Было подмечено, что в термальных водах бессточных и малодебитных источников, а также грязевых котлов содержание иона SO42- всегда выше, чем в водах высокодебитных источников или в пробах воды, отобранных из скважин. Чем это объясняется? Сульфат-ион может образовываться как за счет окисления сульфидов металлов, оказавшихся в районе выхода горячих вод, так и вследствие окисления серы. Было высказано предположение, что высокое содержание сульфат-иона и как результат этого кислая реакция таких растворов обусловливается наличием окислов серы в виде SO2 или SO3 в составе газов, обильно выделяющихся в источниках. Однако последнее предположение отпало, как только проанализировали состав спонтанных газов. Во всех случаях он включал в себя сероводород. Одновременное же нахождение такого сильного восстановителя, как H2S, и сильного окислителя, как SO2, с химических позиций не представляется возможным.
Следовательно, наиболее вероятным путем увеличения сульфат-иона в растворе может быть механизм окисления сульфидной серы до элементарной и далее до сульфатной. По такое окисление при температуре до 100 °C должно происходить в присутствии органического вещества. Тщательные наблюдения непосредственно на термальных источниках позволили обнаружить эти органические вещества.
Еще в 1933 г. японский микробиолог Эмото обнаружил и выделил из кислых ручьев с pH от 1,0 до 6,9 три вида термофильных тионовых бактерий: Thiobacillus thermitanus, Thiobacillus crenatus и Thiobacillus lobatus. Эти бактерии развивались в источниках с температурой до 80 °C. Эмото высказал предположение, что кислая реакция воды горячих источников, возможно, обусловлена в значительной мере биологическим окислением молекулярной серы до серной кислоты. Советский микробиолог С. И. Кузнецов, исследуя пробы воды и осадков из сероводородных источников, отобранных на термальном поло в верховьях реки Гейзерной и на Западном термальном поле Узона, обнаружил другой вид термофильных тионовых бактерий — Thiobacillus thiooxidans. Во всех случаях в грифонах термальных источников pH был 1,8–2,0 и на поверхности воды плавала пена, состоящая из светло-серой коллоидной серы. В то же время на Узоне наблюдаются многочисленные высокотемпературные термальные источники, в которых вода имеет близнейтральную реакцию, а в руслах обильно отлагаются кристаллы самородной серы.
Такие выходы термальных вод хорошо просматриваются благодаря наличию осадков черного цвета непосредственно на истоке и белого цвета по всему руслу. Осадок черного цвета — это сульфиды железа пирит и марказит. А белый цвет осадка обусловлен интенсивным развитием еще одной формы бактерий Thermotrix thioparus, на тонких космообразных колониях которых отлагаются кристаллики серы (фото 29). Любопытно, что в таких источниках в составе спонтанных газов сероводорода еще больше, чем в описанных выше, а водорода, как правило, на 1–2 порядка меньше (см. табл. 1, грифон с колонией белых бактерий). Причем по мере удаления от истока в воде наблюдается закономерное уменьшение сульфат-иона. Возникло предположение, что в таких источниках имеет место биогенное происхождение сероводорода за счет деятельности десульфурирующих бактерий. Опыты, проведенные в Институте микробиологии АН СССР с пробами воды, отобранными на Камчатке, полностью подтвердили это. Характерно, что десульфурирующие бактерии на восстановление сульфатов использовали не органическое вещество, а водород. Эти термофильные бактерии живут при температуре до 90 °C и отнесены С. И. Кузнецовым к виду Vibrio thermodesulfuricans.
Таким образом, даже на одном источнике могут развиваться несколько видов термофильных бактерий разных «специальностей». Одни, например Vibrio thermodesulfuricans, непосредственно на истоке, при наличии в газах водорода восстанавливают сульфатную серу до сульфидной; другие, например Thermotrix thioparus, развиваясь чуть ниже по течению, окисляют сульфидную серу до серы элементарной, которая и оседает на колониях бактерий.
Описанные явления убедительно показывают огромную роль микроорганизмов, живущих в горячих водах. На Узоне часто можно видеть обнажения пестроцветных, от охристо-рыжих до серых и голубых глин. Они возникли за счет переработки горных пород кислыми растворами. А в образование кислых растворов, как мы уже выше отметили, вложили свой труд тионовые бактерии.
В последнее время бактерии находят самое удивительное применение непосредственно в промышленности. Так, уже обнаружены термофильные бактерии, окисляющие сульфиды никеля, цинка, меди. Причем процесс идет очень быстро, что открывает возможность колоссального удешевления технологии извлечения металлов из руд.
Возможно, именно на термальных полях Узона ученые-микробиологи обнаружат виды бактерий, «специализированные» на другие металлы.
ОЗЕРО ЦЕНТРАЛЬНОЕ
Это самое крупное холодное озеро в кальдере. В него впадает около 10 ручьев, три из которых в своих истоках несут горячую волу. Тем не менее температура озера летом не превышает 15 °C на поверхности, а зимой озеро почто полностью замерзает. Остаются только полыньи вдоль потоков впадающих в озеро теплых и быстрых ручьев По-видимому, большой вклад в водный баланс озера вносят окружающие его болотистые низины.
Центральное озеро имеет глубину от 0,5 до 1,5 м. С северного берега до середины озера дно медленно углубляется от 0,2 до 0,6 м. Затем на протяжении около 100 м происходит углубление до 1,5–2 м, и в 200–250 м от южного берега зафиксирована максимальная глубина 2,2 м. У самого южного берега, с расстояния 15–20 м, дно резко поднимается. У берега отмечены высокие заросли зеленых водорослей. Дно очень вязкое, с тиной серого цвета, и лишь напротив устья ручья Веселого отмечается тонкий слой песка. На глубине встречены хвощеобразпые водоросли светло-красного цвета. Предполагается наличие на них тонкого осадка коллоидных гидроокислов железа, при встряхивании осадок слетает, и водоросли приобретают светло-зеленый цвет.
Вода в озере мутная, много взвеси бурого цвета, сформировавшей осадок мощностью не менее 0,5 м. При взмучивании осадка образуется облако ила черного цвета. В озере обитают жучки коричнево-черного цвета, улитки и небольшие гольцы. Из озера вытекает река Шумная.
РАДОНОВЫЕ ВАННЫ
При комплексном изучении термопроявлений в кальдере Узон, естественно, термальные источники были обследованы и на содержание в них радиоактивных элементов. Большую работу в этом направлении провел научный сотрудник Института вулканологии ДВНЦ АН СССР А. М. Чирков. В 1969 г. им была выполнена серия измерений концентрации радона в спонтанных газах горячих источников, грязевых котлов и теплых озер Узона. В последующие годы были проведены режимные определении содержания радона в реперных точках, а также фоновые содержания радона в воздухе и почвах Узона. Для измерения радиоактивности газов термальных источников использовался радиометр РКБ4-Iем, позволяющий определить объемную альфа-активность с точностью до 0,5×10-10 Ки/л. Конструкция детектора радиометра РКБ4-Iем обеспечивает отбор жидких и сыпучих проб, что дает возможность определять суммарную радиоактивность проб воды из термальных источников и грунта термальных полей. Радиоактивность воздуха измерялась эманометром «Альфа» с точностью до 0,5×10-11 Ки/л. Отбор проб воздуха на термальных полях производился на высоте 1 м от поверхности исследуемого объекта. Работами А. М. Чиркова было установлено, что в кальдере фиксируются четыре аномальные зоны, приуроченные к первому, второму и третьему участкам Восточного термального поля и к району Фумарольного озера. Обнаружилось, что контуры температурных и радоновых аномальных зон имеют большое сходство. Кроме того, выявилась четкая приуроченность как более высокотемпературных, так и наиболее высокорадоновых участков к линейным зонам тектонических нарушении. Было подменено также увеличение радиоактивности спонтанных газов в участках пересечения трещинных зон северо-западного и северо-восточного простирания. Эти наблюдения позволили предположить, что поступление как высокотемпературного теплоносителя, так и радона происходит по одним и тем же каналам, которыми являются, скорее всего, тектонические трещины. По ним же к поверхности Земли поднимаются и высокоминерализованные термальные воды хлоридно-натриевого состава. С удалением в стороны от трещин уменьшается и радиоактивность, и общая минерализация, и температура растворов источников.