CC BY
51
УДК 549+576.809.51(571.54) © Д.Д. Цыренова, Д.Д. Бархутова, Е.В. Лазарева, А.В. Брянская
МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ В ЦИАНОБАКТЕРИАЛЬНОМ МАТЕ ИСТОЧНИКА ГОРЯЧИНСК
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ №11-05-90717-моб_ст, №12-04-31187-мол_а, №12-04-98079-р_Сибирь_а, интеграционных проектов президиума СО РАН №5 и 94
Было изучено минералообразование в природном и лабораторном мате источника Горячинск. В природном мате обнаружены пирит кубической формы, кремнезем, сульфат бария с примесями стронция. В лабораторном - отложения фосфата кальция, кварца, кристаллов оксида железа и карбоната кальция. В лабораторном цианобактериальном сообществе минералообразование происходило интенсивнее, чему способствовали подобранный состав среды, содержание основных элементов и температура культивирования.
Ключевые слова: минералообразование, цианобактериальное сообщество.
D.D. Tsyrenova, D.D. Barkhutova, E.V. Lazareva, A.V. Bryanskaya MINERALIZATION IN CYANOBACTERIAL MAT OF GORYACHINSK SPRING
Mineralization was studied in natural and laboratory mat of Goryachinsk spring. Cubic pyrite, silica, barium sulfate doped with strontium were found in the natural microbial mat. Sediments of calcium phosphate, quartz, crystals of iron oxide and calcium carbonate were found in the laboratory mat. Mineralization in laboratory cyanobacterial community was more intensive, it was promoted by the selected composition of medium, the content of basic elements and the temperature of cultivation.
Keywords: mineralization, cyanobacterial communities.
Целью данного эксперимента явилось выявление отложения минералов в природном и лабораторном цианобактериальном сообществе в зависимости от состава растворов и структуры сообщества.
Объект и методы исследования
Источник Горячинск расположен в Прибайкальском районе Республики Бурятия (Россия) [1]. Термальный источник выходит на поверхность на восточном берегу оз. Байкал в 1,5 км от береговой линии, в широкой долине между Котковским и Туркинским хребтами. Температура сульфатной натриевой воды достигает 42-43 °С, рН - 8.9-9.0, минерализация - 0.50-0.65 г/дм3. Разгрузка терм происходит в верхней части небольшого песчаного оврага, промытого горячей водой. Самоизливающий-ся выход источника находится в закрытом павильоне, из которого вода поступает в бетонный кап-тажный колодец (размер 15х4 м, глубина 1.2 м, выход № 1) и далее самотеком в ванные помещения. Избыток ее стекает в пруд размером 100х80 м, образованный небольшой дамбой, из него часть воды попадает в Байкал. Рядом с каптажным колодцем имеется второй выход, закрытый павильоном, вода из него также сбрасывается в пруд. В овраге вдоль зоны разрывных нарушений на протяжении 180 м имеется ряд мелких источников, часть из которых имеет периодическое функционирование. Пробы микробных матов были отобраны из 3 станций в марте 2011 г.
Для изучения отложения минералов микробные маты упаковывались с сохранением структуры, а в лабораторных условиях разделялись на слои и сушились. Изучение качественного состава минеральных фаз проводилось при помощи сканирующего электронного микроскопа Leo Oxford 1430VP (Германия) и светового Axioskop 2 Plus (Германия). Видовую принадлежность цианобактерий определяли по отечественным определителям [2, 3].
Для проведения лабораторного эксперимента по изучению отложения минералов в цианобактериальных матах использовали модифицированную среду Кастенхольца для термофилов (г/дм3): NaHCO3 - 0.6, NaCl - 0.008, K2HPO4 - 0.1, NNO3 - 0.1, Na2SiO4 - 0.2, FeCb - 0.028, Na2SO4 - 0.05. Содержание в среде MgSO4 и CaCl2 было различным: в эксперименте №1 использовали следующие концентрации MgSO4 - 0,002, CaCl2 - 0,005; №2 - MgSO4 - 0,003, CaCl2 - 0,010; №3 - MgSO4 - 0,004, CaCl2 - 0,020; №4 - MgSO4 - 0,010, CaCl2 - 0,050; №5 - MgSO4 и CaCl2 не добавляли.
В начале эксперимента определяли рН и Eh в каждой из сред на приборе Анион 4100 (Россия). Отбирали по 1 см2 микробного мата (очищенного от песка, отмершей биомассы), переносили в колбу с 20 мл среды с различным содержанием Ca и Mg. Выращивание лабораторного цианобактериального сообщества проводили в течение одной недели в термостате при температуре 40 оС. Для каждого экс-
перимента ставили контроль без микробного мата. В течение эксперимента каждый день обновляли культивируемую среду: сливали по 10 мл среды из каждого эксперимента и добавляли 10 мл свежей среды. Длительность эксперимента составляла 8 суток.
Результаты и обсуждение Минералообразование в природном цианобактериальном сообществе
В результате просмотра природного цианобактериального мата источника Горячинск было обнаружено образование следующих минералов: пирита кубической формы, кремнезема, сульфата бария с примесями стронция.
Пирит. В микробных матах станций 1 и 2 обнаружено отложение кубического пирита внутри водорослевой клетки, размер которого не превышает 1 мкм (рис. 1). Также среди микробных сообществ обнаружено накопление сферолитов пирита, размер которых не более 5 мкм в поперечнике (рис. 2А, В).
Кремнезем (SiO2) обнаружен на станции 1 на поверхности микробного сообщества в виде однородной ровной пленки (отечности) (рис. 2). Сульфат бария с примесью стронция. На ст. 2 обнаружены обломочные материалы сульфата бария с примесью стронция (рис. 3).
Рис. 1. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение кристаллов пирита в микробном сообществе источник Горячинск, ст. 1; Б - его элементный состав
Рис. 2. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение кристаллов кремнезема ^) и сферолита пирита (СП); Б - элементный состав кварца, В - элементный состав сферолитов пирита
В
Рис. 3. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение сульфата бария с примесью стронция;
Б - его элементный состав
Рис. 4. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение Caз(PO4)2, Б - его элементный состав
Минералообразование в лабораторном цианобактериальном сообществе
Просмотр выросшего в конце эксперимента цианобактериального сообщества показал следующее.
2+ о 3
В эксперименте №1 ([Са ]=5 мг/дм , [Mg ]=2 мг/дм ) наблюдалось отложение большого количества фосфатов кальция с небольшими примесями Mg и К в виде белых хлопьевидных выделений (рис. 4). Концентрации карбоната слишком малы, поэтому происходило отложение не карбоната кальция, а фосфата.
Рис. 5. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение Са3(Р04)2, Б - его элементный состав,
В - кристаллы оксида железа и кварца ^), Г, Д - элементный состав кремнезема и оксида железа, соответственно Е - кристаллы карбоната кальция, Ж - элементный состав карбоната кальция
Рис. 6. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение карбоната кальция, Б - его элементный состав
2
Ре
Ре
1 С|
1 Б 1 к Сг Ре /\Сг1
2 4 6 8 1 О
-и11 Бса1е 409 с!э Сигэог: 0.000 кеУ
А Б
Рис. 7. Фото (сканирующий микроскоп): А - отложение оксида железа, Б - его элементный состав
3 4 5
Время, сутки
А
Б
Рис. 8. Кривые роста лабораторного сообщества при различных значениях рН (А) и Eh (Б).
Значения 1-5 - нумерация образцов (экспериментов)
Эксперимент №2 ([Са ]=10 мг/дм , [Mg ]=3 мг/дм ). В данном сообществе также отлагается фосфат кальция, но уже в меньших количествах (рис. 5А, Б). Обнаружен кварц в виде отечной формы (рис. 5В, Г) и кристаллы оксида железа октаэдрической формы, размеры которого не превышают 5 мкм в длину (рис. 5В, Д). Помимо этих минералов наблюдается отложение карбоната кальция в виде микроскопических выделений неправильной формы (рис. 5Е, Ж).
Эксперимент №3 ([Са ]=20 мг/дм , [Mg ]=4 мг/дм ). Фосфатов кальция как визуально, так и экспериментально становится меньше. Наблюдается накопление карбоната кальция.
2_|_ ^ 3
Эксперимент №4 ([Са ]=50 мг/дм , [Mg ]=10 мг/дм ). При максимальной концентрации кальция в среде наблюдается отложение карбоната кальция с примесями фосфора в достаточном количестве (рис. 6). Отложение других минералов не наблюдалось.
Эксперимент №5 (без содержания в среде Са и Mg). В данном эксперименте наблюдается отложение оксида железа в виде микроскопических скоплений неопределенной формы из состава среды (рис. 7).
Результаты ежедневных измерений значений рН и БЬ в экспериментах показали, что изменение этих параметров существенно влияет на рост и развитие микробных сообществ.
Из рис. 8А видно, что в процессе эксперимента значения рН возрастали. Начальное значение рН во всех экспериментах было примерно одинаковым и составляло 7.9. На 2-е сутки при увеличении рН до 8.1-8.45 начинается рост сообщества. Пик роста приходится на 6-е сутки и рН 8.7-9.2. На 8-е сутки с понижением рН начинается фаза отмирания.
Изменение окислительно-восстановительного потенциала также повлияло на рост лабораторного сообщества (рис. 8Б). Изначально в среде существовала восстановительная реакция (-230 —260 мВ). При изменении значений данного параметра с -250 до -280 мВ наблюдается начало роста сообщества. Максимум роста наблюдается на 3-е сутки с достижением значений БЬ -290 - -330 мВ. Далее с уменьшением восстановительной реакции рост цианобактериального сообщества прекращается.
В результате проведенного исследования было определено отложение минералов в природном и лабораторном мате источника Горячинск. В лабораторном цианобактериальном сообществе по срав-
9,5
9
8,5
2
8
3
4
5
7,5
7
6,5
0
2
6
7
8
нению с природным минералообразование происходило интенсивнее. Этому способствовали подобранный состав среды, содержание основных элементов и температура культивирования. С увеличением содержания кальция и магния в среде отложение минералов фосфата кальция уменьшается, а карбоната кальция увеличивается. Активный рост лабораторного сообщества наблюдается при щелочных значениях рН и восстановительной реакции среды.
Литература
1. Геохимическая деятельность микроорганизмов гидротерм Байкальской рифтовой зоны / Б.Б. Намсараев и др. - Новосибирск: Гео, 2011. - 302 с.
2. Еленкин А.А. Сине-зеленые водоросли СССР. Специальная часть. - М.;Л.: АН СССР, 1949. - Вып. 2. 990 с.
3. Голлербах М.М., Косинская Е.К., Полянский В.И. Определитель пресноводных водорослей СССР. - М.: Советская наука, 1953. - Вып. 2. - 398 с.
Цыренова Дулма Доржиевна, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, е-mail:baldanovad@rambler.ru
Бархутова Дарима Дондоковна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория микробиологии, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6, е-mail:darima_bar@mail.ru
Лазарева Елена Владимировна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, лаборатория геохимии благородных и редких элементов и экогеохимии, Институт геологии и минералогии СО РАН, 630090, Новосибирск, пр-т ак. Коптюга, 3, е-mail:lazareva@igm.nsc.ru
Брянская Алла Викторовна, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория молекулярных биотехнологий, Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 10, е-mail:alla@bionet.nsc.ru
Tsyrenova Dulma Dorzhievna, candidate of biological sciences, junior researcher, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova Str., 6.
Barkhutova Darima Dondokovna, candidate of biological sciences, senior researcher, Laboratory of Microbiology, Institute of General and Experimental Biology SB RAS, 670047, Ula-Ude, Sakhyanova Str., 6.
Bryanskaya Alla Victorovna, candidate of biological sciences, senior researcher, Laboratory of Molecular Biotechnologies, Institute of Cytology and Genetics SB RAS, 630090 Novosibirsk Lavrentyeva Ave.,10.
Lazareva Elena Vladimirovna, candidate of geological and mineralogical sciences, senior researcher, Laboratory of Geochemistry of Noble and Rare Elements and Ecogeochemistry, Institute of Geology and Mineralogy SB RAS, 630090, Novosibirsk, Koptyug Ave., 3, lazareva@igm.nsc.ru
УДК 553.744(571.54) © В.Г. Будагаева, Д.Д. Бархутова, В.В. Хахинов
ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ПРОЦЕССА СУЛЬФАТРЕДУКЦИИ В СЕРОВОДОРОДНОМ ИСТОЧНИКЕ ДЭВСЭН-БУЛАГ (МОНГОЛИЯ)
Работа выполнена при поддержке интеграционных проектов СО РАН №5 и 94, гранта РФФИ 12-04-98079-р_сибирь_а, РФФИ 12-05-00871а
Изучена гидрохимическая характеристика в ручье холодного сероводородного источника Дэвсэн Булаг и интенсивность процесса сульфатредукции. Химический состав воды натриево-гидрокарбонатнокарбонатный. Скорость микробного образования сероводорода достигала 8,88 мгS/кг в сутки.
Ключевые слова: сероводород, сульфатредукция.
V.G. Budagaeva, D.D. Barkhutova, V.V.Khakhinov THE HYDROCHEMICAL PARAMETERS AND PROCESS OF SULFATREDUCTION INTENSITY IN HYDROGEN SULFIDE SPRING DEVSEN BULAG (MONGOLIA)
The hydrochemical characteristic in the creek of cold hydrogen sulfide spring Devsen Bulag and the process of sul-fatreduction intensity were studied. Chemical composition of water is of sodium-hydrocarbonate-carbonate origin. The rate of hydrogen sulfide microbial formation reached up to 8,88 mgS/kg per day.
