Очистка мазута, горючий сероводород, загрязнение рек: как изучают Чёрное море
Побережье Чёрного моря занимает особое место на климатической карте России. Бóльшая его часть находится в субтропическом поясе, а Сочинская агломерация (включая Сириус) — единственный район влажных субтропиков в стране. Сочетание моря и высоких гор делает эту территорию не только популярным курортом, но и уникальной площадкой для исследований климата и экологии. Расскажем, чем именно здесь занимаются опытные учёные и чему они учат молодых коллег.
Наука и жизнь
Сотни тонн загрязнённого мазутом песка, тысячи пострадавших птиц и ущерб примерно на 85 млрд рублей (по данным Росприроднадзора). Масштабная экологическая катастрофа в Керченском проливе в очередной раз напомнила о том, насколько хрупка природа и как сильно она зависит от влияния человека. В декабре 2024 года при крушении двух танкеров, по разным оценкам, в Чёрное море попало от 4 до 5 тыс. тонн топочного мазута марки М100. Такое произошло впервые в истории человечества, сообщили в Морспасслужбе. Загрязнения этим тяжёлым нефтепродуктом особенно сложно очищать, ведь углеводород адсорбирован на частичках песка и механического просеивания грунта недостаточно.
При ликвидации последствий ЧП в Анапе были очищены сотни километров береговой линии
Фото: © Дмитрий Феоктистов / ТАСС
Решением проблемы может стать биоремедиация — технология бактериальной очистки. Речь идёт об особом штамме микроорганизмов, которые «поедают» мазут, разлагая его на безопасные белки. Когда микробы поглощают все нефтепродукты, они умирают, превращаясь в биомассу, которой, в свою очередь, питается планктон. Использовать такой метод предложили в Сириусе.
«Эту технологию разработали 15 лет назад, и она зарекомендовала себя как эффективный способ ускоренной ликвидации последствий экологических катастроф вроде разлива нефти. Такой подход позволяет не только минимизировать ущерб окружающей среде, но и помогает экосистемам восстанавливаться самостоятельно», — рассказывает аспирант Университета «Сириус» и младший научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Ева Уголькова.
Аспиранты и магистранты Университета «Сириус» активно участвуют в полноценной научной работе. Практика — ключевой элемент обучения, и ей уделяют особое внимание в Международном научном центре в области экологии и вопросов изменения климата (в Университете «Сириус» вместо привычных факультетов и кафедр действуют научные центры по приоритетным для России направлениям). Для валидации предложенной технологии учёные Центра взяли пробы грунта с пляжей Анапы и изучили, как проявляют себя биопрепараты в конкретной черноморской экосистеме. Эксперимент показал, что в течение 28 дней содержание углеводородов в среде с мазутом снизилось на 32 %. И это не предел. Теперь предстоит проверить возможность повышения эффективности технологии и её масштабирования, а также провести полевые испытания.
Над проектом учёные Сириуса работают вместе со специалистами компании «Р-Фарм». Там предложили использовать обеднённые питательные среды, которые остаются после культивирования микроорганизмов при производстве фармацевтической продукции. По сути, это технологические отходы, сохраняющие полезные свойства. Значит, их можно применить для выращивания специализированных бактерий, способных расщеплять мазут. Это особенно актуально в условиях развития в стране экономики замкнутого цикла, которая требует переработки отходов.
«Мы рассматриваем отходы фармацевтического производства не как обременение, подлежащее только утилизации, а как возможную ресурсную базу. Так родилась идея на стыке биотехнологии, экологии и фармацевтической технологии: если остатки питательных сред не несут риска, но сохраняют ценность, то логично использовать их там, где важны масштабируемость и экономическая целесообразность. Выращивание бактерий для биоремедиации — один из таких примеров», — объясняет директор по экономике здравоохранения компании «Р-Фарм» Александр Быков.
Река-море
После ЧП в Керченском проливе значимых случаев загрязнения нефтепродуктами на пляжах Сочи и Сириуса выявлено не было. Конечно, экологическому состоянию приморских курортов уделяют особое внимание. Ежегодно отдыхать на них приезжают миллионы туристов, поэтому специалисты Роспотребнадзора регулярно проверяют качество морской воды. Изучают её бактериологический состав, содержание тяжёлых металлов, радионуклидов и уровень органического загрязнения.
Состояние черноморской прибрежной акватории у склонов Кавказа во многом определяют спускающиеся с гор и впадающие в море реки. Изучением их влияния сегодня занимаются в Научно-технологическом университете «Сириус». На качество воды в реках влияет множество факторов: от стоков до мусора, который смывает в русло во время ливней. В пик летнего сезона многократно возрастает риск микробного загрязнения.
Мзымта — самая длинная (89 км) и полноводная река Черноморского побережья России, протекающая в Сочи
Фото: © Anna_Nikolaeva / Shutterstock / FOTODOM
«В межень на реках Сочи всегда наблюдается повышение уровня загрязняющих веществ. В основном это тяжёлые металлы, нефтепродукты, некоторые биогенные вещества. То есть речь идёт об антропогенной нагрузке. С другой стороны, не всегда повышенное содержание металлов в воде говорит нам о влиянии человека — часто это связано с подстилающими горными породами. И так как это горные реки, для них такое загрязнение является природным», — рассказала старший научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус» Юлия Моисеева.
Цветение водорослей, гибель рыб, большое количество медуз — симптомы нарушения баланса, вызванного изменением температуры воды, загрязнением её сточными водами и мусором, в том числе пластиковым. Чтобы не просто лечить их, а поставить диагноз и делать прогноз на будущее, на федеральной территории проводят масштабную работу по анализу данных. Учёных особенно интересует, как изменилась ситуация за последние 20 лет из-за возросшей антропогенной нагрузки при строительстве олимпийских объектов и роста турпотока. В большом проекте, удостоенном гранта РНФ, задействованы магистранты и аспиранты Университета «Сириус».
Результаты многолетнего труда лягут в основу полноценной системы оценки стока загрязняющих веществ в Чёрное море, а также прогнозирования данного показателя. Это вопрос не только экологии, но и экономической стабильности главного курорта России, чьё развитие зависит от чистоты его акватории и пляжей.
«Сириус создан, чтобы объединять молодых талантливых людей, готовых искать ответы на глобальные вызовы современности. Экологическое благополучие — один из таких вызовов, важнейшая цель национального развития, поставленная Президентом России. Ключевыми условиями успешной работы являются междисциплинарность, развитие международного сотрудничества, вовлечение молодых людей в практические проекты и опора на науку. Эти четыре принципа — фундамент работы экологического направления в Сириусе», — говорит председатель Совета федеральной территории, руководитель Образовательного фонда «Талант и успех» Елена Шмелева.
Более 100 студентов магистратуры выпускаются из Университета «Сириус» ежегодно
Фото: © Юрий Славин / Медиадом «Сириус»
Геоэкологи: кто они и чему их учат?
Одна из главных проблем в изучении окружающей среды и способов её защиты — нехватка специалистов широкого профиля. Часто выпускники обладают глубокими знаниями только в одной конкретной области и слабо знакомы с современными методами и технологиями, необходимыми для комплексной оценки климатических угроз и их устранения. Такая узкая направленность мешает полноценно отвечать на национальные запросы в области охраны окружающей среды и разработки стратегий устойчивого развития экосистем.
Вот почему сегодня востребованы квалифицированные кадры, сочетающие глубокие познания в науках о Земле с междисциплинарными навыками в биологии, биогеохимии и математике. Нужно уметь проводить современные научные исследования, обрабатывать собранные данные и уверенно пользоваться новейшими инструментами и подходами, объединяя традиционные методы геохимии с достижениями молекулярной и изотопной биогеохимии.
Научно-технологический университет «Сириус» — один из немногих, кто готовит таких профессионалов. Здесь открыты магистратура и аспирантура по направлению «Геоэкология». Учащимся доступен крупный Лабораторный комплекс, оснащённый современным оборудованием. С первых дней они включаются в реальные проекты, осваивая методы мониторинга, геоинформационные системы и нейросети для анализа данных.
Работают и в полях. Так, летом 2025 года состоялась экспедиция на Эльбрус. Это самая высокая горная вершина Европы, и на её склонах можно изучать почвенные процессы на разных стадиях их протекания. Полевые исследования включали описание, классификацию и отбор почв, геоботаническое описание растений и сбор гербарного материала.
Экспедиция учёных Университета «Сириус» в Приэльбрусье, на снимке (слева направо): аспирант Анфиса Харыбина, ведущий научный сотрудник Екатерина Филимоненко, специалист-исследователь Наталья Самохина
Фото: © Научно-технологический университет «Сириус»
«Работы выполнялись комплексно на 12 участках, расположенных на высоте от 2800 до 3200 метров над уровнем моря. Эти участки образуют временной ряд от самой молодой зоны у кромки ледника, где моренные отложения только освободились ото льда, до зон на расстоянии около восьми километров от ледника, где почва и растительный покров уже сформировались сотни, а возможно, и тысячи лет назад. Мы отобрали более 200 проб — и теперь определим в них содержание углерода и азота, оценим скорость выделения из почв CO2, установим ведущие механизмы стабилизации углерода в почвах в зависимости от времени, прошедшего после отступления ледника и старта процессов почвообразования», — объясняет ведущий научный сотрудник направления «Геоэкология» Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус» Екатерина Филимоненко.
Все члены команды хорошо адаптировались к высоте и справились с задачами, требовавшими индивидуальной физической подготовки и слаженной коммуникации внутри группы. Для младшего научного сотрудника направления «Геоэкология» Анфисы Харыбиной это была первая экспедиция такого уровня.
«Вместе с коллегами мы просеивали почвы, организовывали систему просушивания и упаковки проб в нашем базовом лагере. В полевых условиях эта работа проходит совершенно иначе — не так, как в стационарной лаборатории. Здесь, например, необходимо предусмотреть переменчивость погоды, чтобы обеспечить сохранность и качественную подготовку образцов к анализам. Для отбора проб мы ежедневно поднимались из нашего базового лагеря на морену, набор высоты доходил до 700 метров. Такие ежедневные восхождения требуют хорошей физической подготовки и походного опыта. В первые дни было сложно засыпать в горных условиях, но затем организм постепенно адаптировался к гипоксии и смене давления. Неизменным спутником для нас в экспедиции был Эльбрус, его видимость была знаком хорошей погоды для проведения полевых работ», — рассказывает она.
По словам учёных, благодаря экспедиции удалось собрать первичный материал для начала исследования — изучения механизмов накопления и стабилизации углерода в почвах Кавказского региона на самых ранних этапах почвообразования. Такая научная работа позволит глубже понять базовые принципы, регулирующие углеродный цикл, ведь почва — крупнейший резервуар углерода в наземных экосистемах планеты.
Выпускники программы «Геоэкология» сформируют все необходимые компетенции для работы в научных центрах технологических предприятий, государственных и международных экологических организациях, научно-исследовательских институтах РАН и консалтинговых компаниях. Они смогут стать квалифицированными экспертами по экологической безопасности, специалистами по управлению природными ресурсами, аналитиками в сфере экологии, исследователями в области устойчивого развития.
Газированное море
Значительная часть глубинных слоёв Чёрного моря заполнена сероводородом — ядовитым газом, опасным для морских обитателей и человека. По оценкам учёных, верхний край этой зоны находится примерно на глубине 200 метров (хотя в зависимости от времени года и других факторов глубина может сокращаться до 65 метров). При подъёме близко к поверхности возможны массовые отравления и гибель живых существ.
Как Чёрное море стало таким?
Одной из главных, хотя и критикуемых версий возникновения Чёрного моря считается теория «черноморского потопа». По ней, этот водоём в древности был огромным пресноводным озером. Около 7500 лет назад после очередного глобального потепления уровень Мирового океана поднялся. Тогда из Мраморного моря в том месте, где сейчас находится Босфор, в будущее Чёрное море хлынула солёная вода. Уровень водоёма поднялся примерно на 140 метров. Предполагается, что тогда погиб почти весь живой мир озера. Солёная вода, будучи плотнее пресной, опустилась на дно. Без кислорода на глубине активизировались анаэробные бактерии, использующие для дыхания сульфаты морской воды. Продуктом их жизнедеятельности стал сероводород, который постепенно накопился в глубинных слоях моря.
Для оперативного выявления и контроля источников сероводорода в морской среде могут быть использованы беспилотные летательные аппараты
Фото: © GagliardiPhotography / Shutterstock / FOTODOM
Чёрное море — крупнейший в мире резервуар с сероводородом. Скопления этого легковоспламеняемого газа учёные оценивают примерно в три миллиарда тонн. Глубокие и поверхностные слои воды почти не смешиваются, поэтому резкий подъём огромной массы сероводорода на поверхность и её возгорание маловероятны. Хотя существуют факторы, способные нарушить это хрупкое равновесие и вызвать пусть и точечные, но опасные выбросы: сильные штормы и изменение уровня моря.
Удержать сероводородный слой от подъёма к поверхности могут защита моря от загрязнений и сохранение естественного притока пресных вод из рек. Пригодилась бы и система наблюдения за движением газовой подушки, чтобы вовремя подготовиться к возможным негативным последствиям и снизить потенциальные угрозы. В эту работу сейчас вовлечены специалисты по робототехнике из Университета «Сириус».
«Идея заключается в применении беспилотных дронов и оснащённых датчиками буйков для сбора информации в открытом море. Данные будут передаваться в Единый центр обработки, где их проанализирует специальный мощный нейросетевой алгоритм. Он же предложит модели текущих сценариев и оптимальные решения для выявленных угроз», — поясняет руководитель группы Научного центра информационных технологий и ИИ Университета «Сириус» Сергей Петренко.
Метан — другой интересующий учёных газ в Чёрном море. Его струйные газовыделения, они же сипы, — распространённый феномен. В 2024 году учёные Института биологии южных морей зафиксировали у крымского побережья более 400 точек мелководной пузырьковой разгрузки.
Замёрзшие пузырьки метана на Байкале
Фото: © Viktorya Telminova / Shutterstock / FOTODOM
Как горело Чёрное море
В ночь на 12 сентября 1927 года в Крыму произошло 8–9-балльное землетрясение, от которого серьёзно пострадали Ялта и другие курорты полуострова. Были жертвы и пострадавшие. Тогда же в 55 км к западу от Севастополя с трёх маяков заметили громадную огненную полосу высотой в сотни метров. Также её видели в других районах крымского побережья. Оказалось, что произошло возгорание поднявшегося с глубины газа. Вероятнее всего, это был метан.
Изучают метановое газовыделение и в Университете «Сириус». В 2024 году ведущий научный сотрудник Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Андрей Гринько участвовал в морской экспедиции у крымских берегов и взял более 200 проб морской воды и донных отложений.
«Сейчас мы анализируем органическое вещество поверхностного слоя осадков и более глубоких горизонтов (до 1,5 м) в местах интенсивного выхода газа. Ищем отклонения, связанные с изменением состава органического вещества, в зонах разгрузки метана, в отличие от фоновых. Новые образцы, отобранные моими коллегами во время экспедиции 2025 года, дадут нам больше данных, чтобы лучше понять геохимические процессы, происходящие в зонах метановых выходов», — объясняет он.
Эта научная работа позволит детальнее разобраться в том, как метановые сипы влияют на придонные слои воды и донные осадки. Её результатом должны стать рекомендации для улучшения экологической ситуации в черноморской акватории.
Виды-захватчики
Другая серьёзная проблема для уникальной природы российского Причерноморья — инвазивные виды, то есть растения и насекомые-вредители, завезённые сюда человеком. Когда во второй половине XIX века началось активное заселение побережья Кавказа, первые землевладельцы принялись массово высаживать в садах культурные растения из ближайших питомников. Некоторые выписывали посадочный материал из Южной Европы и даже из Японии. Изучать интродуценты, то есть переселённые растения, начали сотрудники Сочинской опытной станции в конце позапрошлого века. Первоначально исследования были сфокусированы на плодовых и технических культурах, имевших практическое значение.
Полноценная научная работа по акклиматизации и натурализации растений развернулась в 1930-х годах. Тогда же в научных кругах стали говорить об уникальности влажных субтропиков. В отличие от более сухого Крыма и жаркой Грузии, местный климат обладает мягкостью, а абсолютный минимум температур составляет всего –13,4 °C. Иначе говоря, хорошие условия растениеводства. Но в погоне за экзотикой важно не совершить ошибок, которые могут привести к непоправимым последствиям.
Секретарь Сухумского общества сельского хозяйства Пётр Подгурский на хлопковой плантации в Сухумском ботаническом саду, 1912 год
Фото: ©
«Сейчас открыт доступ ко всем питомникам мира. Мы можем ввозить любые растения, а вместе с растениями — кого угодно. Это большая проблема. В своё время была нарушена система карантинных питомников — закрытых территорий, где привезённые растения выстаивались для выявления затаившихся вредителей, затем обрабатывались и потом, чистые, использовались для городского озеленения. Сейчас единственная стоп-линия — это фитосанитарный контроль на границе. Если повезёт, там обнаружат вредителя и запретят ввоз растения. Но насекомое может пройти контроль в зачаточной стадии, когда его очень сложно обнаружить», — рассуждает заместитель директора — руководитель службы по управлению проектами муниципального бюджетного учреждения «Парки ФТ» (МБУ занимается озеленением Сириуса. — Прим. ред.) Кристина Клемешова.
Начиная с 2011 года, когда для озеленения олимпийских объектов в Сочи массово завозили иностранные растения, в регионе акклиматизировалось не менее 30 новых видов насекомых-вредителей, не считая фитопатогенных грибов. «Чужеземцы» обладают широкой кормовой базой и представляют угрозу как для аборигенных, так и для декоративных растений. Самый яркий и печальный пример — самшитовая огнёвка (Cydalima perspectalis). Она практически полностью уничтожила насаждения самшита колхидского — из 2342 гектаров реликтового леса в Сочи было утеряно около 1900.
А каштановая орехотворка (Dryocosmus kuriphilus) поразила большую часть каштанов в городской черте и проникла на территорию Кавказского заповедника. Из-за того что деревья гибнут, их перестают опылять пчёлы. Таким образом возник дефицит полезного каштанового мёда. Под угрозой оказался и зелёный символ главного курорта страны — пальмы. Два инвазивных вида — красный пальмовый долгоносик (Rhynchophorus ferrugineus) и пальмовый мотылёк (Paysandisia archon) принялись уничтожать деревья, съедая их изнутри. Остановить их удалось лишь с помощью специальных химических препаратов. Теперь обработка пальм проводится регулярно.
Агрессивно распространяются не только насекомые-вредители, но и растения-интродуценты. Например, айлант высочайший (Ailanthus altissima) — единственное древесное растение, внесённое в официальный карантинный перечень. Оно активно захватывает лесные территории, угрожая существованию краснокнижной лапины крылоплодной (Pterocarya pterocarpa). Ещё один захватчик — пуэрария лопастная (Pueraria lobata). Это мощная лиана, формирующая густой зелёный ковёр. Изначально её завезли для укрепления прибрежных склонов, но расчёт себя не оправдал. Когда растение сбрасывает листья, дождевая вода беспрепятственно стекает вниз, размывая почву. К тому же нет естественных вредителей, сдерживающих рост пуэрарии в Кавказском Причерноморье.
Очевидно, что интродукция новых видов растений, используемых для озеленения, требует тщательного контроля. Нужно оценить и необходимость сохранения ранее завезённых видов. Этой научной работой сейчас занимаются в Университете «Сириус». Команда исследователей под руководством ведущего научного сотрудника Центра генетики и наук о жизни Алексея Розанова собирает данные по видовому составу и динамике флоры и микробиоты в природных и антропогенных системах первой в России федеральной территории и её окрестностей. Учёные определят степень влияния интродуцированных (в том числе натурализованных) растений на местные экосистемы и оценят степень антропогенной трансформации черноморской флоры. Результатом этой масштабной работы, которую завершат в 2026 году, станет современная геоботаническая карта растительности Сириуса, наложенная на топографическую основу.
«В Научно-технологическом университете «Сириус» мы создаём уникальную образовательную среду, где студенты сразу применяют на практике полученные академические знания. Каждый учащийся получает возможность внести свой вклад в решение актуальных экологических проблем, участвуя в международных проектах нашего Центра. Их наставники — ведущие российские и зарубежные эксперты. Это не просто обучение, а старт научной карьеры в глобальном профессиональном сообществе».
Елена Гершелис, исполнительный директор Международного научного центра в области экологии и вопросов изменения климата Университета «Сириус»
