L ỜI GIỚI THIỆ Ụ
3.5.1Khí Sunfuhydro hoà tan
Khí Sunfuhydro hoà tan trong biển tồn tại ở dạng phân tử H2S. Là một chất có hoạt tính hoá học cao mang đặc trưng khử nên Sunfuhydro
dễ bị mất khi trong nước biển có khí Ôxy hoà tan và những chất ôxy hoá khác. Do vậy ở lớp nước gần mặt biển hầu như không có Sunfuhydro, nó chỉ xuất hiện ở một số khu vực có những điều kiện đặc biệt như: ở các lớp nước sâu nghèo Ôxy, kém trao đổi với lớp nước mặt, nhất là vùng Ôxy cực tiểu, hay ở đáy các vũng, vịnh, vực sâu không có trao đổi nước với các vùng kế cận.
Sunfuhydro là một khí độc nên sự xuất hiện của nó trong biển sẽ là mối nguy hiểm cho đời sống của sinh vật, thậm chí có thể tiêu diệt sự sống của hầu hết các loài ở khu biển đó. Cũng sẽ là một bất lợi cho cảnh quan và môi trường (vì mùi thối) nếu Sunfuhydro xuất hiện cả ở các lớp nước mặt, nhất là gần các khu du lịch, nghỉ mát vùng biển, hải đảọ Bởi vậy, sự xuất hiện của Sunfuhydro trong biển là một dấu hiệu ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Khi xuất hiện và hoà tan trong nước biển, Sunfuhydro (H2S) bị phân ly theo 2 bậc:
H2S ⇔ H+ + HS- HS- ⇔ H+ + S- 2
Ở điều kiện áp suất khí quyển, hằng số phân ly bậc một là K1≈10- 7, bậc hai K2≈10- 1 2. Như vậy H2S là một chất phân ly yếu và hệ cân bằng Sunfuhydro trong biển luôn tồn tại 3 tiểu phần là H2S, HS- và S- 2. Theo tính toán, trong hệ cân bằng này có 12,89% H2S, 87,10% HS- và 0,01% S-2. Do không thể tách rời H2S với các dẫn xuất phân ly của nó nên cần phải hiểu nồng độ H2S chính là tổng nồng độ của cả hệ Sunfuhydro:
ΣH2S = [H2S] + [HS-] + [S- 2]
Độ hoà tan của Sunfuhydro lớn hơn rất nhiều so với các khí khác do phân tử H2S có cấu tạo như một lưỡng cực. Khi áp suất riêng của H2S là 1 atmôtphe thì độ hoà tan của nó là 4630 ml/l. Tuy nhiên, do lượng H2S trong khí quyển không đáng kể nên sự có mặt của nó trong biển đương nhiên không phải do tương tác biển-khí quyển đem lạị Có 2 nguyên nhân xuất hiện H2S trong biển là:
Quá trình thối rữa, phân huỷ các hợp chất hữu cơ có lưu huỳnh. Các chất hữu cơ là xác sinh vật, cặn bã thải, mảnh vụn... khi bị vi khuẩn
phân huỷ trong điều kiện yếm khí (thiếu Ôxy) sẽ giải phóng H2S, CH4... Quá trình khử các sunphát do các loài vi khuẩn Microspirs thực hiện trong môi trường thiếu Ôxy và giầu có chất hữu cơ. Quá trình này theo Lêbêđinxep diễn tả là:
CaSO4 + 2C → CaS + 2CO2
CaS + 2H2O + 2CO2 → CăHCO3)2 + H2S Hoặc theo Alekin:
2SO4- 2 + 4C + 3H2O → H2S + HS- + CO2 + 3HCO3-
Trong đại dương thế giới chỉ có một số ít khu vực có H2S thường xuyên như: Biển Đen, vực Kariako (biển Caribê), vực Orka (vịnh Mếch xích) hay một số phio ở Biển Bắc, Ban tích, Hồng Hải, biển Ảrập... Ở gần đáy của Biển Đen, nồng độ Sunfuhydro đạt trên 6 mgS/l. Hình 3.9 mô tả phân bố Sunfuhydro trong Biển Đen, thấy rõ chỉ có một lớp nước mỏng bề mặt (khoảng 200m) không có H2S.
Hình 3.9: Phân bố H2S (mgS/l) trên mặt cắt kinh tuyến 43o30'W trong tháng 10-1960 tại Biển Đen (theo Xkôpinsev và Xmirnôv)