Исследователь Исследователь

Исследователь
  
новости  |  о проекте  |  карта сайта  |  форум  |  подписка на новости
Разделы сайта

Другие материалы
ПРАКТИКА
Версия для печати

Реликтовое озеро Могильное.


Автор: Качалкин Алексей
Научные руководители: Горленко Владимир Михайлович, Саввичев Александр Сергеевич

Цели и задачи курсовой работы

Данная курсовая работа знакомит с уникальным озером, которое расположено на территории России. В ней описаны главные краткие геологические и биологические характеристики озера Могильного. Также эта работа знакомит с характеристиками одной из групп бактерий, обитающих в этом озере. Экспериментальная часть работы заключается в том, чтобы в лабораторных условиях произвести выращивание колоний бактерий из проб вод озера Могильного и краткого описания видов бактерий.

Реликтовое озеро Могильное расположено в юго-восточной оконечности острова Кильдин, у побережья Мурманска, в Баренцевом море. Остров отдален от Кольского полуострова длинным и узким проливом в 1,5 км — Кильдинской салмой. Остров Кильдин небольшой — 17,6 км длинной и до 7 км шириной. Озеро Могильное отделено от салмы невысокой перемычкой шириной 60—70 м. По своим размерам озеро невелико: максимальная длина — 562 метра, максимальная ширина — 275 м, максимальная глубина — 16,3 м.

Перемычка озера Могильного.

Русский гидробиолог и естествоиспытатель профессор Константин Михайлович Дерюгин в 1925 году писал: «В современном состоянии озеро Могильное представляет настоящее чудо природы; оно требует тщательной охраны, как истинный памятник природы и дальнейшего детального изучения». Озеро Могильное — озеро морского происхождения, но такие озера, возникшие, как отшнурованные от моря лагуны и заливы, вовсе не редкость. Напротив, значительная часть современных озерных котловин на различных этапах геологической истории входила в состав шельфовых морей. Более того, в некоторых озерах до сих пор сохраняется соленая вода морского происхождения. К ним относятся, в частности, реликтовые морские водоемы Белого моря, озера Нитинат на острове Ванкувер, реликтовые озера в прибрежной зоне острова Новая Земля, озеро Хеммельсдорфер-Зее около Любека, озеро Токке в Южной Норвегии. Своеобразной чертой озера Могильного является то обстоятельство, что в нем в течение тысячелетий установилось поразительное равновесие в балансе пресных и соленых вод, создающее возможность одновременного существования и морских, и пресноводных организмов. Озеро Могильное — уникальное озеро, в котором существует одновременно смесь форм морских, солоноватоводных и пресноводных организмов.

Опресненность воды и другие экстремальные условия озера Могильного, вызвали быструю эволюцию обитающей в озере флоры и фауны и появление новых форм. Для фауны озера Могильного, как небольшого водоема характерна карликовость форм. Озеро Могильное связано с Баренцевым морем путем фильтрации воды через тело перемычки, что вызывает приливно-отливные колебания уровня воды. Озеро можно рассматривать, как своеобразный водоем морского типа, в котором интенсивно протекают процессы восстановления сульфатов и формирования сероводородной зоны. Это роднит Могильное озеро с Балтийским и, особенно, с Черным морем.

Восточная часть острова Кильдин, где расположено озеро Могильное, по своему ландшафту представляет пластовую возвышенную тундровую равнину. Озеро расположено в субарктической зоне, для которой характерны продолжительная влажная зима, и сырое холодное лето, небольшие колебания средних температур воздуха в течение года, высокая относительная влажность, большая облачность и муссонные ветры. Февраль — самый холодный месяц , июль и август — самые теплые . Относительная влажность — 82 %, годовое количество осадков — 350—400 мм, среднегодовая скорость ветра — 6—7 м/с. В Кильдинской салме приливы полусуточные (средняя величина — 2,4 м, скорость течения — 0,3—0,6 узлов). Соленость воды в Кильдинской салме — от 32,6 до 34,6 %о.

Озеро Могильное отделено от Кильдинской салмы перемычкой, которая состоит из: песка, гравия, щебня, гальки, валунов, принесенных сюда водно-ледниковыми потоками. Перемычка, отделяющая озеро Могильное от Баренцева моря, образовалась примерно в IX-XI вв. до н. э., а возраст современного озера Могильного составляет порядка 1000 лет. Средняя ширина перемычки — 70 м, высота — 5,7 м, высота гребня перемычки над уровнем озера — от 3,7 до 5,4 м. Средний уровень озера превышает таковой воды в Кильдинской салме в различные сезоны года на 30—45 см. Площадь Могильного озера составляет 106,6 тыс. м2, а объем воды в озере — 793,8—794,3 тыс. м3. Пресноводное питание озера осуществляется двумя источниками: сюда поступает пресная вода в виде атмосферных осадков и талых вод, при годовом количестве осадков 350—400 мм и площади озера порядка 100 тыс. м2 в озеро прибывает 400 тыс. м3 дождевой и снеговой воды. Кроме того, большое количество пресной воды поступает в озеро из пресного грунтового водоносного горизонта, который разгружается на северном берегу озера. Здесь расположен наиболее крупный сосредоточенный выход грунтовых вод в виде источника с дебитных ом от нескольких миллитров до 2—3 л/с, суммарный годовой приток пресных грунтовых вод — 10 тыс. м3. Таким образом, объем пресной воды, поступаемой в озеро, составляет приблизительно 150 тыс. м3/год, или в среднем 0,4 тыс. м3/ сут.

Учитывая наличие в озере соленой воды морского типа, справедливо предположить, что существует фильтрационная связь озера с морем через тело перемычки. Средняя скорость поступления морской воды через перемычку не превышает 0,13 мм/с, а вся масса воды перемещается в теле перемычки взад и вперед, причем каждым отдельным качанием, соответствующим приливу и отливу, происходит постепенный обмен солей, очевидно предположить, что количество поступающей морской воды приблизительно равно ее стоку. Таким образом, годовое поступление соленой морской воды в озеро Могильное составляет около 17 тыс. м3/год, то есть 45 м3 /сут.

Реликтовое озеро Могильное относится к числу субполярных. В течение 6—7 месяцев в году (с ноября по май) оно покрыто льдом. Периоды весенней и осенней циркуляции сближены и охватывают, в сущности, лишь верхний слой озера. Согласно классификации Д. Хатчинсона (1969г.) этот слой необходимо считать миксолимнионом, а само озеро Могильное — меромиктическим озером. Пользуясь терминологией, разработанной для меромиктических озер (Д. Хатчинсон, 1969г.), нижний слой практически постоянных температур следует рассматривать, как монимолимнион, а промежуточную зону - как хемоклин. В настоящее время известен ряд экзогенных меромиктических озер: Хеммельсдорфер-Зее на Балтике, Харуторико в Японии и Саелсо в Гренландии, кратерные озера на Филиппинах, Токке в Южной Норвегии, Соп-Лейк в США и другие. Каждое из этих озер — большая редкость и объект тщательного изучения. Итак, озеро Могильное — суполярное меромиктическое реликтовое морское озеро.

Соленость вод озера Могильного примерно равна 1—2 %о у поверхности воды и 30,1—30,5 %о у дна озера. Интенсивным изменениям соленость в озере подвергается лишь в верхней его зоне — миксолимнионе. В зимний период пресные воды (< 1%о) в разрезе водной толщи отсутствуют совершенно, глубже 4,0—4,5 м залегают воды с соленостью более 10 %о, 25 %она глубине 7 м, 30 %о на глубине 12 м. Таким образом, значительный рост солености отмечается лишь в интервале глубин от 5 до 8,5 м. Здесь зафиксирован высокий рост солености — 6 %о на 1 метр и более. Резкое и непродолжительное по времени опреснение поверхностных вод до глубины 1,5 м наступает при снеготаянии и сходе льда. Летом в результате интенсивного ветрового перемешивания верхняя часть до 4 м приобретает соленость вод от 1,2 до 3,0 %о.

Как и любое реликтовое озеро, озеро Могильное должно иметь определенный период жизни. Сопоставляя годовые изменения солености вод, было установлено, что со временем среднегодовая соленость вод озера постепенно снижается. Учеными было вычислено, что падение солености вод относится к 1856 году. Причину этого объяснить не удалось. Считая, что в будущем отмеченная закономерность сохранится, прогнозируют следующие изменения солености: 1980 г. — 30,16%о, 1990 г. — 29,80%о, 2000 г. — 29,40%о, 2100 г. — 23,90%о, 2200 г. — 15,40%о (см. рис.).

Ионный состав воды озера Могильного представляет собой в различной степени разбавленный ионный состав воды Баренцева моря. Средние значения минерализации воды колеблются в пределах от 1,28 +0,6 до 31,7 +0,2 г/л.

Как уже говорилось, озеро Могильное — водоем, в котором существуют одновременно сообщество морских, солоноводных и пресноводных форм, и это действительно так. В озере встречаются 73 вида диатомовых водорослей, из которых 37 — морских, 10 — солоноватоводных, 10 — пресноводно-солоноватоводных, 10 — пресноводных, и 6 видов — солоноватоводных-морских. В озере встречается 44 вида зоопланктона. Ихтиофауна озера Могильного ограничивается тремя видами: треска, маслюк и корюшка. В озере Могильном наиболее распространены такие водоросли, как ламинария и фукоиды.

В воды озера кислород диффундирует из атмосферы, а также мигрирует вместе с атмосферными, грунтовыми и морскими водами. Часть кислорода образуется биогенным путем при фотосинтезе. В связи с этим наблюдается изначальная неравномерность в распределении кислорода в водной толще (куда он поступает лишь из верхней части). Исходное неравновесие усиливается при взаимодействии с сероводородом нижних слоев и приводит к резкому разделению водной толщи на аэробную и анаэробную зоны. На глубине 2—3 м (в разные времена года) количество кислорода приблизительно равно 7—10 см3/л.

Сероводород образуется в озере Могильном в основном в результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий в придонной воде и илах. В поверхностном слое ила, где отмечается высокое содержание органического вещества, происходит наиболее активный процесс редукции сульфатов. В этом процессе, главным образом, принимают участие сульфатредуцирующие бактерии Desulfovibrio desulfuricans. Они выделяют сероводород по следующей формуле:

8 [ H ]+ SO4= H2S + 2 H2O + 2OH-

В глубоководной части озера Могильного сероводород заполняет всю толщу монимолимниона и сохраняется там круглогодично.

Вода в озере Могильном достаточно мутная, одной из причин этого является наличие в озере на глубине 8—9 м (иногда несколько выше) слоя «розовой воды». «Розовая вода» — окрашенные серобактерии, окисляющие сероводород до молекулярной серы.

Слой «розовой воды» мощностью 1,5 м находится на глубине 8,75—10,25 м, а максимум цветности — на горизонте 9,25 м. Впервые «розовая вода» была обнаружена в озере Могильном К. М. Дерюгиным, который отобрал ее в 1909 году с глубины 13 м. Предававшие розовый цвет воде пурпурные серобактерии впервые были изучены в 1914 году Борисом Лаврентьевичем Исаченко.

Микробиология озера Могильного представляет большой интерес в связи с большой ролью бактерий и водорослей в круговороте веществ в этом водоеме. В верхних опресненных и солоноватых слоях воды, содержащих кислород, происходят аэробные процессы деструкции органического вещества, возникающего при фотосинтезе водорослей, а также поступающего с поверхностными и грунтовыми водами. В глубинной соленой бескислородной части озера идут разнообразные микробиологические процессы анаэробного преобразования органического вещества, преимущественно образуемого в зоне хемоклина за счет фотосинтеза бактерий.

На границе анаэробного сероводородного слоя присутствует, как сероводород, так и кислород. Таким образом, в этом узком слое создались условия для развития как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов, окисляющих восстановленные соединения серы. На этом уровне и находится слой «розовой воды».

Слой «розовой воды» состоит из фотосинтезирующих, или фототрофных бактерий. Фототрофные бактерии делятся на 3 семейства: 1 — пурпурные серобактерии (Chromatiaceae), 2 — зеленые серобактерии (Chlorobiaceae), 3 — несерные пурпурные бактерии (Rhodospirilaceae). Фотосинтез бактерий отличается от фотосинтеза растений, как и для растений, для бактерий источником энергии служит свет, бактериальный фотосинтез (в отличие от фотосинтеза растений) не сопровождается выделением кислорода, и в качестве донора водорода воду (как это делают растения) фототрофные бактерии использовать не в состоянии; им требуются доноры с более высокой степенью восстановления:

6CO+ 12H2O = C6H12O6 + 6H2O + 6O2 ? (у растений),

CO+ 2H2S = (CH2O)+H2O+2S0 (у зеленых серобактерий).

Цвет «розовой воды» в озере Могильном обусловлен массовым присутствием трех видов фотосинтезирующих бактерий семейства Chlorobiaceae (зеленые серобактерии), имеющих розово-коричневую окраску, Chlorobium phaeovibrioides , Pelodictyon phaeum и Prostecochloris phaeoasteroidea (Пучкова и Горленко, 1976г.) . У зеленых серобактерий сера выделяется в среду из периплазматического пространства клетки , где она образуется . При недостатке сероводорода образовавшаяся сера (S0) окисляется до сульфатов (SO42-) . Благодаря деятельности зеленых серобактерий сероводород не может распространяться в верхние горизонты озера.

Данная работа была выполнена в лаборатории Экологии и геохимической деятельности микроорганизмов Института микробиологии РАН, для ее проведения были использованы пробы воды озера Могильного, предоставленные заведующим лабораторией д. б. н., проф. В. М. Горленко, под руководством которого и была она выполнена.

Микроорганизмы выращивались на среде Пфеннига (Pfennig,1965, Truper,

1970) следующего состава:

CaCl- 330 мг/л,2PO- 330 мг/л,
NH4Cl — 330 мг/л, или NH4 — ацетат — 400 мг/л,
MgClх 6 H2O — 330 мг/л,
NaHCO- 3 г/л,
Na2S- 0,8 — 2 г/л,
витамин B12 - 20 мкг/л,
раствор тяжелых металлов — 10 мл/л.

Растворы CaCl,NaHCO3, NH- ацетат, Na2S стерилизовались отдельно в виде 10 % раствора.

Посев производили в склянки, объемом 40 и 60 мл с завинчивающимися крышками и с резиновыми прокладками. Перед посевом склянки доверху заполняли средой, и таким образом, создавали анаэробные условия для развития фотосинтезирующих бактерий.

Культивирование производили в люминостате при освещенности 2000 люкс и температуре 25о С.

Чистые культуры выделяли в пробирках с твердой агаризованной средой (1,8—2 % агар — 3 мл, среда Пфеннига — 7 мл) методом последовательных разведений. Делали по 5—6 разведений.

После 6—7 дневного культивирования из 2-хпоследних разведений Пастеровской пипеткой извлекали отдельные колонии, каждую из них помещали в стерильную пробирку. Затем колонию растирали микробиологической пипеткой в небольшом объеме среды. Полученную суспензию высевали на жидкую среду Пфеннига в пробирки под резиновые пробки. А в дальнейшем культивирование проводили в склянках, как описано выше.

Выросшие культуры проверяли на чистоту путем микроскопирования с помощью светового микроскоп «Reichert» с использованием фазового и анаптрального контрастов. Во время микроскопирования, проводили фотосъемку бактерий с помощь фотоаппарата на специальную пленку «микрат-300».


Chlorobium phaeovibrioides


Pelodictyon phaeum

Описание доминирующих видов фототрофных бактерий, присутствующих в слое «розовой воды»: Chlorobium phaeovibrioides клетки палочковидные неподвижные и не имеющие газовых вакуоли 0,6 — 0,8 × 1,3 — 2,7 мкм, образующие цепочку. Pelodictyon phaeum — вибрионы неподвижные и имеющие газовые вакуоли 0,6 — 0,9 × 1,2 мкм . Prostecochloris phaeoasteroidea — сферические клетки 0,3 — 0,6 × 0,5 — 0,8 мкм, неподвижные и не имеющие газовых вакуоли, образующие цепочку.

Данные исследования позволяют сделать вывод, что доминирующим видом микробов в водах озера Могильного являются зеленые серобактерии Chlorobiaceae имеющие розово-коричневую окраску, отсюда и «розовая» вода.

За последние годы познания в области изучения фотосинтезирующих бактерий значительно выросли. Хотя эти организмы были открыты и изучались еще в XIX веке, в настоящее время интерес к ним не ослабевает, так как изучение низших фотосинтезирующих микроорганизмов позволяет сделать выводы относительно процесса фотосинтеза в целом. Фототрофные бактерии являются важными объектами изучения фотосинтеза, его эволюции, а также при решении других проблем общебиологического значения.

Наряду с теоретическим значением, изучение фототрофных бактерий представляет интерес и в практическом отношении, поскольку они могут служить источником белка, фотоводорода, аммония, биологически активных соединений и других ценных продуктов, а также использоваться для очистки окружающей среды. Все это определяет необходимость изучения свойств различных представителей фототрофных бактерий и выделения новых видов, которые могут обладать интересными особенностями.

О существовании Могильного озера известно еще с XVI века. Над озером несколько раз нависала опасность уничтожения, но реликтовое озеро Могильное до сих пор остается уникальным памятником природы. В 1925 году профессор К. М. Дерюгин писал «…нашей обязанностью является подвергнуть озеро Могильное дальнейшему всестороннему изучению и объявить его национальной собственностью, как истинный памятник природы, являющийся ярким свидетелем тех геологических и биологических изменений, которые происходили в послеледниковое время».

В настоящее время озеро Могильное нуждается в охране от техногенного загрязнения. И мы должны приложить максимум усилий для того, чтобы реликтовое озеро Могильное — чудо природы, как писал о нем Константин Михайлович Дерюгин, не потеряло бы своего видового разнообразия, своей геологической и биологической уникальности и не было бы полностью уничтожено.


Содержание O2и H2S в озере Могильном.


Батемитрическая схема озера Могильного.
( глазомерная, изобаты в условных единицах)


Профили озера Могильного.

Среднегодовые изменения солености вод оз. Могильное

 

Соленость вод оз. Могильного.

Меромиктическое озеро.
(Хатчинсон, 1969)

Список литературы:

  1. Реликтовое озеро Могильное. Л., «Наука», 1975.
  2. Горленко В. М., Дубинина Г. А., Кузнецов С. И. Экология водных микроорганизмов. М., «Наука»,1977.
  3. Кондратьева Е. Н. Автотрофные прокариоты. М., изд-во МГУ, 1996.
  4. Шлегель Г. Общая микробиология. М., «Наука», 1977.
  5. Жизнь растений. М., «Просвещение», т.1, 1974.
  6. Хатчинсон Д. Лимнология. М., изд-во «Прогресс», 1969
на первую страницу | наверх

© 2002-2011 Разработка сервера: Межвузовский "Физтех-центр". Администратор сайта : admin@researcher.ru
При создании сервера использованы АРП-технологии.

Arp.site