Номер 11, страница 288 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 40. Сероводород и сульфиды - номер 11, страница 288.

Условие.

11. Сероводород постоянно образуется на дне Чёрного моря. Из-за его катастрофического загрязнения сероводород постепенно поднимается, убивая на своём пути всё живое. Граница уже достигла глубины 40 м. С чем связано образование сероводорода в Чёрном море? Предложите свой вариант решения проблемы.

Решение.

Решение 2.

С чем связано образование сероводорода в Чёрном море?

Образование сероводорода в Чёрном море — это естественный процесс, обусловленный уникальными гидрологическими особенностями этого водоёма, но значительно усугубляемый антропогенным загрязнением. Основные причины следующие:

• Слабый водообмен и стратификация воды. Чёрное море является полузамкнутым водоёмом, связанным с Мировым океаном только через узкий пролив Босфор. В него впадает множество крупных рек (Дунай, Днепр, Дон), которые приносят большой объём пресной воды. В результате формируется два устойчивых слоя: верхний (до глубины примерно 150-200 м) — менее солёный, прогреваемый и насыщенный кислородом, и нижний — очень солёный, холодный и плотный. Эти слои практически не перемешиваются из-за большой разницы в плотности.
• Отсутствие кислорода (аноксия) в глубинных слоях. Из-за отсутствия вертикального перемешивания воды кислород, поступающий из атмосферы и вырабатываемый фитопланктоном, не проникает в глубинные слои. Весь доступный кислород быстро расходуется на окисление органического вещества.
• Деятельность сульфатредуцирующих бактерий. Органические остатки (отмершие планктон, рыбы и другие организмы) опускаются из верхнего кислородного слоя в нижний, бескислородный. Здесь их разложением занимаются анаэробные сульфатредуцирующие бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они используют ионы сульфатов ($SO_4^{2-}$), которые в изобилии содержатся в морской воде, в качестве окислителя (вместо кислорода). Конечным продуктом этого биохимического процесса является сероводород ($H_2S$).

Упомянутое в вопросе "катастрофическое загрязнение" — это в первую очередь эвтрофикация, то есть попадание в море со сточными водами и удобрениями с полей избыточного количества биогенных элементов (соединений азота и фосфора). Это вызывает бурное цветение микроскопических водорослей в верхнем слое. После отмирания эта огромная масса органики опускается на дно, предоставляя избыточное "топливо" для бактерий и резко увеличивая скорость образования сероводорода, что и приводит к постепенному подъему его границы к поверхности.

Ответ: Образование сероводорода связано с природной стратификацией (расслоением) воды в Чёрном море, что приводит к отсутствию кислорода на глубине. В этих бескислородных условиях анаэробные бактерии разлагают опускающиеся органические остатки, используя сульфаты из воды и выделяя сероводород.

Предложите свой вариант решения проблемы.

Проблема подъема сероводородного слоя является комплексной, и ее решение требует системного и долгосрочного подхода. Наиболее реалистичным и фундаментальным решением является борьба с первопричиной — антропогенным загрязнением, которое интенсифицирует естественный процесс образования сероводорода.

Основной вариант решения — снижение эвтрофикации моря:

• Модернизация очистных сооружений. Необходимо обеспечить глубокую биологическую очистку бытовых и промышленных сточных вод во всех странах черноморского бассейна. Ключевым моментом является внедрение технологий по удалению из стоков соединений азота и фосфора, которые являются основными "удобрениями" для фитопланктона.
• Изменение практик сельского хозяйства. Необходимо внедрять технологии рационального землепользования для снижения использования азотных и фосфорных удобрений. Это включает создание водоохранных зон и лесополос вдоль рек для предотвращения смыва удобрений с полей в речные системы, впадающие в море.
• Международное сотрудничество. Проблема является трансграничной, так как загрязняющие вещества поступают с речным стоком из многих стран. Необходимо укрепление международных соглашений (таких как Бухарестская конвенция) и создание единой системы мониторинга и контроля за состоянием экосистемы Чёрного моря.

Альтернативные (технологические) варианты, которые являются более спорными и труднореализуемыми:

• Аэрация глубинных вод. Теоретически можно насыщать глубинные слои кислородом, например, путем закачки воздуха или принудительного перемешивания воды с помощью мощных установок. Однако для такого огромного водоёма, как Чёрное море, это потребует колоссальных энергетических затрат и может иметь непредсказуемые негативные экологические последствия (например, вынос на поверхность токсичных веществ со дна).
• Промышленное использование сероводорода. Рассматриваются проекты по добыче сероводорода из глубинных вод для использования в качестве источника энергии (при сжигании $H_2S$ выделяется тепло) или сырья для химической промышленности (получение серы). Это могло бы одновременно решать экологическую и экономическую задачи, но требует разработки очень сложных и безопасных технологий из-за высокой токсичности и коррозионной активности сероводорода.

Ответ: Основным и наиболее эффективным вариантом решения проблемы является кардинальное снижение загрязнения Чёрного моря биогенными элементами (азотом и фосфором) путем модернизации очистных сооружений и изменения практик сельского хозяйства, что требует скоординированных усилий всех стран черноморского бассейна.