Гидрохимические параметры и интенсивность процесса сульфатредукции в сероводородном источнике Дэвсэн-Булаг (Монголия)

Выходы сероводородных вод достаточно хорошо известны среди азотных терм Байкальской гид-роминеральной области, включая Монголию. Выходы минеральных вод различаются по гидрохимическому, макро- и микрокомпонентному и газовому составу [1]. В преобразовании качественного и количественного состава таких вод, образовании и потреблении газов важную роль играют прокариотные организмы, которые активно участвуют в круговороте углерода и серы. Химическое восстановление ионов сульфата (абиогенная редукция) при невысоких (<100 оС) температурах и давлениях, обычно свойственных подземной биосфере, неизвестно. Восстановление в наземных источниках происходит только с помощью сульфатредуцирующих бактерий, отбирающих кислород у сульфатов и использующих при этом в качестве энергетического материала газообразный водород или органическое вещество.

Цель работы – определение гидрохимических показателей холодного сероводородного источника Дэвсэн-Булаг и скорости процесса микробной сульфатредукции.

Объекты и методы исследования

Сероводородный источник Дэвсэн-Булаг расположен на территории Центрального аймака Монголии, на левом берегу р. Убур-Джаргалант на высоте 1430 м. Источник изливается в кочковатой низине и образует ручей протяженностью 500 м.

На месте отбора проб измеряли температуру, рН, Eh. Для определения сероводорода фиксировали пробы воды и осадки ацетатом Cd. Концентрацию карбонат- и гидрокарбонат-ионов определяли титриметрическим методом. Содержание хлоридов определяли аргентометрическим, сульфатов – турбидиметрическим методом [2], сульфидов – фотометрически с N,N’-диметил- пара -фенилендиамином (ДМП) [3]. Концентрации ионов натрия и калия определены с помощью атомно-абсорбционного спектрометра SOLAAR M6 (США), кальций был определен комплексонометрическим, магний – по разнице между результатами титрования.

Численность сульфатредукторов определяли на жидкой среде Видделя c ацетатом Na [3]. Скорость микробиологического процесса сульфатредукции определяли при помощи радиоизотопного метода [4].

Результаты исследования

В период исследований температура воды в грифоне источника Дэвсэн-Булаг была 4,2 оС, которая по ручью постепенно возрастала до температуры окружающей среды – 19 оС. Вода источника слабоминерализованная (0,4 г/дм3), рН был равен 7,1 и окислительно-восстановительный потенциал (Еh) составлял 11 мВ. В ручье по изливу вод значение рН постепенно возрастало до 8,8, а Еh – до + 206 мВ. Концентрация сероводорода в воде при изливе составляла 27,5 мг/дм3, а содержание сульфидов в иле – 1098 мг/дм3.

Химический анализ сероводородных вод показал, что по анионному составу они являются гидро-карбонатными, по катионному – натриевыми. Концентрация гидрокарбонатных ионов была равна 1098 мг/дм3. Сульфат-ионов в воде грифона источника выявлено в количестве 156 мг/дм3, а хлори-дов–ионов – 17,7 мг/дм3. Среди катионов преобладал ион натрия, концентрация которого была равна 393,3 мг/дм3. Количество катионов магния было равно 38,91 мг/дм3, а содержание ионов кальция – 2,806 мг/дм3.

По руслу ручья, образованного постоянно изливающейся водой источника, изменяются химические характеристики. Наблюдается варьирование количества гидрокарбонатных ионов, через 110 м от излива их концентрация уменьшается до 586 мг/дм³. При этом отмечено появление в воде карбонатных ионов: через 28 м от излива их концентрация составила 24 мг/дм³, а через 110 м – 240 мг/дм³. Содержание Н 2 S в воде постепенно понижалось до 0,46 мг/дм³ (117,5 м от излива) (рис. 1). Концентрация сульфатных и хлоридных ионов, а также катионов натрия, магния и кальция по изливу минеральных вод существенно не изменялась. Сравнивая физико-химические показатели вод источника в различные годы, следует отметить, что температура воды при изливе увеличилась на 1^o; реакция среды с нейтральной (7,1) сместилась в сторону слабощелочной (8,3).

Окислительно-восстановительный потенциал воды источника значительно снизился и составил 65 мВ по сравнению с ранее полученным показателем (-11 мВ) .

^ Ряд2 —♦— Ряд1 J

Содержание гидрокарбонат- и сульфат-ионов в воде по изливу ручья Дэвсэн Булаг ряд 1 - сульфаты; ряд 2 - гидрокарбонаты

ЕЕ Ряд2 ■ ♦ Ряд1 ]

Содержание сульфидов по изливу ручья Дэвсэн Булаг ряд 1 - в воде; ряд 2 - в илах

Рис. 1. Изменение гидрохимических характеристик в источнике Дэвсэн-Булаг

Содержание сероводорода в воде источника значительно увеличилось и составило 123,5 мг/дм3 по сравнению с ранее известными данными (27,5 мг/дм3). Значительное повышение концентрации сероводорода в воде источника привело к снижению ее окислительно-восстановительного потенциала и возникновению восстановительной обстановки.

В источнике была изучена интенсивность сульфатредукции как основного процесса терминального этапа деструкции органического вещества. Деятельность сульфатредуцирующих бактерий тесно связана с окислительно-восстановительной обстановкой окружающей среды, наличием легкоразла-гаемых органических веществ и поступлением значительных количеств сульфатов. Эти микроорганизмы активно образуют H 2 S в диапазоне рН 4-10,5 и при температуре от 0 до 80 ^оС [5]. Сульфатре-дукция в донных отложениях грифона источника протекала со скоростью 0,811 мгS /кг сырого ила ⋅ сутки. В илах ручья скорость сульфатредукции достигала 0,796-2,314 мгS /кг ⋅ сутки, а в цианобактериальных матах – 0,063-8,879. Наиболее высокие скорости выявлены в осадках ручья на расстоянии 65 м от истока и плотном цианобактериальном мате, который развивался в ручье в 117,5 м от истока. В процессе сульфатредукции использовалось 1,63-7,24 мг органического углерода. Полученные результаты показывают, что деятельность сульфатредукторов зависит от условий среды. Наибольшая скорость процесса сульфатредукции наблюдается в ручье при увеличении температуры и снижении содержания сульфидов.