The Role of the Microbial Community in Mineral Formation in the Thermal Springs of the Baikal Region

Abstract

Alkaline nitrogen thermal springs characterised by high temperatures and pH values are extreme habitats in the Baikal area. Microbial mats are prokaryotic communities consisting of photosynthetic cyanobacteria and a range of other aerobic and anaerobic microorganisms. X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) were used to study the composition of minerals formed in microbial communities in the outflows of the Baikal thermal springs. Among the minerals, calcite, quartz and opal were identified. Deposits of iron sulphide (pyrite framboids), a product of the metabolic activity of microorganisms, were found in hydrogen sulphide springs. The calcite crystals had an ellipsoidal, faceted cubic or prismatic shape. Silica (opal) was deposited as a dense crust with silicified filaments of cyanobacteria; siliceous formations of biogenic origin represented by siliceous covers on the filaments of cyanobacteria and diatom frustules were observed. Microbial fouling and mats serve as reaction surfaces for the nucleation of heterogeneous silica particles in the process of amorphous silica and opal formation. Calcite is formed as a result of the metabolic activity of organisms due to the appearance of local zones with high pH values and the formation of a glycocalyx (exopolysaccharides), which absorbs calcium ions. Pyrite framboids grow on the surfaces of fragments of diatom shells, and deposits of individual crystallites are also observed in the thickness or on the surface of microbial mats

Щелочные азотные гидротермы, характеризующиеся высокими значениями температуры и pH, являются экстремальными местообитаниями на территории Прибайкалья. Микробные маты представляют собой прокариотные сообщества, состоящие из фотосинтезирующих цианобактерий, а также различных аэробных и анаэробных микроорганизмов. С помощью рентгенофазового анализа (РФА) и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) определены минералы в микробных сообществах на выходах термальных источников Прибайкалья. Среди минералов выявлены кальцит, кварц и опал. В сероводородных источниках обнаружены отложения сульфида железа (фрамбоиды пирита), образовавшиеся в результате метаболической деятельности микроорганизмов. Кристаллы кальцита имели эллипсоидальную форму, ограненную кубическую или призматическую. Кремнезем (опал) отлагался плотной коркой с окремнением нитей цианобактерий, выявлены кремнистые образования биогенного происхождения – кремнистые чехлы на нитях цианобактерий и створки диатомовых водорослей. Микробные обрастания и маты выступают в качестве реакционных поверхностей для нуклеации гетерогенных кремниевых частиц при образовании аморфного кремнезема и опала. Кальцит формируется в результате метаболической активности организмов за счет образования локальных зон с высоким рН и образования гликокаликса (экзополисахаридов), поглощающего ионы кальция. Фрамбоиды пирита «растут» на поверхности обломков панцирей диатомовых водорослей, также встречены россыпи отдельных кристаллитов в толще микробного мата или на поверхности