Анаэробные бактерии в жизни экосистемы Черного моря

Анаэробные бактерии в жизни экосистемы Черного моря

Черноморский сероводород

Если спросить у биолога, геолога или географа, что он знает о глубинах Черного моря, то ответ будет однозначным: Черное море — огромный резервуар сероводорода. Можно услышать также о фантастических проектах промышленного получения серы и серной кислоты с одновременной очисткой черноморских глубин.

Черное море — это самый крупный на нашей планете меромиктический водоем, водная толща которого глубже 130−150 м заполнена бескислородными водами, содержащими ядовитый сероводород.

Сегодня внимание к проблеме происхождения черноморского сероводорода напрямую связано с предположениями о возможном повышении уровня сероводородной зоны в центральной части моря, а также с установленным фактом обширного заражения сероводородом придонных вод северо-западного шельфа в летний период. Дефицит кислорода в этом наиболее продуктивном районе Черного моря привел к массовой гибели бентосных микроскопических животных! В чем причина повышения уровня сероводородных вод? Какие меры возможно принять для предотвращения гибели экосистемы Черного моря?

Сероводородную зону в Черном море открыл Н.И. Андрусов в 1890 г. Проблема происхождения этой зоны стала предметом научных дискуссий. Очень скоро мнения ученых свелись к двум главным гипотезам. Сторонники гипотезы миграционного происхождения сероводорода полагают, что основная его часть поступает в море в готовом виде из пород дна по тектоническим разломам. Аргументом в пользу «геологической» гипотезы могут служить содержащие сероводород подземные воды, найденные на восточном побережье Черного моря (район курорта Мацесты) в известняках юрского возраста. Естественно, что «геологическая» гипотеза не рассматривает влияние антропогенного фактора на образование сероводорода в море.

Другая гипотеза, которая сегодня находит все больше сторонников, может быть названа «биогенной». В конце прошлого века Н.Д. Зелинский предположил, что черноморский сероводород образуется в результате деятельности специфических бактерий, окисляющих органическое вещество кислородом из сульфатов, которые восстанавливаются при этом до сероводорода. Органическое вещество, образующееся при фотосинтезе в поверхностных водах, постоянно осаждается, а сульфаты пополняются главным образом за счет придонного притока соленых вод через пролив Босфор из Мраморного моря. Ухудшение экологической обстановки в черноморском регионе «биогенная» гипотеза связывает с дополнительным поступлением в составе бытовых и речных стоков органического вещества и минеральных солей антропогенной природы. Это активизирует все биогеохимические процессы, и в том числе процесс бактериальной сульфатредукции с образованием сероводорода в воде и осадках.

Начиная с 1980 г. сотрудники лаборатории микробной биогеохимии Института микробиологии РАН проводили комплексные исследования водной толщи и донных осадков Черного моря. Одной из основных задач была количественная оценка роли микробиологических процессов в образовании черноморского сероводорода.

Результаты многих экспедиций неоспоримо свидетельствовали в пользу его биогенного происхождения. Было доказано, что черноморский сероводород образуется главным образом за счет деятельности анаэробных сульфатредуцирующих бактерий, обитающих как в водной толще, так и в донных осадках. При этом большая часть сероводорода образуется непосредственно в водной толще, а не мигрирует из осадков.

Исследования сильно загрязненных осадков в районе выносов рек Дуная и Днестра подтвердили, что причиной сероводородного заражения водной толщи этих районов стала активизация бактериальной сульфатредукции, а также позволили достаточно точно датировать начало негативных процессов. Появление сероводородных заморных зон совпало по времени с резким подъемом промышленности и сельского хозяйства причерноморских стран.

При дальнейшем загрязнении Черного моря микробное образование сероводорода будет усиливаться. Это может привести к крупной экологической катастрофе. Ситуация такова, что нельзя недоучитывать возможность сокращения аэробной зоны моря и даже прорыва сероводорода в атмосферу.

Повышение уровня черноморского сероводорода оставило в тени не менее важную проблему анаэробного бактериального образования других газов, и прежде всего метана.

Что такое черноморский метан?

Современный метан образуется в результате жизнедеятельности уникальной группы микроорганизмов — метанобразующих архебактерий, возможно, наиболее древней группы организмов на нашей планете. Метан — конечный продукт микробного разложения органического вещества в анаэробных условиях.

Результаты последних экспедиций в сильно загрязненные приустьевые районы рек Дуная и Днестра показали, что «перенасыщение» поверхностных вод метаном в этом регионе достигает сотен и тысяч раз. Следовательно, метан, поступающий из нижних слоев моря, не успевает в водной толще окислиться аэробными микроорганизмами, питающимися метаном, и поступает в атмосферу, повышая тем самым концентрацию парниковых газов. А это грозит потеплением на планете, возможным таянием ледников со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Однако проблема черноморского метана не ограничивается исключительно процессами современного микробного метанобразования.

В апреле 1989 г. в Крымском районе Черного моря сотрудники Института биологии южных морей АН УССР обнаружили пузырьки газов, поднимающиеся к поверхности моря со скоростью 12−14 м/мин.