Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Мазина С.Е. 1 Базарова Е.П. 2 Концевова А.А. 3

---

1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова

2 Институт земной коры СО РАН Institute of the Earth Crust

3 ФГБНУ «ВНИИ Ветеринарной санитарии гигиены и экологии»

Проведен анализ санитарно-показательной микробиоты пещерной системы Снежная. В течение четырех лет проводилось исследование микробной контаминации воздуха пещеры. Определена взаимосвязь между численностью микроорганизмов и антропогенной нагрузкой. В пещере протекает крупная подземная река, в которую впадает несколько притоков. Имеются ванночки, заполненные капелью со сводов. Оценка микробиоты в воде пещеры проводилась в период межени. Исследование состояния водных потоков показало, что наибольшее число микроорганизмов фиксируется в ванночках, тогда как проточные воды имеют невысокое содержание микроорганизмов. Проводилось изучение микробной контаминации пород и минеральных отложений пещеры. При отборе образцов избегали нарушенных участков. В грунтах пещеры показано повышение численности микробиоты вблизи подземных туристических стоянок и на участках, часто посещаемых людьми.

Статья в формате PDF

351 KB

микроорганизмы

карст

пещера

антропогенная нагрузка

микробиота

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. – М., 1970. – 486 с.

2. Базарова Е.П., Мазина С.Е., Ходырева Е.В. Минералогические исследования в пещерной системе Снежная-Меженного-Иллюзия (Западный Кавказ, Бзыбский хребет): предварительные результаты и направления дальнейших работ // Спелеология и карстология. – 2013. – № 10. – С. 76–85.

3. Вахрушев Б.А., Дублянский В.Н., Амеличев Г.Н. Карст Бзыбского хребта. Западный Кавказ. – М.: РУДН, 2001. – 165 с.

4. Гигинейшвили Г.Н. Карстовые воды Большого Кавказа и основные проблемы гидрогеологии карста. – Тбилиси: Мецниереба, 1979. – 222 с.

5. Гусев А.С., Мазина С.Е. Движение карстовых вод системы Снежная (Западный Кавказ): результаты индикаторного опыта 2010 года // Спелеология и спелестология: развитие и взаимодействие наук, Сборник материалов Международной научно-практической конференции. – Набережные Челны: НГПИ, 2010. – С. 121–124.

6. Комплексные карстолого-спелеологические исследования и охрана геологической среды Западного Кавказа / под ред. В.Н. Дублянского, В.И. Клименко, Б.А. Вахрушева, В.Д. Резвана). – Сочи, 1987. – 124 с.

7. Мавлюдов Б.Р. Усиков Д.А. Предварительный отчет об исследованиях пещеры «Снежная» Западно-Кавказским карстово-гляциологическим отрядом отдела гляциологии Института географии АН СССР (июнь-июль, 1979 г.) Научный руководитель: чл.-корр. АН СССР В.М. Котляков: http//www.snowcave.ru (дата обращения: 10.06.2015).

8. Мавлюдов Б.Р. О геологии пещерной системы Снежная-Меженного-Иллюзия (Западный Кавказ) // Комплексное использование и охрана подземных пространств: Международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летнему юбилею научной и туристско-экскурсионной деятельности в Кунгурской Ледяной пещере и 100-летию со дня рождения В.С. Лукина / ГИ УрО РАН; под общ. ред. О. Кадебской, В. Андрейчука. – Пермь, 2014. – С. 30–39.

9. Мазина С.Е. Предварительные данные по исследованию микроорганизмов карстовой пещерной системы Снежная-Меженного-Иллюзия (Абхазия) // Минералогия техногенеза-2009 под ред. С.С. Потапова. – Миасс: ИМин УрО РАН, 2009. – С. 93–107.

10. Мазина С.Е. Предварительные данные исследований состава микрофлоры привходовых участков пещер Арабики: Куйбышевская, Гномов и Крубера-Вороньей // Спелеология Самарской области. – 2011. – Вып. 6. – С. 69–77.

11. Максимович Г.А. Основы карстоведения. – Пермь, 1963. – 480 с.

12. Практикум по микробиологии / под ред. А.И. Нетрусова. – 2005. – 602 с.

13. Nemchenko T.A. Snezhnaya – History and Exploration // National Speleological Society News. – 1993. – Vol. 51. – № 10. – P. 268–278.

14. Northup D.E., Lavoie K.H. Geomicrobiology of Caves: A Review Geomicrobiology Journal. – 2001. – № 18. – Р. 199–222.

15. Vesper D.J, Loop C.M, White W.B. Contaminant transport in karst aquifers. // Theoretical and Applied Karstology. – 2001. – № 13–14. – Р. 101–111.

Карстовые ландшафты формируют комплекс уникальных экосистем, наименее изученными из которых остаются подземные. Их отличительной особенностью являются специфические условия среды. Породы, в которых заложены полости, и отложения, характерные для подземных полостей, определяют особенности биотопа. Для карстовых полостей характерна повышенная влажность воздуха, наличие водных потоков различной мощности, повышенная минерализация воды, стабильные микроклиматические параметры [3, 11]. Отсутствие солнечного света накладывает ограничение на поступление органического вещества в подземные экосистемы. Оно либо вносится потоками, проникающими под землю, либо продуцируется обитающими в карстовых полостях организмами, видовой состав которых специфичен для каждой пещеры [14]. Карстовые горные массивы являются важной частью биосферы, в частности способствуют сохранению влаги и обеспечивают питание рек и ручьев. На карстовых территориях реализуются процессы самоочистки природных вод, эффективность которых зависит от состояния карста [15].

Увеличение в обществе интереса к экстремальным видам спорта, в том числе спелеотуризму, и совершенствование технических средств значительно увеличили рекреационную нагрузку на карстовые территории. На сегодняшний день для человека стали доступны карстовые полости большой протяженности и глубиной до 2 км. Посещение таких систем предполагает длительное нахождение человека в подземном пространстве, создание подземных туристических стоянок и, как следствие, загрязнение полостей. В ряде популярных районов такое загрязнение перестает быть локальным и принимает угрожающие масштабы. В частности, еще в 70–80 годах ХХ века отмечено скопление мусора в ряде пещер Абхазии, наиболее загрязненной стала пещерная система Снежная, в пещере накопились тонны бытового мусора, в том числе химически опасного [13]. Органические загрязнения в пещерах не поддаются учету.

Масштабность загрязнений, а также слабая изученность механизмов самоочистки пещерных систем и трансформации в них органического вещества, попадающего с поверхности, заставляет проводить исследования в этом направлении. Целью данной работы был количественный учет санитарно-показательных групп микроорганизмов в различных биотопах пещерной системы Снежная.

Материалы и методы исследования

Пещерная система Снежная (открыта в 1971 году) расположена в южной части Хипстинского высокогорного карстового массива (Гудаутский район, Абхазия) [3]. Согласно последним данным пещерная система сформирована в южном крыле крупной антиклинальной складки в известняках, доломитизированных известняках и доломитах [8]. Верхняя часть пещерной системы заложена в массивных и толстослоистых известняках и доломитах баррема, а нижняя часть пещерной системы почти полностью приурочена к пласту намывных брекчий нижнего неокома. Минералогические исследования пещеры фрагментарны, последняя обобщающая работа – Базаровой с соавторами [2].

Пещера сообщается с поверхностью несколькими доступными для человека входами Снежная (высота входа 1971 м над у.м.), пещера имени С. Меженного (высота входа 2015 м над у.м.) и Иллюзия (высота входа 2389 м над у.м.), причем последний на протяжении нескольких десятков метров был значительно расширен инженерными методами. Каждый вход открывает независимые вертикальные ветки пещеры, которые соединяются в общую систему на горизонтальных участках. Глубина вертикальных частей пещер составляет 670 м (Иллюзия), 500 м (Меженного) и 550 м (Снежная). Пещера продолжается до глубины 1753 метра с чередованием горизонтальных участков каньонообразных галерей, меандров, колодцев и глыбовых завалов. Основной вход пещеры Снежная представляет собой вертикальный колодец (размеры на поверхности 12×25 метров), заполненный снежно-ледовыми массами. На глубине 185–200 метров вертикальный ход переходит в Большой зал, где располагается снежно-ледовый конус (по некоторым предположениям ледник), объем которого оценивается в 30–40 тысяч м3 [7].

Пещера в горизонтальной части имеет подземную реку с меженным расходом 200 л/с. Неоднократными экспериментами по трассированию вод пещерной системы показано, что она питает реки Бзыбь, Хипста, Дохурта, источник Мчишта. Мчишта является выходом крупной подземной реки из карстовой пещерной системы Мчишта – Акшаша [4, 5, 6]. На источнике находится форелевое хозяйство.

Площадь водосбора входного колодца предположительно составляет 0,16 км2. Поступление воды в полость происходит через крупные естественные входы, по трещинам и разломам или посредством фильтрации и просачивания через породу. Пещера паводкоопасна, даже незначительные осадки на поверхности приводят к быстрому увеличению объемов воды в подземной реке и ручьях и появлению дополнительных водных потоков в местах водокапов и боковых ответвлений пещеры. Вода в пещеру поступает за счет круговорота осадочных вод, значительную роль в котором принимают талые воды снежно-ледовых отложений [3].

Исследование на участке Иллюзия – Зал Победы проводили в августе 2008 года, январе 2010 и 2011 года; на участке Снежная – Зал Победы в августе 2009 и 2010 года; на участке ниже зала Победы в январе 2010 и 2011 года. Всего отобрано более 260 образцов, глубина мест отбора указана от верхнего входа (Иллюзия) в пещерную систему по представленной топографической карте (рисунок). На участке от входа Снежная до дна дополнительно приведена глубина от входа Снежная по работе Мавлюдова [7]. Ошибка привязки точки по глубине может достигать ±50 м, ошибка увеличивается с глубиной. Проанализирована микробная контаминация подземных стоянок (лагерей) спелеотуристов на различных глубинах. Время нахождения туристов на стоянках в момент исследования составляло трое суток. Стоянки на глубине 670 и 800 м не использовались несколько лет до момента исследования. Участок от входа Снежная до зала Победы был недоступен для посещений с зимы 2005–2006 года, поскольку вследствие схода лавины в районе естественного входа доступ в пещеру заблокировали снежно-ледовые массы.

Определяли общее микробное число (ОМЧ) в воздухе, воде и грунте по стандартной методике [12]. Количество микроорганизмов в воздухе определяли методом седиментации с экспозицией 30 минут, расчет количества КОЕ в единице объема воздуха производили по формуле Омелянского [12]. Образцы воды отбирали на протяжении водного потока, их помещали в стерильные флаконы и хранили при температуре 5–9 °С не более 8 часов. Численность микроорганизмов учитывали, используя среды МПА и Чапека – Докса, и на среде Эндо при 37 °С. Бактерии группы кишечной палочки определяли методом мембранных фильтров, из лактозоположительных колоний делали окраску по Граму и ставили оксидазный тест. Бактерии Clostridium perfingens определяли на среде Вильсона – Блера при 43 °С через 14–20 дней после отбора проб [12].

Анализировали глинистые отложения пещеры. Образцы грунтов отбирали в районе подземных базовых лагерей туристов (ПБЛ), участков удаленных от посещения (труднодоступные гроты), в сухих галереях и вдоль подземной реки. Грунт отбирали в стерильные емкости, которые хранили при 4–6 °С не более 20 дней. Отбор образцов в каждой точке осуществляли с шагом в 10 см поперек хода пещеры на однородном грунте, исключая участки с явным антропогенным воздействием (уплотненный грунт, тропы, замусоренные участки и пр.). Для анализа использовали усредненную пробу с каждого участка. Кислотность грунта определяли в водной вытяжке [1]. Проводили анализ общего микробного числа, бактерий группы кишечной палочки, Clostridium perfingens и микромицетов. Численность выражали в колониеобразующих единицах (КОЕ) на вес сухого грунта [12]. Образцы хранили и выращивали в темноте.

Топографическая схема (разрез-развертка) пещерной системы Снежная с указанием точек отбора проб

Исследование микробиоты пещер вызывает определенные сложности, поскольку пещеры часто расположены в труднодоступных местах и чаще всего транспортировка образцов до лаборатории занимает время, которое не позволяет обеспечить достоверность получаемых данных. Сохранить образцы, организовав необходимые условия для их транспортировки, не всегда возможно. В случае с пещерами, имеющими большую глубину и протяженность, эта задача становится еще более сложной. Спуск на дно пещеры Снежной занимает около 8 дней. Единственным способом получить адекватные результаты является организация микробиологических исследований непосредственно в пещере.

В данном исследовании использовали стерильные среды, разлитые в пластиковые чашки, которые закладывали в термоконтейнеры, где поддерживали необходимую температуру. Образцы грунтов с целью количественного анализа микроорганизмов изучали в лаборатории. Поскольку в пещере влажность близка к 100 %, высушить образцы грунтов не представлялось возможным, это делали на поверхности.

В местах отбора образцов проводили измерение температуры и влажности электронными приборами Элин Комплекс iBDLR-L-U (термохрон) с ошибкой 0,1 °С и 1 %. Измерение рН проводили pH-метрами PH200 (погрешность ±0,02 pH) и PH-013 (погрешность ±0,01 pH).

Результаты исследования и их обсуждение

Микроклиматические параметры полости стабильны, температура воздуха колебалась только в привходовой зоне пещеры, с глубины 100 метров она становилась практически постоянной и постепенно увеличивалась с 2,8 до 6,5 °С. В Большом зале, где расположен Ледовый конус, температура была 0 °С. В пещере отмечена высокая влажность воздуха 96–100 %. Температура воды на разных участках пещеры изменялась в пределах 3,8–4,1 °С, рН воды была от 7,86 до 8,32 рН грунтов. Более подробно микроклиматические параметры пещеры и характеристика грунтов даны в работах [9, 2].

В глинистых отложениях пещеры численность всех групп микроорганизмов была повышенной вблизи постоянно используемых туристических стоянок и на часто посещаемых участках пещеры. Бактерии группы кишечной палочки отсутствовали на редко посещаемых участках и неиспользуемых стоянках, но в последнем случае выявлялись бактерии Clostridium perfringens. Наиболее загрязненными были стоянки в зале Победы, а наименее – лагеря на участке Иллюзии на глубине 320, неиспользуемые стоянки в Иллюзии на 670 метрах и ПБЛ в зале Юпитера (табл. 1). В образцах глинистых отложений непосещаемых участков изредка встречался светлоокрашенный мицелий с низким обилием, число КОЕ микромицетов не превышало 200 КОЕ/г, в паводковых глинах микромицетов не обнаружено. В образцах субстратов туристических лагерей микромицеты были представлены дискретно.

Основной водный поток пещеры в период межени содержит небольшое число микроорганизмов. После водопадов и каскадных уступов содержание микроорганизмов в воде снижается, что можно объяснить разрушением клеток на участках со сложным рельефом. Такое явление описано и в других пещерах [10]. Воды боковых притоков и водокапы также относятся к чистым по показателям содержания микроорганизмов. Наибольшее число микроорганизмов отмечено в ванночках вблизи стоянок туристов, причем в процессе использования ПБЛ численность микроорганизмов возрастала (табл. 2).

Таблица 1

Численность микроорганизмов в грунтах пещеры*

Примечание. *В таблицах указаны средние значения, в случае большой разницы между значениями в различные даты исследования указаны min и max значения).

Таблица 2

Численность микроорганизмов в водах пещеры

По результатам исследований воздуха показана зависимость содержания КОЕ бактерий и микромицетов от присутствия человека. Отмечено повышение количества микроорганизмов в воздухе в районе туристических лагерей при нахождении в них людей (табл. 3). За три дня пребывания на стоянках туристов ОМЧ и количество микромицетов могло увеличиться в несколько десятков раз (Иллюзия 700, Сахалинская галерея, зал Победы). Все туристические стоянки располагались в залах, в верхних участках пещеры, где ток воздуха замедлен, что способствовало накоплению КОЕ микроорганизмов. Резкое повышение содержания микроорганизмов в воздухе на стоянках может быть связано как с непосредственным попаданием микроорганизмов из организма человека в воздушную среду пещеры, так и с выделением зачатков микроорганизмов из субстратов, вследствие интенсификации воздушных потоков и поднятия частиц грунта и микроорганизмов в воздух при движении людей.

Проведенные исследования показали зависимость количества бактерий и микромицетов от величины антропогенной нагрузки. Отмечено преимущественное развитие микромицетов на загрязненных органическим веществом субстратах. Число микроорганизмов в водном потоке неодинаково на разных участках водотока, но роль воды в переносе микроорганизмов остается неопределенной. Возможно, что водный поток является переносчиком микрофлоры, но она разрушается на участках со сложным рельефом. Морфология полости, характеризующаяся обилием узких участков в завалах, чередующихся спусков и подъемов, исключает перенос микроорганизмов воздушными потоками. Это подтверждается низким количеством микроорганизмов в воздухе и в грунтах на непосещаемых участках пещеры.

Таблица 3

Численность микроорганизмов в воздухе пещеры

Рецензенты:

Удавлиев Д.И., д.б.н., профессор кафедры ветеринарно-санитарной экспертизы и биологической безопасности, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», г. Москва;

Светличкин В.В., д.б.н., профессор, заведующий «Отдел технического регулирования, стандартизации и сертификации», ФГБНУ «ВНИИ ветеринарной санитарии», гигиены и экологии», г. Москва.

Библиографическая ссылка