ИСТИНА

В последние десятилетия парадигма гляциологии и смежных наук сменилась с абиотической на био-абиотическую. Ледники стали рассматривать как отдельный биом, ранее «забытый» в составе обитаемой криосферы [Anesio and Laybourn-Parry, 2012]. Важный компонент органоминеральной фации на леднике – это криоконит, который подразделяется на инситный и переотложенный. Инситный криоконит формируется в «стаканах» протаивания, обеспечивающих стабильные условия для образования крупных сложноорганизованных гранул с множественными концентрическими слоями и микропрофилями в направлении центр-периферия, а также стратификацией между зоной первичной продукции органического вещества и зоной его преобразования гетеротрофными микробными сообществами. Основные принципы взаимодействия микроорганизмов и минералов в современных гранулах криоконита могут быть аналогичны тем, что существовали на ледниках ранее в истории Земли особенно во время крупных оледенени, таких как гуронское (2,4–2,2 млрд. л.н.) или в криогении (0,72–0,64 млрд. л. н.). Мы исследовали взаимодействие минеральных и органических компонентов в гранулах криоконита с ледников Левый Актру (Алтай), Гарабаши (Кавказ) и Бертель (Шпицберген) при помощи рентгеновской микротомографии, световой и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) с технологией MAPSMineralogy, а также рамановской спектроскопии. Агрегаты криоконита были разделены на мезогранулы (1-6 мм) и микрогранулы (0,1-1 мм). Мезогранулы часто состояли из более мелких субгранул, микрогранулы являлись первичными образованиями. Гранулы обеих групп имели сходную структуру и общую пористость в пределах 15-16%. Доля связанных пор была высокой и стабильной (88-89%). Размеры пор находились в пределах 10-220 мкм (чаще 30-110 мкм) для мезогранул и 10-60 мкм (чаще 14-38 мкм) для микрогранул, при этом более крупные поры в обоих случаях были приурочены к центру гранул. Гранулы часто имели минеральный «зародыш», представленный зерном первичного минерала или обломком породы, а также уплотненный слой по периферии. Филлосиликаты (смектит, каолинит, хлорит, слюда) являлись важным компонентом, обеспечивающим физическую стабильность гранул наряду с бактериальными внеклеточными полимерами и нитчатыми цианобактериями. Наибольшая концентрация пылеватых и глинистых частиц (до 31,6% смектитов) приходилась на периферическую часть гранул. В стенке гранул частицы минералов были наиболее плотно упакованы и ориентированы субпараллельно наружной поверхности. СЭМ выявила тонкую многослойную структуру филлосиликатных кластеров в стенке гранул: до 18 слоев в микрогранулах и >50 слоев в мезогранулах. Кластеры глинистых минералов были всегда скреплены аморфным углеродсодержащим цементом. По данным рамановской спектроскопии метильные функциональные группы (–СН3) в составе органического вещества были также приурочены к стенкам гранул, что свидетельствует о гидрофобных свойствах поверхности, необходимых для устойчивости криоконитовой микроэкосистемы в талой воде. Постоянная внешняя оболочка была важнейшим и самым сложноорганизованным компонентом гранулы, обеспечивающим стабильные условия для микробной трансформации органического вещества внутри гранул. Таким образом, новые данные о строении и некоторых аспектах химического состава материала криоконита, позволяют заключить, что его основная структурная единица, гранула, является самостоятельной сложноорганизованной многопорядковой микроэкосистемой, одновременно обособленной в водной супрагляциальной обстановке, но также и проницаемой для потоков вещества благодаря развитой системе пор. Физические и химические механизмы стабилизации органоминеральных агрегатов криоконита сходны с принципами агрегации в сложных коллоидных системах, например, почвах: (1) окклюзия/инкапсуляция, (2) образование гранул/ооидов, (3) адсорбция на активных минеральных поверхностях, например, глинистых минералах, (4) гидрофильно-гидрофобные взаимодействия. Помимо стратифицированных гранул криоконита, сходных с почвенными агрегатами, на поверхности ледников, возможно, образование микропрофилей первичных почв (протопочв, солоидов). Нами изучены профили, образовавшиеся под шаровидными колониями мха, так называемыми «ледниковыми мышками», на леднике Бертель (о. Западный Шпицберген). Профили первичных почв суммарной мощностью до 6 см состояли из 4-х микрогоризонтов, включая аналоги таких классических почвенных горизонтов как подстилочно-торфяный (О), грубогумусовый (AO), гумусово-слаборазвитый (W) и минеральный (BС). Выявлено повсеместное участие гранулированного органоминерального материала криоконита, в том числе его инкапсуляция ризоидами мха. По данным рамановской спектроскопии, в горизонте BC, который моховые сообщества используют как основной минеральный субстрат, преобладали кварц, полевые шпаты, кальцит, арагонит и частицы ископаемого угля, что отражает состав окружающих ледник пород и указывает на преобладание локального материала. Морфология, тратиграфия и органо-аккумулятивный тип распределения органического вещества указывают на формирование или сохранение почвоподобных микропрофилей под моховыми сообществами на поверхности ледника. Хотя явление «ледниковых мышек» многократно описано гляциологами [Hotaling et al., 2020], признаки первичного почвообразования и почвенные микропрофили в данных объектах зафиксированы нами впервые. Считается, что это эфемерные образования, а в их перемещении по леднику существенную роль играют ротационные механизмы (перекатывание и перевертывание подушек мха). Однако обнаруженные почвенные микропрофили явно указывают на продолжительные периоды стабильности в существовании данных объектов. Такие профили не могли сформироваться в течение одного сезона, длительность почвенных процессов дифференциации должна была достигать нескольких лет. Мы рассматриваем две гипотезы образования почвенных микропрофилей: (1) перигляциальное происхождение – подушка мха с прикрепленным дифференцированным на горизонты субстратом была занесена из окружающих ледник ландшафтов; (2) супрагляциальное происхождение – микропрофиль сформировался непосредственно на леднике при закреплении мха на минеральном субстрате, например, на обломочном материале абляционной морены; споры мха были занесены ветром или птицами. Участие гранул криоконита во всех горизонтах профиля «ледниковой мышки» и тесная интеграция гранул с ризоидами мха и минеральной массой дополнительно указывают на длительное совместное образование именно в супрагляциальной обстановке.