Научная статья на тему 'Динамика гидрохимических показателей щелочного соленого озера Хилганта (юго-восточное Забайкалье)'

Динамика гидрохимических показателей щелочного соленого озера Хилганта (юго-восточное Забайкалье) Текст научной статьи по специальности «Биология»

CC BY
155
59
Поделиться
Ключевые слова
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ / ГИДРОХИМИЯ / СОЛЕНОЕ ОЗЕРО

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Намсараев З. Б., Банзаракцаева Т. Г., Дашина Б. Б., Намсараев Б. Б.

Рассмотрена динамика изменения гидрохимических показателей озера Хилганта во влажный период (с 1995 по 1998 г.) и в засушливый период (с 1999 г.). Определено, что воды озера принадлежат к хлоридно-сульфатному натриевому типу с содержанием карбонатов не более 3,5% от суммы ионов. Широкий диапазон изменений рН воды озера может быть объяснен колебаниями соотношений ионов карбоната и кальция согласно правилу Харди-Эгстера.

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Намсараев З.Б., Банзаракцаева Т.Г., Дашина Б.Б., Намсараев Б.Б.,

THE DYNAMIC OF HYDROCHEMICAL PARAMETERS OF ALKALINE SALT LAKE KHILGANTA (SOUTH-EAST ZABAIKALIE)

Show dynamic the hydrochemical parameters fluctuated of Lake Khilganta in damp period (since 1995 to 1998 years) and in droughty period (since 1999 year) in wide limits. The water mineralization varied from 25 g/l to saturation. pH of water reduced from 10 to 7.99. The lake's water belongs to chloride-sulphate sodium type and a carbonate concentration no more than 3.5% from the sum of ions. A change of water pH in wide diapasons may be explained by Hardie-Eugster rule.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Динамика гидрохимических показателей щелочного соленого озера Хилганта (юго-восточное Забайкалье)»

открытым способом с нанесением нового фармакологического препарата на всю поверхность выстриженного участка. Для оценки динамики заживления раневой болезни и ее местных проявлений нанесение препарата проводилось ежедневно до полного заживления с периодическим обследованием - 2, 4, 5, 7, 10, 12, 14, 19, 21, 25 сутки. В качестве сравнения использован 1,0% раствор Феракрила. Группа “чистого” контроля лечения не получала. В условиях исследования нового фармакологического препарата и Феракрила установлен набор объективных показателей: морфометрические показатели, биохимические показатели, гематологические показатели, цитохимические показатели, морфологические исследования. Этот перечень показателей можно рекомендовать в качестве критериев при оценке ранозаживляющего эффекта фармакологических веществ (табл. 2). В экспериментах был выявлен отчетливо выраженный ранозаживляющий эффект нового фармакологического препарата по сравнению с Феракрилом. Учитывая малотоксичность нового фармакологического препарата, его природное происхождение, а также приемлемые товарно-финансовые показатели нового фармакологического препарата и руководствуясь клинико-лабораторными критериями оценки процесса заживления, целесообразно рекомендовать новый фармакологический препарат в качестве ранозаживляющего местного лекарственного средства при небольших по площади ранах, не требующих первичной инструментальной хирургической обработки.

Принципы реализации технологии производства нового фармакологического препарата выгодно отличаются тем, что оно основано на использовании доступного отечественного сырья из источника сульфидной минеральной воды “Новонукутская Мацеста”. Эта сырьевая база не имеет каких-либо ограничений в объеме заготовки. Важным обстоятельством является более эффек- тивное использование потенциала источника - стадия выделения нового фармакологического препарата из минеральной воды совмещена с технологией производства солевой композиции и тем самым способствует повышению уровня безотходной технологии производства.

ЛИТЕРАТУРА

1. Шпейзер Г.М., Родионова В. А., Минеева Л. А. и др. Эколого-геохимические особенности подземных минеральных вод Центральной и Восточной Азии // Успехи современного естествознания. - М.: Изд-во Академии естествознания, 2004. - №2. - С. 136-138.

2. Патент РФ №2066187. Способ получения лечебного экстракта / А.В.Толчеев.

3. Патент РФ №2120288 Способ получения биологически активных веществ, обладающих гепатозащитным действием / В. Л. Баранник, В.Н. Буркова, А.И. Венгеровский и др.

4. Положит. решение РФ №93038401 от 03.10.1996. Способ обработки минеральных вод / Ю.О. Торощин, М.Ю. Торощин.

5. Патент РФ №2112519. Способ извлечения бальнеологически активных компонентов для получения лекарственных средств / Г. М. Шпейзер, Л. А. Минеева.

6. Положит. решение №2005114303 от 20.11.2006. Способ извлечения бальнеологически активных компонентов минеральных вод.

7. Положит. решение РФ 698622 от 25.11.1979. Вещество, проявляющее гемостатическую активность / М.Г. Воронков, А.Т. Платонова, В.З. Анненкова и др.

УДК 556.55:543.3(571.551)

ДИНАМИКА ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЩЕЛОЧНОГО СОЛЕНОГО ОЗЕРА ХИЛГАНТА (Юго-Восточное Забайкалье)

З.Б. Намсараев, Т.Г. Банзаракцаева*, Б.Б. Дашина*, Б.Б. Намсараев**

Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, Москва * Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, Улан-Удэ. Е-mail: tuyana_banz@mail.ru ** Бурятский государственный университет, Улан-Удэ

Рассмотрена динамика изменения гидрохимических показателей озера Хилганта во влажный период (с 1995 по 1998 г.) и в засушливый период (с 1999 г.). Определено, что воды озера принадлежат к хлоридно-сульфатному натриевому типу с содержанием карбонатов не более 3,5% от суммы ионов. Широкий диапазон изменений рН воды озера может быть объяснен колебаниями соотношений ионов карбоната и кальция согласно правилу Харди-Эгстера.

Ключевые слова: минерализация, гидрохимия, соленое озеро.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

THE DYNAMIC OF HYDROCHEMICAL PARAMETERS OF ALKALINE SALT LAKE KHILGANTA

(SOUTH-EAST ZABAIKALIE)

Z.B. Namsaraev, T.G. Banzaraktsaeva, B.B. Dashina, B.B. Namsaraev Institute of Microbiology named by Vinogradskiy RAS, Moscow Institute of General and Experimental Biology SB RAS, Ulan-Ude Buryat State University, Ulan-Ude

Show dynamic the hydrochemical parameters fluctuated of Lake Khilganta in damp period (since 1995 to 1998 years) and in droughty period (since 1999 year) in wide limits. The water mineralization varied from 25 g/l to saturation. pH of water reduced from 10 to 7.99. The lake 's water belongs to chloride-sulphate sodium type and a carbonate concentration no more than 3.5% from the sum of ions. A change of water pH in wide diapasons may be explained by Hardie—Eugster rule.

Key words: mineralization, hydrochemistry, salt lakes.

Юго-Восточное Забайкалье богато многочисленными солоноватыми и содово-солеными озерами [1-3]. Формированию озер благоприятствует мелкосопочный рельеф с большим количеством депрессий и полуаридный климат, способствующий испарительному концентрированию поверхностных вод [4]. Озера, как правило, неглубокие, максимальная глубина крупнейших озер Торейской группы достигает 3-8 м, большинство этих озер имеет глубину около метра [3].

Озеро Хилганта, расположенное в Юго-Восточном Забайкалье, является мелководным щелочным соленым водоемом. Оно стало объектом активных гидрохимических и микробиологических исследований, поскольку особенностями озера являются сезонные и межгодовые изменения физикохимических показателей и развитие в нем многослойного цианобактериального мата [2]. Подобные системы считаются современными аналогами строматолитов, доминировавших на поверхности Земли на протяжении всего докембрия [5]. В этом озере с 1995 по 2008 г. нами проводились гидрохимические исследования, результаты которых обобщены в данной статье.

Объект исследования

Озеро Хилганта (50°42'535" с.ш., 115°06/086" в.д.) расположено в мелкосопочной степной зоне Юго-Восточного Забайкалья на водоразделе между реками Онон и Ага на высоте 668 м над уровнем моря, в 76 км южнее пос. Агинское. Озеро округлой формы с пологими берегами, бессточное. Максимальная площадь водного зеркала озера в многоводный период достигает 0,3 км2, наибольшая глубина водной толщи - 64 см. В этот период озеро окружено со всех сторон глинисто-песчаным пляжем, ширина которого варьирует от 2 до 4 м. Площадь водосбора составляет примерно 100 км2. С северо-запада озера значительное количество воды поступает по ложбине, по краям которой наблюдается выпадение кальцита в виде плотной белой корки.

Методы исследования

В момент отбора проб были определены: температура - сенсорным электротермометром Prima (Португалия), рН - портативным рН-метром (рНер2, Португалия), окислительно-восстановительный потенциал - портативным измерителем редокс-потенциала ORP (Португалия), общая минерализация - портативным рефрактометром Master-PM (Atago, Япония).

Концентрацию углекислоты и гидрокарбонатов в воде озера и водной вытяжке из донных осадков измеряли титриметрическим методом. Концентрацию ионов Ca2+, Mg2+, K+ и Na+ определяли методом ВЭЖХ на ионном хроматографе «Стайер» с кондуктометрическим детектором (ЗАО Аквилон, РФ). Содержание сульфатов и хлоридов определяли на ионном хроматографе Biotronik (Германия). Органический углерод в донных отложениях и почвах определяли методом мокрого сжигания по Тюрину [6]. Концентрацию кислорода определяли по методу Винклера. Содержание сероводорода определяли в пробе, зафиксированной ацетатом цинка, фотометрическим методом.

Минералогия донных осадков и почвы была изучена при помощи световой микроскопии и рентгеновского анализа. Изотопный состав углерода был определен в виде газообразной формы СО2 на масс-спектрометре МИ-1201 [7]. Результаты приведены в виде величин дельта 13С в промилле по отношению к общепринятым стандартам PDB (белемнит из формации Пи Ди).

Результаты и обсуждение

Гидрохимия озера Хилганта

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Озеро Хилганта, как и большинство мелких озер Юго-Восточного Забайкалья, характеризуется нестабильным водным режимом. Результаты анализов показывают, что ионный состав воды меняется в зависимости от климатических условий. Так, во влажный период (по 1998 г.) вода в озере Хилганта

была щелочной (рН 9,5-9,9). Минерализация колебалась от 40 до 45 г/дм3. Вода принадлежала к хло-ридно-сульфатному натриевому типу (табл. 1). Глубина озера составляла 36-40 см. В водной толще происходили суточные колебания сероводорода и кислорода, обусловленные деятельностью фото-трофных и сульфатредуцирующих бактерий [2].

В засушливый период (начиная с 1999 г.) водный режим озера становится неустойчивым. В 1999 и 2000 гг. минерализация воды озера колебалась в пределах 25-56 г/дм3, рН в пределах 9,6-10,0. С 2001 г. колебания минерализации становятся более значительными. В 2005-2007 гг. отмечалось пересыхание озера. В этот период котловина наполнялась водой лишь эпизодически во время дождей. В небольших углублениях на дне озера временами сохранялась вода насыщенного зеленого цвета с доминированием эукариотической зеленой водоросли ЛыпаИвИа salina. Минерализация воды в углублениях составляла 200-260 г/дм3, рН 7,2-8,1 [2].

В конце августа и начале сентября 2007 г., в период кратковременных дождей, была изучена динамика физико-химических показателей озера. После разбавления воды озера происходит ее интенсивное испарение. При этом минерализация за 9 дней повысилась с 47 до 170 г/дм3. В результате испарительного концентрирования озерных вод произошло падение рН воды озера с 9,47 до 7,99. Условия в озере изменились от сильно щелочных до практически нейтральных. На обнажившейся поверхности дна происходит выпадение кристаллов блоедита (Na2Mg(SO4)2• 4Н20). Тем не менее тип воды озера остается хлоридно-сульфатным натриевым (табл. 1). Исследования химического состава иловой воды проводились летом 2006 и 2007 гг. в засушливый период. Иловая вода обнаруживалась в раскопках дна озера на глубине 35-80 см. Минерализация составляла 128-155 г/дм3, рН 7,1-7,54. Тип воды - хлоридно-сульфатный натриевый (табл. 1). Примечательно, что водные вытяжки вышележащих более сухих слоев осадков имели более высокие значения рН 8,02-8,64 и более низкую минерализацию (10-19 г/дм3).

Донные отложения озера Хилганта

В водный период в озере формируется цианобактериальный мат толщиной до 2-3 см, покрывающий всю поверхность дна озера. В составе цианобактериального мата доминируют нитчатые цианобактерии Microcolвыs chthonoplastвs. Содержание органического вещества в микробных матах, отобранных в 1996-1998 гг., составляет 14,8-19,07% [2]. Концентрация углеводов в матах равна 13,114,9%, белков - 6,89-10,8%.

Изотопный состав углерода органического вещества микробных матов в водный период варьирует от -15,6 до -19,21%о. Эти данные показывают, что продуценты цианобактериального мата используют углекислоту - продукт разложения фитопланктона озера и растительного опада, смываемого с водосбора. Соотношение 12С/13С органического вещества донных отложений, отобранных из-под микробного мата, равно -14,8%о. По-видимому, основная часть органического вещества донных отложений является продуктом деструкции микробных матов. Значения дельты 13С карбонатов микробных матов и донных отложений в водный период варьируют от -0,14 до +4,1%о.

Таблица 1

Состав воды озера Хилганта (г/дм3)

Проба Дата СО32- НСО3- С1- о т Са2+ Мв2+ №+ К+ Сум- ма ОМ* рН

Вода озера (влажный период) 05.07.1995 0,330 1,16 16,6 12,5 0,01 1,53 14, 5 0 46,6 41,5 9,8

Вода озера (засушливый период) 24.08.2007 0,005 0,14 17,9 8,1 0,04 2,17 25, 3 0,2 0 53,8 50 9,0

25.08.2007 0,007 0,14 19,3 7,5 0,04 2,10 26, 2 0,3 0 55,6 46 9,1

31.08.2007 0,050 0,21 50,9 32,5 0,20 8,66 54, 4 0,3 9 147,2 150 8,9

Иловые воды 02.08.2006 0 1,04 53,0 26,8 0,21 8,83 63, 8 0,3 7 154,0 152 7,1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

23.08.2007 0 0,34 51,6 25,1 0,28 8,75 56, 2 0,3 3 142,5 155 7,1

31.08.2007 0 0,48 52,0 26,2 0,20 8,49 56, 9 0,4 9 144,7 142 6,9

* ОМ - общая минерализация

В засушливый период на дне озера обнаруживалась плотная корка высохших цианобактериальных матов толщиной около 0,5-1 см с выпадением крупных кристаллов галита (NaCl) и блоедита (Na2Mg(SO4)24H2O) на поверхности. Изотопный состав углерода органического вещества корки равен -30,63%о, углерода карбонатов - -8,65%о, что значительно легче значений дельты 13С этих веществ в водный период.

Влажность поверхностной солевой корки составляет 4,7-5,6%. Корка препятствует испарению влаги и иссушению донных осадков, и на глубине в 40-70 см влажность увеличена до 11,60-28,45%. С использованием световой микроскопии и рентгеновского анализа в донных отложениях были выявлены галит, блоедит, полевые шпаты, кварц, трона и незначительное количество кристаллов гипса. В период кратковременных дождей многослойный толстый цианобактериальный мат развиться не успевает. Вместо него формируется тонкий рыхлый цианобактериальный мат с доминированием нитчатых цианобактерий Phormidium sp, родственных штамму UTCC 487. Изотопный состав углерода органического вещества этого мата равен -27,75%о, углерода карбонатов —8,21%о. При высыхании озера тонкий цианобактериальный мат отмирает при достижении минерализации озера около 100-150 г/дм3.

Анализ динамики гидрохимических показателей озера, изучение состава почвы, донных отложений и иловых вод позволили выявить общую схему функционирования системы озера и объяснить причину колебаний рН воды озера. Формирование химического состава озера зависит от выветривания и сноса материала с водосборной площади. Кальций перехватывается поверхностным слоем почвы в окрестностях озера и осаждается в виде карбоната кальция. В меньшей степени почвой задерживается магний, что приводит к формированию вокруг озера пятен солончаков магниево-кальциевого состава. Натрий накапливается в озерной котловине, определяя, таким образом, преимущественно натриевый состав озерных вод.

Во влажный период воды озера принадлежат к хлоридно-сульфатному натриевому типу. Карбонаты составляют не более 3.5% от суммы ионов. Тем не менее вода озера является щелочной со стабильно высоким рН, не зависящим от фотосинтетического подщелачивания в течение дня. В засушливый период, в ходе испарительного концентрирования, из щелочного раствора начинают выпадать карбонаты натрия, что приводит к падению рН воды. Затем выпадают сульфаты натрия и магния в виде блоедита, и на финальной стадии высыхания озера выпадает галит.

Колебания значений рН воды озера Хилганта могут быть объяснены изменением концентраций карбонатов и кальция согласно соотношению Харди-Эгстера (2mCa2+ = mHCO3" + 2mCO32-) [8]. Во влажный период содержание карбонатов значительно превышает содержание кальция, что приводит к накоплению в воде озера соды и, соответственно, высоким значениям рН. В засушливый период карбонат натрия первым удаляется из раствора и концентрации кальция и карбонатов устанавливаются на одном уровне. Тем не менее их доля относительно хлорида натрия и сульфатов становится очень мала и роль в формировании щелочной системы снижается. рН устанавливается в области нейтральных значений.

В связи с этим обращает на себя внимание сходство состава вод озера Хилганта во влажный период и морской воды, также принадлежащей к хлоридно-сульфатному натриевому типу [9]. Различие в рН между щелочными водами озера Хилганта и нейтральными морскими водами также подчиняется правилу Харди-Эгстера [8]. Из этого можно сделать вывод, что для формирования стабильных щелочных условий достаточно небольших концентраций карбонатов при условии удаления из системы кальция. Если же предположить существование в древности щелочных систем, аналогичных озеру Хилганта, то нужно отметить, что при высыхании они не образовывали эвапоритовых минералов, характерных для содовых озер (карбонат натрия - трона), и в геологической летописи не могли быть идентифицированы как щелочные. Это приводит к следующему выводу - в древности щелочные условия могли иметь намного более широкое распространение, чем представляется сейчас. Например, такими системами могли быть краевые зоны эпиконтинентальных морей Докембрия.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№07-04-00651а, №08-05-98036, №08-05-98038р _Сибирь_а) Программ Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и «Происхождение и эволюция биосферы», Belgian Federal Science Policy Office (BELSPO), Fonds de la recherche scientifique — FNRS (Бельгия), интеграционных грантов СО РАН 38 и 95, программ Минобразования и науки РФ РНП 2.1.1/2165, НОЦ Байкал.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дзюба А. А., Кулагина Н.В. Формирование и распространение минеральных озер в Прибайкалье и Забайкалье // Водные ресурсы. - 2005. - Т.32, №1. - С. 13-17.

2. Намсараев Б.Б., Намсараев З.Б. Микробные процессы круговорота углерода и условия среды обитания в щелочных озерах Забайкалья и Монголии // Труды Ин-та микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. - М.: Наука, 2007. - Вып. 14. - С. 299-322.

3. Содовые озера Забайкалья: экология и продуктивность / отв. ред. А.Ф. Алимов. - Новосибирск: Наука, 1991. - 215 с.

4. Козеренко В.Н. Геологическое строение юго-восточного Забайкалья. - Львов.: Изд-во Львовского гос-университета, 1956. - 162 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Заварзин Г.А. Эпиконтинентальные содовые водоемы как предполагаемые реликтовые биотопы формирования наземной биоты // Микробиология. - 1993. - Т.62. - С. 789-800.

6 Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. - Л.: Гид-рометеоиздат, 1973. - 280 с.

7 Есиков А. Д. Масс-спектрометрический анализ природных вод. - М.: Наука, 1980. - 204 с.

8. Hardie L.A., Eugster H.P. The evolution of closed-basin brines // Mineral. Soc. of America, 1970. - P. 253-273.

9. Соломин Г.А., Крайнов С.Р. Щелочные составляющие природных и сточных щелочных вод, геохимические процессы их нейтрализации кислыми и около нейтральными подземными водами // Геохимия. - 1998. -№2. - С. 183-201.

УДК 577.151.01

БИОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРООРГАНИЗМОВ ЩЕЛОЧНЫХ ГИДРОТЕРМ ПРИБАЙКАЛЬЯ

Е.В. Лаврентьева*’**, А.А. Раднагуруева*, Б.Б. Намсараев*’**, Я.Е. Дунаевский***

Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, Улан-Удэ. E-mail: lena_l@mail.ru Бурятский государственный университет, Улан-Удэ НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва

Изучены биохимические характеристики культур Ur-6, Br-2-2, Ga-9-2, Al-9-1 и Se-1. Показано, что культуры обладают высокой субтилизиноподобной, аминопептидазной активностями. Протеазы стабильны в широком диапазоне температур от 23 до 60°С и рН от 10,9 до 12.

Ключевые слова: щелочные гидротермы. бактерии, термостабильные протеазы.

BIOCHEMICAL PARAMETERS OF THE MICROORGANISMS OF ALKALINE HYDROTHERMES OF PRIBAIKALIE E.V. Lavrentieva, A.A. Radnagurueva, B.B. Namsaraev, Ya.E. Dunaevskiy Institute of General and Experimental Biology SB RAS, Ulan-Ude Buryat State University, Ulan-Ude SRI Physical-Chemical Biology named by A.N. Belozerskiy MSU named by M.V. Lomonosov, Moscow

Biochemical characteristics of strains Ur-6, Br-2-2, Ga-9-2, Al-9-1 and Se-1 are studied. It is shown, that cultures possess high subtilizin-like and aminopeptidase activities. Proteases are stable in a wide range of temperatures from 23 up to 60°С and рН from up 10.9 to 12.

Key words: alkaline hydrotherms, bacteria, termostable proteases.

В гидротермах Бурятии широко распространены микроорганизмы - потенциальные продуценты ферментативных систем, устойчивые к высоким значениям температуры и рН. Исследования по выделению, идентификации и классификации ферментов протеолитической активности в последние годы проводятся особенно интенсивно, что объясняется востребованностью и многообразием проте-олитических ферментов. Они играют ключевую роль в использовании микроорганизмами органических субстратов [1].

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Целью представленной работы было изучение внеклеточной протеазной активности у гетеротрофных алкалотермофильных бактерий, выделенных из гидротерм Бурятии.

Объекты и методы исследования

В качестве источников секретируемых протеолитических ферментов использовали культуральную жидкость 5 алкало-термофильных культур Ur-6, Br-2-2, Ga-9-2, Al-9-1 и Se-1, выделенных из микробных матов и донных осадков горячих источников Байкальской рифтовой зоны. Температура воды в точках отбора проб на выходе и по изливу термальных вод в изученных источниках варьировала от 45 (источник Сея) до 72,50С (источник Гарга). Значения pH изменялись от слабощелочных 8,2 в воде источников Гарга до сильнощелочных 9,9 в гидротерме Алла. Выделенные штаммы Ur-6 и Br-