В кальдере вулкана

Было подмечено, что в термальных водах бессточных и малодебитных источников, а также грязевых котлов содержание иона SO₄^2- всегда выше, чем в водах высокодебитных источников или в пробах воды, отобранных из скважин. Чем это объясняется? Сульфат-ион может образовываться как за счет окисления сульфидов металлов, оказавшихся в районе выхода горячих вод, так и вследствие окисления серы. Было высказано предположение, что высокое содержание сульфат-иона и как результат этого кислая реакция таких растворов обусловливается наличием окислов серы в виде SO₂ или SO₃ в составе газов, обильно выделяющихся в источниках. Однако последнее предположение отпало, как только проанализировали состав спонтанных газов. Во всех случаях он включал в себя сероводород. Одновременное же нахождение такого сильного восстановителя, как H₂S, и сильного окислителя, как SO₂, с химических позиций не представляется возможным.

Следовательно, наиболее вероятным путем увеличения сульфат-иона в растворе может быть механизм окисления сульфидной серы до элементарной и далее до сульфатной. По такое окисление при температуре до 100 °C должно происходить в присутствии органического вещества. Тщательные наблюдения непосредственно на термальных источниках позволили обнаружить эти органические вещества.

Еще в 1933 г. японский микробиолог Эмото обнаружил и выделил из кислых ручьев с pH от 1,0 до 6,9 три вида термофильных тионовых бактерий: Thiobacillus thermitanus, Thiobacillus crenatus и Thiobacillus lobatus. Эти бактерии развивались в источниках с температурой до 80 °C. Эмото высказал предположение, что кислая реакция воды горячих источников, возможно, обусловлена в значительной мере биологическим окислением молекулярной серы до серной кислоты. Советский микробиолог С. И. Кузнецов, исследуя пробы воды и осадков из сероводородных источников, отобранных на термальном поло в верховьях реки Гейзерной и на Западном термальном поле Узона, обнаружил другой вид термофильных тионовых бактерий — Thiobacillus thiooxidans. Во всех случаях в грифонах термальных источников pH был 1,8–2,0 и на поверхности воды плавала пена, состоящая из светло-серой коллоидной серы. В то же время на Узоне наблюдаются многочисленные высокотемпературные термальные источники, в которых вода имеет близнейтральную реакцию, а в руслах обильно отлагаются кристаллы самородной серы.

Такие выходы термальных вод хорошо просматриваются благодаря наличию осадков черного цвета непосредственно на истоке и белого цвета по всему руслу. Осадок черного цвета — это сульфиды железа пирит и марказит. А белый цвет осадка обусловлен интенсивным развитием еще одной формы бактерий Thermotrix thioparus, на тонких космообразных колониях которых отлагаются кристаллики серы (фото 29). Любопытно, что в таких источниках в составе спонтанных газов сероводорода еще больше, чем в описанных выше, а водорода, как правило, на 1–2 порядка меньше (см. табл. 1, грифон с колонией белых бактерий). Причем по мере удаления от истока в воде наблюдается закономерное уменьшение сульфат-иона. Возникло предположение, что в таких источниках имеет место биогенное происхождение сероводорода за счет деятельности десульфурирующих бактерий. Опыты, проведенные в Институте микробиологии АН СССР с пробами воды, отобранными на Камчатке, полностью подтвердили это. Характерно, что десульфурирующие бактерии на восстановление сульфатов использовали не органическое вещество, а водород. Эти термофильные бактерии живут при температуре до 90 °C и отнесены С. И. Кузнецовым к виду Vibrio thermodesulfuricans.

Таким образом, даже на одном источнике могут развиваться несколько видов термофильных бактерий разных «специальностей». Одни, например Vibrio thermodesulfuricans, непосредственно на истоке, при наличии в газах водорода восстанавливают сульфатную серу до сульфидной; другие, например Thermotrix thioparus, развиваясь чуть ниже по течению, окисляют сульфидную серу до серы элементарной, которая и оседает на колониях бактерий.

Описанные явления убедительно показывают огромную роль микроорганизмов, живущих в горячих водах. На Узоне часто можно видеть обнажения пестроцветных, от охристо-рыжих до серых и голубых глин. Они возникли за счет переработки горных пород кислыми растворами. А в образование кислых растворов, как мы уже выше отметили, вложили свой труд тионовые бактерии.

В последнее время бактерии находят самое удивительное применение непосредственно в промышленности. Так, уже обнаружены термофильные бактерии, окисляющие сульфиды никеля, цинка, меди. Причем процесс идет очень быстро, что открывает возможность колоссального удешевления технологии извлечения металлов из руд.

Возможно, именно на термальных полях Узона ученые-микробиологи обнаружат виды бактерий, «специализированные» на другие металлы.

ОЗЕРО ЦЕНТРАЛЬНОЕ