Биовулканология

Термальные поля Узона

Термофильные микроорганизмы как геохимический фактор

В последнее десятилетие деятельность микроорганизмов в гидротермах вызывает особый интерее исследователей. Он обусловлен не столько интригующим примером экстремальной температурной устойчивости микроорганизмов, сколько их мощной геохимической деятельностью, тесной связью гидротермального и микробиологического процессов. Микроорганизмы производят большую геохимическую работу, перенося и переоткладывая в районах активного вулканизма серу, железо, марганец и многие другие элементы. Как это происходит на примере термальных полей кальдеры вулкана Узон, что на Восточной Камчатке, наглядно продемонстрировали Г. А. Заварзин и Г. А. Карпов.

На термальных полях Узона наблюдаются фактически все известные тйпы газогидротерм. Не так давно было показано, что здесь формируется мышьяково-сурьмяно-сульфидное оруденение. Поток глубинных горячих газов выносит на поверхность соединения серы. Под воздействием аэробных микроорганизмов и тионовых бактерий, численность которых достигает 106 клеток на 1 г гравелитов, сера окисляется до серной кислоты. В тех местах, где сера переносится преимущественно в виде сероводорода й контактирует с поверхностными кислыми водами, происходит абиогенное образование, ее коллоидной формы, которая затем также подвергается бактериальному окислению. По расчетам, в августе 1981 г. термальная площадь Узона в несколько гектаров поставляла в сутки до 4 т серной кислоты. При благоприятной гидрогеологической обстановке по стоку вод можно ожидать образования -1 т/га серной кислоты в сутки с максимумами до 1,5—2,5 т/га в сутки.

Сернокислое выщелачивание, обусловленное деятельностью бактерий, приводит к выносу практически всех элементов '(кроме кремнезема), которые затем отлагаются при контакте с поверхностными водами. С этим связаны процессы образования на Узоне минералов, содержащих мышьяк, сурьму и железо. Мышьяк, например, у поверхности вступает в реакцию с сероводородом и образует сульфиды, которые, в свою очередь, являются субстратом для развития тионовых бактерий. В результате деятельности бактерий образуется серная кислота и скородит — нерастворимый окисел мышьяка. Скородит вновь может восстанавливаться в сульфиды глубинным сероводородом, и таким образом, благодаря циклу минеральных превращений идет вбогащение мышьяком приповерхностного слоя пород.

Термальные поля Узона — это поистине бесценная природная лаборатория по изучению процессов минерало-рудообразования. Какова деятельность термофильных бактерий в этих процессах? Установлено, что даже на одном источнике здесь развиваются несколько видов термофильных бактерий разных,.так сказать, «специальностей». Те, что в истоке, при наличии в газах водорода восстанавливают сульфатную серу до сульфидной, другие, развиваясь ниже по течению, окисляют сульфидную серу до серы элементарной, которая и оседает на колониях бактерий, придавая им необычный белый цвет.

На мощных термальных полях вулканогенного происхождения часто можно .видеть обнажения разноцветных глин. Ярко-рыжие, серые, голубые, красные, белые, они иногда занимают огромные площади. Эти глины возникли в результате переработки горных; пород кислыми растворами. Однозначно установлено, что серную кислоту на термальных площадках производят тионовые бактерии.

В последнее время активно исследуют процессы взаимодействия микроорганизмов и газовых составляющих гидротерм, которые, трансформируясь, поставляют энергию для этих организмов. Особенно интересно образование в гидротермах метана. Анаэробные метанооб- разующие и сероредуцирующие бактерии, выделенные на Узоне (Камчатка), в силу особенностей ультраструктуры принадлежат к группе древнейших организмов — архебактериям. Микробиологи Г. А. Заварзин, Н. Е. Ми- шустин и другие считают, что микроорганизмы горячих источников — реликт примордиальных организмов.

По мнению Заварзина, бактерии, первые обитатели Земли, сформировали ее атмосферу из продуктов вулканических газовых эксгаляций. «Последующая эволюция накладывалась на эту систему, сформированную бактериями, видоизменяя масштабы, но не нарушая установившихся связей и круговоротов элементов»Таким образам, изучение взаимодействия бактерий с газами в гидротермах позволяет построить современную модель для исследования процессов формирования атмосферы, хотя масштабы этих процессов сейчас, конечно, несопоставимы с условиями геологического прошлого. В той же кальдере Узона цианобактериальные сообщества активно поглощают сероводород, водород, углекислый газ, продуцируя кислород. В средах, имитирующих состав первоначально выделяющихся газов., уже .через пять суток происходило поглощение углекислоты и водорода н обогащение системы кислородом.

Итак, в результате жизнедеятельности микроорганизмов преобразуются вулканические продукты во всех средах — на суше, в воде и в воздухе. По. сути, при их участии формируется биогевно-вулканогенный тип круговорота вещества и энергии, в котором затем участвуют растения и животные. Эту роль микроорганизмов в становлении глобальной экосистемы трудно переоценить. В изучении экологического звена «микроорганизмы — продукты извержения вулканов» — одного из важнейших на нашей планете — сделаны лишь первые шаги.