CC BY
64
Ковалева Ирина Васильевна, аспирант, кафедра общей математики, Южно-Уральский государственный университет, e-mail: kiv_susu@mail.ru.
Кузьмина Наталья Владимировна, аспирант, кафедра химии твердого тела и нанопроцессов, Челябинский государственный университет.
Тарамина Евгения Викторовна, аспирант, кафедра химии твердого тела и нанопроцессов, Челябинский государственный университет.
Кузнецов Александр Леонидович, аспирант, кафедра химии твердого тела и нанопроцессов, Челябинский государственный университет.
Sukharev Yuri Ivanovich, professor, Head Department о£ Solid State Chemistry and nanoprocesses, Chelyabinsk State University, Department of Chemistry, e-mail: sucharev74@mail.ru.
Larionov Leonid Petrovich, professor, doctor of pharmacology, Urals State Medical Academy, Faculty of Pharmacy, Department of Pharmacology, Ekaterinburg, Russia
Apalikova Inna Yurevna, associate professor, Department of Solid State Chemistry and nanoprocesses, Chelyabinsk State University, e-mail: Apal-inna@yandex.ru.
Lebedeva Irina, associate professor, Department of Solid State Chemistry and nanoprocesses, Chelyabinsk State University
Kovalev Irina Vasilevna, postgraduate student, Department of General Mathematics, South Ural State University, Chelyabinsk, e-mail: kiv_susu@mail.ru.
Kuzmina Natalia Vladimirovna, graduate student, Department of Chemistry of Solid State and nanoprocesses, Chelyabinsk State University
Taramina Evgeniya Viktorovna, graduate student, Department of Chemistry rigid body-building and nanoprocesses, Chelyabinsk State University
Kuznetsov Alexander Leonidovich, postgraduate student, Department of Solid State Chemistry and nanoprocesses
УДК 549.02 (579.22) © В.Г. Будагаева, Д.Д. Бархутова, СГ. Доржиева
МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В МИКРОБНЫХ МАТАХ ТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЫ
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 12-04-р_сибирь_а, Интеграционных проектов СО РАН №№ 94 и 5
Изучен фазовый состав минералов, формирующихся в цианобактериальных сообществах на выходе термальных источников Байкальской рифтовой зоны. Среди минералов выявлены кальцит, кремнезем и силикаты разного состава.
Ключевые слова: минералообразование, дифрактограмма, кремнезем, кальцит, силикаты.
V.G. Budagaeva, D.D. Barkhutova, S.G. Dorzhieva
MINERAL FORMATION IN THE THERMAL SPRINGS MICROBIAL MATS
OF THE BAIKAL RIFT ZONE
The phase composition of the minerals formed in cyanobacterial communities output of the thermal springs of the Baikal rift zone was studied. Among minerals calcite, silica and silicates of various compositions were identified.
Keywords: mineral formation, X-ray diffraction pattern, silica, calcite, silicates
Цианобактериальные маты в термальных источниках образуют ярко выраженную слоистую структуру с характерным чередованием зон развития определенных групп микроорганизмов со слоями минералов [1]. Мине-ралообразованию в тонких прослойках, приуроченных к определенной группе микроорганизмов, способствует крайне низкая проницаемость матов, которая предполагает молекулярную диффузию в мате и сводит к минимуму эффект разбавления. В результате резкие изменения рН и ЕЙ, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов, приводят к изменению равновесия раствора и вызывают осаждение тех соединений, которые не способны находиться в растворе в этих условиях. Микроорганизмы участвуют в процессах осаждения минералов либо непосредственно, либо косвенным путем, предоставляя твердые поверхности для гетерогенной нуклеации.
Целью работы является изучение и сравнение органо-минерального состава микробных матов термальных источников Байкальской рифтовой зоны (БРЗ).
Объекты исследования - термальные источники Алла, Гарга, Сеюя и Уро, расположенные в Курумканском и Баргузинском районах Республики Бурятия. Пробы микробных матов были отобраны в 2010-2013 гг. До проведения анализов пробы хранили при +4°С. Содержание кремния определяли фотометрически. Фазовый состав органо-минералов осуществляли с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре D-8 Advance фирмы BRUKER AXS (СиКа-излучение, графитовый монохроматор).
Пробы микробных матов сушили в лабораторных условиях и тщательно перетирали в агатовых ступках. Навеску (~1 г) помещали в кювету и снимали дифрактограммы. Интенсивность отражений оценивали из дифрак-тограмм по высоте пиков.
Результаты и обсуждение
На территории БРЗ широко распространены термальные воды малой минерализации (< 0,5-1,0 г/л). Максимальные значения температуры (74оС) зафиксированы в воде источника Гарга. Температура воды гидротермы Алла достигала 60,5°С, Сеюя - 53°С, Уро - 60°С. Все источники относятся к щелочным, значения рН варьировали от 8,3 до 9,5. Отличительной особенностью азотных терм БРЗ является присутствие кремнекислоты, количество которой достигает 55-120 мг/дм3 (табл. 1). Кремнекислота образуется за счет силикатов, в первую очередь полевых шпатов, растворение и гидролиз которых возрастает с повышением температуры вод. Накоплению кремнекислоты способствует натриевый состав гидротерм и их щелочной характер [2].
Таблица 1
Содержание кремния в воде минеральных источников
Источник Содержание H4SiO4, мг/дм3
Алла 55-120
Гарга 69
Сеюя 64
Уро 100
По результатам РФА диоксид кремния осаждается во всех изученных источниках в различных модификациях (кварц, Р-кварц, кристобаллит), кроме гидротермы Алла, в микробном сообществе которой отлагается кремний в виде силикатов: анортита СаА1^208 и натриевого алюмосиликата сложного состава (рис. 2). Также отложение анортита было зафиксировано в источнике Уро и Сеюя.
В микробных сообществах Аллинского и Гаргинского источников формировался кальцит. Необходимыми предпосылками для образования карбоната кальция является активная деятельность цианобактерий, которые в процессе своей жизнедеятельности могут повышать рН среды и поступление необходимого количества катиона Са2.' В зависимости от состава растворов и состояния микробного сообщества кальцит в той или иной мере вновь переходит в раствор или сохраняется, и при статичных условиях отлагается, создавая карбонатные постройки [1].
Осаждение карбонатов может быть обусловлено усиленным притоком минерализованных вод из глубины и резким изменением рН в зоне фотосинтеза в связи с удалением СО2 на мелководье, где обмен воды невелик и быстрое использование растворенного бикарбоната приводит к нарушению равновесия. Наилучшие условия для этого создаются под слоем активно растущих цианобактерий в связи с появлением локальных зон с высоким рН и подтоком раствора, несущего Са2+ и СО2 снизу. Таких прослоев может быть несколько, что зависит от периодов активного роста цианобактерий.
Рис. 1. Дифрактограмма образца мата источника Сеюя Silicon Oxide - SiO2 ▼ Anorthite, ordered - CaAl2Si2O8 ▲ Cristobalite, syn - SiO2
Рис. 2. Дифрактограмма образца мата гидротермы Уро
Рис. 3. Дифрактограмма образца мата источника Алла. ■ Calcite, syn - CaCO3 ■ Anorthite-ordered - CaAl2Si2O8 ♦ Calcite-beta - CaCO3 ▲ Sodium Aluminum Silicate -
Na1.82Al2Si57O107.91
Рис. 4. Дифрактограмма образца мата гидротермы Гарга ■ Calcite, syn - CaCO3 ♦ Quartz, syn - SiO2
Прослои карбоната кальция, образованные в фотозоне, при захоронении претерпевают ряд превращений, связанных с жизнедеятельностью присутствующих здесь микроорганизмов. С одной стороны, здесь возможна мобилизация Са при образовании органических кислот первичными анаэробами, с другой - разложение органических кислот вторичными анаэробами, метаногенами и сульфидогенами может привести к новому отложению СаСО3.
Полученные результаты показывают, что микроорганизмы играют важную роль в круговороте кремния, а также в осаждении и растворении силикатных минералов и аморфных твердых веществ. Формирование кремнистых отложений происходит не только внеклеточно, но и внутриклеточно, что свидетельствует о том, что окремнение иногда может быть биоконтролируемым, а не только биоиндуцированным [3, 4].
Таким образом, среди минералов микробных матов изученных источников выявлены кальцит, кремнезем и силикаты разного состава.
Литература
1. Намсараев Б.Б., Горленко В.М., Хахинов В.В. Геохимическая деятельность микроорганизмов гидротерм Байкальской рифтовой зоны. - Новосибирск: Гео, 2011. - 302 с.
2. Борисенко И.М., Замана Л.В. Минеральные воды Бурятской АССР. - Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1978. - 162 с.
3. Морис П. Поверхность и межфазные границы в окружающей среде. От наноуровня к глобальному масштабу. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013. - 540 с.
4. Герасименко Л.М., Орлеанский В.К., Ушатинская Г.Т. О последовательности осаждения фосфатов, карбонатов и кремнезема в присутствии бактерий в природных условиях и в эксперименте // Минералогические перспективы: материалы междунар. минералогическог семинара. - Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2011. - 372 с
Будагаева Валентина Григорьевна, аспирант, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, e-mail: valmpa@mail.ru
Бархутова Дарима Дондоковна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахъяновой, 6
Доржиева Сэсэгма Гэлэгжамсуевна, кандидат химических наук, научный сотрудник, лаборатория оксидных систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, ул. Сахъяновой, 6
Budagaeva Valentina Grygoryevna, postgraduate student, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6, e-mail:valmpa@mail.ru
Barkhutova Darima Dondokovna, candidate of biological sciences, senior research worker, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova, str., 6
Dorzhieva Sesegma Gelegzhamsyuevna, candidate of ^emical sciences, research worker, Baikal Institute of Nature Management SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova str., 6
УДК 551.481.1 © Е.Ю. Абидуева, В.А. Суворова, В.В. Хахинов,
Лисин Ванг, Джингу Ли
ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ БАКТЕРИЙ-ДЕСТРУКТОРОВ В МИНЕРАЛЬНЫХ ОЗЕРАХ МОНГОЛЬСКОГО ПЛАТО
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ 12-05-00871-а и интеграционного проекта СО РАН №5
Установлено, что для изученных озер Монгольского плато характерна невысокая минерализация 0,2 - 17,5 г/дм3 и щелочные значения рН (7,3-9,9). Преобладающими ионами воды являются натрий, хлор и сульфат. Несмотря на экстремальность условий, выявлено широкое распространение алкалифильных бактерий-деструкторов.
Ключевые слова: минеральные озера, Монгольское плато, ионный состав, бактерии-деструкторы.
E.Yu. Abidueva, V.A. Suvorova, V.V. Khakhinov, Lixing Wang, Jingyu Li
HYDRO-CHEMICAL PARAMETERS AND DISTRIBUTION OF BACTERIA-DESTRUCTORS IN SOME MINERAL LAKES OF THE MONGOLIAN PLATEAU
It was established, that the investigated lakes of the Mongolian plateau are characterized by low salinity from 0.2 to 17.5 g/dm3 and alkaline pH (7,3-9,9). Sodium, chloride and sulfate are predominant ions in the water of the lakes. Alkaliphilic bacteria-destructors are widespread, despite the extreme conditions.
Keywords: mineral lakes, Mongolian Plateau, ionic composition, alkaliphilic bacteria-destructors.
