Хемоклин
| Водные слои |
|---|
| Стратификация |
| См. также |
Хемоклин — это разновидность клина характеризующегося сильным вертикальным химическим градиентом внутри водоема , слоя жидкости с различными свойствами , . В водоемах, где встречаются хемоклины, клин разделяет верхние и нижние слои, в результате чего эти слои приобретают разные свойства. [1] В нижнем слое показано изменение концентрации растворенных газов и твердых веществ по сравнению с верхним слоем. [2]
Хемоклины чаще всего возникают там, где местные условия благоприятствуют образованию бескислородной придонной воды — глубокой воды с дефицитом кислорода , где могут существовать только анаэробные формы жизни. Обычные анаэробные организмы, обитающие в этих условиях, включают фототрофные пурпурные серобактерии и зеленые серобактерии . [3] Черное море является примером водоема с выраженным хемоклином, хотя подобные водоемы (классифицируемые как меромиктические озера) существуют по всему миру. [4] [5] Меромиктические озера являются результатом меромиксиса, который представляет собой обстоятельство, при котором водоем не полностью смешивается и циркулирует, вызывая расслоение . [1] [6]
В любом водоеме, в котором богатые кислородом поверхностные воды хорошо перемешаны ( голомиктические ), хемоклина не будет, так как нет расслоения слоев. [7] Хемоклины могут стать нестабильными, когда растворенные газы становятся пересыщенными, например, H 2 S, из-за смешивания, связанного с пузырьками или кипением ( кипением ). [8]
Структура хемоклина
[ редактировать ]
Хемоклин, содержащий наибольший химический градиент, представляет собой тонкий пограничный слой, разделяющий меромиктическое озеро на две части: верхний миксолимнион и нижний монимолимнион. [7] Миксолимнион — это область, доступная ветру, где вода может полностью перемешиваться и циркулировать. Однако монимолимнион плотный и не может взаимодействовать с ветром таким же образом, предотвращая перемешивание. хемоклина Более того, изменчивость плотности определяет степень, в которой водный объект будет подвергаться смешиванию и циркуляции. Поскольку хемоклин действует как барьер между смешанными и несмешанными слоями, более глубокий слой мономолимниона часто является бескислородным. [1] Отсутствие газообмена между слоем монолимниона и атмосферой приводит к увеличению потребления кислорода над его выработкой. Это создает отрицательный окислительно-восстановительный потенциал наряду с аноксическими и эвксиниевыми условиями. [7]
Нестабильность хемоклина характеризуется явлениями вертикального перемешивания. Они могут быть спровоцированы повышением концентрации H 2 S выше 1 ммоль/кг в богатом сульфидами глубинном слое монолимниона. Затем эвксиновая глубинная вода поднимется вверх в миксолимнион у поверхности, а сероводород будет выброшен в атмосферу. [8] Это также может быть вызвано другими газами, такими как углекислый газ.
Для многих озер характерна нестабильность хемоклина. Стратификация озер может быть нарушена из-за событий перемешивания, происходящих 1, 2 и более раз в год. Эти события смешивания происходят в мономиктических , димиктических или полимиктических озерах. Однако в меромиктических озерах стратификация постоянна. Эти озера со стабильным хемоклином обычно узкие и глубокие, с низким соотношением площади поверхности к объему, слабым ветровым волнением и продолжающейся эвтрофикацией . [6]
Жизнь и хемоклины
[ редактировать ]В результате различий между верхними и нижними слоями аэробная жизнь ограничивается областью выше хемоклина, тогда как анаэробные виды, способные жить в бескислородных условиях, обитают ниже клина. Кроме того, выше хемоклина процессы фотосинтеза могут происходить из-за присутствия света, но ниже света недостаточно для процветания фотосинтезирующих бактерий. [9] В миксолимнионе, расположенном над хемоклином, примеры фототрофных видов включают цианобактерии , а монолимнион содержит сульфатредукторы и сульфидные окислители. [7] В самом хемоклине фотосинтезирующие формы анаэробных бактерий , такие как зеленые фототрофные и пурпурные серные бактерии , группируются и используют как солнечный свет сверху, так и сероводород (H 2 S), вырабатываемый анаэробными бактериями внизу. [7] [9] Из-за градиента условий слой хемоклина может содержать обилие фототрофных бактерий и высокие концентрации тиосульфата и элементарной серы. [7] Метанотрофные бактерии также были обнаружены в бескислородном градиенте некоторых хемоклинов. [10] Исследование, проведенное в озере Эйс, расположенном в Антарктиде, изучало процесс аноксигенного фотосинтеза, осуществляемого зелеными серными бактериями в озере, и обнаружило, что они располагались исключительно в хемоклине озера из-за присутствия света и сульфида. [9]
Кроме того, микробные процессы могут быть ответственны за наличие химических различий в хемоклине. Такие процессы, как фиксация углекислого газа, круговорот серы и активность экзоферментов, происходят в клине с повышенной скоростью по сравнению с окружающим водоемом. Из-за различных химических свойств хемоклина он часто может поддерживать самые разнообразные формы жизни в небольшом слое. [11]
Однако нестабильность хемоклина может нарушить баланс видов бактерий, обнаруженных в каждом слое. Эвксиновые глубинные воды, поднимающиеся вверх в фотическую зону, могут привносить сульфиды и вызывать цветение сероокисляющих бактерий в верхнем миксолимнионе. [8]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Стюарт К.М., Уокер К.Ф., Лайкенс Дж.Е. (2009). «Меромиктические озера». Энциклопедия внутренних вод . Эльзевир. стр. 589–602. дои : 10.1016/b978-012370626-3.00027-2 . ISBN 9780123706263 .
- ^ Увегес Б.Т., Юниум К.К., Шольц К.А., Фултон Дж.М. (15 октября 2020 г.). «Коллапс хемоклина в озере Киву как аналог круговорота азота во время океанических аноксических явлений» . Письма о Земле и планетологии . 548 : 116459. Бибкод : 2020E&PSL.54816459U . дои : 10.1016/j.epsl.2020.116459 . ISSN 0012-821X . S2CID 224981010 .
- ^ Данза Ф, Сторелли Н, Роман С, Людин С, Тонолла М (15 декабря 2017 г.). «Динамическая клеточная сложность аноксигенных фототрофных серных бактерий в хемоклине меромиктического озера Каданьо» . ПЛОС ОДИН . 12 (12): e0189510. Бибкод : 2017PLoSO..1289510D . дои : 10.1371/journal.pone.0189510 . ПМК 5731995 . ПМИД 29245157 .
- ^ Синнингхе Дамсте Дж.С., де Леу Дж.В., Уэйкхэм С.Г., Хейс Дж.М., Конен М.Э. (2 декабря 1993 г.). «Хемоклин Черного моря» . Природа . 366 (6454): 416. Бибкод : 1993Natur.366..416S . дои : 10.1038/366416a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 11974369 .
- ^ Ойконому А., Филкер С., Брейнер Х.В., Сток Т. (июнь 2015 г.). «Разнообразие протистана в постоянно стратифицированном меромиктическом озере (озеро Алатзее, юго-запад Германии)». Экологическая микробиология . 17 (6): 2144–2157. Бибкод : 2015EnvMi..17.2144O . дои : 10.1111/1462-2920.12666 . ПМИД 25330396 .
- ^ Перейти обратно: а б Блис Дж., Ниманн Х., Венк С.Б., Зопфи Дж., Шуберт С.Дж., Кирф М.К. и др. (27 января 2014 г.). «Микроаэробное бактериальное окисление метана в хемоклине и бескислородной толще воды глубокого южно-альпийского озера Лугано (Швейцария)» . Лимнология и океанография . 59 (2): 311–324. Бибкод : 2014LimOc..59..311B . дои : 10.4319/lo.2014.59.2.0311 . ISSN 0024-3590 . S2CID 56401767 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Чанкович, М; Жучко, Дж; Петрич, И; Маргуш, М; Цигленечки, И (14 мая 2020 г.). «Воздействие эвксиновых голомиктических условий на комплексы прокариот в морском меромиктическом озере» . Водная микробная экология . 84 : 141–154. дои : 10.3354/ame01931 . ISSN 0948-3055 . S2CID 216313230 .
- ^ Перейти обратно: а б с Риккарди, Энтони Л.; Артур, Майкл А.; Камп, Ли Р. (1 декабря 2006 г.). «Изотопные доказательства подъема хемоклина во время массового вымирания в конце пермского периода» . Geochimica et Cosmochimica Acta . Специальный выпуск, посвященный Роберту А. Бернеру. 70 (23): 5740–5752. Бибкод : 2006GeCoA..70.5740R . дои : 10.1016/j.gca.2006.08.005 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Перейти обратно: а б с Неретин Л.Е. (2006). Аноксия водного столба в прошлом и настоящем . Дордрехт: Спрингер. ISBN 978-1-4020-4297-3 . OCLC 209932741 .
- ^ Блис, Ян; Ниманн, Хельге; Венк, Кристина Б.; Зопфи, Якоб; Шуберт, Карстен Дж.; Кирф, Матиас К.; Веронези, Мауро Л.; Хитц, Кармен; Леманн, Мориц Ф. (2014). «Микроаэробное бактериальное окисление метана в хемоклине и бескислородной толще воды глубокого южно-альпийского озера Лугано (Швейцария)» . Лимнология и океанография . 59 (2): 311–324. Бибкод : 2014LimOc..59..311B . дои : 10.4319/lo.2014.59.2.0311 . ISSN 0024-3590 . S2CID 56401767 .
- ^ Сасс А.М., Сасс Х., Кулен М.Дж., Ципионка Х., Оверманн Дж. (декабрь 2001 г.). «Микробные сообщества в хемоклине гиперсоленого глубоководного бассейна (бассейн Урании, Средиземное море)» . Прикладная и экологическая микробиология . 67 (12): 5392–5402. Бибкод : 2001ApEnM..67.5392S . дои : 10.1128/АЕМ.67.12.5392-5402.2001 . ПМК 93321 . ПМИД 11722884 .