В Крыму крупные землетрясения случаются каждые 80-100 лет. Самое разрушительное из них произошло в Ялте в 1927 году, когда Черное море словно горело. Стоит ли ожидать повторения подобного явления в ближайшем будущем? Что именно происходило в 1927 году? Насколько опасен черноморский сероводород? От чего может произойти взрыв моря? Какое отношение к этому имеет Всемирный потоп и кто такой Очамчирский бог? Naked Science получила ответы на эти вопросы у специалистов.
«Покажу вам ближайшее место, где выходит метан? Вот в этой бухте», — говорит научный руководитель ФИЦ ФГБУН Института биологии южных морей (Севастополь), доктор биологических наук, академик РАН и автор книги «Метановые сипы в Черном море: средообразующая и экологическая роль» Виктор Егоров, подводя меня к окну кабинета. Прямо у основания здания ИнБЮМ плещется вода.
Черное море содержит не только воду, но и растворенный сероводород и метан. О первом говорят чаще из-за токсичности, привлекающей скандалы, интриги и расследования. Уникальность Черного моря в том, что такого количества сероводорода нет ни в одном другом водоеме на Земле. Впрочем, небольшие запасы встречаются в других местах: например, в Гданьской впадине Балтийского моря или на озерах Кольского полуострова. Антропогенные зоны заражения есть и в Черном море, в частности на северо-западе.
Где-то на Атлантическом шельфе Аргентины сороковых-пятидесятых широт когда-то добывали столько рыбы нототении, что она кормила весь СССР. Тушки перерабатывали в муку, а головы выбрасывали в океан. Течения уносили их в ямы, где со временем образовался сероводород. Но так ли страшен «тухлый» газ, как его рисуют? Если он находится на морском дне, то нет. Гораздо опаснее в этом смысле метан, если его нарушить.
Метановая сила
Метан (СН4) присутствует во всех морях и океанах. Существуют две гипотезы о его происхождении: геологическая — термогенный метан, и биологическая — метан как болотный газ, образующийся с участием бактерий. Молярная масса термогенного метана выше, чем у биологического — в состав биогенного метана входят более легкие изотопы углерода.
Кроме того, геологический газ можно добывать, а биогенный пока экономически нецелесообразно из-за меньшей концентрации в донных осадках.
Многократные попытки извлечения биогенного метана в разных странах показали, что производственные затраты слишком высоки. Исследование черноморского метана (его выходы преимущественно сосредоточены в северо-западной части моря) выявило его практически полностью биогенное происхождение. В то же время морские геологи утверждают, что запасов такого метана не может быть столь велико.
На дне Черного моря находятся метановые гидраты, запасы которых позволят снабжать газом Крым двадцатью годами. В океанах всего мира метана столько, что при нынешнем уровне потребления хватило бы на шесть тысяч лет для удовлетворения бытовых нужд всего мира. Ученым пока не хватает умения добывать его.
В США, Мексике, Японии и Индии активно ведут работы над проблемой, но разработки часто засекречиваются. Для извлечения газовых гидратов необходимо нарушить их стабильность. Для этого применяют бурение нагнетательных и газоотводящих скважин, гидроразрыв пластов и закачку термальной воды. В этой процедуре существует реальная и серьезная опасность.
Если мы нарушили целостность газовых гидратов настолько, что это привело к разрушению соседних структур, то может возникнуть «цепная реакция» и Черное море взорвётся — утверждает Егоров. Вопрос о безопасном извлечении остается открытым.
В Черном море помимо газовых гидратов выделяют холодные сипы и участки с выходом газа из дна как источники метана.
В научной литературе сообщается, что в районе палеоруса реки Днепр на глубине трех километров толщи дна обитают неизвестные формы археобактерий. Возможно, эти бактерии перерабатывают метан внутри Земли, и он выходит в море уже в виде биогенного газа, хотя источник может быть термогенным. Это означает возможность его извлечения, поскольку такой газ может встречаться в больших количествах по сравнению с биогенным. Чтобы быть уверенными, необходимо провести обширные исследования геологические, биохимические и сейсмические.
Метан приносит очевидную пользу с точки зрения экологии. В зоне выхода метана со дна, на глубинах с заражением сероводородом, возникли микроорганизмы-экстремофилы. Эти организмы образуют карбонатные постройки размером до четырех метров. Бактерий открыли в 1989 году и выяснили, что питаются не только метаном, но и сероводородом — главным «страшником» черноморских курортников.
Тысяча и одна гипотеза
В Черном море обнаружен большой объём «боевого отравляющего вещества». Предполагается, что его появление связано с геологическими разломами на дне моря или имеет биогенное происхождение. Теория черноморского потопа косвенно подтверждает вторую гипотезу.
В прошлом Черное море было пресным озером — частью океана Тетис. Примерно восемь тысяч лет назад часть современного водоема была сушей, а берег располагался более чем на сто метров ниже нынешнего уровня. Об этом говорят буровые исследования, а гидробиологические данные указывают на то, что вода в будущем Черном море была пресной. Под древним дном моря находили раковины пресноводных организмов, обитающих вблизи берегов, например, речную дрейссену — распространенный двустворчатый моллюск.
Благодаря им удалось воссоздать очертания бывшего здесь озера. Геологи исследовали поровую воду, сохранившуюся в донных слоях, и получили данные о ее пресной природе. На дне моря отчетливо видны палеорусла рек: Дона, Дунай, Днестр и Днепр.
То, что на месте Черного моря раньше было «речное» озеро, — это факт. Но дальше начинаются загадки: почему пресноводное озеро стало соленым морем?
Эта проблема не менее запутанная, чем квантовые состояния. Согласно одной гипотезе, семь или восемь тысяч лет назад таяние ледников подняло уровень океана. Вода достигла черноморского порога в районе Босфорского пролива. Возможно, этому способствовало крупное землетрясение.
Разрушение дамбы на месте Босфора привело к мощному потоку воды в озеро объемом 50 кубических километров в день, что эквивалентно силе примерно 200 ниагарских водопадов. Уровень моря возрастал на 15 сантиметров каждый день. Для сравнения: самая полноводная река мира — Амазонка — ежесуточно приносит в океан всего 20 кубических километров. Через узкий Босфорский пролив в Черное море в сутки выливались две с половиной Амазонки.
Поступление соленой воды привело к гибели большинства животных озера. Останки стали оседать на дно, образовав обширный слой сероводорода. Подъем этого слоя прекратился около двух с половиной тысяч лет назад, с тех пор сероводородная зона в Черном море стабильна. Это объясняется уравновешенностью поступления Н2S и его окисления кислородом. Кроме того, границу сероводородной зоны населяют бактерии, использующие ядовитый газ как источник питания.
Другие данные свидетельствуют: биомассы бывшего озера были недостаточны для образования на его дне столь обширной зоны сероводородного заражения. На это указывает и тот факт, что в водоемах, которые тогда существовали на месте современного Черного моря, тоже возникали сероводородные заражения, но возможно, более мелких масштабов. По другим оценкам геофизиков, на дне такого количества источников Н2S просто нет.
Из сложных научных данных следует, что точного объяснения происхождения сероводорода в Черном море пока нет. Предполагают, что первостепенную роль играют погибшие пресноводные организмы, а во вторую очередь — выброс газа из дна вследствие геологических процессов.
А был ли Ной?
Американские геологи Уильям Райан и Уолтер Питмен из Колумбийского университета считаются главными сторонниками теории черноморского потопа. В конце 1990-х они выпустили книгу под названием «Ноев потоп». Считается, что Черное море образовалось в результате затопления еще со времен Плиния Младшего, а в 1979 году болгарский геолог Петко Димитров также высказывал эту идею.
Если действительно был потоп, то возможно библейская история о Ное имеет реальную историческую основу? Такое предположение логично, так как Черное море расположено вблизи центров древних цивилизаций, а гора Арарат (с которой, по библейской истории, спустился Ной), находится недалеко.
Однако существуют возражения против этой версии. Первое — черноморский потоп произошел около 7,5 тысяч лет назад, а самые ранние тексты о Ное относятся к четвертому тысячелетию до нашей эры.
Раскопки городов Двуречья обнаруживают слои осадочных пород, которые несомненно образованы наводнениями позднейшего времени — эпохи истории. То же относится к древним черноморским поселениям, например городу Акра, затопленным водой: сильные наводнения происходили и в исторический период.
Легенды о потопе распространены во многих культурах: в Индии, Китае, Центральной Америке и даже у австралийских аборигенов. Существует мнение, что эти мифы могли быть связаны не с локальными наводнениями, а с эпохой экстремальных затоплений, которые охватили Землю в конце последнего ледникового периода. Легенда о потопе Ноя могла иметь исторические корни.
В библейском тексте содержится мало отличий от шумерских преданий, где также упоминается гора Арарат, равная той, что близка к Черному морю. Похожи и эти сказания на Девкалионов потоп из древнегреческой мифологии. Но был ли источник наводнения в Черном море?
Возможно, большее значение имело соседнее влияние Каспия. Несколько тысяч лет назад уровень его тоже поднимался на 45 метров. Некоторые считают, что этот пресноводный водоем выливался в Черное море. Однако при таком предположении непонятно происхождение соленой воды в последнем. Поэтому легенду о потопе Ноя нельзя однозначно связывать с расширением границ Черного моря.
Когда горело море
Возвращаясь к сероводороду, стоит отметить, что во время знаменитого ялтинского землетрясения 1927 года, одного из самых сильных за последнее столетие, море действительно горело. Многие считают, что виновником этого был именно сероводород.
«Черное море горело у мыса Тарханкут, — рассказывает Виктор Егоров. — Горел газ над морем. Сероводород находится глубже. Даже геологи утверждают, что горел не сероводород, а метан, выделяющийся при геологических катаклизмах. Интенсивная разгрузка метана произошла именно в 1927 году. Интересно и то, что, работая в районе реки Очамчири в Грузии» . Город Очамчира располагается на территории современной Абхазии. Мы с удивлением узнали, что при землетрясениях в этом месте всегда горит море. Поэтому район прозвали «Очамчирским богом», который якобы посылает людям предупреждение: как только там загорится вода — жди землетрясения.
Группа ученых, среди которых был собеседник… Naked ScienceРаскопки выявили источник этих «предсказаний». Он располагается на глубине 350 метров — это обширная разгрузка метана. Это еще раз подтверждает: горел именно он. Сероводород просто не может подняться на поверхность. Во-первых, кислород в поверхностных водах сразу окислит H2S, сделав его безвредным. Во-вторых, три слоя бактерий, которые питаются сероводородом, стабилизируют его верхнюю границу.
Главный аргумент за горение сероводорода – запах тухлых яиц. Однако этот запах свойственен не только H2S, но и водам растворов тиосульфидов – продуктов окисления сероводорода. Многие забывают, что возгорание «боевого» газа происходит при очень высокой температуре среды – от 200 до более чем 300 градусов Цельсия. Взрывоопасные смеси образуются лишь при концентрации его в воздухе от 4,5 до 45 процентов. Содержание в воздухе всего в 0,1 процента уже приводит к тяжелым отравлениям. Данных об этом нет.
10 января ученые Института биологии Южного моря (ИнБЮМ) сообщили об итогах многолетних исследований Черного моря. Результаты радуют: на границах сероводородной и кислородной зон — на глубине 150-160 метров — обнаружили огромные запасы различных многоклеточных организмов, в том числе большое количество рыбы. В слое толщиной три метра, например, обнаружена масса кильки, которой там почти как в консервной банке — рыбка к рыбке. Поддержание жизни в этой зоне стало возможным благодаря бактериям, питающимся сероводородом. Хотя виды рыб, плавающие на таких глубинах, мельче по размеру, чем поверхностные, — это новый промысловый район, который требует освоения.
«Тема повышения сероводородной зоны (Когда сероводород приближается к поверхности воды, проникает в верхние её слои, а возможно и в воздух. — Вопрос больше политический, чем научный, — объясняет Егоров. — Многие известные ученые участвовали в этой игре, но их прогнозы не подтвердились. Современное представление гласит, что сероводород не взорвётся, поскольку не поднимется.
Даже после землетрясений нет точных данных о количестве сейсмических событий. Считается, что с IV века до нашей эры в Крыму произошло 77 крупных землетрясений. О большинстве из них неизвестно ничего. Землетрясения слишком непредсказуемы и нерегулярны для составления достоверной статистики.
Дайте яду!
Сероводород может быть источником энергии и товарной серы. Черное море — одно из крупнейших мировых месторождений H2S. Запасы вещества оцениваются в 28-63 миллиарда тонн. Добычу сероводорода давно рассматривают.
Ученый продолжает: все способы сводятся к двум вариантам. Сероводород либо поднимается вверх, либо подвергается обработке внутри химическими реакциями. Первый способ опасен, так как поверхностные воды района добычи становятся зоной действия боевых отравляющих веществ. Поэтому предпочтительнее второй вариант. Но и здесь есть проблема: наибольшее количество сероводорода находится на глубине двух километров. Попробуйте опустить реактор на такую глубину — это очень сложное дело.
Геохимики предложили использовать газлифт: трубу опустить вниз, и разницей давлений газ поднимет вверх без затрат энергии. Но из-за физических законов диаметр трубы должен быть как минимум два метра.
Получить сероводород таким способом – примерно как черпать воду решетом. Это невыгодно.
Кроме того, на дне содержится много биогенных элементов — азот и фосфор. Поступление их на поверхность также крайне нежелательно, так как вызовет биогенную гиперэвтрофикацию (изменение физических, химических и биологических свойств) вод. Чаще всего это сопровождается замором биоты и вторичным загрязнением морской среды сероводородом.
Виктор Егоров считает добычу сероводорода из глубинных вод Черного моря экологически опасной и недопустимой при современных научных знаниях и технологическом прогрессе. Курортники и жители Черноморского побережья могут дышать свободно, наслаждаясь целебным морским воздухом. Сероводородная катастрофа не состоится.