Минералообразование в микробных матах термальных источников Байкальской рифтовой зоны

Цианобактериальные маты в термальных источниках образуют ярко выраженную слоистую структуру с характерным чередованием зон развития определенных групп микроорганизмов со слоями минералов [1]. Минералообразованию 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 Еh, 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 (CuK _α -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 H 4 SiO 4 , 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, β-кварц, кристобаллит), кроме гидротермы Алла, в микробном сообществе которой отлагается кремний в виде силикатов: анортита СаАl2Si2O8 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 СО 2 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.

л 4

0 10

Рис. 1. Дифрактограмма образца мата источника Сеюя

ф^ШпШ*№*!^^

XSilicon Oxide – SiO 2 ▼ Anorthite, ordered – CaAl 2 Si 2 O 8    ▲ Cristobalite, syn – SiO 2

В.Г. Будагаева, Д.Д. Бархутова, C.Г. Доржиева. Минералообразование в микробных матах термальных источников Байкальской рифтовой зоны

жХБКЯЗ

Рис. 2. Дифрактограмма образца мата гидротермы Уро

Quartz, syn – SiO 2    О Albite, ordered – NaAlSi 3 O 8     ♦ Anorthite, ordered – CaAl 2 Si 2 O 8

Рис. 3. Дифрактограмма образца мата источника Алла.

• ■ Calcite, syn – CaCO 3 ■ Anorthite-ordered – CaAl 2 Si 2 O 8 ♦ Calcite-beta – CaCO 3 ▲Sodium Aluminum Silicate –

Na1.82Al2Si57O107.91

Рис. 4. Дифрактограмма образца мата гидротермы Гарга ■ Calcite, syn – CaCO 3 ♦ Quartz, syn – SiO 2

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 СаСО 3 .

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.