18
86 UDC 553.78:579.81 Владимир С. Шараба, докторанд Универзитет у Београду, Рударско-геолошки факултет Ђушина 7, 11000 Београд [email protected] Vladimir S. Šaraba, PhD student University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology Đušina 7, 11000 Beograd [email protected] Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве Karstic thermal waters of Mačva and development of phototrophic microorganisms in the biofilm at the outflow Рад примљен: 31.3.2017. Paper received: 3/31/2017 Рад прихваћен: 30.4.2017. Paper accepted: 4/30/2017 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 Vol. 2 No. 1 86–103 Слађана С. Поповић, истраживач-сарадник Универзитет у Београду, Институт за хемију, технологију и металургију, Центар за екологију и техноекономику Карнегијева 4, 11000 Београд докторанткиња, Универзитет у Београду, Биолошки факултет Студентски трг 16, 11000 Београд [email protected] Slađana S. Popović, Research Assistant University of Belgrade, Institute of Chemistry, Tecnology and Metallurgy, Center of Ecology and Technoeconomics Karnegijeva 4, 11000 Beograd PhD student University of Belgrade, Faculty of Biology Studentski trg 16, 11000 Beograd [email protected] Жељко В. Кљајић, докторанд Универзитет у Београду, Рударско-геолошки факултет Ђушина 7, 11000 Београд [email protected] Željko V. Kljajić, PhD student University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology Đušina 7, 11000 Beograd [email protected] Природне науке / Natural sciences Оригиналан научни рад / Original scientific paper

Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

  • Upload
    others

  • View
    8

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

86

UDC 553.78:579.81

Владимир С. Шараба, докторанд

Универзитет у Београду, Рударско-геолошки факултет Ђушина 7, 11000 Београд[email protected]

Vladimir S. Šaraba, PhD student

University of Belgrade, Faculty of Mining and Geology Đušina 7, 11000 [email protected]

Развој фототрофних микроорганизама

у биофилму на местима истицања карстних

термалних вода Мачве

Karstic thermal waters of Mačva and development of phototrophic microorganisms in the biofilm at the outflow

Рад примљен: 31.3.2017.Paper received: 3/31/2017

Рад прихваћен: 30.4.2017.Paper accepted: 4/30/2017

Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Слађана С. Поповић, истраживач-сарадник

Универзитет у Београду, Институт за хемију, технологију и металургију, Центар за екологију и техноекономику Карнегијева 4, 11000 Београд

докторанткиња,

Универзитет у Београду, Биолошки факултет Студентски трг 16, 11000 Београд[email protected]

Slađana S. Popović, Research Assistant

University of Belgrade, Institute of Chemistry, Tecnology and Metallurgy, Center of Ecology and Technoeconomics Karnegijeva 4, 11000 Beograd

PhD student

University of Belgrade, Faculty of Biology Studentski trg 16, 11000 [email protected]

Жељко В. Кљајић, докторанд

Универзитет у Београду, Рударско-геолошки факултетЂушина 7, 11000 Београд[email protected]

Željko V. Kljajić, PhD student

University of Belgrade, Faculty of Mining and GeologyĐušina 7, 11000 [email protected]

Природне науке / Natural sciencesОригиналан научни рад / Original scientific paper

Page 2: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

87Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Сажетак У овом раду приказане су карстне термалне воде Мачве са акцентом

на развој фототрофних микроорганизама у биофилму на месту истицања, на два локалитета (Богатић и Метковић). Повод за писање овог рада била је санација бунара ББ-1 у насељу Богатић 2014. године, којим је захваћена термална вода температуре 75°C у количини од 60 l/s и хидростатичког притиска од 2,9 бара, из тријаских кречњака на дубини испод 410 m. Одлука о привођењу намени, после скоро 30 година, захтевала је санацију због стварања талога на месту истицања, а тиме и евидентног старења бунара, које је последица између осталог и присуства специјализованих организама способних да живе у таквим екстремним условима. Приликом санације утврђено је смањење издашности на 37,5 l/s и притиска на 2,5 бара, што је резултат инкрустрације као узрока старења бунара. Бушотином БМе-1 у Метковићу каптирана је издан из неогених пешчара и песка са самоизливом од 10 l/s термалних вода са температуром 63°C, без приметне инкрустације на месту истицања. Фототрофни микроорганизми на местима истицања термалних вода у Србији до данас нису били предмет истраживања. Циљ студије, између осталог, био је и утврђивање биодиверзитета алги и цијанобактерија у термалним биофилмовима (Psedudoanabena, Leptolyngbya, Phormidium итд.). Резултати овог рада омогућили су увид у диверзитет фототрофних микроорганизама способних да опстају у екстремним условима средине, који је допринео и листи флоре у Србији.

Abstract The Karst thermal waters of Mačva with the stress on the development of

phototrophic microorganisms in the biofilm in the zones of discharging, at two locations (Bogatić and Metković) are presented in the paper. The reason for the paper was the rehabilitation of the well BB-1 in the settlement of Bogatić in 2014, which was seized by thermal water, the temperature of which is 75 Celsius degrees, the quantity of which is 60 l/s and hydrostatic pressure of 2.9 Bars, from the tertiary limestone at the depth of less than 410 m. The decision on bringing it to purpose, almost 30 years afterwards, required the rehabilitation due to the development of mats in the zones of discharging and evident well aging, which is the consequence, among others, of the presence of the specialized organisms capable of living in such extreme conditions. During the rehabilitation process, the reduction of yield to 37.5 l/s and pressure to 2.5 Bars was noticed, being the result of incrustation as the well aging cause. Drilling platform BM2/1 in Metković, was a capped object from neogenic dunes and sand with the self-expulsion of 10 l/s of thermal water, the temperature of which is 63 degrees Celsius, without evident incrustation at the discharging point. Phototropic microorganisms from thermal mats in Serbia have not gained enough attention. The purpose of this study was the determination of cyanobacterial and algal biodiversity in thermal mats at the outflow, of karst thermal waters (Pseudoanabena, Leptolyngbya, Phormidium, etc.). This study gave an insight into the phototrophic diversity of microorganisms, which are able to inhabit such extreme environments, and also contributed to the check-list of Serbian flora.

Key words: Inner Dinarides, Mačva, karst, thermal waters, phototrophic microorganisms, biofilm

Кључне речи: Унутрашњи Динариди, Мачва, карст, термалне воде, фототрофни микроорганизми, биофилм

Page 3: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

88 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

УводРазличити геолошки, хемијски и други

услови су разлог да је свака подземна вода јединствен екосистем, мање или више сло-жен, којем су у сваком случају прилагођени микроорганизми [1]. У подземним водама, нарочито минералним и термоминерал-ним, постоје изузетно погодни услови за развој микроорганизама [2, 3, 4]. Подземне воде представљају специфичне екосистеме, које насељавају микроорганизми прила-гођени датим условима [4]. Њихово при-суство у подземним водама лимитирано је бројним факторима, између осталог зависи од храпавости и хидрофобности стенског матрикса, адсорбованих молекула на повр-шини, хидродинамике лежишта подземних вода, реакције средине, температуре, јонске активности и друго [4]. Тако, при храпавој површини већа је бројност присутних ми-кроорганизама у односу на глатке [5], као и у условима хидрофобне у односу на хидро-филну [4]. Старење бунара је погоршање конструкцијских и/или хидрауличких ка-рактеристика филтерске и прифилтерске зоне током експлоатације. Подразумева све процесе везане за деградацију материјала због појаве корозије, као и механичког и хемијског зачепљења отвора филтера, гра-нулата и прифилтерске зоне водоносног слоја. Скоро у свим случајевима старење бунара доводи до погоршања хидраулич-ких карактеристика [6, 7]. Код бунара се током експлоатације може појавити пет главних проблема [6]: смањење капаците-та – услед хемијске инкрустације или био-филма на филтеру и околном делу средине, механичка колматација, пескарење услед корозија филтера или цеви, електролитич-ка корозија код вода са киселом реакцијом средине и високим садржајем угљен-диок-сида, као и биолошка и хемијска инкруста-ција. Главни облици инкрустације су: ин-крустација настала таложењем калцијумо-вих и магнезијумових карбоната и сулфата, једињења гвожђа и мангана, првенствено њихових хидроксида и хидратизираних оксида, али и формирањем биофилма од

стране различитих врста микроорганиз-ама [6, 7]. Мања брзина и турбулентност подземних вода у лежишту су услови већег присуства микроорганизама [8]. Незаоби-лазан је утицај реакције средине, јонске ак-тивности, температуре [4, 9]. Тако, повећан садржај калцијума, натријума и гвожђа до-води до интензивнијег присуства бактерија Pseudomanas fluorescens [9, 10].

У већини случајева, микроорганизми опстају све док имају услове за репродук-цију и раст. Њихова бројност зависи од ко-личине доступних нутријената у термалној води. Неки од њих слободно живе у самој води, али већина гради биофилмове прич-вршћујући се за стенски матрикс.

Са израдом бунара долази до дифузије кисеоника у подземне воде, чиме се пос-пешује раст микроорганизама у њиховом природном станишту. Такође, са укљу-чењем пумпе долази и до појачаног прилива разних нутријената који такође поспешују њихов раст. Овим процесима почиње био-зарастање бушотине, тј. променом природ-них услова поспешује се раст микрооргани-зама и почиње стварање биофилма [11].

Таложење калцијум-карбоната од стране микроорганизама (калцит, арагонит, вате-рит) [12, 13] постало је значајна истражи-вачка тема јер има важну импликацију у формирању карбонатних стена и седиме-ната у прошлости и садашњости [14].

Развој фототрофних организама у био-филму на месту истицања термалних вода на територији Србије до сада није био пред-мет истраживања. Сматра се да микроорга-низми указују на еволуцију биосфере, и по мишљењу многих научника то су аналози древних биоценоза земље [15, 16, 17, 18]. Служе као биомаркери у старим седимен-тима земљине коре, што омогућава палео-климатску реконструкцију, где индикатори за реконструкцију климе у геолошкој про-шлости могу бити нпр. наслаге соли (указују на високе температуре и малу влажност), минерали гвожђе оксида, кречњачки се-дименти (на топла мора). Потврђена је уло-га микроорганизама у формирању широког

Page 4: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

89Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

спектра минерала, као што су оксиди, сул-фиди, фосфати, сулфати, нитрати, халоге-ниди и силикати [19, 20, 21].

Геолошко-структурни и тектонски склоп карстних термалних вода МачвеГеолошка комплексност територије Ср-

бије, са издвојених шест геотектонских рео-на и на десетине геолошких јединица нижег реда, насталих у резултату интензивне тек-тонске и магматске активности, за последи-цу, између осталог, има и појављивање 300 минералних извора и више од 100 хидро-термалних бушотина [22, 23, 24], имајући у виду и појаве термалних вода у Мачви. Са аспекта регионалне хидрогеологије и припадајуће хидрогеолошке рејонизације, Мачва припада Унутрашњим Динаридима западне Србије [22, 25] и представља вели-ку алувијалну раван у Србији, између реке Дрине и Саве, удаљену око 80 km запад-но од Београда (слика 1). Њена површина је око 860 km2. Геотектонски посматрано, Мачва се налази на јужном ободу Панон-ског басена, на контакту са Унутрашњим Динаридима (слика 1).

Примарно, формирање термалних вода у Мачви се везује за тријаске кречња-ке. Тријаски кречњаци на територији Унутрашњих Динарида западне Србије се простиру на северу од Фрушке горе, југо-западно према реци Сави и региону Мачве (слика 2). Покривени су млађим неогеним и квартарним седиментима. Значајано је истаћи присуство карстне издани артес-ког типа у оквиру кречњака и доломита, средње тријаске и горњо кредне старости, доказане на више локалности.

Геологија. Подручје истраживања нала-зи се у северозападној Србији. У геолошком смислу захвата ОГК СФРЈ (Основна гео-лошка карта Социјалистичке Федеративне Републике Југославије) 1:100.000, листови Нови Сад, Зрењанин, Бијељина, Шабац, Бе-оград, Зворник, Владимирци и Обреновац.

Грађу старог копна Мачве, пре него што је поново постало морско дно у неогену, чи-нили су највећим делом тријаски кречњаци и доломити, а мањим делом горњокредни лапоровити и кречњачки седименти. С обзиром на то да стене јурске старости у Мачви нису откривене, карстификација тријаских кречњака и доломита одвијала се

Легенда: 1. Рејон Дакијског басена, 2. Рејон Карпато-балканида, 3. Рејон Српског кристаластог језгра, 4. Рејон Шумадијско-копаоничко-косовске зоне, 5. Рејон Унутрашњих Динарида западне Србије, 6. Рејон Панонског басена, у правоугаонику – појаве које су предмет истраживања)

Слика 1. Приказ рејона на територији Србије са положајем испитиваних појава термалних вода

Page 5: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

90 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

у дугом временском раздобљу, током целе јуре, доње креде и палеогена. Захваљујући таквим палеогеографским условима који су трајали око 70 милиона година, тријаски кречњаци и доломити постали су порозни, и као такви значајни носиоци најпре хлад-них, а потом термалних вода [26].

Велики тектонски покрети почетком тер-цијара довели су до формирања Панонског мора. У границама тако велике депресије, смештене између данашњих Динарида, Алпа и Карпата, егзистовало је неколико мањих. Једна од њих је и мачванско-сремска депре-сија, у којој седиментација почиње у ми-оцену. Разноврстан геолошки састав обода омогућио је уношење различитог материја-ла у плитко море и таложење стена. Томе је погодовао и разуђен рељеф бившег морског дна. Главно узвишење на морском дну мач-ванско-сремске депресије био је карстни плато ширине до 20 km. Плато, изграђен од тријаских и мањим делом кредних кречња-ка, пружао се од данашњег Шапца ка Бога-тићу. Северно и јужно од подводног гребе-на, који се налазио на просечној дубини од

око 250 m, дубина мор-ског дна била је много већа. Дебљина седиме-ната у њима је од 1000 до 1500 m [22]. Највећи део тих седимената натало-жен је у млађем неогену, што значи да је после трансгресије Панон-ског мора, крај миоце-на – почетак плиоцена, преко дна од тријаских кречњака и доломита, почело таложење раз-личитих плитковод-них седимената (сли-ка 3). После регресије мора долази до загре-вања подземних вода у тријаским кречњацима и доломитима у подини, при чему су глине и ла-порци у повлати хидро и термо изолатори. Након

повлачења Панонског мора крајем миоцена, заостала су многобројна језера и мочваре, у којима се током плиоцена и квартара врши-ла разноврсна плитководна седиментација. Испод алувијалних наслага од шљунка и песка (60–150 m), у Мачви се налази серија глина и песка са прослојцима шљунка плио-ценске старости. У постплеистоцену, речна ерозија створила је главне црте савременог рељефа Мачве и значајан хидрогеолошки комплекс, за који се везује проблематика овог рада. По формирању долине реке Дри-не почело је засипање плитководних језера и мочвара флувио-глацијалним наносом. На тај начин су створене дебеле наслаге шљунка са значајним резервама пијаћих вода. Са овим седиментима смењују се лесо-идне суглине и глине и на крају квартарни лес формиран за време последњег леденог доба [27] (слика 3).

Геолошки стуб Мачве чине стене пале-озојске старости, које припадају тзв. ком-плексу јадарске области [22, 28]. Представље-не су творевинама девона, девон-карбона,

Слика 2. 3Д-елевациони модел Мачве

Page 6: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

91Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

карбона и перма. Седименти мезозојске старости, комплетног развића, распрос-трањени су јужно од Дубља у Мачви. На-лазе се у подлози терцијарних седимената. Дебљина им је око 300 m [29]. Леже кон-кордантно преко кречњака горњег перма, а покривају их доломити и доломитични кречњаци анизијског ката или трансгресив-ни седименти горње креде и неогена. Прелаз између горњег перма и тријаса је поступан. Набушени тријаски карбонатни седимен-ти припадају алпском типу развића. Ове стене у Динаридима имају велику дебљину, до 1000 m. Анализом узорака из интерва-ла 300–302,5 m (Дубље) утврђена је старост кречњака на основу фосила као тријас, кар-нијско-ладински кат [30]. Палеонтолошка испитивања на језгру из бушотине ББ-1 (Бо-гатић) са дубине од 412 m и 470 m (слика 4) на основу сигурно одређених фосила, пока-зала су да кречњаци припадају карнијском кату горњег тријаса, а могуће и ладинском кату средњег тријаса [30]. Седименти тер-цијара леже трансгресивно преко мезозојске

серије на читавом простору Мачве. Чине их палеогени, неогени седименти и магматске стене. Палеогене творевине доминантне су на југозападном делу истражног терена, где је утврђен еоцен. Неогени седименти имају веће распрострањење и јављају се у фацији миоцена и плиоцена. На површини Мачве распрострањен је квартарни комплекс пе-ска и шљунка.

Однос неогена и тријаских кречњака је тектонски, тако да тријаска серија у подини неогених седимената се јавља као примар-ни носилац термалних вода са специфич-ним хидродинамичким односима који у ге-нетском смислу имају примарну улогу.

Хидрогеологија. На основу структур-ног типа порозности издвојена је збијена, пукотинска и карстна издан артеског типа. Карстни тип издани у оквиру Мачве има доминантно распрострањење у дубљим деловима, везује се за средње тријаске и горњoкредне масивне и слојевите кречња-ке и доломите. Кречњаци и доломити простиру се на површини од око 2000 km2.

Легенда: 1 – млађеквартарни седименти, 2 – старијеквартарни седименти, 3 – терцијарни седименти, 4 – терцијарни гранитоиди, 5 – терцијарни вулканити, 6 – кредни седименти, 7 – серпентинити, 8 – јурски седименти, 9 – тријаски седименти, 10 – палеозојске стене, 11 – истражна бушотина, I – крупнозрни шљунак, лапоровите глине, песак, глине, пештари, конгломерати терцијара, II –пешчари еоцена, III – кречњаци средњег тријаса, IV – геолошка граница, V– расед, VI – дубока хидрогеотермална бушотина.

Слика 3. Схематизована геолошка карта и геолошки профил на подручју Мачве

Page 7: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

92 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Констатовани су на површини терена у По-церини. Кречњаци су масивни, изразито карстификовани, са кавернама које су ис-пуњене калцитом и пешчарима са пиритом.

Прихрањивање карстне издани врши се на рачун инфилтрације вода од падавина и понирањем вода реке Дрине у горњим и централним деловима слива. Дренирање се врши подземним истицањем у шљунко-вито-песковите наслаге квартарне и тер-цијарне старости [31].

Због сагледавања укупне слике о хидро-геолошким карактеристикама Мачве, на-поменућемо постајање издани са слобод-ним нивоом и под притиском у оквиру алу-вијалног шљунка и песка, плеистоценских језерских, језерско-речних и терасних на-слага, шљунка и неогеног песка (слика 3). Воде ових издани имају велики привредни значај за водоснабдевање становништва и индустрије.

Резултати израде истражних бушоти-на и бунара. Хидрогеолошка истраживања у Мачви започета су 1981. године. Приказ изведених хидрогеотермалних бушотина на подручју Мачве и њихове карактеристи-ке приказане су у табели 1.

Табела 1. Преглед и карактеристике истражно-експлоатационих бунара на подручју Мачве [31]

Ознака бушо-тине

ЛокацијаДубина бушо-тине

Подина терци-јара

Издаш-ност (l/s)

Темпе-ратура (°C)

ББ-1 Богатић 470 T2 37,5 75ББ-2 Богатић 618 T 60 78

БМe-1 Метковић 627 - 10 63Д-1 Дубљe 178 - 1,2 40

ДБ-1 Дубљe 400 T2 10 50,5

ИЕДБ-1 Дубљe 335 T2 15 50,5

ДБ-2 Дубљe 502 - 9,5 29,5

БШт-1 Штитар 460 K2 - -

БЗ-1 Змињaк 520 - - -

БЗ-2 Змињaк 1500 - 3 40

ББе-1 Белотић 450 T2 20 34

Материјали и методе истраживањаСтање бунарске главе и челичне кон-

струкције на бунару ББ-1 у Богатићу (из-ведене 1986. године) захтевало је 2014. лик-видацију или ревитализацију (санацију) због могућег губљења контроле на бунару и опасности по околно насеље (слика 5). Увидом у чињенично стање in situ одлучи-ло се за другу варијанту (слика 10). Пре из-вођења санације, извршено је узорковање: 1. термалних вода за хемијске анализе,

Слика 4. Литолошки профили и конструкције бушотина ББ-1 (Богатић) и БМе-1 (Метковић)

Page 8: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

93Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

2. биофилма на месту истицања и 3. ин-крустованих наслага (слика 6).

Узети су узорци за израду хемијске ана-лизе (истражно-експлоатациони бунари ББ-1 и БМе-1).

Узорци биофилма за анализу цијанобак-терија и алги су узети у непосредној близи-ни места истицања термалних вода на ло-калитету Богатића и Метковића директно са површине супстрата помоћу скалпела. Узорци су одложени у стерилне бочице и сачувани у 1,5% раствора формалдехида, након чега су анализирани коришћењем светлосног микроскопа (Zeiss Axio-Imager М.1, који има софтвер AxioVision 4.8) [11]. Цијанобактерије и алге су идентификоване на основу литературе [32, 33, 34, 35].

Слика 6. Инкрустpоване наслаге са бунара ББ-1 у Богатићу (фото: О. Крунић, 2017)

СЕМ – ЕДС анализа. Фаза композиције праха црне коре и праха сувог остатка воде је одређена помоћу рендгенске дифракције

праха (XPRD). XPRD је изведен на Philips PW – 1710 дифрактометру. Дифракције су добијене од 5 до 70° 2θ са кораком ске-нирања 0,02° 2θ и 0,5 секунди са бројањем времена на сваком кораку користећи CuKa зрачења. Морфологија и хемијски састав присутних минералних фаза сувог остатка воде су идентификовани путем JEOL JSM – 6610LV електронског микроскопа, који је повезан са X-Max Energy дисперзивним спектрометром. Узорци су прекривени златом (BALTESSCD-005 SPUTTER премаз уређај) и снимани под условима високог вакуума [11].

Физичко-хемијске карактеристике карстних термалних вода Мачве

Испитивање хемијс-ког састава термалних вода на истражном простору вршено је у више наврата током тридесет година како су откривене: прве (1986), када је завршен ББ-1 у Богатићу, последње (2014), у сврху изведе-

них истраживања која су предмет рада. Упо-

ређујући хемијске анализе закључује се да је хемизам остао непромењен, тј. константан. Из тих разлога при-казане су најновије хемијске анализе из 2014. године (табела 2).

Meра активности водоникових јона карстних термалних вода је скоро иста код анализираних узо-рака. У приближним границама је неутралних, 6,9 (табела 2). Темпера-тура термалних вода варира од 75,0 (бушотина ББ-1) до 63°C (бушотина БМе-1 у Метковићу). Воде су мало-минерализоване. Од катјона, доми-

нантни су јони натријума (Na+) у граница-ма од 144 mg/l (ББ-1, Богатић) до 251,6 mg/l (БМе-1, Метковић). Може се констатова-ти да је за све испитиване воде каракте-ристичан висок садржај натријума. Други

Слика 5. Стање на бунару ББ-1 (фото: М. Лазић, 2014)

Page 9: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

94 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

по заступљености је јон калцијума (Ca2+). Садржај овог јона креће се у дијапазону од 33,5 mg/l (ББ-1, Богатић) до 34,7 mg/l (БМе-1, Метковић). Најмање заступљен је јон магнезијума (Mg2+). Варира од 6,6 mg/l (ББ-1, Богатић) до 7,8 mg/l (БМе-1, Мет-ковић). Међу анјонима доминирају хидро-карбонати (HCO3

-) са садржајем 361,6 mg/l (ББ-1, Богатић) до 640 mg/l (БМе-1, Метко-вић). Хлориди (Cl-) у границама су од 103,4 mg/l (ББ-1, Богатић) до 112,7 mg/l (БМе-1, Метковић). Сулфати (SO4

2-) варирају од 7,5 mg/l (ББ-1, Богатић) до 2,5 mg/l (БМе-1, Метковић). Може се закључити да карстне термалне воде припадају HCO3

- - Na+ вода-ма (слика 7), основном генетском типу вода или хидрокарбонатној класи, натријумској групи, првом типу по класификацији Але-кина. Одговор на питање зашто нису при-сутне HCO3

- - Ca2+ као основни генетски тип термалних вода, а везују се за карстни тип издани, има своје објашњење у чиње-ници да услед промене притиска, темпера-туре, као и одређеног минеролошког сас-тава долази до катјонске измене, и воде по типу прелазе из HCO3

- - Ca2+ у HCO3 - Na+.

Табела 2. Приказ основних квалитативних карактеристика термалних вода

истражно-експлоатационих бунара ББ-1 (Богатић) и БМе-1 (Метковић), (Институт за јавно здравље

Београд, 2014)

Испитиване компоненте

Водозахватни објекатББ-1 (Богатић) БМе-1 (Метковић)

T (°C) 75,0 63,0

pH 6,9 6,9Минерализација (mg/l) 715 1100

Макрокомпоненте (mg/l)Na+ 144,0 251,6K+ 13,0 19,8

Ca2+ 33,5 34,7

Mg2+ 6,6 7,8

HCO3- 361,6 640,0

SO42- 7,5 2,5

Cl- 103,4 112,37

Микрокомпоненте (mg/l)NO3

- 0,3 <0,02

Fe2+ 0,17 0,21

Mn- 0,01 0,02

Cr- 0,002 0,002

Al2+,3+ <0,04 <0,04

Sr7+ 0,95 1,10

Li+ 0,15 0,33

Rb+ 0,06 0,10

Ba2+ 0,16 0,67

Zn2+ 0,002 0,002

Pb4+ <0,003 <0,003

Cu2+ 0,002 0,002

As3+ <0,002 <0,002

Se2- <0,002 <0,002

SiO2 64 37

B3+ 2,5 3,0

F- 1,2 1,9

P3-,5- <0,02 <0,02

N (NH4)- 1,80 4,92

N (NO2)- 0,002 0,003

CO2 50,5 96,8O2 0,5 2,5

H2S 2,5 0,8

Слика 7. Пајперов дијаграм хемијског састава карстних термалних вода Богатића (ББ-1) и

Метковића (БМе-1)

На основу садржаја присутних компо-ненти израчуната је минерализација која варира од 715 mg/l (ББ-1, Богатић) до 1100 mg/l (БМе-1, Метковић), са приметно по-већаним садржајем појединих микроком-понената (табела 2). Разлог томе је брзина и дубина циркулације термалних вода, раст-ворљивост стенских маса при интеракцији

Page 10: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

95Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

вода–стена уз температуру, гас и притисак, као параметре који уносе динамику при наведеној интеракцији. Мала минерализа-ција је показатељ интензивне водозамене кроз лежиште термалних вода од подручја прихрањивања према још непознатој зони истицања.

Порекло и старост карстних термалних вода Мачве. Испитивања изотопског саста-ва термалних вода на локалитету Мачве из-ведена су у Институту „Руђер Бошковић“ у Загребу и Институту „Јожеф Штефан“ у Љубљани [36] (табела 3).

Табела 3. Резултати испитивања изотопског састава термалних вода на подручју Мачве (ББ-1 – Богатић и

БМе-1 – Метковић) [36]

Из табеле 3 уочава се одсуство тритију-ма, својственог младим водама у тријаским кречњацима и доломитима. Такође, нео-гени седименти понашају се као добар по-влатни изолатор у односу на термалне воде

у тријаским кречњацима. То се, између ос-талог, доказује чињеницом да воде у неоге-ном песку не садрже тритијум [31].

РезултатиАнализа биофилма на местима исти-

цања термалних вода на локалитетима Бо-гатића и Метковића показала је присуство фототрофних микроорганизама који при-падају групама Cyanobacteria, Chlorophyta и Bacillariophyta, при чему је идентифико-вано десет таксона у Богатићу (ББ-1), док је на местима истицања истражно-екс-плоатационог бунара БМе-1 (Метковић) идентификовано девет таксона, који при-

падају групама Cyanobacteria и Bacillariophyta (табела 4).

Богатић. Беле и зелено-смеђе наслаге биофилма на местима ис-тицања (слика 8а, б) показале су присуство само једног таксона из групе Cyanobacteria, Pseudanabaena thermalis. Диверзитет цијанобакте-рија и алги био је већи у трећој тачки

узорковања (браон-зелене наслаге, слика 8в) и у тачки четири (желатинозно-смеђе наслаге, слика 8г). Cyanobacteria су биле представљане врстама Gleocapsa gelatinosa, Phormidium sp. и Pseudanabaena thermalis

Објекат 14C 3H 2H 18O

Литолошка средина и геолошка старост

% год. Т. У. % SMOW %SMOW

ББ-1 12,8 15600 - -89 -11,28 Тријаски кречњaци

БМе-1 Нису вршена испитивања

Слика 8. Места узорковања микроорганизама у биофилму на местима истицања термалних вода из бунара ББ-1 – Богатић (а – беле наслаге, б – зелено-смеђе наслаге, в – браон-зелене наслаге, г – смеђе желатинозне наслаге) и БМе-1 – Метковић (д – сиво-зелене наслаге, ђ – зелене наслаге, е – бунар). Челична конструкција бунара ББ-1 и БМе-1 показује видљиве симптоме старења, који се манифестују инкрустрованим наслагама и

различито обојеним биоматима на местима истицања.

Page 11: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

96 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

у обе тачке узорковања. Leptolyngbya sp. документова-на је само у трећој тачки узор-ковања (слика 8в). Представ-ници раздела Bacillariophyta забележени су само у трећој тачки, док је представник раздела Chlorophyta забеле-жен у тачки четири.

Метковић. Највиша из-мерена температура на лока-литету Метковића била је у првој тачки узорковања (сли-ка 8д), где су идентифико-вана два таксона која при-падају родовима Jaaginema и Leptolyngbya. Jaaginema angustissimum је била доми-нантна врста у зеленим на-слагама биофилма у другој тачки узорковања (слика 8ђ). Највећи диверзитет забеле-жен је у трећој тачки узорко-вања, где су идентификова-ни представници кокоидних цијанобактерија из родова Cyanosarcina, Gleocapsa и Synechocystis, представници филаментозних цијанобакте-рија (родови Leptolyngbya и Microcoleus), као и представ-ници раздела Bacillariophyta.

Одабрани представници идентификованих таксона приказани су на слици 9.

Идентифи коване врсте Богатић – места узроковања Метковић – места узорковања

1 - 65* 2 - 63* 3, 61* 4, 59* 1, 65* 2, 48* 3, 48*

CyanobacteriaCyanosarcina thermalis, (Hindák & Kovácik)

+

Gloeocapsa arenaria, (Hassall & Rabenhorst)

+

Gloeocapsa gelatinosa, (Kützing)

+ +

Jaaginema angustissimum, (West, G.S.West, Anagnostidis & Komárek)

+ +

Komvophoron jovis (J.J. Copeland, Anagnostidis & Komárek)

+

Leptolynggbya angustissima (Gomont ex Gomont, Anagnostidis & Komárek)

+

Leptolyngbya laminose (Gomont ex Gomont, Anagnostidis & Komárek)

+ +

Microcoleus chtonoplastes (Thuret ex Gomont)

+

Phormidium spp. (Kützing ex Gomont)

+

Phormidium jasorvense (Vouk, Anagnostidis & Komárek)

+

Phormidium terebriforme (C.Agardh ex Gomont, Anagnostidis & Komárek)

+

Pseudanabaena thermalis (Anagnostidis)

+ + + +

Synechocystis thermalis (J.J.Copeland)

+

ChlorophytaCosmarium leave (Rabenhorst)

+

BacillariophytaNavicula spp. (Bory) + +Nitzschia spp. (Hassall) +

Табела 4. Врсте цијанобактерија и алги у биофилму на локалитетима Богатића и Метковића

* – степени Целзијуса

Page 12: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

97Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

ДискусијаТемпература је један од

најважнијих параметара који утиче на опстанак микроор-ганизама у биофилмовима на местима истицања термалних вода.

Документовано је да се ди-верзитет фототрофних ми-кроорганизама смањује са порастом температуре, и тер-малне воде са температурама преко 50°C су места која на-сељавају специјалнизовани термофилни представници [37]. Температура је и један од разлога зашто је на местима узорковања 1 и 2 у Богатићу и месту 1 у Метковићу забе-лежен низак диверзитет ција-нобактерија и алги. Реакција средине (pH вредност) такође утиче на развој и опстанак алги и цијанобактерија у био-филмовима термалних вода. У киселим водама разноврсност алги, а нарочито цијанобакте-рија, ограничена је [38]. У ал-калним и неутралним термал-ним водама алге се развијају на температурама и до 70°C [39]. Термалне воде Богатића и Метковића карактерише неутрална реакција среди-не (табела 2). Садржај азота и сулфида такође може бити фактор који утиче на дивер-зитет цијанобактерија и алги у биофилмовима. Врсте које немају хетероцистичну форму ћелије (Phormidium sp.) могу се наћи у термалним водама у којима је садржај азота знатно виши у односу на хетероцит-не таксоне, који се могу наћи у термалним водама са знатно нижим садржајима азота [37]. Сулфиди су значајни јер код

Легенда: а. Pseudanabaena thermalis, Богатић; б. Cosmarium leave, Богатић; в. Phormidium spp., Богатић; г. Gleocapsa gelatinosa, Богатић; д. Cyanosarcina thermalis, Метковић; ђ. Jaaginema angustissimum, Метковић; е. Leptolyngbya orientalis, Метко-вић; ж. Komvophoron jovis, Метковић; з. Microcoleus chethonoplastes, Метковић.

Слика 9. Идентификоване цијанобактерије и алге у биофилму на местима узорковања у Богатићу (ББ-1) и Метковићу (БМе-1)

Слика 10. Извођење санација на бунару ББ-1 у Богатићу (фото: М. Лазић, 2014)

Page 13: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

98 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

већине цијанобактерија представљају ин-хибиторе фотосинтезе, осим када су у пи-тању сулфид толерантне врсте [38].

Наслаге беле боје у Богатићу (слика 8а) вероватно су резултат преципитације је-дињења калцијум карбоната који се тало-жи на површини трихома цијанобактерија Pseudanabaena thermalis (слика 9а). Микро-организми могу допринети формирању минерала, и то је процес који се назива биоминерализација. Цијанобактерије обез-беђују места нуклеације: таложење CaCO3 се одвија на површини мукозних омотача цијанобактерија [39]. Како алге расту, ре-акција средине постаје алкална, што поспе-шује преципитацију калцијум карбоната, који потом може формирати слојеве који су стабилни дужи временски период [40].

Процес преципитације калцијум кар-боната одвија се процесима редукције би-карбонатног јона до карбоната, при чему се средина додатно алкализује. Микроорга-низми конвертују ћелијски бикарбонатни јон (HCO3

-) до редукованог облика угљени-ка (CH2O) фотосинтетичким путем, а ст-варање карбонатног јона (CO3

2-) одвија се следећим реакцијама [41]:HCO3

- + H2O → CH2O + O2 + OH- (1),HCO3

- + OH- → CO32- + H2O (2).

Уколико је заступљен одређен проценту-ални садржај катјона калцијума (Ca2+), тада се калцијум карбонат таложи на површи-ни микроорганизама који индукују процес биоминерализације по следећој реакцији [42, 43, 44]:Ca2+ + CO3

2- → CaCO3

→ (3).Индукована биоминерализација кал-

цијум-карбоната микроорганизмима је припродни биолошки процес у коме ми-кроорганизми стварају неорганске продук-те као део њихових основних метаболич-ких активности. Овај процес је истражен у научној јавности, јер омогућава стварање минерала чији настанак природним ге-олошким процесима траје превише дуго [45]. Продукција једињења калцијум-кар-боната микроорганизмима има значајну примену у различитим делатностима: у

биотехнологији, геотехници, палеобиоло-гији и слично. Индукована биоминерали-зација микроорганизмима има утицаја на: а) фиксацију атмосферског угљен-диокси-да формирањем карбонантних седимената и њиховом литификацијом [46, 47, 48, 49] и преципитацију доломита [50], и б) вези-вање неорганских загађивача у наслагама таложених једињења [51] и могућност раз-умевања ванземаљских биолошких проце-са, као што су карбонати настали проце-сима преципитације [52, 53]. У природним условима, настанак карбоната траје споро током дугих геолошких процеса. Да би се произвеле велике количине карбоната, у будућности ће вероватно бити неопходно користити микроорганизме који индуку-ју биоминерализацију и стварати услове сличне природним за настанак ових ми-нералних сировина у што краћем времен-ском периоду. Различити микроорганизми врше преципитацију карбоната у алкалним срединама са високим садржајем јона кал-цијума и предложени су различити меха-низми који би могли да индукују таложење минерала активностима микроорганизама у природним стаништима [54, 55]. Иако улога микроорганизама и њихових актив-ности у процесу кристализације карбонат-них једињења у потпуности није разрешена и јасна, у обзир се узимају следеће хипотезе које објашњавају настанак калцијум карбо-ната: а) по првој хипотези, преципитација карбоната настаје као нуспродукт метабо-лизма микроорганизама [56, 57, 58]; б) пре-ма другој претпоставци, места нуклеације карбоната су на ћелијском зиду микроорга-низама биоминерализатора [59, 60]; в) по-следња, трећа хипотеза подразумева улогу ванћелијских макромолекула у процесима стварања минерала [61, 62]. У процесима стимулисане биоминерализације користе се следеће групе микроорганизама: 1) фо-тотрофи – цијанобактерије и алге, 2) сул-фаторедукујуће бактерије, 3) азотне бакте-рије, које учествују у циклусу кружења аз-отових једињења у природи, и 4) микроор-ганизми којима су за животне активности неопходне органске киселине [44, 63].

Page 14: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

99Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Слика 11. Резултати СЕМ-а на месту узорковања 3 у Метковићу (БМе-1)

Постоји посебан интерес за Cosmarium leave, који је једини документовани пред-ставник групе Chlorophyta на локалитету Богатића (ББ-1), јер је природни извор би-оактивних молекула. Ова алга у хладним водама нема антибактеријске и антивирус-не активности, али они представници из термалних вода показују активност против широког спектра бактеријских сојева [64]. Такође, многе термофилне алге могу да ст-варају продукте од медицинског и економ-ског значаја. На пример, Phormidium spp. показују антимикробну активност про-тив Г- и Г+ бактерија, Candida albicans и Cladosporidium resinae, док друге термофил-не цијанобактерије могу да буду извор про-дуката за лечење канцерогених обољења. Производња водоника од стране цијано-бактерија је обећавајући извор енергије у будућности, а стварање травертина може помоћи у везивању CO2 антропогеног по-рекла [65].

Други разлог истраживања развоја фо-тотрофних мкроорганизама на месту ис-тицања термалних вода у Богатићу и Мет-ковићу је апликативног карактера. Односи се на улогу у стварању талога, тј. на про-цес корозије или инкрустрације бунарске конструкције и главе бунара, што води ка

старењу бунара. Тако је на бунару ББ-1 са 60 l/s (1986) издашност смањена на 37,5 l/s (2014), што је констатовано прелиминарним хидродинамичким тестом.

Талози минералних соли и алка-лија настају као последица постојања пресићеног раствора. Када се према-ши производ растворљивости потен-цијално таложног једињења, долази до његовог таложења, у овом случају калцијум-карбоната.

Повећање температуре или сни-жење укупног притиска доводе до из-двајања угљен-диоксида из воде. Тиме се мења равнотежа раствора, што за последицу има растварање слабо рас-

творљивог калцијум-карбоната, који об-разује талог.

Концентрација слободног угљен-диок-сида може бити већа од оне која је потреб-на да би се калцијум-карбонат одржао у раствору. Тај вишак је агресиван према кречњаку и реаговаће са калцијум-карбо-натом, ако је у контакту са њим, при чему настаје растворљив хидроген карбонат, тако да је талог на бушотини последица поремећене хемијске равнотеже самоизли-вајуће термалне воде на устима бушотине. Парцијални притисак угљен-диоксида је на устима бушотине 2,4 бара. У условима ком-плетно „загрејаног“ стуба бушотине ББ-1 израчунат је артески притисак од 2,9 бара, и знајући да је у ваздуху 0,03 бара, очиг-ледно је да се угљен-диоксид издваја на ус-тима бушотине и проузрокује пресићење калцијум-карбоната у раствору и његово исталожавање. Хлађењем воде при исти-цању из бушотине долази до засићења кал-цијум-карбоната, чиме се објашњава иста-ложавање само у зони од петнаестак метара од бушотине. Охлађена термална вода на температури нижој од 65°C није пресићена калцијум-карбонатом, тако да у каналу који преузима термалну воду из бушотине нема исталожавања [66, 67] (слика 12).

Page 15: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

100 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Слика 12. Охлађена термална вода у каналу где није констатовано исталожавање

Дакле, висок садржај угљен-диоксида и бикарбонатног јона доводи до стварања талога. Равнотежа између воде и минерала одређује се помоћу индекса засићења (SI) по формули:SI = logQ - logK (4),где је:Q – јонска активност минерала у води, К – равнотежна константа.

Поред процене температуре у лежишту, индекс засићењa се користи и за процену корозије и инкрустрације. Стварање на-слага калцијум-карбоната дешава се када је вода засићена калцитом (SI>1). Ланге-лиеров индекс засићења (LSI) и Ризнаров индекс стабилности (RSI) користе се за одређивање инкрустативних и корозио-них својстава воде [68, 69, 70]. Одређивање склоности воде ка стварању талога кал-цијум-карбоната извршено је помоћу Лан-гелиеровог индекса стабилности.SILang= pH - pHs (5),pHs = p(Ca)2+- p(HCO3

-) - C1 (6),где је: SILang – индекс стабилности по Лангелиеру, pHs – реакција средине при којој је вода за-сићена калцијум-карбонатом,p(Ca2+), p(HCO3

-) – негативни логаритам кон-цен трације јона калцијума и бикарбоната,C1 – константа.

Када је концентрација јона кал-цијума и јона карбонатa већа од раст-ворљивости калцијум-карбоната (KS), тада је вода је презасићена и долази до стварања депозита (наслага). Ако је [Ca2+][CO3

2-] >КS, раствор је преза-сићен калцијум-карбонатом, стварају се наслаге. Када је [Ca2+][CO3

2]<КS, раствор је незасићен калцијум-кар-бонатом, нема стварања наслага. Ако је SILang>0, вода је склона стварању та-лога калцијум-карбоната, а уколико је SILang<0, вода није склона стварању та-лога калцијум-карбоната, корозивна је ако је у њој растворен кисеоник. Из индекса стабилности према Ризнеру

добија се податак о агресивности воде пре-ма металним површинама.SIRyz = 2pHs - pH (7),pHs = pCa2+ + p(HCO3

-) + KCaCO3 (8),где је: pHs – вредност реакције средине при угље-но-киселинској равнотежи.Ако је:SIRyz > 8,5 вода је изразито агресивна према металу,6,8< SIRyz <8,5 вода је агресивна према ме-талу,6,2< SIRyz <6,8 вода је стабилна,5,5< SIRyz <6,2 вода је склона да таложи ка-менац,SIRyz <5,5 вода је изразито склона да таложи каменац.

У конкретном случају, за појаве термал-них вода које су предмет овог рада, извр-шен је прорачун Лангелиеровог индекса засићења (SILang) и Ризнаровог индекса ста-билности (SIRyz) (табела 5).

Табела 5. Лангелиеров индекс засићења (SILang) и Ризнаров индекс стабилности (SIRyz)

Објекат pH pHs SILang SIRyz

ББ-1 6,9 6,2 0,7 5,5

БMe-1 6,9 6,19 0,69 5,5

Резултати приказани у табели 5 по-тврђују закључак да у термалним вода-ма са температуром преко 60°C долази до

Page 16: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

101Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

инкрустације односно таложења каменца, без корозије (SILang>0, SIRyz=5,5).

Дакле, општи је закључак да је корозију бунарске главе и горњих делова бунарске конструкције изазвало присуство слобод-ног угљен-диоксида и водоник-сулфида (табела 2).

ЗакључакИстраживања су показала да својим

присуством фототрофни микроорганизми у биофилму на месту истицања карстних термалних вода Maчве, али и специфичном екофизиолошком реакцијом, указују на стање и карактеристике термалних вода, поготово са аспекта применљивости.

Више пажње треба посветити овим ми-кроорганизмима у будућности и више ис-траживања усмерити на термофилне фо-тотрофне микроорганизме за научно вред-новање, због производње секундарних ме-таболита и многих других термостабилних једињења. Нека од ових једињења, на при-мер, могу да утичу на посебна физичко-хе-мијска и терапеутска својства за различите примене у медицини и биотехнологији.

Уз то, инкрустрација или таложење соли и алкалија уз садејство фототрофа додат-но убрзавају старење бунара, па чак и мо-гућу промену квалитета воде уз стварање непријатног мириса и укуса, али и могуће губљење контроле на бунару и опасност по животну средину. Такође, разноврсност ге-нетских типова термалних вода је разлог што је тешко за сваки тип унапред утврди-ти или одредити садржај неопходних ис-траживања. Из тих разлога, у конкретним случајевима на примеру појава у Богатићу и Метковићу у пракси долази до мултидис-циплинарних истраживања, значајне при-мене биолошких метода при хидрогеолош-ким истраживањима.

ЗахвалностМинистарство просвете, науке и техно-

лошког развоја Србије је финансијски подр-жало спроведену студију на основу уговора бр. ТП33053, бр. ОI176020 и бр. OI176018.

SummaryBackground. The microorganisms make bi-

ofouling in ground waters, make biofilms in the zones of discharging, develop a wide range of minerals and most importantly, they help cre-ate water intake structures as confirmed by the preliminary hydro dynamic tests of the obser-vation-production well BB-1 in Bogatić, with evident mats of biological and chemical origin.

The purpose of the paper. The reason for the paper was the rehabilitation of the obser-vation-production well BB-1 in the settlement Bogatić in Mačva, due to necessity of exploita-tion of thermal waters with the same well. It is intended to determine diversity of micro flora in microscopy. Among others, the intention was also to test the physical-chemical charac-teristics of thermal waters at both examined locations, due to the presence of mats of calci-um-carbonate, whose precipitation from ther-mal waters is carried out in the technical ele-ments of the water intake structures, resulting in the reduction of the well yield.

Methods of work. For the identification of microorganisms of thermal biofilms, the light-optical and electronic microscope was used (SEM – EDS analyses). The identification of physical-chemical characteristics of thermal waters was carried out at the Institute for pub-lic health in Belgrade, and complete chemical analyses were made. The revitalization of water intake structures BB-1 in Bogatić is the combi-nation of mechanical, chemical and hydraulic treatment of the well filter zone and prifiltar zone, in order to remove the mats of chemical and biological origin, in order to bring the well to its purpose after almost 30 years.

Conclusion. Microorganisms in the zones of discharge of thermal waters point out to their condition and characteristics. They take part in the precipitation processes of chem-ical compounds and biodegradation, which contribute to the well aging. The zones of dis-charge of thermal waters may represent the eco systems of wide spectrum of microorgan-ism communities and unique forms of life of particular importance.

Page 17: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

102 Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

Литература1. Griebler, C., Lueders, T. (2009). Mi-

crobial biodiversity in groundwater ecosystems. Freshwater Biology, 54, 649-677.

2. Marchall, K. C., Stout, R., Mitchell, R. (1971). Mechanism of the Initial Events in the Sorption of Marine Bacteria to Surfaces. Microbiology, 68, 337-348.

3. Fletcher, M., Marshall, K. C. (1980). Are Solid Surfaces of Ecological Significance to Aquatic Bacteria? Advances in Microbiology Ecology, 199-236.

4. Donlan, R. M. (2002). Biofilms: mi-crobial life of surfaces. Emerging In­fection Disieaces, 8 (9), 1-10.

5. Charackalis, W. G., Cooksey, K. E. (1983). Biofilms and Microbial Fouling. Advances in Applied Mi­crobiology, 29, 93-138.

6. Driscoll, F. G., Fletcher, M. (1986). Groundwater and wells. St. Paul. Minnesota: Johnson Filtration Sys-tems Inc.

7. Houben, G., Treskatis, S. (2007). Water well rehabilitation and recon­strucition. New York, NY: McGraw-Hill.

8. Rijnaarts, H. H. M., Norde, W., Bou-wer, E. J., Lyklema, J., Zehnder, A. J. B. (1993). Bacterial Adhesion un-der Static and Dynamic Conditions. Applied and Environmental Micro­biology, 59 (10), 3255-3265.

9. Li, B., Logan, B. L. (2004). Bacteri-al athesion to glass and metal-oxid surfaces colloids and surfaces. Bio­interfaces, 36, 81-90.

10. Fletcher, M. (1997). The effects of culture concentration and age, time, and temperature on bacterial attach-ment to polystyrene. Canadian Jour­nal of Microbiology, 23 (1), 1-6.

11. Krunić, O., Subakov-Simić, G., Popović, S., Lazić, M., Kljajić, Ž., Šaraba, V. (2016). Hidrogeobiologi-ja fototrofnih mikroorganizama u biofilmovima odabranih pojava termomineralnih voda Srbije. U: Polomčić, D. (ed.). XV srpski sim­pozijum o hidrogeologiji sa međun­arodnim učešćem (391-356). Be-ograd: Rudarsko-geološki fakultet.

12. Ben Chekroun, K. (2000). Produc­tion de diversos minerals por nucleos heterogeneos decristaliyacion apor­tados por Myxococcus xanthus z comparacion con otros microorgan­ismos. PhD thesis. Granada: Uni-versity de Granada.

13. Rodriguez Navarro, D. N., et al. (2007). Bacterially mediated min-eralization of vaterite. Geochemica et cosmoclinica Acta, 71, 1197-1213.

14. Dupras, C., Visscher, P. T. (2005). Mi-crobial lithification in marine strom-atolites and hipersaline mats. Trends in microbiology, 13 (9), 429-438.

15. Zavarzin, G. A. (1984). Bakterii i sostav atmosfery. Moskva: Akadem-ia nauk.

16. Zavarzin, G. A. (2002). Microbial geochemical calcium cycle. Journal of Microbiology, 71, 1-17.

17. Stetter, K. O. (1996). Hyperthermo-philic prokaryotes. Journal of FEMS Microbiology Reviews, 18, 149-158.

18. Walter, A. E., Turner, D. H., Kim, J., Lyttle, M. H., Müller, P., Mathews, D. H., Zuker, M. (1994). Coaxial stacking of helixes enhances bind-ing of oligoribonucleotides and im-proves predictions of RNA folding. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 91(20), 9218-9222.

19. Ferris, F. G., Beveridge, T. J., Fyfe, W. S. (1986). Iron-silica crystallite nu-cleation by bacteria in a geothermal sediment. Nature, 320, 609-611.

20. Thomson, J. B., Ferris, F. G. (1990). Cyanobacterial precipitation of gypsum, calcite and magnesite from natural alkaline lake water. Journal of Geology, 18, 995-998.

21. Fortin, D., Ferris, F. G., Beveridge, T. J. (1997). Surface-mediated min-eral development by bacteria. Re­views in Mineralogy and Geochem­istry, 35 (1), 161-180.

22. Filipović, B., Krunić, O., Lazić, M. (2005). Regionalna hidrogeologija Srbije. Beograd: Rudarsko-geološki fakultet, Univerzitet u Beogradu.

23. Krunić, O. (1999). Termomineralne vode Srbije – osnovni tipovi i ka-rakteristike. Doktorska disertacija u rukopisu. Beograd: Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fa-kultet.

24. Krunić, O. (2012). Mineralne vode. Beograd: Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet.

25. Milenić, D., Krunić, O., Milanković, Đ. (2012). Thermomineral waters of Inner Dinarides karst. Acta car­ologica, 42 (2-3), 235-252.

26. Gajić, M. (1999). Geografski raz­meštaj i mogućnosti korišćenja termomineralnih voda u Podrin­jsko­kolubarskom kraju. Beograd:

Univerzitet u Beogradu, Rudar-sko-geološki fakultet.

27. Gajić, M., Vujadinović, S. (2005). Nalazišta i mogućnosti korišćenja termalnih voda u Debrcu. Glasnik Srpskog geografskog društva, 85 (1), 57-62.

28. Karamata, S., Vujanović, L. (2000). The correlation of Paleozoic units of the Dinarides and the northern part of the Vardar zone. Proc. Int. Symp. Geol. and Metall. of the Di­narides and the Vardar zone. Banja Luka, 71-78.

29. Filipović, I., Mojsilović, S., et al. (1963). Geološka karta 1:100 000 ­ list Zvornik L34­123. Beograd: Savezni Geološki Zavod.

30. Milovojević, M. (1990). Report on results of past hydrogeothermal ex­plorations in Mačva. Beograd: Uni-verzitet u Beogradu, Rudarsko-ge-ološki fakultet.

31. Martinović, M. (2008). Hidrogeoter­malni potencijal Mačve. Master teza u rukopisu. Beograd: Univerzitet u Be-ogradu, Rudarsko-geološki fakultet.

32. Komárek, J., Anagnostidis, K. (1998). Cyanoprokaryota 1. Teil/1st Part: Chroococcales. In: Ettl, H., et al. (eds.). Süsswasserflora von Mitteleuropa 19/1 (548). Jena: Gustav Fischer.

33. Komárek, J., Anagnostidis, K. (2005). Cyanoprokaryota 2. Teil: Oscillatoriales. In: Ettl, H., et al. (eds.). Süsswasser flora von Mit­teleuropa, 19/2 (759). Berlin: Spek-trum Akademischer Verlag.

34. John, D. M., Whitton, B. A., Brook, A. J. (2003). The freshwater algal flo­ra of the British Isles: an identifica­tion guide to freshwater and terres­trial algae. Cambridge: Cambridge University Press.

35. Hofmann, G., Werum, M., Lan-ge-Bertalot, H. (2013). Diatomeen im Süßwasser - Benthos von Mitteleuro-pa, Bestimmungsflora Kieselalgen für die ökologische Praxis. Königstein: Koeltz Scientific Books, 908.

36. Milivojević, M. (1989). Evaluacija geotermomineralnih resursa teri­torije Srbije. Doktorska disertacija u rukopisu. Beograd: Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geološki fakultet.

37. Debnath, M., Mandal, N. C., Ray, S. (2009). The Study of Cyanobacteri-al Flora from Geothermal Springs of Bakreswar, West Bengal, India. Algae, 24 (4), 185-193.

Page 18: Развој фототрофних Karstic thermal waters of Mačva and ...zandrejevic.rs/wp-content/uploads/2018/01/9.pdf · Рударско-геолошки факултет Ђушина

103Владимир С. Шараба / Слађана С. Поповић / Жељко В. Кљајић ▪ Развој фототрофних микроорганизама у биофилму на местима истицања карстних термалних вода Мачве

Српска наука данас / Serbian Science Today 2017 ▪ Vol. 2 ▪ No. 1 ▪ 86–103

38. Ward, D. M., Castenholz, R. W., Miller, S. R. (2002). Cyanobacteria in Geothermal Habitats. In: Whit-ton, B. A. (ed.). Ecology of Cyano­bacteria II (39-63). Springer.

39. Kaštovský, J., Komárek, J. (2001). The phototrophic micro vegetation of seminatural thermal springs in Kar­lovy Vary. České Budějovice: Bio-logická fakulta Jihočeské university.

40. Ferrari, S. G., Italiano, M. C., Silva, H. (2002). Effect of a cyanobacterial community on calcium carbonate precipitation in Puente del Inca (Mendoza, Argentina). Journal of Acta Bot. Croat., 61 (1), 1-9.

41. Thomson, J. B., Ferris, F. G. (1990). Cyanobacterial precipitation of gypsum, calcite and magnesite from natural alkaline lake water. Journal of Geology, 18, 995-998.

42. Stumm, W., Morgan, J. J. (1981). Aquatic Chemistry. New York, NY: John Wiley.

43. Morse, J. W. (1983). The kinetics of calcium carbonate dissolution and precipitation. Rev. Mineral. Geo­chem., 11, 227-264.

44. Hammes, F., Verstraete, W. (2002). Key roles of pH and calcium me-tabolism in microbial carbonate precipitation. Rev. Environ. Sci. Bi­otechnol., 1, 3-7.

45. Navdeep, K. D., Reddy, M. S., Muk-herjee, A. (2014). Application of calcifying bacteria for remediation of stones and cultural heritages. Front. Microbial.

46. Krumbein, W. E. (1974). On the precipitation of aragonite on the surface of marine bacteria. Natur­wissenchaften, 61, 167.

47. Monger, H. C., Daugherty, L. A., Lin-demann, W. C., Liddell, C. M. (1991). Microbial precipitation of pedogenic calcite. Geology, 19, 997-1000.

48. Chafetz, H. S., Buczynski, C. (1992). Bacterally induced lithification of microbial mats. Palaios, 7, 277-293.

49. Folk, R. (1993). SEM imaging of bacteria and nanobacteria in car-bonate sediments and rocks. J. Se­dim. Petrol., 63, 990-999.

50. Vasconcelos, C., McKenzie, J. A., Bernaconi, S., Grujic, D., Tien, A. J. (1995). Microbial mediation as a possible mechanism for natural dolomite formation at low temper-atures. Nature, 377, 220-222.

51. Warren, L. A., Maurice, P. A., Par-mar, N., Ferris, F. G. (2001). Micro-bially mediated calcium carbonate precipitation: implications for in-terpreting calcite precipitation and for solid-phase capture of inorganic contaminants. Journal of Geomicro­biology, 18, 93-115.

52. McKay, D. S., Gibson, E. K., Thom-as-Keprta, K. L., Vali, H., Romanek, C. S., Clement, S., et al. (1996). Search for past life on mars: possi-ble relic biogenic activity in Mar-tian meteorite ALH84001. Science, 273, 924-930.

53. Thomas-Kerpta, K. L., et al. (1998). Bacterial mineralization patterns in basaltic aquifers: Implications for possible life in martian meteorite ALH84001. Geology, 26 (11), 1031-1034.

54. Ehrlich, H. L. (1996). How microbes influence mineral growth and disso-lution. Chem. Geol., 132, 5-9.

55. Rivadeneyra, M. A., Parraga, J., Delgado, R., Ramos-Cormenzana, A., Delgado, G. (2004). Biomineral-ization of carbonates by Halobacil­lus trueperi in solid and liquid me-dia with different salinities. FEMS Microbiol. Ecol., 48 (1), 39-46.

56. Rivadeneyra, M. A., Delgado, R., Del Moral, A., Ferrer, M. R., Ramos-Cor-menzana, A. (1994). Precipatation of calcium carbonate by Vibrio spp. from an inland salern. FEMS Micro­biol. Ecol., 13 (3), 197-204.

57. Douglas, S., Beveridge, T. J. (1998). Mineral formation by bacteria in natural microbial communities. FEMS Microbiol. Ecol., 26, 79-88.

58. Castanier, S., Le Metayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. (1999). Ca-car-bonates precipitation and limestone genesis - the microbiogeologist point of view. Sediment. Geol., 126, 9-23.

59. Rivadeneyra, M. A., Ramos-Cor-menzana, A., Delgado, G., Delgado, R. (1996). Process of carbonate pre-cipitation by Deleya halophila. Cur. Microbiol., 32, 308-313.

60. Castanier, S., Le Metayer-Levrel, G., Perthuisot, J. P. (2000). Bac-terial roles in the precipitation of carbonate minerals. In: Riding, R. E., Awramik, S. M. (eds.). Microbi­al Sediments. Heidelberg: Spring-er-Verlag, 32-39.

61. Ercole, C., Cacchio, P., Botta, A. L., Centi, V., Lepidi, A. (2007). Bac-terially induced mineralization of calcium carbonate: the role of ex-opolysaccharides and capsular pol-ysaccharides. Microsc. Microanal., 13, 42-50.

62. Decho, A. W. (2009). Overview of biopolymer induced mineraliza-tion: what goes on in biofilms? Ecol. Eng., 30, 1-8.

63. Stocks-Fischer, S., Galinat, J. K., Bang, S. S. (1999). Microbiological precipitation of CaCO3. Soil Biol. Biochem., 31, 1563-1571.

64. Challouf, R., Dhieb, R. B., Omrane, H., Ghozzi, K., Ouada, H. B. (2012). Antibacterial, antioxidant and cy-totoxic activities of extracts from thermophilic green algae, Cosmari­um sp. African Journal of Biotech­nology, 11(82), 14844-14849.

65. Mongra, A. C. (2013). Cyanobac-teria – potential producers of eco-nomically and medically impor-tant products in hot water spring tattapani himachal Pradesh. Inter­national Journal of Research and Reviews in Pharmacy and Applied Science, 3 (6), 910-93.

66. Papić, P. (1992). Scaling and corro­sion potential of selected geothermal water in Serbia. Reykjavik: UNU Geothermal Training Programme, 9, 47.

67. Martinović, M., Milivojević, M. (1998). The hydrogeothermal system of Mačva and Semberija. Geother­mie: Forshung Entwicklung Markt (Tagungsband), 5. Geothermis­che Fachtagung, 12­15 Mai 1998. Straubing, pp. 133-141.

68. Langelier, W. F. (1936). The Analyt-ical Control of Anticorrosion Wa-ter Treatment. Journal of American Water Works Association 1936, 28, 1500.

69. Langelier, W. F. (1946). Chemi-cal Equilibria in Water Treatment. Journal of American Water Works Association 1946, 38, 169.

70. Ryznar, J. W. (1944). A New Index for Determining the Amount of Calcium Carbonate Scale Formed by a Water. JAWWA, 36, 472.