный в ходе реакции водород можно сразу направлять в газогенератор и преобразовывать в электричество или накапливать в металлогидридных аккумуляторах. Наша расчетная установка (на 300 кВт) по плану должна производить в час около 20 кг водорода. Ее электрическая мощность — как раз результат сжигания этого водорода в газогенераторе.

Важный момент — газогенератор в составе установки должен быть в любом случае, поскольку нам необходимо, помимо полезной электроэнергии, вырабатывать еще 50 кВт на поддержание работы комплекса. Судьба остального водорода определяет главным образом логистику.

В случае переработки всего водорода в электроэнергию на берег от электростанции будет тянуться кабель. Кроме того, побочным продуктом будет дистиллированная вода, которую можно либо сливать в море без вреда для экосистемы, либо каким-то образом накапливать и доставлять на поверхность.

Если же целью производства будет именно водород, заряженные металлогидридные аккумуляторы периодически надо будет доставлять на поверхность. Мы рассматриваем технологии, которые позволят сделать это в автоматическом режиме.

Хранение водорода в проекте

Хочу сделать небольшое отступление о металлогидридных аккумуляторах, в которых планируется накапливать и доставлять на поверхность добытый водород (в варианте установки без подключения кабелем к поверхности).

С точки зрения хранения и транспортировки водород — сложное топливо. Но за последние 15 лет технологии связывания водорода в металлогидридных аккумуляторах развились очень хорошо, причем и в нашей стране. В частности, этими вопросами занимается НИИ в Черноголовке (мы упоминали про него в недавней статье про «водородные» достижения). Более того, уже появились отечественные компании, которые производят такие аккумуляторы на промышленной основе. Сейчас металлогидридные аккумуляторы разного размера, хоть с авторучку, можно легко заказать в интернете.

В одном литре объема таких аккумуляторов может содержаться до 640 литров водорода (в связанном виде). И храниться водород в таком виде может практически неограниченно долго. Это значит, что у нас уже есть портативные емкости, которые можно зарядить с помощью нашей подводной станции и установить в автотранспорт или стационарный газогенератор на территории домохозяйства.

Полимерная сера

Полимерная сера — побочный продукт на выходе генератора водорода.

Сера — очень распространенный элемент в земной коре. Ее альфа-модификация, обычная мелкодисперсная сера, — не дефицит, она стоит около 30 долларов за тонну.

Но вот полимерная модификация, обладающая высокой молекулярной массой, — очень ценный химический продукт. Ее используют в автомобильной промышленности — при вулканизации резины на производстве автопокрышек, в качестве добавок к бетону и асфальту. Насколько я знаю, такие добавки даже тестировали на МКАДе. 

Так называемый сероасфальт — асфальт с добавлениями различных вариантов модифицированной серы — показал себя в эксплуатации очень хорошо. Он имеет большую тепловую и механическую устойчивость и позволяет снизить количество битума, необходимого для укладки дороги. Кстати, асфальт с добавлениями модифицированной серы можно укладывать при отрицательных температурах.

Аналогично модифицированная сера улучшает и свойства бетона. Но не буду здесь вдаваться в подробности. Факт, что полимерная сера — продукт ценный и стоит порядка 3 тысяч долларов за тонну, на два порядка больше, чем обычная сера.

Самая простая модель подводной электростанции может выбрасывать серу, полученную в результате реакции диссоциации, на дно. В этом состоянии она не будет реагировать с окружающими веществами, а пассивно осядет. Такой подход существенно упрощает конструкцию установки и логистику продуктов, но с учетом стоимости полимерной серы это не так уж дальновидно. Наши экономические расчеты показывают, что за полимерную серу стоит бороться — она может быть коммерчески интересной. Установка может производить ее около 320 кг в час.

Если сохранять выделенную из сероводорода полимерную серу, то, разумеется, ее, как и заряженные металлогидридные аккумуляторы, придется периодически доставлять на поверхность.

Как устроен подводный робот

Автономная подводная установка — это робот, который опускается на нужную глубину, собирает окружающую воду с растворенным в ней сероводородом и перерабатывает ее, используя специальные сепараторы. Установка выделяет газ и направляет его в генератор водорода, где он разделяется на полимерную серу и водород. На выходе, помимо этих продуктов, мы имеем дистиллированную воду.

Как я отмечал выше, для своей работы установка потребляет порядка 50 кВт электроэнергии, которые сама же и вырабатывает. Ее первоначальный пуск, до переключения на выработанное топливо, можно осуществить с помощью судовой дизельной машины или, например, волновой электростанции. В принципе, уже существуют волновые станции нужной нам мощности. При ее использовании установка будет полностью автономной.

По нашим расчетам, комплекс должен работать под водой автономно 11 месяцев в году. На один месяц он будет подниматься на поверхность для технического обслуживания. 

Поскольку течения в Черном море слабые, установке потребуются собственные двигатели для движения.

При выработке очередного «горизонта» сероводорода комплекс будет перемещаться или менять глубину, для этого как раз подойдут запасы водорода, который может обеспечить нужную плавучесть. Но, по нашим оценкам, двигаться придется на несколько сотен метров в сутки. А новые запасы сероводорода будут доступны, в частности, за счет перемешивания.

Логистика

Для доставки на поверхность металлогидридных аккумуляторов и полимерной серы мы хотим использовать флот небольших грузовых дронов. Они в автономном режиме смогут поднимать заряженные блоки и опускать обратно на глубину разряженные. Есть вероятность, что это будет выгоднее, чем строить трубопровод на судно, находящееся на поверхности. Но мы пока на слишком ранней стадии проекта, чтобы просчитать эксплуатацию дронов в деталях.

Почему этого не сделал никто до нас

На сероводород всегда смотрели как на типичную проблему нефтегазовой отрасли. В процессе газодобычи его стараются отделить от остальной газовой смеси и банально сжечь. Связано это с тем, что сероводород не только ядовит для живых организмов, но и химически агрессивен: очень быстро разъедает металлические детали агрегатов. Чтобы это не мешало нам создать установку, которая будет работать минимум 20 лет, 11 месяцев в году — автономно, мы предусматриваем использование специальных композитных материалов.

Когда появится первая автономная установка

Сейчас проект находится на стадии завершения научно-исследовательских работ. Впереди опытно-конструкторская стадия. Мы понимаем, как реализовать каждый из блоков технологической цепочки, но с полной цепочкой пока не экспериментировали. Нам только предстоит ее создать и оптимизировать. На это при наличии финансирования должно уйти еще лет пять. 

В финансировании проекта должны принять участие сразу несколько институтов и юрлиц: Севастопольский ГУ, Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского, Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта и еще две коммерческие компании. Вдобавок мы надеемся получить грант со стороны НТИ, поскольку попали в шорт-лист проектно-образовательного интенсива Архипелаг 2022. Это поможет ускорить стадию НИОКРа.

После мы приступим к созданию первого прототипа, который должен проработать как минимум год, прежде чем мы сможем говорить о следующих этапах.

На первом прототипе мы планируем обкатать и доработать технологию, оптимизировать логистику. Только после исправления выявленных на нем ошибок начнем говорить о серийном прототипе.

После предсерийного и серийного прототипа предстоит искать потребителей. На этом этапе встанет вопрос тиражирования технологии. И тут мы рассчитываем на особые экономические зоны Черного моря.

Идея в том, чтобы первые три серийных образца обеспечили нам средства на запуск базового производства. А после выпуска еще девяти экземпляров мы планируем запуск производства композитов. В первое время мы сможем использовать чужие наработки — с производств, ориентированных на судостроение. Но если действительно замахиваться на собственный флот дронов для обслуживания автономных комплексов, необходимо иметь такие материалы под боком. Это существенно снизит себестоимость продукции и наши эксплуатационные расходы (по оценкам, процентов на 30). Но это пока отдаленные перспективы.

Сероводород как проблема экологии Черного моря

Черное море – уникальный водоем, главной особенностью которого являются гигантские запасы сероводорода (H₂S) в придонных слоях. Присутствие этого вещества определяется уже на глубинах от 200 метров. В чем же здесь экологический риск? Дело в том, что H₂S – крайне токсичное вещество, в высоких концентрациях смертельно опасное для человека, животного и растительного миров. Поэтому глубины Черного моря фактически необитаемы. Там хорошо себя чувствуют только анаэробные бактерии определенных видов.  Флора и фауна в Черном море встречается только в верхних «чистых» слоях воды и на мелководье.

Откуда же взялось столько сероводорода? По одной из версий, Черное море образовалось на месте пресноводного озера. В результате климатических изменений и подъема уровня мирового океана соленая вода через проливы начала поступать в акваторию озера. Жившая там флора и фауна погибла, ее разлагающиеся останки и стали основой для формирования сероводородного слоя.

Также на глубине моря живут колонии сульфатредуцирующих анаэробных бактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности выделяют сероводород.

По мнению ученых, существуют и другие природные источники, снабжающие Черное море сероводородом. Например, термальные воды, нефтеносные слои и др.

Нельзя не сказать об угрожающей экологии Черного моря деятельности человека. Выход к морю имеют 6 промышленно развитых стран. По всему побережью расположены крупные города, промышленные центры, порты. В море идет интенсивное судоходство. Происходит зачастую бесконтрольный сброс отходов промышленности, сельского хозяйства и другой деятельности человека, что никак не может добавлять чистоты черноморской воде. Помимо этого, в море впадают несколько крупных рек, например Днепр и Дунай, воды которых также несут в себе сбросы расположенных вверх по течению городов и предприятий. В их числе органические отходы, способствующие образованию сероводорода.

В результате этих безответственных действий происходит массовая гибель водорослей, рыбы и других живых организмов. Их останки оседают на дно, где перегнивают и становятся основой для выработки тонн сероводорода.

Таким образом, в результате природных процессов и катастрофической антропогенной деятельности количество сероводорода в море постоянно увеличивается, а значит, уменьшается слой чистой воды, пригодной для жизни.

Но мы знаем, как эту проблему если не разрешить полностью, то хотя бы значительно уменьшить. АО «Энергия глубин» начинает разработку технологии производства водородного топлива из содержащегося в водах Черного моря сероводорода. Технология основана на уникальной природоподобной реакции, открытой российскими учеными.

Таким образом, перерабатывая сероводород, мы не только будем на благо экологии уменьшать его количество в море, но и вырабатывать чистый энергоноситель будущего – водород.

АО «Энергия глубин» — экологически ответственная компания

Основа миссии нашей компании – экологическая ответственность. Для нас неприемлемо нанесение любого вреда окружающей среде.

Поэтому:

• Мы хотим дать миру недорогое экологически чистое водородное топливо. Водород считается топливом будущего, так как в процессе его горения не выделяется вредных веществ, только дистиллированная вода. Мы простимулируем этим отказ от использования ископаемых источников энергии и остановим загрязнение атмосферы.
• В качестве источника сырья для получения водорода мы предполагаем использовать сероводород Черного моря. Тем самым, мы уменьшим его количество в водоеме и предотвратим дальнейшее заражение.
• За основу нашей технологии по производству водородного топлива мы взяли процессы, схожие с природными, не наносящие вреда окружающей среде. Реакция недавно была открыта российскими учеными (ссылка на раздел технологии), процесс идет при нормальном давлении и температуре, генерируя на выходе водород и серу. Никаких выбросов ни в воду, ни в атмосферу не происходит.

Помимо этого, мы будем проводить научные исследования в акватории Черного моря, контролируя экологическую обстановку. Таким образом, мы берем на себя полную экологическую ответственность за свою работу.

Влияние на климатические изменения

Проблема глобального потепления в последние годы все чаще выходит на первый план как неразрешимая проблема человечества. Таяние ледников, повышение уровня мирового океана, длительные засухи и разрушительные наводнения – все это процессы, на которые в данный момент человек повлиять не может, несмотря на то что причиной потепления климата называют именно антропогенную деятельность. Постоянно растущие объемы используемого нами топлива ведут за собой колоссальные выбросы парниковых газов, вызывающих перегрев атмосферы планеты.

Главная проблема состоит в том, что заменить используемые сегодня в качестве энергоносителей углеводороды фактически нечем. Доля альтернативной энергии – солнечной, ветряной, термальной и т.д. катастрофически мала и не сможет в обозримой перспективе стать адекватной заменой традиционному топливу.

АО «Энергия глубин» планирует предложить в качестве альтернативного энергоносителя недорогой и экологически чистый водород. При сгорании этого газа образуется обыкновенная вода и не образуется никаких вредных для планеты выбросов.

Сейчас водород считается перспективным топливом будущего, но поскольку он в природе практически не встречается в чистом виде, то до сих пор не решена проблема его производства. Все известные на сегодня методы энергозатратные и дорогостоящие или экологически небезопасны. Наша компания разрабатывает технологии, основанные на природоподобной реакции разложения сероводорода. Процесс проходит при температуре и давлении окружающей среды, выдавая в качестве конечного продукта водород и серу.

Из-за низких затрат энергии полученный таким образом водород по стоимости сможет стать реальной альтернативой традиционным углеводородам и позволит в перспективе существенно уменьшить влияние парникового эффекта на нашу планету.

Сероводород как проблема окружающей среды Черного моря.

Черное море – уникальный водоем, в придонных слоях которого обнаружены гигантские запасы сероводорода (H ₂ S). Его след можно проследить, начиная с глубины 200 метров. В чем здесь экологическая опасность? Дело в том, что H ₂ S – крайне токсичное вещество, которое в высоких концентрациях может быть смертельно опасным для человека, животных и растений. Поэтому глубины Черного моря практически необитаемы. Там процветают только определенные виды анаэробных бактерий. Флора и фауна встречаются только в верхних «чистых» слоях воды Черного моря и на его мелководье.

Откуда столько сероводорода? По одной из версий, Черное море образовалось на месте пресноводного озера. В результате изменения климата и повышения уровня моря в озеро через проливы стала поступать соленая вода. Жившие там флора и фауна погибли, а их разлагающиеся остатки стали основой для формирования сероводородного слоя.

Существуют также колонии сульфатредуцирующих анаэробных бактерий, живущих в глубинах моря, которые выделяют сероводород в течение своей нормальной жизнедеятельности.

По мнению ученых, существуют и другие естественные источники сероводорода для Черного моря, такие как термальные воды, нефтеносные пласты и т. д.

Следует также упомянуть деятельность человека, которая угрожает окружающей среде Черного моря. Шесть промышленно развитых стран имеют выход к морю. Вдоль его побережья расположены крупные города, промышленные центры и порты. На море происходит интенсивное судоходство. Сбросы промышленных, сельскохозяйственных и других отходов часто бесконтрольны, что ухудшает чистоту воды Черного моря. Кроме того, в море впадает несколько крупных рек, таких как Днепр и Дунай, несущие стоки городов и заводов, расположенных выше по течению. Эти сбросы включают отходы, которые способствуют образованию сероводорода.

Эти безответственные действия приводят к чрезвычайно высокой смертности водорослей, рыб и других живых организмов. Их останки оседают на дно, где разлагаются и в конечном итоге производят тонны сероводорода.

Таким образом, в результате природных процессов и катастрофической антропогенной деятельности количество сероводорода в море постоянно увеличивается, а значит, слой чистой воды, пригодной для жизни, сокращается.

Но мы знаем, как значительно уменьшить эту проблему, если не решить ее полностью. АО «Энергия глубин» приступило к разработке технологии получения водородного топлива из сероводорода, содержащегося в водах Черного моря. В основе технологии лежит уникальная природоподобная реакция, открытая российскими учеными.

Таким образом, перерабатывая сероводород, мы не только сократим его присутствие в море с пользой для окружающей среды, но и разработаем экологически чистый источник энергии будущего из водорода.

АО «Энергия глубин», экологически ответственная компания

Миссия нашей компании основана на экологической ответственности. Для нас недопустимо наносить какой-либо вред окружающей среде.

Вот почему:

• Мы хотим дать миру водород, недорогое экологически чистое топливо. Водород считается топливом будущего, так как при его сгорании выделяется только дистиллированная вода, а не вредные вещества. Этим мы будем поощрять отказ от ископаемого топлива и остановим загрязнение воздуха.
• В качестве сырья для производства водорода мы намерены использовать сероводород Черного моря. Тем самым мы уменьшим его присутствие в море и предотвратим дальнейшее заражение.
• Наша технология основана на процессах, аналогичных естественным, которые не наносят вреда окружающей среде при производстве водородного топлива. Реакция была недавно открыта российскими учеными (ссылка на раздел технологий). Процесс протекает при нормальном давлении и температуре, в результате чего образуются водород и сера. Отсутствуют выбросы ни в воду, ни в атмосферу.

Кроме того, мы будем проводить научные исследования в Черном море, контролируя экологическую обстановку. Таким образом, мы берем на себя полную экологическую ответственность за свою работу.

Влияние на изменение климата

В последние годы глобальное потепление становится все более заметной неразрешимой проблемой для человечества. Таяние ледников, повышение уровня моря, продолжительные засухи и разрушительные наводнения — процессы, на которые человек в настоящее время не может повлиять, несмотря на то, что деятельность человека была определена как причина изменения климата. Постоянно увеличивающееся использование топлива приводит к огромным выбросам парниковых газов, что приводит к перегреву атмосферы планеты.

Основная проблема заключается в том, что практически нет альтернативы углеводородам, используемым сегодня в качестве источников энергии. Доля альтернативной энергии – солнечной, ветровой, тепловой и т.д. – крайне мала, и в обозримом будущем не ожидается, что она станет адекватной заменой традиционному топливу.

АО «Глубинная Энергия» планирует предложить недорогой и экологически чистый водород в качестве альтернативного источника энергии. При сгорании этого газа получается чистая вода, и никаких вредных веществ не выделяется.

В настоящее время водород считается многообещающим топливом будущего, но, поскольку этот газ в чистом виде редко встречается в природе, его производство все еще остается проблемой. Все известные в настоящее время способы являются энергоемкими, дорогостоящими или экологически небезопасными. Наша компания занимается разработкой технологий, основанных на естественном разложении сероводорода. Процесс протекает при температуре и давлении окружающей среды, при этом конечными продуктами являются водород и сера.

Благодаря низким энергозатратам водород, полученный в результате этого процесса, может стать реальной альтернативой традиционным углеводородам и позволит значительно снизить в будущем влияние парникового эффекта на нашу планету.

Сера способствует накоплению углерода в Черном море

Черное море — необычный водоем: ниже 150 метров концентрация растворенного кислорода падает примерно до нуля, а это означает, что в этих районах не могут существовать высшие формы жизни, такие как растения и животные. В то же время это полузамкнутое море содержит сравнительно большое количество органического углерода. Группа исследователей под руководством доктора Гонсало В. Гомес-Саеса и доктора Ютты Ниггеманн из Института химии и биологии морской среды Ольденбургского университета (ICBM) представила новую гипотезу о том, почему органические соединения накапливаются в морской среде. глубины Черного моря и других бескислородных (обедненных кислородом) вод в научном журнале

Исследователи утверждают, что реакции с сероводородом играют важную роль в стабилизации соединений углерода. «Этот механизм, по-видимому, способствует тому, что в водах Черного моря органического углерода более чем в два раза больше, чем в богатых кислородом морских районах», — говорит Ниггеманн. «Это обеспечивает отрицательную обратную связь в климатической системе, которая может противодействовать глобальному потеплению в течение геологических периодов».

В Черном море, площадь которого почти вдвое превышает площадь Франции, уже около 7000 лет преобладают условия, редко встречающиеся в других морских регионах: стабильная стратификация в значительной степени препятствует смешению поверхностных и глубинных вод.

Сероводород вступает в реакцию с растворенными органическими веществами

Как показывает новое исследование, эта высокореактивная молекула связывается с веществами из различных групп углеродистых материалов, которые присутствуют в каждом литре морской воды. Эти вещества известны как растворенное органическое вещество (РОВ) — сложная смесь бесчисленного множества различных молекул, которые являются продуктом разложившегося органического вещества или бактериальных метаболических процессов.

Команда сравнила пробы воды из разных мест Черного моря и других морей и рек. Используя различные аналитические методы, в том числе масс-спектрометр сверхвысокого разрешения исследовательской группы морской геохимии в Ольденбургском университете, исследователи смогли детально охарактеризовать растворенное органическое вещество. Они обнаружили, что почти пятая часть органических молекул в бескислородных районах Черного моря содержит серу — значительно больше, чем в других морях. Кроме того, команде удалось установить, что большая часть этих соединений находится только в этих областях, что привело исследователей к выводу, что соединения серы образуются там в результате химических реакций в сульфидной воде.

Отрицательная обратная связь, относящаяся к геологическим масштабам времени

Учитывая, что огромное количество углерода содержится в растворенном органическом веществе — в мировом океане содержится примерно столько же растворенного органического углерода, сколько CO ₂ в атмосфере Земли — результаты этого нового исследования также имеют отношение к климату. «Объем океанских вод, полностью лишенных кислорода, увеличился в четыре раза в период с 1960 по 2010 год. Следовательно, этот основанный на сере механизм хранения углерода может повлиять на химический состав океанов в будущем», — говорит ведущий автор исследования Гомес-Саез. Но эта негативная обратная связь слишком слаба, чтобы оказать заметное влияние на изменение климата в нынешних условиях, добавляет он. Однако в геологической истории было несколько периодов, когда большие площади океанов испытывали дефицит кислорода. В эти периоды этот эффект мог способствовать длительному удалению углекислого газа из атмосферы.

Пробы воды Черного моря были взяты в ходе экспедиции научно-исследовательского судна «Мария С. Мериан». Помимо группы межконтинентальных баллистических ракет, исследователи из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований им. В исследовании участвовала микробиология в Бремене.

Дополнительная информация: Гонсало В.