Геоэкологические проблемы Черного моря

Научно-исследовательская работа на городской научно-практической

Конференции старшеклассников «Молодежь в науке и творчестве»

Тема: «ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕРНОГО МОРЯ И КОМПЛЕКСНЫЕ ПОДХОДЫ К ИХ РЕШЕНИЮ».

Автор: Радченко Е.В.

ученица 10-А класса

ГБОУ «СОШ № 61

им. Героя Советского Союза

А.И. Маринеско»

Севастополь

2018

«Никогда не недооценивай море. Из него появилась жизнь!» итальянский писатель Туллио Аволедо

Вид Черного моря из космоса

Ключевые вопросы рассмотренные в работе:

1.Почему Черное море заражено сероводородом? Каков его объем?

2.Изменяется ли уровень сероводородного слоя? Выводы ученых Севастополя.

3.Практическое значение изучаемого вопроса.

4.Как контролировать и уменьшить сероводородный слой?

5.Есть ли подобные явления в других частях Мирового океана?

6.Экологические проблемы Черного моря и пути их решения.

Обоснование темы

Ученые Севастополя подчеркивают, что за последние 20-летие рыболовный промысел в Черном море пришел в упадок, он сократился почти в 10 раз. Крупнейшие заводы сбрасывают отходы, со дна моря регулярно добываются газ, нефть, разрушаются донные и береговые ландшафты – эти и многие другие факторы, созданные людьми, вносят свой негативный вклад. И мы сегодня должны встать на защиту экосистемы Черного моря.

Результаты современных исследований ученых Севастополя

Основные негативные факторы, воздействующие на экосистему Черного моря:

1) промышленные и хозяйственные сбросы;

2) смыв удобрений и пестицидов с полей во время весеннего половодья;

3) интенсивное судоходство;

4) загрязненный сток рек.

Основное загрязнение Черного моря – нефтяное загрязнение.

Пути поступления нефти в море самые различные:

1.Танкерный флот, ежегодно попадает в воду до 170 тыс. тонн;

2. Добыча нефти на шельфе Черного моря;

3. Естественные утечки нефти со дна.

Наиболее загрязнены нефтепродуктами портовые акватории, районы нефтехранилищ и места несанкционированных сбросов сливных вод.

География загрязнений Черного моря

Наибольшее загрязнение отмечается:

• В Батумской бухте (Грузия);
• В Одесском заливе (Украина);

• В Севастопольской бухте разливы нефтепродуктов в среднем наблюдаются до 5 раз в год.
• В 2013 году в Севастопольских бухтах, были зарегистрированы аварийные сбросы 11 раз.

По степени загрязненности бухты можно расположить так: Южная, Севастопольская, Карантинная, Камышовая, Казачья.

Источники загрязнений в Севастополе

Потенциальными источниками загрязнения нефтепродуктами остаются:

• флотская база горючего
• Севастопольская ТЭЦ, которая загрязняет бухту (из-за примитивных очистительных сооружений)
• отсутствие очистительных сооружений для бытовых стоков в районе Фиолента, Балаклавы и Казачьей бухты .

Выводы ученых Севастополя:

В ближайшие 20-25 лет загрязнение Черного моря вырастет в 2-3 раза, потому и экологическая ситуация будет ухудшаться. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы.

Экологическая ситуация в Черноморском бассейне

Черноморский бассейн стал сегодня зоной крупного экспорта нефти (до 130 млн т/год). Риски аварийных разливов нефти в Черном море учеными Института океанологии РАН оцениваются в 3700 т в год. Определенную опасность представляют морские и наземные магистральные и промысловые трубопроводы, по которым транспортируется углеводородное сырье и продукты его переработки.

Экологическая ситуация в Черноморском бассейне

Техногенные угрозы прежде всего связаны с возможными авариями на морских буровых и платформах по добыче углеводородного сырья, а также с аварийными происшествиями на морском гражданском и военно-морском флоте. В качестве примера достаточно вспомнить последствия транспортной аварии 11 ноября 2007 г., когда в шторм затонули танкер и несколько сухогрузов, перевозивших техническую серу. В море попало 1600т мазута, 6800 т серы. Нефтепродуктами была загрязнена береговая линия протяженностью 183 км.

Геологическое прошлое Черного моря

В работе мы рассмотрели вопрос об истории геологического развития Черного моря за 60 миллионов лет: изменения площади, соединения с Мировым океаном, изменениями солености и особенностями органического мира.

Обобщенная схема изменений конфигурации и площади Черного моря

  ПЕРЕНЕСТИ!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Особенности природного комплекса Черного моря

Чёрное море является крупнейшим в мире меромиктическим (с несмешиваемыми слоями воды) водоёмом. Все экологические проблемы Черного моря обостряются тем, что оно по глубине разделено на две зоны - кислородную (до глубины 150-200 м) и лишенную жизни сероводородную (ниже 200 м) , занимающую 87% его водной массы. В распоряжении животных и растений всего 13% объема воды.

Особенность сероводорода

Сероводород является высоко агрессивной средой и смертельно опасен для человеческой жизни и жизни вообще.

Сероводородное заражение Черного моря существует более 5 тысяч лет!

Открытие сероводородного слоя

Сероводородную зону в Черном море открыл в 1890 году Николай Иванович Андрусов русский геолог, палеонтолог, академик Санкт-Петербургской Академии Наук, уроженец Керчи.

Проблема происхождения этой зоны стала предметом научных дискуссий. Очень скоро мнения ученых свелись к двум главным гипотезам.

Гипотезы сероводородного заражения Черного моря

1.Гипотеза органического происхождения, которая связана с историей моря :

- Результат разложения пресноводных растений и животных, погибших и разлагающихся после осолонения моря;

- Результат деятельности cульфатредуцирующих бактерий при разложении органических останков:

СаSО 4 +CH 4 =СaS+CO 2 +Н 2 О

CaS +Н 2 О+CO 2 =CaСО 3 +Н 2 S

Ученые Севастополя пришли к выводу: сероводород занимает новые территории

В настоящее время образование Н 2 S за счет гниения органических веществ связано с деятельностью человека. В заливах, где раньше сероводород отсутствовал, он появился в результате гниения отходов промышленного и сельскохозяйственного, а также бытового происхождения.

Сероводород зафиксирован в природных слоях Севастопольской бухты.

Исследования ученых сероводорода в Черном море

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

Исследование сероводорода в Черном море

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.

Фото анаэробных бактерий в Черном море

Вторая гипотеза. Геологического сероводородного заражения.

Сероводород поступает через разломы и грязевые вулканы, растворяясь в термальных водах и остается в придонных водах. Из-за ослабленного вертикального перемешивания воды в Черном море и сероводород накапливается именно на дне.

Газовые выбросы над Черным морем

Иногда происходит ускоренный транспорт нерастворенных газов от источников при экстремальных условиях. Например, происходят выбросы метана. Над поверхностью моря он способен самовозгораться и, даже взрываться.

Выводы севастопольских ученых совпадают с международными исследованиями.

В сентябре 2016 года группа ученых из Бельгии, Германии, Италии и США опубликовала результаты исследований, проводившихся в течение 60 лет в акватории Черного моря.

С 1955 по 2015 годы были взяты 4385 проб воды!

Выводы международной группы ученых

Слой воды, насыщенной кислородом, за время наблюдения, сократился на 44%, и сегодня его глубина едва превышает 90 метров ! По утверждению ученых, с 1955 по 2015 годы кислородный слой сокращался на 7,9 м за десятилетие , потом эти темпы несколько замедлились, но в последние годы вновь начали расти, что ученые связывают с общим потеплением.

Выводы ученых Севастополя

Глубина сероводородного слоя в Черном море зависит и от атмосферного давления, чем давление выше, тем слой сероводорода погружается глубже. В сентябре 2005 года над Черным морем длительное время располагался глубокий циклон, что привело к тому, что сероводород был зарегистрирован на глубине всего 30 метров!

Выводы ученых Севастополя

Наиболее динамичное сокращение объемов кислорода в Черном море пришлось на 70-80 годы ХХ века , когда отмечался промышленный рост в причерноморских странах. Увеличение сельскохозяйственных и промышленных стоков привело к эвтрофикации (пере удобрению) и, бурному росту фитопланктона, т.е. большему количеству органических останков, из которых при гниении образуется сероводород.

Выводы ученых Севастополя

Распад СССР и крах социалистической системы в странах Восточной Европы, сопровождавшийся резким падением производства промышленности и сельского хозяйства, снизили антропогенную нагрузку на Черное море.

Его экосистема начала самоочищаться, биологическое разнообразие – восстанавливаться!

Выводы ученых Севастополя

В 2000 годах, когда экономическое положение в причерноморских странах стало улучшаться, количество сбрасываемых отходов увеличилось в 2 раза, что привело к более активному образованию сероводорода. Уменьшается видовое разнообразие флоры и фауны Черного моря.

Распространение кислорода и сероводорода в Черном море (по данным ученых Севастополя)

Кислород Сероводород

25 м = 7,7 мл/л 130 м = 0,3 мл/л

50 м = 6 мл/л 160 м = 0,5 мл/л

150 м = 0,5 мл/л 200 м = 1 мл/л

200 м = 0мл/л 250 м = 2мл/л

400 м = 4 мл/л

500 м = 5 мл/л

700 м = 7 мл/л

1000 м = 8 мл/л

1500 м = 9 мл/л

2000 м = 9,5 мл/л

График распространения О 2 и Н 2 S

Одна из проблем Черного моря

Сероводород является сильнодействующим ядовитым и взрывоопасным веществом. Отравление наступает при концентрации от 0,05 до 0,07 мг/куб. м. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе населённых мест 0,008 мг/куб. м. Всего сероводорода в Чёрном море более 20 тысяч кубических километров. Сейчас к этой проблеме особое внимание.

Экологическая ситуация в Черноморском бассейне

В результате утоньшения поверхностного обитаемого слоя воды, в Чёрном море произошло резкое сокращение биологических организмов. Так, например, в 50-е годы поголовье дельфинов достигало 8 миллионов особей. В наши дни не часто можно наблюдать дельфинов в Черном море. Любители подводного спорта наблюдают сокращение растительности, рыб, практически исчезли рапаны.

По оценкам ученых, в настоящее время, в Черном море около 250 тысяч дельфинов! За 60 лет их количество сократилось в 32 раза!!!

Выводы ученых Севастополя

Следует серьезно уменьшить загрязнение Черного моря, свернув неконтролируемое строительство на его берегах, проводить очистку сбрасываемых вод с учетом речного стока. В Севастополе активно приступили к этим работам.

В рамках федеральной целевой программы на строительство очистных сооружений предусмотрено

8,3 млрд. рублей.

Работа над рекомендациями ученых Севастополя

В 2016 году в Севастополе были проведены проектные работы очистных сооружений "Южные", а с 2017 начались работы по их строительству. Это будет один из главных этапов развития Балаклавы по проекту «Балаклава-Грин» и города в целом. Очистные "Южные" эксплуатируются с 1969 года, но проблема в том, что работает только механическая очистка, что составляет угрозу чистоте прибрежных вод.

Работа над рекомендациями ученых Севастополя

В июне 2017 года закончилась реконструкция самой большой насосной станции в Севастополе, которая находится в Мартыновой бухте . Такая комплексная реконструкция была проведена впервые за 50 лет! Даже при аварийном отключении электроэнергии насосная станция будет работать в автономном режиме. В июле началась подобная реконструкция насосной станции в поселке Кача.

Сероводород в Мировом океане

Сероводород в Черном море

Проблема уменьшения количества кислорода в Черном море хорошо известна, слой пригодный для жизни сокращается, говорит Константин Згуровский, консультант программы по устойчивому рыболовству в России.

Сначала начинают гибнуть микроводоросли, затем устрицы и мидии. Затем водоросли начинают покрываться слизью, которая не дает им развиваться и расти. Это ведет к сокращению биоразнообразия. Уже сейчас в Черном море стало меньше ставриды, крабов, мидий.

Сероводород в Черном море

По выводам Константина Згуровского

«... большой интерес проявляют современные ученые к проектам добычи серы и водорода из Черного моря, теоретически это помогло бы экосистеме нашего моря».

Причина интереса к сероводородному слою Черного моря

Это связано с тем, что увеличивается добыча природного газа со дна Черного моря и строительства мощного газопровода (2 нити) в Турцию - «Южный поток». В воде, содержащей сероводород, перестают функционировать краски, препятствующие обрастанию поверхностей водорослями и моллюсками. Непременным компонентом противообрастающих красок являются соединения меди.

Проекты газопроводов «Южный поток» и «Турецкий поток»

Протяженность: 1091 км

Мощность: 31 млрд куб. м в год.

Тип в зависимости от транспортируемой среды:

Подземный и подводный

Утилизация сероводорода Черного моря

По мнению ученых, содержащийся в водах Черного моря сероводород может послужить исходным сырьем для производства водорода и серы либо серной кислоты при попутном получении дополнительного количества тепла. Для этого надо только найти экономически целесообразный и экологически приемлемый способ извлечения сероводорода.

Гипотезы использования газообразного сероводорода Черного моря

1.Сжигание с целью получения тепловой энергии;

2. Разложение на водород и серу плазмохимическим, электролитическим, электроплазменным методами;

3.Термокаталитическое разложение газообразного сероводорода при начальном сжигании части этого газа для получения необходимой тепловой энергии.

Снижение концентрации сероводорода в водах Черного моря возможно и без его прямого извлечения следующими способами:

• осаждение сероводорода (при подаче холода) на дно в виде газовых гидратов; • нейтрализация сероводорода железными опилками с извлечением сульфида железа и его последующей переработкой; • нейтрализация сероводорода металлом; • бактериальное воздействие (применение поглощающих сероводород бактерий). Серобактерии окисляют сероводород, переводя его сначала в серу, а затем – в серную кислоту.

Возможность получения тепловой энергии из сероводорода

По оценкам ученых в Черном море сероводорода около миллиарда тонн. При сгорании он даёт соответствующее количество тепла. Иначе говоря, это топливо, которое можно и нужно использовать. При сгорании сероводорода: 2Н 2 S + 3О2 = 2Н2О + 2SO2 выделяется тепло в количестве около 268 ккал. Сравните с количеством тепла, выделяющимся при сгорании водорода в кислороде : H2 + 1/2О 2 = H2O (выделяется около 68.4 ккал/моль ). Так как по первой реакции образуется двуокись серы (вредный продукт), то конечно же лучше использовать в качестве топлива водород в составе сероводорода, который можно получить при нагреве сероводорода по реакции: H 2 S = H 2 + S.

Макет возможной электростанции по переработке сероводорода

Вывод: Решить экологические проблемы, определить дальнейшие пути развития народов, живущих на берегах Черного моря можно только совместно со странами Причерноморского бассейна! Большую работу в этом плане проводят ученые Севастополя. В.В. Путин 18 августа 2017. Рабочая поездка в Севастополь

«Севастополь всегда в сознании любого российского гражданина – особый город!»

Разрешите поблагодарить за оказанную помощь при выполнении и оформлении работы: учителя географии Фетисову М.Г.

Автор работы: Радченко Елена ученица 10-А класса ГБОУ «СОШ №61 им. Героя Советского Союза Союза А.И. Маринеско» и руководитель: Фетисова М.Г. учитель географии

Спасибо за внимание!

Успешной работы

всем участникам конференции!