09.05.2013

Фильтры из мха

Сибирские ученые считают, что сфагнум (так называемый «торфяной мох») можно использовать для очистки вод и грунта, а также извлечения полезных элементов из стоков. Сотрудники Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН провели исследования на Выдринском болоте Южного Прибайкалья и доказали, что в этом растении весьма активно концентрируются ионы серебра, цинка и меди.

«Способность живого вещества вбирать в себя подобные элементы является одной из важных его функций. Это было описано еще В. И. Вернадским, а затем дополнялось важными результатами, полученными другими исследователями», - рассказывает сотрудник ИГМ СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Анна Александровна Богуш. По ее словам, к сожалению, это не всегда учитывается при изучении природных процессов.

В ходе изучения залежей торфа, вскрытых на Выдринском болоте, специалисты обратили внимание на аномальные для подобных местностей проявления концентрации цинка и меди, достигающие 500-600 граммов на тонну в расчете на сухое вещество. Это касается горизонтов раннего голоцена, сформировавшихся более десяти тысяч лет назад. «Они на 80% состоят из сфагнумов», - отмечает Анна Богуш. Как она объясняет далее, при более детальном рассмотрении выяснилось: Zn и Cu отлагаются в виде сульфидов микронной размерности на внутренней мембране клеточной оболочки мхов.

«Поступление подвижных форм этих элементов, скорее всего, обусловлено подпиткой глубинных термальных вод. Сам растительный субстрат, как губка, может легко их впитывать, а затем концентрировать в себе цинк и медь», - говорит ученый.

По ее мнению, вероятно, это связано с тем, что на клеточном уровне «внутренности» мхов обладают неровной поверхностью – именно на ней способны образовываться центры кристаллизации. Причем адсорбция на мембране может быть как физической, так и химической, обусловленной присутствием отрицательно заряженных групп некоторых анионов. «При некоторых условиях, например, разложении органического вещества или под действием специфических бактерий, такие металлы как цинк и медь в состоянии отлагаться в виде сульфидов», - объясняет Анна Богуш. Кроме того, процесс может обуславливаться потерей клеткой воды (в результате старения, отмирания или высыхания). Ионы элементов скапливаются в локальных участках, где в какой-то момент происходит переизбыток определенных минералов и образование последних внутри клетки.

«Возможно, это - широкомасштабное явление в болотах предгорных равнин, где, наряду с атмосферной поставкой цинка и меди, в качестве дополнительного источника предположительно выступают грунтовые воды, в чьем сульфатном составе повышено содержание упомянутых металлов», - комментирует Анна Богуш. Однако вопрос о времени образования соответствующих сульфидов в торфянике остается открытым: происходит это за счет современной подпитки и отложения элементов на отмершем и разрушенном растительном материале или же поглощение происходило еще живыми сфагнумами в ранние периоды голоцена.

Наряду с цинком и медью происходит также и концентрирование серебра. Его меньше - всего 0.4-3 грамм на тонну, но для этого элемента такое содержание считается высоким, ведь в среднем в земной коре оно составляет 0,07 грамм на тонну. «Как известно из литературы, Ag может формировать свои мельчайшие частички в растениях. Сейчас существуют две точки зрения на то, каким образом идет этот процесс, - объясняет Анна Богуш. – Первая: образование металла осуществляется, например, на поверхности корневой системы в виде наночастиц, которые затем транспортируются внутрь, где и накапливаются. Вторая: в растение попадают растворенные ионы или комплексы, которые впоследствии восстанавливаются до металлической формы».

Таким образом, рассказывает ученый, можно предположить следующий механизм концентрирования самородного Ag в мембране клеток сфагнума. Ионы из окружающей среды идут в клеточную оболочку, где под влиянием органических компонентов, например, полисахаридов, превращаются в наночастицы. Последние являются нестабильными, поэтому агрегируются в более крупные образования. «Вполне вероятно, что накопление металла идет целенаправленно, так как оно может использоваться растением в качестве катализатора некоторых физиологических процессов, – говорит Анна Богуш. - В то же время высокие концентрации ионов серебра могут быть ядовитыми для мха. Вероятно, накопление самородного Ag происходит как защитный механизм, то есть растение старается перевести токсичную форму металла в менее вредную еще в мембране клетки, блокируя проникновение токсиканта внутрь».

Гипотеза была проверена серией экспериментов: разные виды мхов, собранные в Новосибирской области, выращивались на гидропонике с варьированием концентрации серебра в растворе от 1 до 1000 миллиграмм на литр. Действительно, подтвердилось, что растения активно поглощают этот элемент. «При исследовании высушенных образцов мы показали: Ag откладывается в виде самородных частичек разной размерности (от нано- до микрочастиц) внутри нижней и средней части стебля мхов. Причем, поглощающая способность напрямую зависит от площади поверхности погруженного в раствор сегмента. Есть предположение, что высокие концентрации серебра поглощаются мхами пассивно», - рассказывает Анна Богуш. Учитывая сказанное выше по поводу токсичности металла для растений, ученые предположили: накопление и преобразование вредных ионов Ag может являться целенаправленным снижением их концентрации в окружающей среде. Таким образом, как замечает исследователь, есть вероятность, что процесс происходит на стадии роста и развития мхов. Что касается практического применения свойства сфагнумов концентрировать в себе цинк, медь и серебро, то, по словам Анны Богуш, его можно использовать при очистке загрязненных вод и грунтов, применяя методы фиторемедиации (от греческого «фито» (растение) и латинского «ремедиум» (восстановление)), а также для извлечения некоторых элементов из отходов и промышленных стоков.

Екатерина Пустолякова

Источники:

1. copah.info