Chimia Marii Negre

Pe scurt

Curriculum meteo

Curriculum
Marea Neagra

Activitati

Proiecte

Echipamente

Resurse

Baze de date

• 2000
• 2001
• 2002
• 2003
• 2004

Albume

Vremea azi

Remote sensing

Marea Neagr� are o chimie specifc� care o diferentiaz� de orice alta mare de pe planet�. Ceea ce o face cu adev�rat speciala� este c� �n timp ce alte m�ri si oceane, (cu c�teva exceptii izolate) contin oxigen dizolvat in apele lor, �n Marea Negr� nu exist� deloc oxigen sub ad�ncimea de 100 metri. Mai mult de at�t, apa abiotic� (fara oxigen) are o concentratie mare de hidrogen sulfurat, un gaz foarte otr�vitor cu miros de ou� stricate. Cu exceptia unor forme de viat� foarte adaptate, plantele si animalele nu pot supravietui �n conditii abiotice. Hidrogenul sulfurat este foarte ort�vitor si pentru oameni. Apele de suprafat� ale m�rii au o densitate mai� mic� dec�t straturile abiotice de ad�ncime deoarece sunt mai calde si au o salinitate mai redus�. Din fericire pentru viata din Marea Neagr�, aceast� diferent� de densitate �mpiedic� apele abiotice din ad�ncuri s� ajung� la suprafata m�rii.

Fig 1. O sectiune Vest-Est a M�rii Negre de la Varna la Batumi �n care se poate vedea volumul urias de ap� anoxic�. Observati� platforma continental� din dreptul Varnei cu apa oxigenat� p�n� la fundul m�rii.

Cum s-a ajuns la aceast� situatie?

Apele de ad�ncime ale M�rii Negre sunt compuse din apa care provine din Marea Mediteran� si a trecut prin Dardanele si Bosfor, (cunoscute si sub numele de Str�mtorile turcesti.). Bosforul are la r�ndul s�u dou� straturi, unul de suprafat� cu ap� care iese din Marea Neagr� si unul de ad�ncime cu ap� din Marea Mediteran�. Bosforul are o ad�ncime de doar 50 metri (chiar mai putin �n unele locuri) si o l�time de 700 m, iar apa care intr� din Mediterana se vars� �n zona cea mai ad�nc� a M�rii Negre, aflat� cu aproape 2 km mai jos. Pentru stratul de ad�ncime al M�rii Negre-aproape 95% din volumul m�rii-aceast� ap� care intr� este singura surs� de oxigen iar apa nou venit� poate sta si 1000 de ani la ad�ncime �nainte de a ajunge din nou la suprafat� si a reintra �n circuitul c�tre Marea Mediteran�.

Plantele folosesc energia solar� pentru a transforma bioxidul de carbon in materie organic� si oxigen, proces cunoscut ca fotosintez�. Noaptea se desfasoar� procesul invers, respiratia, si se consum� o parte din oxigen. Acelasi proces are loc si la nivelul plantelor plutitoare-fitoplanctonul- din largul m�rii sau al algelor aflate �n zona de coast�. Ecuatia fotosintezei, in lipsa c�reia nu ar exista oxigen �n atmosfera noastr� se scrie astfel: ( notati ca formula CH₂O reprezint� carbohidratii, componenta cea mai important� �n structura fiintelor vii)

(1)�����������������������CO₂ + H₂O���������� CH₂O + O₂

Respiratia

Straturile de ap� din ad�nc primesc un aport constant de plante si animale moarte precum si excremente ale acestora, care sunt supuse descompunerii bacteriene, consumatoare de oxigen. In cazul straturilor mai ad�nci ale M�rii Negre, consumul de oxigen al reziduurilor organice este mai mare dec�t aportul de ap� bogat� �n oxigen furnizat� de Marea Mediteran�. Aceasta explic� de ce nivelurile de ad�ncime ale M�rii Negre sunt abiotice. Hidrogenul sulfurat de la acest nivel este produs de bacterii care g�sesc o surs� altrenativ� �n oxigenul continut �n ionii de sulfat care sunt abundenti in apa marin�:

Respiratia

(2)����������������� SO₄^2- + 2(CH₂O)���������� H₂S + 2(HCO₃^-)

Se petrec multe procese fascinante �n ad�ncurile M�rii Negre. Mediul pare s� semene cu cel al oceanului timpuriu, �nainte de prezenta oxigenului �n atmosfer�, si de aceea atrage interesul cercet�torilor. Sedimentele de pe fundul M�rii Negre, de exemplu, contin depozite bogate de metan inghetat (hidrati de metan), la temperaturile joase si presiunea mare de la mare ad�ncime. Metanul a rezultat ca produs final al descompunerii de-a lungul a mii de ani a materiei organice acumulate si poate deveni un combustibil pentru viitor. Totusi nici acesta nu r�m�ne intact. Recent au fost descoperite micro-organisme primitive, arhaeni, care in ritm lent oxideaz� metanul �n carbonati, form�nd o crust� sau cratere la nivelul fundului m�rii. �n unele locuri gazul metan bolboroseste din aceste cratere dar rareori ajunge la suprafat� deoarece este dizolvat pe m�sur� ce urc�. Povestirile despre �focuri aprinse� se refer� la metan dar nu pot fi adev�rate deoarece� cele mai multe bule de gaz se transforam� �n nitrogen dizolvat pe masur� ce urc� �n coloana de ap�. Ceea ce mai iese la suprafat� nu este inflamabil. Numai un z�c�m�nt de metan �n ape putin ad�nci ar putea fi inflamabil, dar z�c�mintele de metan sunt de obicei la ad�ncimi de cel putin 100 metri.

2.      Continutul de nitrogen si fosfor al M�rii Negre determin� fertilitatea sa si a dus la eutrofizare

Ecuatia fotsintezei (1) nu descrie complet productia de alge si plante in Marea Neagr�. Plantele au nevoie si de alte substante pentru a creste. Acestea includ ��ngr�s�minte�, compusi ai nitrogenului si fosforului, si �n unele cazuri siliciu, precum si minerale ca fierul, magneziu si vanadiu si stimulenti organici cum sunt vitaminele. Cresterea fitoplanctonului (micutele plante plutitoare care sunt baza lantului trofic marin) poate fi limitat� prin aportul de nitrogen, fosfor, siliciu si fier.

O mare parte din aportul nutritiv al produc�torilor primari marini ( termen generic pentru a desemna fitoplanctonul fotosintetic, iarba de mare din apropierea t�rmurilor si algele) in apele de suprafata ale m�rii provine din reciclare. �n timpul procesului de respiratie si al descompunerii bacteriene, nutrientii sunt eliberati din nou �n coloana de ap� si pot fi ridicati spre suprafat� de o nou� generatie de produc�tori primari. Unii nutrienti sunt totusi pierduti, eliminati din sistem, �ngropati pentru totdeauna �n sedimente sau chiar �nl�turati sub forma pestelui pescuit de om. Pierderile sunt compensate prin sosirea de noi substante nutritive din r�uri, atmosfer� si apele de ad�ncime. Aici �ncepe problema pentru Marea Neagr�.

Activit�tile umane de pe uscat au crescut deversarea de substante nutritive �n mare duc�nd la o enorm� dezvoltare �n productia primar�, prea mare pentru rezervele de oxigen si asa limitate pentru a putea face fat� unui exces de materie organic�. Acest fenomen cunoscut sub numele de eutrofizare a provocat o degradare serioas� a ecosistemului M�rii Negre, mai ales pe t�rmul de nord vest, �ncep�nd cu anii 1970. Rezultatul acestei evolutii este hipoxia sezonier� (niveluri foarte sc�zute de oxigen) si ocazional anoxia in apele bine oxigenate �n trecut ale t�rmului de NV. Dintre substantele nutritive, nitrogenul are chimia cea mai complex�. �n ape bine oxigenate, nitrogenul din materia organic� natural� poate fi oxidat �n nitrati (NO₃²) si acesta este cel mai abundent compus al nitrogenului din apa m�rii. Forma cea mai putin oxidat�, nitritul (NO₂) este si el prezent, dar �n mod special acolo unde concentratia de oxigen este sc�zut�. Forma redus� a nitrogenului combinat, amoniu, este emanat� de numeroase organisme marine si este forma cea mai stabil� pentru apele abiotice cum sunt cele de pe fundul M�rii Negre. El exist� ca un echilibru �ntre forma gazoas� si cea ionizata:

(3)������������������������������� NH₃ + H₂O = NH₄⁺ + OH^-

Gazul de nitrogen dizolvat este abundent �n mare dar putine organisme marine �l pot folosi ca pe o substant� nutritiv�. Procesul de fixare a nitrogenului necesit� o mare cantitate de energie solar� si fier dizolvat; ambele sunt resurse limitate �n Marea Neagr�.

Fig 2. Profilul tipic al prezentei oxigenului, hidrogenului sulfurat, nitratului si amoniului din sectorul vestic al M�rii Negre. Nitratul de la suprafat� este in concentratie sc�zut� deoarece este consumat de fitoplancton. (date preluate din Yakubenko si Lukashev si citate de Sorokin, 2002)

Activit�tile umane care au provocat eutrofizarea sunt legate de modul �n care ne producem hrana si tras�m canalizarea. Folosirea �ngr�s�mintelor �n bazinul Dun�rii a crescut de la 1,3 milioane de tone annual �n 1961 la 4,8 milioane de tone �n 1981, si num�rul locuitorilor conectati la sitemul de canalizare a fost �n continu� crestere. Practicarea agriculturii intensive a �nr�ut�tit situatia. Scurgerile de �ngr�s�minte �nspre Dun�re au sc�zut �n ultimii ani datorit� costurilor mari pentru agricultori �n folosirea �ngr�s�intelor si declinului cooperativelor agricole de productie. Exist� �ngrijorarea c� folosirea �ngr�s�mintelor va creste din nou odat� cu ameliorarea economiei dar aplicarea unor tehnologii moderne ar putea s� opreasc� �ngr�s�mintele acolo unde le este locul, pe uscat.

3.      Poluarea chimic� (incluz�nd si petrolul) nu este at�t de mare pe c�t s-a considerat dar riscurile unor incidente serioase sunt �n crestere

Poluarea se produce atunci c�nd chimicale sau energie (zgomot sau c�ldura), deversate in mediul �nconjur�tor, afecteaz� orice form� de viat� sau scad valoarea mediului pentru oameni ( pentru� amenaj�ri sau alte destinatii). Exist� dovezi c� multe r�uri care se vars� �n Marea Neagr� au fost puternic poluate �n decada dintre 1970 si 1980. Unele dintre sursele de poluare, fabrici din industria grea sau agrochimic�, cum ar fi cele produc�toare de pesticide, sunt acum �nchise datorit� colapsului economic care a afectat multe t�ri dup� 1990. De asemeni unele �ntreprinderi care mai functioneaz� �nc� au redus indicele de poluare prin aplicarea de tehnologii moderne si tratarea deseurilor. Transportul de petrol prin Marea Neagr� a crescut foarte mult si exist� un risc constant de poluare prin devers�ri datorate accidentelor si manevrelor gresite (robinete sl�bite, manevrare neatent� si sp�larea ilegal� a tancurilor petroliere). Poluarea poate fi prevenit� �n toate situatiile �ntruc�t ea este rezultatul accidentelor sau folosirii intentionate a mediului pentru depozitarea deseurilor.

Principalele categorii de poluanti potentiali sunt urm�toarele: