Z pokładu morze wygląda jak każde inne. Fale, mewy, woda w kolorze atramentu. Pod powierzchnią kryje się jednak coś, czego nie widać z brzegu: morze jest podzielone na dwa piętra, a dolne nie ma tlenu.[1]
Granica leży sto, czasem sto pięćdziesiąt metrów pod powierzchnią. Powyżej żyją ryby, delfiny i plankton, który latem zabarwia wodę na turkusowo. Poniżej nie ma ani jednej ryby. Jest woda, siarkowodór i bakterie, które go produkują. To największy beztlenowy basen morski na Ziemi, a tlen dociera w głąb tak wolno, że nie nadąża za jego zużyciem.[2]
Dwie wody, które nie chcą się spotkać
Wystarczy spojrzeć na mapę. Morze Czarne ma jedno połączenie ze światem, cieśninę Bosfor, i jest to połączenie wyjątkowo niewygodne. Cieśnina ma od 0,7 do 3,6 kilometra szerokości, a jej dno podnosi się miejscami do 32 metrów pod powierzchnią. Przez tak płytki próg nie przepłynie nic, co leży głębiej.
W praktyce wygląda to tak: dołem wchodzi woda z Morza Marmara, cieplejsza i słona, a górą wypływa woda rzeczna, lżejsza. Rzeki, przede wszystkim Dunaj, Dniepr i Dniestr, dostarczają około 350 kilometrów sześciennych wody rocznie, z czego sam Dunaj daje około 250. Woda z Bosforu to około 300 kilometrów sześciennych, odpływ powierzchniowy około 600. Morze ma więc nadmiar słodkiej wody u góry i nadmiar słonej na dole, i ani myśli ich wymieszać.
Skutek widać w liczbach. Powierzchniowa woda ma zasolenie około 18 promili, denna ponad 22. Różnica czterech promili brzmi niepozornie, ale woda słona jest cięższa, a zimna cięższa jeszcze bardziej. Granica gęstości, czyli haloklina, leży między 50 a 200 metrami i trzyma się stabilnie przez dziesięciolecia. Woda nie przechodzi przez nią swobodnie, a mieszanie, które w otwartym oceanie robią sztormy i prądy, tutaj prawie nie działa.
Dla porównania, Bałtyk jest morzem, w którym rzeki rozcieńczają wodę tak skutecznie, że woda bywa prawie słodka. Morze Czarne idzie w przeciwną stronę: sól ma, ale trzyma ją na dnie, oddzieloną od reszty.
Skąd bierze się siarkowodór
W górnej warstwie tlen pochodzi z powietrza i z fotosyntezy planktonu. Ten plankton obumiera i opada. Po drodze rozkładają go bakterie, które zużywają tlen, i tak dzieje się w każdym morzu. W otwartym oceanie ubytek uzupełnia woda z powierzchni, która miesza się z głębszą. W Morzu Czarnym ta dostawa jest zbyt wolna.
Gdy tlen się kończy, bakterie nie przestają pracować. Część z nich przestawia się na siarczany zamiast tlenu, a tych w morskiej wodzie nie brakuje, i wytwarza siarkowodór, gaz o zapachu zgniłych jaj. Poniżej około 150 metrów tlenu jest praktycznie zero, a wyższe formy życia, czyli wszystko od robaków po ryby, nie mają tam czego szukać.[3]
Siarkowodór nie zostaje jednak na dnie. Unosi się powoli w stronę powierzchni, ale po drodze reaguje z tlenem i innymi utleniaczami i zanika, zanim dotrze do strefy, w której mogłyby żyć zwierzęta. Dlatego morze nie cuchnie na plaży i dlatego granica między warstwami jest tak ostra. To nie jest granica dnia i nocy. To granica chemiczna, utrzymywana przez różnicę gęstości.
Woda, która nie widziała powierzchni od stuleci
Jak wolno działa ta wymiana, pokazują pomiary. Woda poniżej 50 metrów ma średni czas przebywania około 330 lat. Tuż pod warstwą mieszaną jest młodsza, ma kilka lat, ale na głębokości 500 metrów jej wiek rośnie do setek lat. Poniżej 1700 metrów woda jest tak jednorodna, że trudno w niej wyróżnić jakąkolwiek warstwę.
To wyjaśnia, dlaczego tlen nie nadąża. Woda, która opuszcza powierzchnię, niesie ze sobą zapas tlenu na kilkadziesiąt lat. Później jest zdana na to, co sama zużyje, a zużywa go stale, na rozkład opadającej materii organicznej.
Skala robi wrażenie. Morze Czarne ma około 534 tysiące kilometrów sześciennych wody, a poniżej 50 metrów leży 520 tysięcy, czyli prawie 97 procent objętości. Średnia głębokość to około 1260 metrów, maksymalna ponad 2200. Warstwa, w której może żyć coś poza bakteriami, jest cienka jak skórka na owocu.
Co się dzieje z materią organiczną
Beztlenowa woda nie jest pusta. Rozpuszczona materia organiczna, czyli mieszanina cząsteczek pochodzących z rozkładu organizmów, jest tam około 2,5 razy bardziej stężona niż w wodzie Morza Śródziemnego, z której to morze czerpie sól.[4] Powód jest chemiczny. Siarkowodór reaguje z tymi cząsteczkami i przyłącza do nich siarkę, a powstałe związki są trwalsze od wyjściowych i wolniej się rozkładają.
W wodach beztlenowych Morza Czarnego prawie jedna piąta cząsteczek materii organicznej zawiera siarkę, znacznie więcej niż w innych morzach. To tłumaczy, dlaczego w tym morzu jest ponad dwa razy więcej węgla organicznego niż w wodach bogatych w tlen. Mechanizm działa jak konserwant: materia, która w normalnym morzu zostałaby zjedzona i rozłożona, tutaj osiada i zostaje.
Naukowcy opisują to jako sprzężenie zwrotne w obiegu węgla: więcej beztlenowych wód oznacza więcej zatrzymanego węgla. Sami zastrzegają, że w obecnych warunkach ten efekt jest zbyt słaby, by zauważalnie wpłynąć na klimat. W dziejach Ziemi bywały jednak okresy, gdy beztlenowych wód w oceanach było znacznie więcej.
Morze, które było jeziorem
Morze Czarne nie zawsze było słone i podzielone. Przed około siedmioma tysiącami lat było jeziorem, do którego wpadały rzeki. Gdy po ostatnim zlodowaceniu podniósł się poziom oceanu, woda z Morza Śródziemnego zaczęła przelewać się przez Bosfor. Słona woda weszła dołem, słodka została na górze i tak powstał podział, który trwa do dziś.
Datowanie tego przełomu różni się między pracami: jedne mówią o siedmiu tysiącach lat, inne o ośmiu. To nie sprzeczność w mechanizmie, tylko różnica w tym, co kto mierzy. Moment, w którym woda stała się słona, moment, w którym zaczęło brakować tlenu, i moment, w którym zmienił się osad, to trzy różne daty.
Granica, która nie podnosi się tak, jak się czasem mówi
W mediach co jakiś czas pojawia się ostrzeżenie, że strefa bez tlenu rośnie i za kilka dekad sięgnie plaż. Przesłanki są realne: w latach 70. i 80. nawozy spływające rzekami powodowały zakwity glonów, a rozkład ich szczątków zużywał więcej tlenu. Pomiary izotopów promieniotwórczych z opadów atomowych i z Czarnobyla, które trafiły do morza w 1986 roku, pokazują jednak coś innego. Granica między wodą z tlenem i bez tlenu jest stabilna w skali dekad, a nie podnosi się tak, jak zakładali niektórzy badacze.[5]
To ważne zastrzeżenie, bo pokazuje, jak działa to morze. Jego podział nie jest skutkiem zanieczyszczenia, które można odwrócić, tylko skutkiem bilansu wody i soli, który trwa tysiące lat. Można poprawić jakość rzek i ograniczyć nawozy, ale nie zmieni to faktu, że słona woda z Bosforu jest cięższa od rzecznej.
Zostaje obraz mniej dramatyczny niż wizerunek morza bez życia. Morze Czarne żyje na górze i nie żyje na dole, a granica między tymi światami jest jedną z najbardziej wyraźnych w przyrodzie. Wystarczy sto metrów wody i odrobina soli, żeby rozdzielić dwa światy na tysiące lat.
Źródła
- James W. Murray, Keith Stewart, Steven Kassakian, Marta Krynytzky, Doug DiJulio, „Oxic, Suboxic and Anoxic Conditions in the Black Sea”, rozdział w przygotowaniu do tomu „Climate Change and Coastline Migration as Factors in Human Adaptation to the Circum-Pontic Region”, wersja z 8 stycznia 2005, School of Oceanography, University of Washington. https://ocean.washington.edu/people/faculty/jmurray/BlackSeaOverview.pdf
- Evgeniy V. Yakushev, Oleg I. Podymov, Valeriy K. Chasovnikov, „Seasonal Changes in the Hydrochemical Structure of the Black Sea Redox Zone”, „Oceanography” 18(2), 2005, s. 48-55. https://doi.org/10.5670/oceanog.2005.41
- Max Planck Institute for Marine Microbiology, „Sulfur enhances carbon storage in the Black Sea”, 16 czerwca 2021. https://www.mpi-bremen.de/en/Sulfur-enhances-carbon-storage-in-the-Black-Sea.html
- Gonzalo V. Gomez-Saez i inni, „Sulfurization of dissolved organic matter in the anoxic water column of the Black Sea”, „Science Advances” 7(25), 2021, eabf6199. https://doi.org/10.1126/sciadv.abf6199
- Woods Hole Oceanographic Institution, „Black Sea Studies”, Café Thorium, przegląd projektu i wyników. https://cafethorium.whoi.edu/projects/black-sea-studies/
- Zdjęcie: NASA Earth Observatory, „Phytoplankton Blooms in the Black Sea” (MODIS, 2006), domena publiczna, plik z Wikimedia Commons. Zmiany: kadr przycięty do proporcji 16:9 i zmniejszony do 1200 na 675 pikseli. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2006_satellite_image_of_Phytoplankton_Blooms_in_the_Black_Sea.jpg
