Образование Черного моря - (реферат)
p>Пониженная соленость воды на поверхности Черного моря объясняется громадным количеством пресной воды, приносимой реками. Часть этой воды испаряется, остальная же через Босфор стекает в Мраморное море. В Босфоре образуются два течения: одно верхнее, из Черного моря в Мраморное, другое нижнее, идущее в обратном направлении, из Мраморного моря в Черное.По данным адмирала Макарова, верхнее течение имеет среднюю скорость 3, 75 фут. в секунду, достигая местами скорости в 10 фут. По мере удаления от Черного моря, соленость этой воды увеличивается с 18 до 20 граммов.
Черноморская вода занимает в Мраморном море толщу в 10 верхних саженей этого моря; соленость ее поднимается до 24 граммов и через верхние слои Дарданелл она выливается, наконец, в Архипелаг. Из Архипелага по дну Дарданелл, вместо нее, втекает тяжелая и соленая вода Средиземного моря (в 38 граммов), которая заполняет собою глубины Мраморного моря. В свою очередь, тяжелая, нижняя, вода Пропонтиды (Мраморного моря) втекает в Босфор, образуя по дну его нижнее течение, идущее к Черному морю. Соленость этого течения в начале Босфора доходит до 30 граммов. Но эти воды скоро смешиваются с остальными водами Черного моря, и часть их погружается на его дно. Этим объясняется повышенная соленость и температура в глубинах Черного моря. Если бы оно было совершенно замкнуто и не имело сообщения с Мраморным, то температура его нижних слоев не поднималась бы выше 5° - 6°, средней температуры зимой на поверхности моря, между тем как теперь тепло проникает туда вместе с более соленой водой. Во всяком случае, циркуляция на глубинах должна происходить очень медленно. Количество воды, входящей в Черное море через Босфор, крайне незначительно сравнительно с общим количеством воды в Черном море.
Так создаются в Черном море два слоя воды с различными физическими свойствами: верхний, сравнительно тонкий, не более 100-125 саж. толщиною и нижний, от последней глубины до дна, значит, местами более 1000 саженей мощностью. Верхний слой имеет пониженную соленость и изменчивую температуру. Зимой он значительно охлаждается, а летом поверхностные слои значительно нагреваются. Благодаря этому в нем возникают вертикальные течения, быстро (ежегодно) перемешивающие воду. Менее быстрое перемешивание совершается также при помощи горизонтальных течений, возникающих под влиянием ветра и других причин. Тем не менее, всего этого достаточно, чтобы верхние слои черноморской воды снабжались необходимым для жизни количеством кислорода. Вертикальные течения, образующиеся вследствие охлаждения поверхностных слоев, не могут идти в Черное море глубже 100-125 саж. : их останавливают слои более плотной нижней воды, так как увеличение плотности верхних слоев воды под влиянием охлаждения все же не достигает величины плотности нижних слоев. Обмен вод в них может совершаться лишь следующим образом. По Макарову, верхнебосфорское течение уносит из Черного моря ежесекундно 370000 куб. фут. (в год около 322 куб. в. , или 390 куб. км. ), а нижнебосфорское вносит в Черное море 200000 куб. ф. ежесекундно (175 куб. в. , или 212 куб. км. в год). Разница в 147 куб. вёрст представляет цифру, выражающую избыток притока пресных вод в Черное море с суши (реки) и атмосферы (дождь) над испарением. Если бы Черное море не получало притока из Мраморного, а лишь стекало бы в последнее, то понадобилось бы около 2, 5 тысяч лет для полного обновления вод в черноморском бассейне. Теперь эти воды протекают, в Черном море, так сказать, лишь через верхний ("живой") слой. Так как объем слоя в 100 саж. равен приблизительно 85000 куб. км. (около 1/5 всего объема), то для этого стекания (полного обмена) требуется уже всего около 400 лет, но одновременно с поступательным движением к Босфору слой этот постоянно перемешивается конвекционными вертикальными токами, а в верхних своих частях течениями и ветрами. Иначе обстоит дело с нижним ("застойным") слоем воды, представляющим более 4/5 всего объема воды Черного моря. Смена воды в нем должна происходить чрезвычайно медленно. Тяжелая вода нижнего босфорского течения, как говорит Шпиндлер, выйдя из пролива, стекает в глубины Понта по нескольким руслам, она отчасти смешивается с опресненной водой верхних слоев, но главным образом стекает в глубины Понта, медленно и постепенно вытесняя воды кверху и ежегодно вводя в верхний живой слой некоторую массу воды. Если даже предположить, что вся вода, подаваемая нижнебосфорским течением, стекает вниз (в действительности меньше), и то ежегодное количество воды, доставляемое в глубокую котловину Понта, будет равно всего лишь около 1/1700 объема нижнего слоя. Для полного вертикального перемещения воды, очевидно идущего снизу вверх, необходим промежуток времени более 1500 лет.
Кислород, приносимый нижнебосфорским течением, расходуется быстро по дороге на дно Понта, а сверху он может доставляться лишь путем медленной диффузии, которой к тому же должно противодействовать только что намеченное вертикальное движение воды. Вследствие этого количество атмосферных газов уменьшается на счет необходимого для жизни кислорода, и в тоже самое время в нижних слоях образуется сероводород, присутствие которого становится впервые заметным на глубине 100 саженей и увеличивается по мере увеличения глубины. На глубине 100 саж. на 100000 куб. центим. воды приходится 33 куб. центим. сероводорода при 9° и 760 мм. давления; на глубине 200 саж. - уже 222 куб. центим. ; на 950 саж. до 555 цент. и на глубине 1185 саж. - до 655 цент. ; параллельно с этим в воде появляются сульфиты, количество которых растет вместе с глубиною. Сероводород бесцветный газ, часто образующийся при гниении веществ животного происхождения, которые большею частью содержат серу. Белок куриного яйца особенно богат серою, и из него особенно быстро и легко образуется сероводород. Тухлые яйца всегда и пахнут этим газом. Для организма людей и животных сероводород является ядом. Понятно, поэтому, что при заражении глубин Черного моря сероводородом, в этом море глубже ста саженей не могут жить ни животные, ни растения, а только одни бактерии; в других же морях и океанах богатый животный мир населяет их вплоть до самого дна, иногда на глубине нескольких вёрст.
Откуда же образуется в недрах Черного моря этот губительный сероводород? По исследования Зелинского и Брусиловского образование сероводорода в глубинах Черного моря обязано деятельности бактерий. Эти ученые нашли несколько видов, из которых изучен пока только один (Bacterium hydrosulfuricum ponticum), который в анаэробных (без доступа воздуха) условиях выделяет сероводород не только из белковой среды, но и прямо из сульфатов и сульфитов (сернокислых и сернистых соединений солей). Небольшое количество целлюлозы и белка способствует более быстрому развитию этих бактерий, хотя и не является необходимым условием их существования. Следовательно, эти писатели того мнения, что весь сероводород в Черном море происходит из сульфитов. Напротив Н. Андрусов, основываясь на нижеприводимых фактах, полагает, что часть сероводорода обязана своим происхождением органической белковой материи. Кроме вышеуказанной Bacterium hydrosulfuricum ponticum, в глубинах Черного моря находятся еще другие бактерии, еще недостаточно изученные, которые для своего развития требуют более значительного количества белковых соединений. По мнению Н. Андрусова надо обратить особенное внимание на то количество органического вещества, которое скопляется в глубинах Черного моря, и на результаты этого скопления. Поверхностные слои Черного и других морей кишат массой мелких, невидимых простому глазу животных и растений, (так называемый планктон). Беспрерывное отмирание этих планктонных организмов дает целый поток, или дождь из органических остатков, которые падают на дно Черного моря. Эти органические остатки, при своем падении на дно моря до глубины ста саж. , еще могут быть поглощены другими пелагическими (морскими) животными. В особенно большом количестве это происходит, вероятно, в пределах глубин около 20 саж. , где верхние теплые слои очень быстро переходят в нижележащие более холодные и плотные, и где, вследствие этого, падение остатков сильно замедляется. Но как только они достигнут глубин более ста саж. , они попадают в такую область, где кроме бактерий нет никаких других организмов, развитию которых мешают там недостаток кислорода и наличие сероводорода. Эти остатки в Черном море не служат пищей глубинным животным, как это происходит в других морях. Скопляясь на дне Черного моря, они служат пищей только бактериям (гниют), которые из серы белков образуют сероводород, и которые, в виду недостатка в воде нужного им кислорода, извлекают его из сульфатов воды, что в свою очередь дает сульфиды и сероводород.
Схема этого химического процесса дана Мурреем, и химики изображают эти реакции следующим образом:
I. C2 + CaSO4 = CaS органическое вещество и сульфат дают сульфид и + 2CO2 углекислоту.
(окисление органического вещества кислородом сульфатов).
II. CaS + CO2 + H2O = H2S сульфид, углекислота и вода дают сероводород и + CaCO3 известь.
(Разложение сульфидов угольной кислотой и выделение сероводорода). Работавший над этими вопросами в 1904 году А. Лебединцев называет сероводород, происходящий по формуле Муррея сероводородом минерального происхождения, отличая от него сероводород, образующийся непосредственно вследствие гниения белковых веществ, или сероводород белкового происхождения. В Черном море, по его мнению, имеется сероводород того и другого происхождения, в Каспийском же море и в некоторых Норвежских фиордах образуется сероводород только белкового происхождения.
Так или иначе, образовавшийся сероводород отчасти соединяется с железом, откуда и происходит обилие в глубине Черного моря сернистого железа, отчасти же проникает в воду и распространяется по глубинам.
Поднимаясь в верхние слои, сероводород доходит, наконец, до тех пределов, где происходит усиленная циркуляция воды; там, при наличии кислорода, он мало помалу начинает окисляться и разлагаться.
H2S + O = H2O + S
сероводород и кислород дают воду и серу.
