黑海将再次变成火海?里面具有的硫化氢和甲烷,会造成什么危害?

克里米亚每80-100年发生一次大地震,而最后一个最具破坏性的事件发生在1927年的雅尔塔,当时的黑海几乎变成了一片火海。对于这个事件的发生,不禁让我们心生疑问,在不久的将来,这片黑海会不会再一次变成一片火海?黑海里面所具有的硫化氢是危险的吗?对于这些问题,《Naked科学》从专家那里得到了这些问题的答案。

黑海将再次变成火海?里面具有的硫化氢和甲烷,会造成什么危害?

南海洋生物研究所的科学主任菲茨·福布恩介绍,黑海拥有的并不只有海水,它还拥有着溶解在水里面的硫化氢和甲烷。对于这两个隐藏在水里面的“小东西”,很少有人记得。

硫化氢是一种无机化合物,标准状况下是一种易燃的酸性气体,无色,低浓度时有臭鸡蛋气味,浓度极低时便有硫磺味,有剧毒。像黑海这样的硫化氢储量在地球上的任何水体中都不存在。和黑海比起来,其他地方的硫化氢储量规模要小得多。

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对于硫化氢的来历,还是比较具有戏剧性的。苏联时期,苏联人在大西洋将大量的鱼类捕捞出来,这些被捕捞出来的鱼多到可以养活了整个苏联。于是他们把鱼肉加工成面粉,而鱼头则扔回海里面。洋流把这些鱼头冲进礁石洞里,随着时间的推移,硫化氢就形成了。但是,这种所谓的“坏”气体是不是就真的这么令人恐惧呢?如果硫化氢安安静静地待在海里,与水和睦相处,它就不具备危险。从这个意义上来说,另外一个“小东西”,也就是甲烷,好像比硫化氢要危险得多。

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对于这个和硫化氢共同存在的“小东西”,不同国家曾经多次表明,生产生物甲烷的生产成本太高。研究发现,黑海甲烷几乎完全是生物源,这无疑是一部巨大的资源。“与此同时,海洋地质学家说,这样的甲烷储量根本不可能有这么多,”维克托·尼古拉耶维奇说。

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甲烷存在于地球上所有的海洋中,对于它的起源有两个假设:首先是地质上的甲烷,其次就是生物上的甲烷。所谓生物上的甲烷就是由细菌参与产生的沼泽气体。生物甲烷由较轻的碳同位素组成,从而使得热甲烷的摩尔质量高于生物甲烷,这就是两者的不同之处。

此外,地质气体是可以开采从而加以利用的,而想要利用生物气体在经济上是不可取的。之所以不可取,是因为沉积物中的生物源气体浓度较低,如果进行开采,实在是耗时耗力。

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曾经有不少国家曾经尝试将生物甲烷也利用起来,但是生产成本实在是太大了,如果真的要利用生物甲烷,那么到最后只会得不偿失。而在研究黑海甲烷(其出口主要位于西北海)时,专家们得到了一个结论,这些甲烷几乎完全是由生物生成的。与此同时,海洋地质学家提出了一个疑问,为什么这里的甲烷的储量那么多。按道理来说生物甲烷的储存量很难达到这么多,而这里的量实在是多到令人难以置信。

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究竟是什么样的储量,竟然这么令人吃惊。这么说吧!

在黑海的底部的甲烷,足以为整个克里米亚提供2000年的天然气。也就是说,在地球的所有海洋中,有足够多的甲烷让我们开采,而这些甲烷初步估计,可以维持我们6000年的生活需求。当然,这个生活需求是在目前的消费水平上来评估的。不过,这件事对于我们来说,已经算是一个好消息了。但是对于这么多的甲烷,我们确实可望而不可及的,因为现在我们还没有掌握足够的技能去开采这些甲烷。稍有不慎,可能就会弄巧成拙。

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美国、墨西哥、日本和印度对于这个开采技术,正在展开激烈的研究,但是这项工作,他们都对外保密。毕竟如果成功了,那可就是领先的技术,如果对外公布,怎么说都有点吃亏了。不过开采甲烷并没有那么容易,事实证明,如果想要开采这种溶于水的甲烷,就需要破坏其稳定性。对于这个问题的解决办法,他们是通过钻探所谓的注入气体排出井,然后采用压裂技术和向里面注入热水来实现的。不过说实话,这种方法有很大的安全隐患。

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“如果我们干扰了天然气水合物,使其产生了破坏相邻结构的效果,那么就可能会发生连一系列的连锁反应,然后黑海就会爆炸。”这是菲茨·福布恩的原话。所以,有关于安全开采的问题,那些研究开采技术的国家并没有进行隐瞒。

除了水合作用外,黑海甲烷也可以通过冷凝变成气体从海底流出来。菲茨·福布恩曾经在相关科学文献中找到过一些证明,在第聂伯河的古河道地区,三公里深的海底,居住着一种古细菌。它们可以在海的深处加工甲烷。对于这个证明,菲茨·福布恩并不能完全相信。要想确定它究竟是不是真的,还需要进行大量的地质、生物化学等相关的研究。

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对于黑海的甲烷,它们非常积极地向我们展示了它们的本事。经过一些科学研究,专家们发现了这些甲烷对环境竟然是有益的。在甲烷从海底流出来的一些区域,在硫化氢污染的深处,出现了一群微生物,它们形成了长达四米的碳酸盐构造。这种微生物是1989年被人发现的,它们不仅可以吃掉甲烷,还可以消灭掉臭名昭着的硫化氢。

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对于前面提到的硫化氢和甲烷,究竟是什么原因导致了它们的存在?关于黑海为什么会产生如此多的“化学品”,只有两种猜测。第一种假设提出硫化氢是由地质裂缝产生的,它们是从海底开始出现的。第二种假设则是生物学上的假设,而这个假设就是所谓的黑海洪水理论。

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黑海曾是淡水湖,它是由泰提斯海洋演变而来的。也就是说,大约八千年前,黑海的一部分是陆地

据悉,当时黑海的海岸比今天低一百多米。钻井调查和水生生物调查都证明了这一点。在黑海海底,有人发现了生活在海岸附近的淡水生物的贝壳,这足以证明,曾经黑海拥有着淡水。这些专家们根据已经发现的证据,成功地塑造出曾经黑海的轮廓。淡水的另一个论据是地质学家的数据,他们调查了保留在深海底的孔隙水,证明了这些水都是淡水。他们从海底流入了多个河流,比如多纳河、第聂伯河等。

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因此,黑海曾经是一个“河湖”,这是已经成为了一个事实。如果真的是这样,那么一切都开始变得神秘。为什么淡水湖突然变成了咸海?

有一个假设,或许可以回答这个问题。七千年前至八千年前,由于冰川融化,海平面上升,水在博斯普鲁斯海峡地区达到黑海门槛。大地震的到来,博斯普鲁斯地方的堤坝决堤了,水以每天50立方公里的速度流入湖泊,相当于200个尼亚加拉瀑布的强度,海平面也因此每天上升15厘米。相比之下,世界上最大的河流亚马逊河,每天只流入20立方公里的海水。因此,通过博斯普鲁斯海峡,每天有2.5个亚马逊人流入黑海。

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当盐水涌入淡水时,所有或几乎所有生活在水里的动物都会面临死亡。环境的变化让他们无法生存,他们的遗体开始沉积在底部。于是一个广泛的硫化氢层就这么形成了,而这个过程整整持续到了大约2500年前。然后黑海的硫化氢区保持相对的稳定,没有再发生变化。之所以可以保持相对的平衡,其原因很简单:首先,硫化氢的进入过程与水中存在的氧气氧化过程相当。其次在硫化氢地区边界生活着细菌,而硫化氢可是这些细菌的食物。

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与此同时,其他数据显示,该湖的生物量不足以在底部形成一个如此巨大的硫化氢污染区域。这也表明,现代黑海地区的水体中也出现了硫化氢污染,但规模可能较小。然而,根据地球物理学家的其他估计,海底根本没有这种数量的硫化氢来源。

从错综复杂的科学数据中只能得出一个结论:对于硫化氢在黑海的确切来源并没有明确的了解。到目前为止,人们普遍认为,这主要是受影响的淡水生物的责任,其次就是由于地质过程而造成的所谓的天然气排放。

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让我们回到硫化氢。其实在1927年著名的雅尔塔地震中(上个世纪最大的地震之一),海洋确实被烧毁了。对于这件事情,许多人认为硫化氢是罪魁祸首。

黑海在塔尔哈库特角地区燃烧”维克多·叶戈罗夫说。因为是在海面上的燃烧,所以有些地质学家认为燃烧的并不是硫化氢,而是甲烷,毕竟硫化氢可是在深深地海底。这些被燃烧的甲烷因为地质灾难才得以释放,而甲烷的大量排放正好发生在1927年。有趣的是,在格鲁吉亚的奥恰姆奇拉河地区工作时,专家们惊讶地发现,只要是发生地震,这一片海面就会产生火焰。因此,该地区被称为奥恰姆奇拉区。该区的居民说,只要发现水面一亮,他们就会立刻发出警报,然后等待地震的到来。

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为什么会有这么神奇的预测呢?

Naked科学所采访的一位科学家给出了解释。这些的原因来自于那片海面350米以下,甲烷的大量卸载。这就足以证明,被燃烧的就是甲烷。毕竟硫化氢根本无法浮出水面。首先,地表水中的氧气会立即氧化硫化氢。其次,三层以硫化氢为食的细菌也会阻止硫化氢的释放。

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之前有些学者或者专家之所以认为燃烧的是硫化氢,就是因为臭鸡蛋的气味。但是这种气味并不是硫化氢独有的,有些硫化物的水溶液,比如硫化氢氧化产物也会有这种味道。此外,可能许多人都忘记了,硫化氢气体是在200至300摄氏度的极高环境温度下才会燃烧的,而爆炸性混合物只有在空气中浓度为4.5%至45%时才会形成。如果是这样,有一个事实不得不注意,那就是空气中0.1%的浓度的硫化氢,就可以导致中毒。

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既然黑海拥有这么多丰富的资源,为什么不加以利用呢?

硫化氢可以作为能源和商品硫的来源,而黑海是世界上最大的硫化氢储存地之一,估计总储量为28至630亿吨。对于这么庞大的资源,其实它早就被人类惦记上了,但是想要获取这笔巨大的资源,好像还有很多困难需要克服。

要想取得硫化氢,科学家们给出了两种办法。硫化氢要么上升,要么通过某种化学反应在海里处理。第一种选择是危险的,因为在这种情况下,采矿区的地表水实际上是有毒物质的战场。所以只能选择第二种办法。如果选择第二个办法,就要解决另外一个问题。最大的硫化氢含量在两公里以下,试着把反应堆降到这样的深度不是件容易的事。

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地质学家建议做一个气举,就是把管子向下放,通过压力差,气体就会向上走,而不需要耗费能量。但考虑到这个过程的物理性质,这种管子的直径不得少于两米。因此,为了开采硫化氢,必须用格栅打水,但如果真的要这么做,就不划算了。

而且,这个办法也会导致许多生物源,比如氮、磷进入海底,它们的存在将导致水的所谓生物源性富营养化,这些通常会导致生物细胞沉积和次生硫化氢污染。所以,第二个办法好像也被扼杀了。

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因此,在科学知识和技术进步的现代水平上,从黑海的深水中提取硫化氢是有害和不可接受的。总而言之,黑海沿岸的度假者和居民可以自由呼吸,充分利用健康的海洋空气。就这样,获取硫化氢的计划取消了,可能伴随的灾难也消失了。

作者:花哈哈 校稿编辑:小宛

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