ЧЕРНОЕ МОРЕ: ЭКОСИСТЕМЫ И СЕРОВОДОРОД

к 90-летию кафедры гидробиологии МГУ

Черное море для наших граждан является нечто большим, чем просто море. Это здравница, это место, куда летом стремились все жители Советского Союза. Как можно было жить в стране, и не побывать на Черном море, не искупаться в его водах, не поваляться на песке и не «поджариться» под жарким солнцем.  Ведь все мы в то время других морей просто не знали, а кругом только и пели «Шаланды полные кефали, в Одессу Костя приводил…» или «Самое синее в мире…». Все культовые  фильмы имели отношение к Черному морю и его городам. А Одесса – это же «рассадник» юмора. Все наши юмористы были выходцами из Одессы, или «примазывались» к ней для большего апломба. Чтобы мы ни говорили, в то время любой гражданин страны хоть раз в жизни должен был побывать на Черном море.

Самое синее в мире, Черное море мое! (слова из песни)

Однако мало кто знает, что большая часть толщи вод этого замечательного моря безжизненная. Как ни прискорбно, увы, это так! Черное море, несмотря на то, что являются «самым синим», в основном безжизненное море. Это крупнейший в мире водоем, в котором жизнь существует только до глубины 150-200 метров. Воды находящиеся ниже этой отметки являются безжизненными из-за наличия сероводорода. Там живут одни только сульфатредуцирующие бактерии.

Это связано с тем, что Черное море, хотя и входит бассейн Атлантического океана, в основном замкнутое. Оно соединятся со Средиземным морем через узкие и мелководные проливы – Босфор и Дарданеллы. Водам Средиземного моря, чтобы попасть в Черное море, необходимо вначале пройти через Эгейское, в Мраморное море, а затем уже через узкий и мелководный Босфорский пролив (минимальная ширина его около 700 м, глубина от 30 до 80 м).

Черное море питается в основном речным стоком. В него приносят свои воды десятки рек, среди которых наиболее крупными являются Дунай, Днепр, Днестр. На их долю приходится более 80% речного стока. Из-за этого черноморские воды менее соленые, чем, к примеру, Средиземного моря. Кроме того, Азовское море (соленость которого около 10-11 ‰) также питает Черное море. В мелководной северо-западной части Черного моря из-за речного стока вода сильно опресненная (5-10 промилли; количество солей в литре воды; обозначается значком ‰), тогда как в восточной и южной части – более соленая (17-18‰).  Однако водам Черного моря далеко до настоящей морской воды, к примеру, Средиземного моря (37‰).

Эмоции в сторону, расскажем о Черном море все по порядку. Начнем с географических понятий. Черное море – это внутреннее море Атлантического бассейна. Его площадь 422 тыс. км², а объем вод – 555 тыс. км³. Наибольшая глубина 2210 м (средняя – 1240 м). Конечно, это не океан, и даже не Средиземное море (там максимальная глубина более пяти километров), но все же впечатляет. Помню, будучи студентом, во время летней практики мы плавали по Черному морю на судне «Московский университет». Где-то в середине моря капитан корабля разрешил искупаться. Я отплыл от судна на 100-200 м, оно где-то маячило в стороне, а подо мной была глубина более двух километров. Испытывал при этом противоречивые ощущения, и страх, и эмоциональный экстаз от находящейся под тобой огромной глубины. Дух захватывает!

Водный баланс Чёрного моря складывается из следующих компонентов: атмосферные осадки (+230 км³ в год), материковый сток (+310 км³), поступление воды из Азовского моря (+30 км³), испарение с поверхности моря (–360 км³). Остаток в объеме 210 км³ вытекает из Черного моря через Босфор в Мраморное море. Черноморская вода, как менее соленая,  вытекает поверху, а навстречу ей в Черное море впадает настоящей рекой соленая вода.

Из учебника гидрологии известно, течения во многом зависят от плотности вод. А плотность воды в свою очередь связана с тремя основными факторами: соленостью, температурой и давлением. С повышением солености плотность воды увеличивается, т.е. чем выше ее соленость, тем она тяжелее. В Черном море за счет мощного речного стока (Дунай, Днепр, Днестр и др.) поверхностные воды в среднем имеют соленость около 17-18‰, а глубже 200 метров – 22-24‰. Опресненные, более легкие воды лежат на более плотных, тяжелых водах. Черное море замкнутое, и перемешивание в нем за счет течений осуществляется слабо. В результате, воды ниже 150-200 м насыщены сероводородом, и жизнь в них отсутствует (за исключением разве что, бактерий).

В Черное море могучие реки в течение многих веков и тысячелетий, приносили и приносят воды, богатые органическим веществом и минеральными солями. Это способствует развитию водорослей и других организмов. Как всякие живые существа, они развиваются,  отмирают и оседают на дно. Там они разлагаются бактериями в анаэробных (бескислородных) условиях с образованием сероводорода. Существует несколько гипотез, объясняющих образование сероводорода, но основная причина связана с резко выраженным расслоением вод и слабым вертикальным обменом.

То есть, в Черном море существуют две массы вод: теплая поверхностная, богатая кислородом – опресненная (18‰), в которой развивается жизнь. Другая – глубинная – более соленая и плотная, с низкой постоянной температурой (около 8-9°C), и отсутствием кислорода (анаэробная зона). Расслоению вод способствует не только разная соленость, но и резкий перепад температуры в слое 30-100 м, а также высокое давление глубинных вод. Такое вертикальное расслоение препятствует перемешиванию моря и обогащению глубин кислородом. Концентрация сероводорода на глубине 150 м составляет  0,19 мг на 1 л воды. На глубине 2000 м она уже достигает максимальной концентрации  9,6 мг/л воды (т.е., в 50 раз больше). В Черном море количество сероводорода составляет около 3 млрд. тонн, который там находится под большим давлением. Наличие сероводорода в Черном море было обнаружено только в  конце XIX века,  а известный русский химик Н.Д.Зелинский дал научное объяснение этому явлению.

Чтобы было более понятно, как это так разные водные массы  не перемешивается между собой (вернее слабо перемешиваются), приведем в качестве примера подводное течение соленой воды из Мраморного моря через Босфор в Черное море, о котором говорилось выше. Эта река течет по наклонной плоскости, имеет глубину 35 м, ширину 1 км и длину 60 км. Вот такой путь проходит подводная соленая река, прежде чем она окончательно рассеется в Черном море. Скорость воды доходит до 6,5 км/ч. Такая подводная река имеет элементы, свойственные поверхностным рекам, – берега, пороги, водопады и др.(см. рис.). Она течет уже многие тысячи и тысячи лет, хотя была открыта  только в 2010 г.

Давайте приведем еще один пример. Положим в стаканы с холодной и теплой водой сахар или соль. Если не перемешивать воду ложкой, пройдет достаточно много времени, пока сахар или соль полностью растворятся и концентрация станет однородной. В холодной воде этот процесс будет проходить медленнее, чем в теплой. Так происходит в небольшом объеме воды (стакане), а в огромном море эти процессы осуществляются еще медленнее. Конечно, если воду в стакане перемешать ложкой, а в море течениями, то, соответственно, процесс перемешивания пройдет значительно быстрее.

Мы уже отмечали, Черное море – это внутреннее замкнутое  море, могучие реки в течение многих веков, а может быть и тысячелетий, приносили и приносят воды, богатые органическим веществом и минеральными солями. Минеральные соли способствуют развитию морских водорослей, в первую очередь планктонных. Последние являются кормом для зоопланктона. Во-первых, они снижают прозрачность воды и не дают развиваться донным водорослям.

Вот такая она, подводная река!

Несмотря на, казалось бы, неблагоприятные условия, Черное море богато жизнью. Растительный мир моря включает в себя 270 видов многоклеточных зеленых, бурых, красных донных водорослей. В северо-западной части моря российский ученый С.А.Зернов в 1908 г. открыл огромные заросли красной донной водоросли филлофоры. Филлофора растет там на глубине 30-60 м (вернее, когда-то росла). Площадь скопления этих водорослей составляла около 10 тыс. км². Эта часть Черного моря получила название «филлофоровое поле Зернова». Массовые скопления филлофоры объясняются круговым течением, ограничивающим этот район, а также обилием питательных веществ в иле. Это почти, как в Саргассовом море, где  в толще его вод в больших количествах развиваются бурые водоросли. Масса филлофоры исчисляется примерно 10 млн. т. Как и другие красные водоросли, филлофора  не переносит загрязнения воды.

Филлофора интенсивно используется в промышленных целях. Из нее добывают ценное вещество агар-агар, широко применяемое в микробиологии и пищевой промышленности.  Интенсивная эксплуатация и загрязнения среды, привели к тому, что запасы филлофоры снизились в 30 раз (до 0,3 млн. тонн). Из-за развития фитопланктона уменьшалась прозрачность воды, в результате меньше стало света для донных водорослей. Филлофоровое поле «сжалось», как шагреневая кожа. Сейчас филлофора произрастает только в прибрежной зоне на глубинах 3-5 м (из-за низкой прозрачности воды). Наконец-то люди опомнились, в 2008 г. на шельфе Северо-Западного региона в морской экономической зоне Украины создан ботанический заказник «Филлофоровое поле Зернова».

В Черном море обитает 2500 видов животных (из них 500 видов одноклеточных, 160 видов позвоночных – рыб и млекопитающих, 500 видов ракообразных, 200 видов моллюсков, остальное – беспозвоночные разных видов). Для сравнения, в Средиземном – около 9000 видов. Фауна Черного моря заметно беднее Средиземного, что во многом связано  с низкой соленостью воды и постоянным присутствием сероводорода на глубинах более 200 м.

В связи с этим Черное море подходит только для обитания мелководных и прибрежных видов животных. На дне моря обитают мидии, устрицы, морской гребешок, а также брюхоногий моллюск рапана (Rapanavenosa). Он прибыл в Черноморье  из дальневосточных морей с балластными водами кораблей. Моллюск впервые был обнаружен в Черном море в 1947 г. и за 50 лет уничтожил почти всех устриц, мидий, и морского гребешка, подорвал искусственные плантации по разведению этих моллюсков. Сильно расплодиться рапана смогла только потому, что из-за невысокой солености в Черном море отсутствуют ее естественные враги – морские звезды. Хорошие пищевые условия способствовали ее росту, в результате раковина стала крупная, и каждый отдыхающий счел свои долгом привезти ее домой в качестве сувенира. Кроме того ее мясо оказалось съедобным. Толпы отдыхающих способствовали снижению численности этого моллюска. Сейчас можно купить в качестве сувенира совсем небольшую раковинку. Так что недаром в начале статьи мы говорили, что каждый гражданин страны побывал на Черном море, и, соответственно, снизил численность  этого хищника. У меня дома, к примеру, имеются две крупные раковины размером с кулак (привез в 1960-х годах) и одна маленькая (в 1990-х годах). Природные и искусственные популяции жертв рапаны (в первую очередь устрицы и мидии) начали постепенно восстанавливаться.

Среди рыб, обитающих в Черном море, можно отметить несколько видов, многие из которых являются промысловыми: бычки, хамса (анчоус), кефали, камбала, мерлуза (хек), скумбрия, ставрида, тюлька, сельдь и другие. Т.е. обитают как крупные, так и мелкие рыбы. Млекопитающие представлены в Черном море двумя видами дельфинов, обыкновенной морской свиньей (нередко называемой азовским дельфином), а также белобрюхим тюленем.

Впадающие в море реки приносят воды с высоким содержанием  минеральных удобрений, в том числе нитраты и фосфаты.  Один только Дунай протекает через территории двадцати стран. Его воды содержат не только минеральные удобрения, но и бытовые отходы, детергенты, нефтепродукты и пр. Сильное загрязнение впадающих в море рек, особенно стоками с полей, содержащими минеральные удобрения, приводит к эвтрофированию вод северо-западной части Черного моря. За счет этого развиваются синезеленые водоросли (цианобактерии), которые уменьшают прозрачность вод и нарушают кислородный баланс. Скорее всего, с этим связано уменьшение «плантаций» филлофоры в западной части Черного моря. Необходимо иметь в виду, что в этой части моря находятся нерестилища многих видов рыб, происходит зарождение 2/3 всех организмов Черного моря. Интенсивные грузо- и нефтеперевозки также приводят к загрязнению акватории моря.

Дунай протекает через двадцать стран  и каждая из них сбрасывает неочищенные или слабо очищенные сточные воды. Все это поступает в Черное море, догадайся потом,  кто это сделал и чьи это воды. Почти, как в песне О.Фельцмана и Е.Долматовского:

Вышла мадьярка на берег Дуная,

Бросила в воду цветок,

Утренней Венгрии дар принимая,

Дальше понесся поток.

Припев: Дунай, Дунай,

                        А ну узнай

                        Где чей подарок!

Гребневик Мнемиопсис

медуза аурелия

Черное море своими водами омывает  территории семи государств, а, как известно,  «у семи нянек дитя без глазу». Из-за этого его природные ресурсы нещадно эксплуатируются, а воды – подвергаются сильнейшему загрязнению. Отсутствие договоренностей между странами о квотах вылова рыбы привело к тому, что в последние годы XX – начале XXI века рыбный промысел в Черном море сильно сократился вследствие перелова. Это привело к каскаду негативных экологических последствий.

В 1970-е годы из-за перелова сократилась популяция крупных хищников: дельфинов, скумбрии и тунца, которые питались мелкой рыбой. Как следствие этого, размножились в больших количествах  килька и анчоусы. Рыбаки переориентировались на мелкую рыбу, и к началу 1990-х не осталось и ее. Кормовая база мелкой рыбы – зоопланктон увеличил свою численность, тем более, из-за минеральных удобрений в массе стали развиваться микроскопические водоросли.

Освободившуюся экологическую нишу заняли медузы, в основном аурелия. В конечном счете, они составили до 90% массы всех живых существ Черного моря.

Но  этим дело не кончилось. С балластными водами в Черное море из Атлантического побережья Северное Америки был завезен гребневик (Mnemiopsisleidyi), нанесший большой урон экосистеме моря. Впервые он был обнаружен в 1982 г. Он чем-то напоминает медузу (но не родственный ей) размером 5-7 мм (без щупальцев), имеет такое же студнеобразное тело. Поедает не только  зоопланктон, но и икринки рыб, личинок и мальков рыб, личинок донных животных. Он стал конкурентом медузы аурелии. Прожорливый и быстро размножающийся, он уничтожил кормовую базу хамсы, тюльки, за счет этого сократил их численность.

Причиной массового развития этого вселенца стало отсутствие хищников, способных контролировать их численность: мнемиопсиса никто не ел.

Положение исправилось в 1997 году – в Черном море появился другой aтлантический гребневик – берое (Beroeovate). Берое питается одним только мнемиопсисом, – проглатывает его целиком (рот у него сильно растягивается). Специалисты возлагают на нового вселенца большие надежды, утверждают, что экосистема после его вселения начала постепенно восстанавливаться (хотя мнение других – достаточно скептическое). Мы опять на кого-то надеемся! Хотя на самом деле первопричиной является перелов рыбы и переудобрение (эвтрофикация) морских вод.

Гребневик берое (Beroe ovata) – предполагаемый спаситель черноморской экосистемы

Экосистема Черного моря очень чувствительна к внешним воздействиям. Поэтому изменения биологической структуры Черного моря будет продолжаться еще долго, пока человек не научится бережно относиться к среде и не перестанет на кого-то надеяться.

При реализации проекта использованы средства государственной поддержки, выделенные в качестве гранта в соответствии c распоряжением Президента Российской Федерации от 29.03.2013 № 115-рп») и на основании конкурса, проведенного Обществом «Знание» России.

А.П.Садчиков,
Московское общество испытателей природы
https://www.moip.msu.ru
aquaecotox@yandex.ru

Фото и некоторые цифровые материалы из:

https://ru.wikipedia.org/wiki/

https://blacksea-education.ru/

https://www.informnauka.ru/rus/2000/

https://www.oceanology.ru/