stringtranslate.com

Озеро Матано

Озеро Матано ( индонезийское : Danau Matano ), также известное как Матана , — тропическое озеро в округе Восточный Луву , провинция Южный Сулавеси , Индонезия , которое примечательно уникальной средой в своих глубоких слоях.

С глубиной 590 м (1940 футов) это самое глубокое озеро в Индонезии (по максимальной глубине), 11-е по глубине озеро в мире и самое глубокое озеро на острове по максимальной глубине. Высота поверхности от среднего уровня моря составляет всего 382 м (1253 фута), что означает, что самая глубокая часть озера находится ниже уровня моря ( криптодепрессия ). Это одно из двух крупнейших озер (другое — озеро Товути ) в системе озер Малили. [1] Озеро Матано считается древним озером , и оно образовалось в тектоническом грабене около 1-2 миллионов лет назад. [2]

Озеро Матано и его водосборный бассейн имеют большое количество эндемичной флоры и фауны. Почвы и горные породы водосборного бассейна делают его относительно богатым железом. Поскольку температура на острове Сулавеси не сильно меняется в течение года, эпилимнион никогда не становится достаточно холодным, чтобы смешаться с гиполимнионом . Окружающая среда в гиполимнионе примечательна своим возможным сходством с океанами в архейском и палеопротерозойском эонах, до Великого окислительного события (GOE). Биогеохимическая активность в гиполимнионе изучалась в качестве модели для этих океанов.

Среда

Водосбор

Площадь водосбора озера Матано составляет около 436 квадратных километров, или примерно в 2,7 раза больше площади поверхности озера. Водосбор состоит из почв с содержанием оксида/гидроксида железа, которое может превышать 20%, что объясняет высокое содержание железа в озере Матано. Значительное количество карбонатных пород присутствует к югу от озера. [1] Каждое десятилетие около 2% площади водосбора озера Матано вырубается для создания новых сельскохозяйственных угодий. Сельскохозяйственные земли в водосборе могут служить источником питательных веществ, возможно, вызывая эвтрофикацию. Это может в конечном итоге нарушить уникальную среду озера и сократить эндемичные виды. Озеро Матано уже подвержено получению антропогенного азота из атмосферы из-за своего географического положения. [2]

Климат и круговорот воды

Озеро Матано расположено в тропической климатической зоне и переживает два сезона, влажный и сухой, с приблизительно постоянной температурой круглый год. Из-за постоянной температуры окружающей среды вода в эпилимнионе не может достаточно остыть для обмена с гиполимнионом. Относительно высокая концентрация общего количества растворенных твердых веществ в более глубоких слоях увеличивает их плотность, еще больше препятствуя перемешиванию слоев. Было замечено, что плотность эпилимниона, который простирается примерно на 100 м ниже поверхности, увеличивается в сухой сезон (хотя и не в достаточной степени для перемешивания), и увеличивается в сезон дождей. Под эпилимнионом плотность, как правило, постоянна круглый год. [1] Поскольку гиполимнион не получает воду из эпилимниона, физическая и химическая среда в гиполимнионе сильно отличается от среды в эпилимнионе. [1] [3]

Флора и фауна

Флора

Папоротник

В бассейне озера Матано произрастает большое разнообразие видов папоротников. Эти виды принадлежат к нескольким семействам, таким как Adiantaceae , Davalliaceae , Dennstaedtiaceae и Schizaeaceae . Некоторые из них, такие как Schizaeaceae, обычно встречаются только ниже линии Уоллеса в таких местах, как Новая Гвинея . Другие, включая Adiantaceae, обычно встречаются только выше линии Уоллеса в таких местах, как Борнео . Некоторые виды, такие как Lindsea pellaeiformis , вероятно, являются эндемиками острова Сулавеси, где расположено озеро Матано. [4]

Диатомовые водоросли

Примерно пятая часть таксонов диатомовых водорослей в озере Матано являются эндемиками; наибольшее количество видов диатомовых водорослей в системе озер Малали принадлежит к роду Surirella . Хотя вода из озера Матано действительно течет через реки в озера Махалона и Тоути, такой поток, по-видимому, не распространяет диатомовые водоросли из озера Матано в эти озера, поскольку доля таксонов в каждом из этих двух озер, которые также находятся в озере Матано (примерно половина), такая же, как и в озере Масапи, другом озере на Сулавеси, отделенном от озера Матано. [5] Несколько примеров таксонов диатомовых водорослей, которые встречаются только в озере Матано, - это Surirellla biseriata heteropolis , Surirella celebesiana matanensis , [6] и Gomphonema matanensis , который служит примером гигантизма диатомовых водорослей. [7] Другим эндемичным видом является Cymbells distinguenda ; утверждается, что этот вид может представлять собой отдельный род диатомовых водорослей. [8]

Фауна

Озеро Матано является домом для многих видов эндемичных рыб и других животных (например, креветок Caridina [9] , крабов Parathelphusid [10] и улиток Tylomelania [11] ). Эндемичных рыб Матано сравнивают с видовыми стаями озер Рифтовой долины Африки. Хотя они не столь разнообразны, считается, что все они произошли от одного вида-предка и разделились на многочисленные различные виды, которые теперь заполняют многие ранее пустовавшие экологические ниши , как это можно увидеть в семействе Telmatherinidae . [12] Эндемичные и почти эндемичные рыбы из других семейств включают Glossogobius matanensis , Mugilogobius adeia , Nomorhamphus weberi и Oryzias matanensis . Многие из эндемиков находятся под серьезной угрозой из-за загрязнения и хищничества / конкуренции со стороны широкого спектра интродуцированных рыб, включая цихлид Flowerhorn . [13] Водяная змея Enhydris matannensis известна только в окрестностях озера Матано и на острове Муна . [14]

Микробная и биохимическая активность

Железные полосчатые образования

Показана молекулярная структура бактериохлорофилла е. Бактериальное семейство Chlorobiaceae , тип зеленых серных бактерий (ЗСБ), использует бактериохлорофилл е для аноксигенного фотосинтеза в более глубокой аноксической зоне. [15]

Окружающая среда в озере Матано в гиполимнионе считается сопоставимой с окружающей средой в океане в архейском эоне , а также в начале протерозоя , до Великого окислительного события (GOE). Это связано с тем, что в этих океанах, как и в озере Матано, вероятно, не было сульфата и кислорода, и, вероятно, было относительно высокое количество Fe(II). Полосчатые железистые формации (BIF), которые содержат как Fe(II), так и Fe(III), откладывались в таких средах. Метод образования Fe(III) в таких средах неясен; одной из возможностей является фотоферротрофия . Как и в океанах до GOE, была низкая доступность фосфата, что ограничивало количество жизни, которое может поддерживать эпилимнион. Из-за этого существует достаточное количество солнечной радиации для фотосинтеза зеленых серных бактерий с бактериохлорофиллом e, даже на глубинах более 100 м. В среде, такой как озеро Матано, фотоферротрофия таких бактерий описывается следующим уравнением:

Железо в продукте будет иметь степень окисления +3, что потенциально объясняет Fe(III) в BIF. [15] Считается, что большая часть Fe(III) покрыта Fe(II), а не подвергается воздействию организмов для использования. [3] Однако небольшое количество Fe(III), достаточное для потребления тридцатой части органического углерода, восстанавливается микроорганизмами для дыхания. [16]

Цикл метана

Метан практически отсутствует выше примерно 105 м; затем его концентрация неуклонно растет примерно до 200 м, прежде чем стабилизируется на уровне около 1,25 ммоль/л. Количество углерода-14 в метане, взятом из озера, предполагает, что возраст метана составляет всего около 2 тысяч лет, и он не мог образоваться из-за гидротермальной активности. δ 13 C-CH 4 в озере Матано составляет около -70 промилле, что предполагает, что углерод в метане, вероятно, произошел от организма. Метаногенез в озере Матано ниже 110 м является анаэробным и, вероятно, происходит в результате метаболизма ацетата или восстановления углекислого газа с помощью H 2 . Любой кислород, который достиг бы бескислородной зоны, вероятно, абиотически окислил бы Fe(II), а не метан. Неясно, как окисление метана может происходить на глубине 122 м, поскольку там практически нет сульфата или нитрата. Одной из возможностей является сочетание с катализируемым восстановлением гидроксида железа и марганца. [3]

δ 13 C-CO 2 находится примерно на -8 промилле ниже эпилимниона. CO 2 может быть истощен до такой степени, потому что углерод в этом CO 2 поступает из окисления истощенного CH 4 , [3] или потому что он имеет до сих пор неизвестный источник. [16] Он более истощен на 104 м и 122 м, что, возможно, указывает на биотическое окисление метана. Область менее истощенного δ 13 C-CO 2 около 110 м может быть связана с метаболизмом CO 2 зелеными серными бактериями. [3]

В кислородных средах, таких как те, что присутствуют в большинстве современных экосистем, метаногены вытесняются с конкуренции за органический углерод для метаболизма, так что каждый год более 99% органического углерода не метаболизируется в метан. Поскольку большинство этих конкурирующих организмов являются аэробными, вполне вероятно, что такой конкуренции не существовало в бескислородных средах, которые существовали до GOE и которые присутствуют в таких местах, как гиполимнион в озере Матано, в той же степени. Из-за этого относительного отсутствия конкуренции больше органического углерода метаболизируется в метан. Процент, метаболизируемый в метан, неясен; предполагалось, что он составляет от 5-10% [17] [16] до 80% [3] .

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefgh Crowe, Sean A.; O'Neill, Andrew H.; Katsev, Sergey; Hehanussa, Peter; Haffner, G. Douglas; Sundby, Bjørn; Mucci, Alfonso; Fowle, David A. (январь 2008 г.). «Биогеохимия тропических озер: пример озера Матано, Индонезия». Limnology and Oceanography . 53 (1): 319–331. doi : 10.4319/lo.2008.53.1.0319 . hdl : 1808/16958 . ISSN  0024-3590.
  2. ^ ab Hampton, Stephanie E.; McGowan, Suzanne; Ozersky, Ted; Virdis, Salvatore GP; Vu, Tuong Thuy; Spanbauer, Trisha L.; Kraemer, Benjamin M.; Swann, George; Mackay, Anson W.; Powers, Stephen M.; Meyer, Michael F.; Labou, Stephanie G.; O'Reilly, Catherine M.; DiCarlo, Morgan; Galloway, Aaron WE (сентябрь 2018 г.). «Недавние экологические изменения в древних озерах». Limnology and Oceanography . 63 (5): 2277–2304. doi : 10.1002/lno.10938 . ISSN  0024-3590.
  3. ^ abcdef Crowe, SA; Katsev, S.; Leslie, K.; Sturm, A.; Magen, C.; Nomosatryo, S.; Pack, MA; Kessler, JD; Reeburgh, WS; Roberts, JA; González, L.; Douglas Haffner, G.; Mucci, A.; Sundby, B.; Fowle, DA (январь 2011 г.). «Цикл метана в железистом озере Матано». Geobiology . 9 (1): 61–78. doi : 10.1111/j.1472-4669.2010.00257.x . PMID  20854329.
  4. ^ Hovenkamp, ​​P.; De Joncheere, GJ (1988). «Дополнения к папоротниковой флоре Сулавеси». Blumea: Биоразнообразие, эволюция и биогеография растений . 33 (2): 395–409.
  5. ^ Bramburger, Andrew J.; Hamilton, Paul B.; Hehanussa, Peter E.; Haffner, G. Douglas (2008). «Процессы, регулирующие состав сообщества и относительное обилие таксонов в сообществах диатомовых водорослей озер Малили, остров Сулавеси, Индонезия». Hydrobiologia . 615 (1): 215–224. doi :10.1007/s10750-008-9562-2. ISSN  0018-8158. S2CID  44194423.
  6. ^ Bramburger, Andrew J.; Haffner, G. Douglas; Hamilton, Paul B.; Hinz, Friedel; Hehanussa, Peter E. (2006). «ИССЛЕДОВАНИЕ ВИДОВ РОДА SURIRELLA ИЗ ОЗЕР МАЛИЛИ, ОСТРОВ СУЛАВЕСИ, ИНДОНЕЗИЯ, С ОПИСАНИЕМ 11 НОВЫХ ТАКСОНОВ». Diatom Research . 21 (1): 1–56. doi :10.1080/0269249X.2006.9705650. ISSN  0269-249X. S2CID  85145241.
  7. ^ Kociolek, John Patrick; Kapustin, Dmitry; Kulikovskiy, Maxim (3 апреля 2018 г.). «Новый крупный вид Gomphonema Ehrenberg из древнего озера Матано, Индонезия». Diatom Research . 33 (2): 241–250. doi :10.1080/0269249X.2018.1513868. ISSN  0269-249X. S2CID  91377564.
  8. ^ Капустин, ДА; Куликовский, М.; Коциолек, Дж. П. (3 января 2018 г.). «Celebesia gen. nov., новый род цимбеллоидных диатомовых водорослей из древнего озера Матано (остров Сулавеси, Индонезия)». Nova Hedwigia, Beihefte . 146 : 147–155. doi :10.1127/1438-9134/2017/147. ISSN  1438-9134.
  9. ^ von Rintelen, K., и Y. Cai (2009). Радиация эндемичных видов стай в древних озерах: систематическая ревизия пресноводной креветки Caridina H. Milne Edwards, 1837 (Crustacea: Decapoda: Atyidae) из древних озер Сулавеси, Индонезия, с описанием восьми новых видов. Raffles Bulletin of Zoology 57: 343-452.
  10. ^ Chia, OCK и Ng, PKL (2006). Пресноводные крабы Сулавеси, с описаниями двух новых родов и четырех новых видов (Crustacea: Decapoda: Brachyura: Parathelphusidae). Raffles Bulletin of Zoology Singapore 54: 381–428.
  11. ^ von Rintelen, T., K. von Rintelen и M. Glaubrecht (2010). Видовая стая живородящих пресноводных брюхоногих моллюсков Tylomelania (Mollusca: Cerithioidea: Pachychilidae) в древних озерах Сулавеси, Индонезия: роль географии, трофической морфологии и цвета как движущих сил в адаптивной радиации. стр. 485-512 в: Glaubrecht, M. и H. Schneider, ред. (2010). Эволюция в действии: адаптивные радиации и происхождение биоразнообразия. Springer Verlag, Гейдельберг, Германия.
  12. ^ Herder, F., J. Pfaender и UK Schliewen (2008). Адаптивное симпатрическое видообразование полихроматической "круглопёрой" парусной атерины в озере Матано (Сулавеси). Эволюция 62(9): 2178-95
  13. ^ Herder, F., UK Schliewen, MF Geiger, RK Hadiaty, SM Gray, JS McKinnon, RP Walter и J. Pfaender (2012) Alien invasion in Wallace's Dreamponds: records of the hybridogenic «flowerhorn» cichlid in Lake Matano, with an annotated checklist of fish species invested to the Malili Lakes system in Sulawesi. Aquatic Invasions 7(4): 521–535
  14. ^ Murphy, J. (2010). "Enhydris matannensis". Красный список МСОП находящихся под угрозой исчезновения видов . 2010 : e.T176696A7285471. doi : 10.2305/IUCN.UK.2010-4.RLTS.T176696A7285471.en .
  15. ^ ab Crowe, Sean A.; Jones, CarriAyne; Katsev, Sergey; Magen, Cédric; O'Neill, Andrew H.; Sturm, Arne; Canfield, Donald E.; Haffner, G. Douglas; Mucci, Alfonso; Sundby, Bjørn; Fowle, David A. (14 октября 2008 г.). «Фотоферротрофы процветают в аналоге архейского океана». Труды Национальной академии наук . 105 (41): 15938–15943. doi : 10.1073/pnas.0805313105 . ISSN  0027-8424. PMC 2572968. PMID 18838679  . 
  16. ^ abc Kuntz, LB; Laakso, TA; Schrag, DP; Crowe, SA (2015). «Моделирование цикла углерода в озере Матано». Geobiology . 13 (5): 454–461. doi :10.1111/gbi.12141. PMID  25923883. S2CID  12350538.
  17. ^ Лааксо, Томас А.; Шраг, Дэниел П. (15 сентября 2019 г.). «Метан в докембрийской атмосфере». Earth and Planetary Science Letters . 522 : 48–54. doi :10.1016/j.epsl.2019.06.022. ISSN  0012-821X. S2CID  198414785.