Organic matters group composition of bottom sediments in Minusinsk basin mineralazed lakes.pdf Географически территория Минусинской межгорнойкотловины относится к Алтае-Саянской горной стране,располагаясь между горными сооружениями КузнецкогоАлатау, Западного и Восточного Саяна [1]. Аридныйклимат, особенности литологического строения и гидро-логического режима территории способствовали форми-рованию минеральных озер, большинство из которых неимеют стока, а интенсивное испарение вызывает кон-центрацию растворенных в воде веществ. Процессытрансформации поступающего в озера нерастворимоготерригенного материала, планктона, растворенного иколлоидального органического вещества осуществляют-ся с участием микроорганизмов, жизнедеятельность ко-торых обогащает озерные осадки сероводородом, сво-бодным аммиаком, метаном, азотом, органическимикислотами, микроэлементами. Физико-химические ус-ловия среды способствуют образованию на дне водо-емов специфических донных отложений - минерализо-ванных иловых сульфидных грязей (пелоидов). Основ-ными генетическими признаками таких грязей являетсяналичие минеральных солей и сульфидов железа. Це-лебное воздействие иловых сульфидных грязей доказаноболее чем столетней историей применения в лечебнойпрактике известных курортов «Озеро Шира», «ОзероУчум», других оздоровительных учреждений.Экспериментально-клиническими работами выяв-лена специфичность воздействия иловых сульфидныхгрязей на течение обменных процессов, иммунную ре-активность организма, регуляторную и восстанови-тельную функции, связанные с их химическим соста-вом и, в частности, с содержанием органических со-единений, доказан терапевтический эффект не толькосамих иловых сульфидных грязей, но и компонентоворганической природы, выделенных из них [2, 3].В связи с этим изучение органических веществ дон-ных отложений минерализованных озер Минусинскойкотловины актуально не только с точки зрения расши-рения сырьевой лечебной базы и разработки современ-ных медицинских технологий, но и для получения раз-нообразных концентратов на основе грязей для приме-нения в курортной и внекурортной практике.Объекты и методы исследованийТ а б л и ц а 1Групповой и фракционный состав гумуса донных отложений озер Минусинской котловиныГуминовые кислоты, % Фульвокислоты, %Названиеозера,глубинапробы0,0-0,25 мОбщийугле-род,% косадкуI II III S 1а 1 2 3 SРас-тво-римыевещес-тва, %Негид-роли-зуе-мыйоста-ток, %Сг.к.Сф.к.Слабосульфидные низкоминерализованные лечебные грязиСлабитель-ное-13,53 2,01 5,70 9,18 16,89 1,81 0,29 8,38 6,80 17,28 34,17 65,83 0,98Фыркал 2,51 7,97 2,87 11,95 22,79 4,06 8,21 1,43 9,80 23,50 46,29 53,71 0,97Белё 0,85 10,59 0,01 6,24 16,85 27,82 2,771 16,41 5,18 52,18 69,03 30,97 0,32Среднесульфидные среднеминерализованные лечебные грязиУтичье-3 7,55 4,03 9,41 12,66 26,10 5,43 0,34 16,81 9,55 32,13 58,23 41,77 0,81Горькое 1,85 12,49 12,10 21,62 46,21 5,24 0,92 27,84 18,92 52,92 99,13 0,87 0,87Слабитель-ное-21,96 4,80 4,64 9,12 18,56 3,31 0,19 4,76 0,56 8,82 27,38 72,62 2,10Шира 5,7 7,82 0,81 6,42 15,05 2,70 5,79 7,42 5,95 21,86 36,91 63,09 0,69Шунет 6,63 5,13 2,47 4,22 11,82 5,43 1,20 10,81 3,91 21,35 33,17 66,83 0,55Тагарское0,0-0,25 м8,09 6,67 13,48 7,87 28,02 1,43 9,94 0,44 5,32 17,13 45,15 54,85 1,640,25-0,50 м 9,41 0,79 5,35 5,27 11,41 2,49 2,21 11,91 7,32 23,93 35,34 64,66 0,480,50-0,75 м 8,98 2,23 3,11 6,68 12,02 2,53 0,64 15,59 8,26 27,02 39,04 60,96 0,44Сильносульфидные высокоминерализованные (соленасыщенные) лечебные грязиАлтайское-1 2,7 0,71 7,96 9,43 18,1 5,16 1,27 10,06 3,52 20,01 38,11 61,89 0,90Алтайское-2 0,57 5,6 14,4 10,35 30,35 15,44 3,16 8,42 0,18 27,2 57,55 42,45 1,12Аёвское 1,63 3,13 12,7 12,58 28,41 22,09 2,57 20,25 15,03 59,94 88,35 11,65 0,47Тус 2,98 2,38 11,31 10,87 24,56 11,8 0,08 9,92 7,01 28,78 53,34 46,66 0,85Соленое 3,43 14,81 1,22 7,61 23,64 4,72 0,53 6,21 10,17 21,6 45,24 54,76 1,09Учум 3,54 1,92 9,58 4,83 16,33 5,25 8,48 0,08 7,74 21,55 37,88 62,12 0,76Слабитель-ное-3 4,27 2,20 15,46 12,90 30,56 4,95 4,89 8,27 10,89 29,00 59,56 40,44 1,05Результаты группового и фракционного анализа со-става органических веществ позволили получить пред-ставление о направленности биохимических процессови типе гумуса в исследованных донных отложениях посоотношению углерода гуминовых кислот (ГК) к угле-роду фульвокислот (ФК) (Сгк:Сфк). Общим для боль-шинства исследованных донных отложений озер явля-ется преобразование органического вещества по гумат-но-фульватному типу с вариациями изменений по глу-бине и минерализации. Преобладание фульватного ти-па гумуса и слабая степень трансформации ОВ харак-теризует донные отложения оз. Белё, где соотношениеСгк:Сфк составило 0,3. Для наиболее распространенныхсреднесульфидных среднеминерализованных грязейСгк:Сфк варьирует от 0,44 до 2,1. Гуматный тип ОВ ха-рактеризует наиболее продуктивный (0,0-0,25 м) по-верхностный слой отложений озер Тагарское и Слаби-тельное-2, где отношение Сгк:Сфк составило более 1,5.В комплексе определяемых растворимых фракцийисследованных отложений преобладают гумины (ве-щества, прочно связанные с минеральной частью осад-ка и представляющие некоторые неспецифические со-единения, такие как целлюлоза, хитин, лигнин и др.).В сумме выделяемых фракций гуминовых (ГК) и фуль-вокислот (ФК) большинства исследованных отложенийпреобладают фульвокислоты, в среднем в 1,5-2 раза.В слабосульфидных низкоминерализованных отложе-ниях суммы ГК и ФК практически равны (за исключе-нием донных отложений оз. Белё). Вместе с этим вгруппе выделяемых ГК отмечено преобладание фрак-ций, образующих комплекс с кальцием (ГК II) и ГК III(связанных с глинистыми минералами, гидратами желе-за и алюминия). Среднее содержание ГК III для рассмат-риваемых разновидностей донных отложений от 9,1 до10,8%. Доля ГК II в составе ОВ продуктивного слоядонных отложений возрастает с ростом содержания вних сульфидов, щелочности и минерализации грязевогораствора (в среднем от 2,9 до 12,1%). С глубиной содер-жание ГК закономерно снижается: в оз. Тагарское - от13,5% в поверхностном слое до 3,1% на глубине 0,75 м.Среднее содержание гуминовых кислот, связанных сглинистыми минералами и полуторными окислами(ГК III), для рассматриваемых разновидностей донныхотложений составляет от 9,1 до 10,8%.Доля бурых гуминовых кислот (ГК I) в сильносуль-фидных высокоминерализованных и соленасыщенныхотложениях изменяется от 2,2 до 6,1%. Максимальноесодержание этой фракции (до 6,8%) характеризуетсреднеминерализованные отложения, что может свиде-тельствовать об интенсивности современных процессовгумификации в них. В осадках высокоминерализован-ных и соленасыщенных водоемов доля бурых гумино-вых кислот незначительна, что, по-видимому, связано снекоторой консервацией и стабилизацией процессовгумификации.Анализ содержания фракции фульвокислот в соста-ве ОВ исследуемых грязей свидетельствует о значи-тельном преобладании второй фракции ФК II, связан-ной в комплекс с ГК II при низкой доле ФК I. Среднеесодержание кислоторастворимых ФК (1а), свободныхили связанных подвижно с полуторными окислами,закономерно возрастает с ростом концентрации суль-фидов: от 2,9% в слабосульфидных до 11,8% в сильно-сульфидных грязях.Исследование элементного состава органическихвеществ донных отложений проведено в пробах сильно-сульфидных высокоминерализованных (оз. Алтайское-1,Алтайское-2, Аёвское) и среднесульфидных среднеми-нерализованных донных отложениях (оз. Горькое, Ути-чье-3, Шира, Шунет, Солёное (Ханкуль)). Как следуетиз данных табл. 2, наблюдается незначительное варь-ирование атомных соотношений ГК в исследованныхразновидностях грязей, что, в целом, указывает насходство формирующих их условий и, соответствен-но, направленность процессов преобразования гуми-новых кислот. Уменьшение содержания элементовпроисходит в порядке: кислород, углерод, водород иазот.Т а б л и ц а 2Элементный состав органических веществ донных отложений исследованных озерСодержание, % мас. Атомное соотношениеНазвание озераС Н N О Минеральныйостаток С/H C/N C/OУтичье 3 14,06 2,61 0,79 18,74 63,8 5,39 17,79 0,75Шира 8,24 1,85 0,41 17,90 71,60 4,45 20,09 0,46Шунет 12,0 2,09 0,69 18,32 66,9 5,74 17,39 0,65Горькое 16,41 2,00 0,71 26,68 54,20 8,20 23,11 0,61Тагарское 7,5 1,33 0,35 11,42 79,4 5,6 21,43 0,66Солёное (Ханкуль) 5,46 0,96 0,28 8,70 84,60 5,69 19,50 0,63Солёное 5,44 1,36 0,30 6,80 86,10 4,00 18,13 0,06Алтайское-1 6,31 2,45 0,25 12,19 78,80 2,57 25,24 0,52Алтайское-2 5,87 1,31 0,32 7,90 84,60 4,48 18,34 0,74Аёвское 6,78 1,55 0,48 12,59 78,60 4,37 14,12 0,54Учум 7,15 1,80 0,40 9,15 81,5 3,97 17,88 0,78Работами ряда исследователей доказано, что биоло-гическая активность и антиоксидантные свойства, при-сущие лечебным грязям, обеспечиваются за счет со-ставляющих органического комплекса (гуминовых ки-слот, углеводов, витаминов, липидов) [8]. Наиболеевысокое содержание липидов, полисахаридов, полифе-нолов характеризует донные отложения оз. Шунет,Аёвское (табл. 3).Т а б л и ц а 3Содержание биологически активных веществ в донных отложениях озер, % мас.Название озера Липиды, % мас. Полисахариды, % мас. Полифенолы, % мас.Шунет 0,29 7,61 1,72Утичье-3 0,18 0,17 1,02Аёвское 0,29 4,07 3,22Шира 0,12 1,01 1,69Соленое (Ханкуль) 0,03 0,07 0,07Соленое 0,08 0,45 0,34Горькое 0,10 1,57 1,18Алтайское-1 0,02 0,31 1,44Алтайское-2 0,16 0,47 0,77Методом ИК-спектроскопии получена информацияо наборе основных функциональных групп липиднойфракции исследованных донных отложений, их качест-венном и количественном составе [9]. Выделенные изисследованных донных осадков липиды представляютсобой сложные природные системы, окруженные попериферии большим набором функциональных групп.Наиболее информативным оказалось сопоставлениеотношений оптических плотностей поглощения кисло-родсодержащих групп (3 400 см-1 - валентные колеба-ния гидроксильных групп - ОН; 2920 и 2860см-1 - ва-лентные колебания групп СН2, СН3; 1725 см-1 - С=О вСООН (кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты);1 610 см-1 - С=С (ароматические); 1 375 см-1 - С=СН3(карбоксилаты, деформационные колебания групп -СН, -ОН); 1 250 см-1 - карбоксильные группы (С-О,частично ОН); 730 см-1 С-С и С-О; к длине волны1 460 см-1 (С-Н деформационные колебания).Результаты оценки антиоксидантной активности(АО) донных отложений озер исследуемой территориипоказали ее изменение в пределах от 0,05 до0,50 моль/кг.Наибольшее содержание АО отмечено в липидахлечебных грязей оз. Шира, Шунет, Утичье-3, Учум(табл. 4). Для них характерна и высокая реакционнаяспособность.Липидный комплекс этих осадков представлен уг-леводородами, спиртами, кетонами, альдегидами, вы-сокомолекулярными кислотами, в том числе и биоло-гически активными веществами (каротинами, ксанто-филлами, хлорофиллами, стеринами и эфирами стери-нов, сульфо- и фосфолипидами).Зависимость между антиоксидантной и биологиче-ской активностью липидного комплекса сульфидныхгрязей рядом исследователей предложено считать кри-терием биологической активности пелоидов [10].Т а б л и ц а 4Содержание антиоксидантов в донных отложениях исследованных озерОбразец Содержание АО, моль/кг Реакционная способностьК7 104, л/моль сСреднесульфидные среднеминерализованныеШунет 0,45 0,36Утичье-3 0,48 1,11Шира 0,43 1,54Горькое 0,40 0,38Среднесульфидные высокоминерализованныеАлтайское-1 0,13 0,13Алтайское-2 0,22 0,34Сильносульфидные высокоминерализованныеАёвское 0,07 1,19Учум 0,05-0,38 0,49-1,13Обобщая полученные результаты, следует отметить,что биохимическая трансформация органического ве-щества, поступающего в водоемы территории Мину-синской межгорной котловины, испытывает значи-тельное влияние природно-климатических и морфоло-гических условий, что подтверждается вариабельно-стью его общего и качественного состава.В исследованных донных отложениях преобладаетгуматно-фульватный состав гумуса со значительнымиколебаниями по минерализации и глубине. Возрастаниедоли гуминовых кислот в верхнем продуктивном слоеотдельных разновидностей донных отложений (оз. Та-гарское, Слабительное-2, Соленое) сдвигает соотноше-ние Сгк:Сфк до 1,5-2 и свидетельствует о формирова-нии гуматного типа ОВ. Наиболее высокое содержаниерастворимых компонентов гумуса (более 50%) характе-ризует донные отложения озер Алтайское-2, Аёвское,Белё, Утичье-3, Слабительное-3, Тус, Горькое.Грязевые ресурсы исследованных водоемов могутбыть использованы в медицине как в нативном виде,так и для получения концентратов определенной на-правленности действия. В частности, липидные ком-плексы для профилактики и лечения заболеваний, свя-занных с повреждением клеточных структур свобод-ными радикалами.Таким образом, терапевтический эффект донныхотложений минерализованных озер Минусинской кот-ловины наряду с высокой минерализацией и содержа-нием бальнеологически значимых компонентов обес-печен качественным составом ОВ.

Скачать электронную версию публикации