РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Метан как парниковый газ 8
1.2 Метаногенез 10
1.3 Метаногенные археи и их таксономия 11
1.4 Метан в донных отложениях пресноводных озер Антарктики 14
Глава 2. Объект и методы исследования 17
2.1 Описание объекта исследований, отбор образцов 17
2.2 Лабораторные инкубационные эксперименты 19
Глава 3. Результаты 22
3.1 Характеристики органического вещества донных отложений террасового
антарктического озера 22
3.2 Динамика выделения углекислого газа в инкубационном эксперименте с
донными отложениями террасового антарктического озера 23
3.3 Динамика выделения метана в инкубационном эксперименте с донными
отложениями террасового антарктического озера 25
3.4 Динамика изотопного состава углерода в метане в инкубационном эксперименте с донными отложениями террасового антарктического озера .... 27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 29
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 30
Метан, простейший углеводород, играет непосредственную роль в парниковом эффекте Земли, химическом составе атмосферы, глобальном круговороте углерода и энергетических потребностях современного общества [1]. С 1750 года его концентрация в атмосфере более чем удвоилась по сравнению со средними показателями доиндустриальной эпохи, и вплоть до конца двадцатого века усиливалась озабоченность по поводу их растущей роли в воздействии на глобальный климат [2,3]. Однако на рубеже нового тысячелетия концентрация СН4 в атмосфере стабилизировалась [4], но этот период был недолгим, увеличение содержания СН4 в атмосфере возобновилось, начиная с 2007 года [5,6]. Причина этих колебаний в чистых годовых потоках остается предметом интенсивных дискуссий и исследований.
Дальнейшие изменения окружающей среды, особенно изменение климата, в XXI веке потенциально могут радикально изменить глобальные потоки метана. Важно отметить, что изменения температуры, осадков и чистого первичного производства могут вызвать положительные климатические эффекты обратной связи в доминирующих природных источниках метана, таких как водно-болотные угодья, почвы и водные экосистемы. Также может быть оказано воздействие на антропогенные источники метана с риском увеличения выбросов в энергетическом секторе, сельском хозяйстве и секторе отходов. Для оценки реалистичных путей смягчения последствий изменения климата очень важны количественная оценка и понимание глобального баланса метана (СН4). СН4 является вторым по значимости парниковым газом, на который оказывает влияние деятельность человека, с точки зрения воздействия на климат, после углекислого газа (CO2), что зависит от его продолжающегося увеличения концентраций и атмосферных выбросов. Относительная важность СН4 по сравнению с CO2 зависит от его более короткого срока службы в атмосфере, более сильного потенциала потепления и изменений в темпах роста атмосферы за последнее десятилетие, причины которых все еще обсуждаются. Существует реальная опасность, что ежегодное увеличение содержания этого газа в атмосфере может привести к серьезным изменениям радиационных и климатических условий. В атмосфере он эффективно поглощает тепло в инфракрасном диапазоне, тем самым повышая ее температуру. Повышение температуры приводит к таянию вечной мерзлоты, что приводит к высвобождению захороненного в ней органического вещества и росту эмиссии парниковых газов. Поэтому низкотемпературные экосистемы играют важную роль в формировании климата Земли и баланса парниковых газов в атмосфере.
Исходя из этого, актуальность исследования метаногенного потенциала донных отложений обусловлена потенциальной возможностью эмиссии метана в атмосферу в процессе трансформации органического вещества в анаэробных условиях метаногенными археями в экосистемах озёр, что может в определённой степени влиять на климат. Пресноводные экосистемы вносят важный вклад в глобальный бюджет выбросов парниковых газов, и всесторонняя оценка их роли в контексте глобального потепления имеет важное значение. Несмотря на множество сообщений о пресноводных экосистемах, до сих пор относительно мало внимания уделялось экосистемам, расположенным в южном полушарии, и наши текущие знания особенно скудны в отношении круговорота метана в озерах морской Антарктиды, не покрытых вечным оледенением [7].
Целью данной работы является исследование метаногенного потенциала террасовых озер Антарктики.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
- Изучить потенциальную способность выделения метана микробными сообществами донных отложений антарктических озёр.
- Исследовать количественные характеристики эмиссии метана донными отложениями антарктических озёр.
- Оценить характер метаболических путей метаногенных сообществ террасового озера маритимной Антарктики.
1. В лабораторном инкубационном эксперименте с донными отложениями антарктического террасового озёра показана потенциальная способность микробных сообществ к выделению метана, которая наблюдалась по всему профилю исследуемых горизонтов отложений (0-15 см).
2. Исследования показали, что наибольшая метаногенная способность выявлена в слое донных отложений 0-5 см, с понижением к слою отложений 10-15 см в 8,7 раз. В целом за период инкубирования образцов из слоя донных отложений 0-5 см было выделено 9652 ± 1956 мг СИ4 г-1, из слоя отложений 510 см - 3243 ± 899 мг СН4 г-1, а из слоя отложений 10-15 см - 1108 ± 512 мг СН4 г-1. Максимальное выделение метана наблюдалось в первые дни инкубации (с 1 по 10 сутки), затем количественные характеристики выделения СН4 постепенно уменьшались во всех исследуемых горизонтах.
3. Оценивая характер метаболических путей метаногенных сообществ террасового озера маритимной Антарктики, по полученным значенимя 513C- СН4 в донных отложениях, можно сделать вывод о преимущественно ацетокластических путях метаногенеза. Также утяжеление изотопного состава углерода в метане в слое 0-5 см в первой трети периода инкубации до -20 %о могло свидетельствовать о присутствии микроорганизмов, осуществляющих анаэробные метанотрофные процессы, таких как представители группы ANME.
