Биоиндикация полезных ископаемых
Растительные индикаторы, которые используются при поиске полезных ископаемых можно разделить на флористические, физиологические, морфологические и фитоценотические.
Флористические индикационные признаки. Флористистические индикационные признаки основаны на приуроченности ряда характерных видов и разновидностей к определенным к определенным горным породам.
Различают универсальные и локальные растения – индикаторы.
Постоянными или универсальными индикаторами месторождений полезных ископаемых служат виды, которые приурочены исключительно к породам и почвам с определенной геохимической менерализацией и не встречаются в иных условиях. Они характеризуются специфической выносливостью, а иногда и требовательностью к определенному геохимическому обогащению, что не свойственно другим видам (Виноградов, 1964).
Постоянным индикатором выхода мела и известняков, доломитов, гипса и др. горных пород в состав которых входит кальцийявляетсявенерин башмачек(Cypripediym calceolus), порезник горный (Libanotis montana), различные виды солнцецвета, степная астра (Aster amellus) и др. (Артамонов, 1989).
Верный индикатор пород, перспективных на бор- растительные сообщества с трагалантовыми астрагалами (Astragalus microcephalus, A. aureus, A. strictifolius), с уменьшением количества бора в растениях и в окружающей их внешней среде сокращается и численность видов индикаторов.
В начале 60-х годов было обнаружено, что бурачек двусемянный является индикатором кобальтовых руд. В области Шаба в Заире встречается другой кобольтофил – кротолярия (Crotolaria cobalttica).
Костенец поместный (Asplenium adulterrinum) приурочен к магнезиальным силикатам и серпентинам. Его обилие указывает на наличие в почве магния.
В семействе гвоздичных не мало растений индикаторов меди. Типовыми считаются - качим Патрена (Gipsophila patrinii), виды Смолевки (Silene otites и S.vulgaris var. humilis), алсина весенняя (Alsina verna), минуарция весенняя (Minuartia verna).
Индикаторами повышенного обогащения почв цинкомслужат виды галмейной флоры – галмейная фиалка (Viola calaminaria), ярутка галмейная (Thlaspi calaminaria) (Артамонов, 1989).
Локальные или переменные индикаторы полезных ископаемых используются чаще. Это широко распространенные виды, которые в условиях того или иного района в силу конкурентных, экологических или исторических соотношений оказались приуроченными к определенным горным породам. Они не связаны непосредственно с обогащением почв тем или иным элементом, а приурочены к породам, которые в данном районе оказываются рудоносными.
Так седмичник европейский широко распространен в хвойных лесах Европы, но в Богемии приурочен к породам содержащим олово. В штате Монтана залежи серебряной руды были открыты по распространению мелколепесника овальнолистного, хотя в других районах он встречается на песчаниках, не содержащих серебро.
Растения – индикаторы
| Индикатор | Растение | Элемент |
| Солянка натронная Salsola nitraria | В | |
| Кермек Limonium suffruticosum | В | |
| локальный | Астрагалы трагакантотвые Astragalus microcephalus, A.aureus, A.strictifolius | B |
| Универсал. | Венерин башмачок | Ca |
| Универсал. | Порезник горный | Ca |
| Универсал. | Степная астра | Ca |
| Универсал. | Папоротник пеллея | Са |
| локальный | Стеллера карликовая | Ве |
| универсал. | Солерос | Na, Cl |
| локальный | Седмичник европейский | Sn |
| локальный | Клюзия Clusia rosea | Fe |
| локальный | Бурачок Alyssum Bertoloni, A.murale | Ni |
| Универсал. | Качим Патрена Gipsophil Patrini | Cu |
| локальный | Эльшольция Elsholzia haichowensis | Cu |
| локальный | Мох Merceya latifolia | Cu |
| локальный | Смолевки Silene otites, S.vulgaris | Cu |
| локальный | Алсина весенняя Alsina verna | Cu |
| локальный | Минуарция весенняя Minuartia verna | Cu |
| локальный | Армерия Галлера Armeria halleri | Cu |
| локальный | Калифорнийский мак | Cu |
| локальный | Цианотис металлический Cyanotis metallorum | Cu |
| универсал. | Смолка Viscaria alpina | Cu |
| локальный | Рута Ruta graveolens | Zn |
| Универсал. | Фиалка галмей Viola Cataminaria | Zn |
| Универсал. | Ярутка галмейная | Zn |
| локальный | Бурачок двусемянный | Со |
| Универсал. | Кроталярия Crotalaria cobalticola | Со |
| универсал. | Силена Silene cobalticola | Со |
| универсальный | Папоротник костенец помесный | Mg |
| локальный | Папоротник костенец клинолистный | Mg |
| универсал. | Астра Astra Venustus | Se |
| универсал. | Астрагал Astragalus thompsona, A.pattersoni | Se, U |
| универсал. | Астрагал Astragalus bisulcatus | Se, U, V |
| локальный | Астрагал Astragalus deslinatus | Mo, Cu |
| локальный | Алсина Alsina setacea | Hg |
| локальный | Эриантус | Pb |
| локальный | Аморфа | Pb |
| локальный | Мелколепестник овальнолистный | Ag |
| локальный | Жимолость Lonicera confusa | Ag, Au |
| локальный | Хвощ Equisetum arvense | Au |
Физиологические индикаторные признаки. Следующей категорией признаков используемых в качестве индикаторов геологических пород – биогеохимические, проявляющиеся в изменении концентрации тех или иных химических элементов в растениях в зависимости от их содержания в почвах и в породах.
Выделяются селективные и групповые или приуроченные. Селективные концентраторы в самых разнообразных условиях произрастания содержит всегда повышенное количество определенное количество определенного химического элемента (Li, Al, Se, Mn и др.) Селективные концентраторы связанные с локальным обогащением активными металлами, принадлежат к группе универсальных индикаторов, так как в своем распространении они ограничены почвами обогащенными элементами. Таковы, например (Thlaspi calaminare) ярутка галмейная, в золе которого обнаружено более 13% цинка, бурачок (Alyssum bertholonii) содержащий до 10% NiO.
Другие селективные концентраторы с избирательным поглащением химических элементов, находящихся повсеместно в повышенной концентрации, не имеют индикационного значения. Береза (Betula verrrucosa) содержит в золе значительное количество Fe, Mn, хотя она не ограничена почвами с повышенной концентрацией этих элементов. Не имеют индикационного значения также концентраторы рассеянных элементов. Таковы дуб и кукуруза, концентрирующие в своих листьях редкие металлы – золото и серебро.
Значительно больший биохимический интерес представляют групповые концентраторы. Эти растения в условиях необогащенного фона концентрируются кларковым содержанием химических элементов, а в пределах полей с высоким содержанием тех или иных химических элементов резко повышают их концентрацию.
В настоящее время наибольший интерес представляет поиски по биохимическим признакам следующих, главным образом рудных элементов: Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Mg и т. д. (Виноградов, 1964).
Почему геологи иногда предпочитают ориентироваться на растения, а не на почву. Дело в том, что в некоторых случаях повышения концентрации искомого элемента наблюдаются не в верхних слоях субстрата, а несколькими метрами глубже. Корневая система растений позволяет им поглощать и накапливать в тканях этот элемент.
Геологов интересует не только химический состав живых растений, но и опада – опавших листьев, веток, коры.
Сосна может оказаться полезной в поиске бериллиевых руд. В ее коре концентрации бериллия превышает в 300 раз местные фоновые показатели этого элемента. Среднее содержание этого элемента в биомассе составляет 3*10-5 %. Наиболее богаты имлистья и семена у березы и лиственницы.
Четких и контрастных аномалий бора в почвах не обнаружено, поэтому интересно содержание его в растениях. Растения накапливают бора в 20-30 раз больше, чем в почве. Бор содержится во всех органах, однако наиболее высокие его концентрации обнаружены в листьях и цветах.
Необходимо иметь в виду, что содержание бора в тканях растений зависит от глубины проникновения в субстрат корневой системы. Чем глубже корни врастают в субстрат, тем больше этого элемента накапливают растения. Так например, поверхностная корневая система солянки эрикоидной (Salsa emcoides) обеспечивает накопление всего 0,042% оксида бора, когда как корневая система полыни душистой достигающая длины 2-3 м -0,129%. В астрагале золотистом, корневая система, которая равна 3-5 м, накапливается 0,386% оксида бора.
Альтернантера сидячая накапливает в своих тканях ванадий. Повышенная концентрация его наблюдается в золе растений обитающих на месторождениях ванадиевых руд, он концентрируются главным образом в корнях.
Много свинца накапливает таволга зверобоелистная, вишня тянь-шанская, жимолость монетолистная и т.д. (Артамонов, 1989).
Нарушение состава пигментов листьев и особенно цветов плодов и др. органов растений служит эколого-физиологическим признаком изменения концентрации химических элементов в почве и в породе.
Наиболее часто при избытке того или иного элемента возникает явление хлороза – утрата зеленой окраски, сопровождаемое пожелтением, а иногда даже и побелением листьев. Пожелтение может быть сплошным или мозаичным. В основе его лежит более интенсивное разрушение хлорофилла, вызванное активацией ферментативных систем деградации зеленого пигмента, высвобождением хлорофилла из связанного состояния. Вместе с тем в ряде случаев пожелтение вызывается торможением синтеза хлорофилла. Когда же листья болеют, то разрушаются не только хлорофилл, но и желтые пигменты – каратиноиды.
К возникновению на листьях белых пятен ведет избыток в почве алюминия. Хлороз листьев может развиваться, в следствие обилия в почве меди.
В некоторых случаях листья приобретают не желтую, а иную окраску. Так, например, почернение хвои сосны в ряде случаев может указывать на повышенное содержание в почвах и подстилающих породах платины. У смолевки, поглотившей много свинца, листья и стебли становятся темно-красными. В окраске цветов некоторых видов под воздействием йода начинают преобладать темно-красные тона. В случае увеличения в почве марганца цветки ряда растений приобретают несвойственную им в обычных условиях розово-красную гамму, а гвоздики и астры нежно-пурпуровую. В присутствие в почве высоких доз никеля приводит к тому, что у сон-травы растущей на Урале, околоцветник вместо фиолетового становиться белым.
В ореоле рассеяния урановых руд лепестки кипрея узколистного, или иван-чая, вместо розовых, становятся белыми или ярко пурпуровыми. Неестественно зеленый цвет древесины берез и осин указывает на присутствие здесь бария и стронция (Артамонов, 1989).
Морфологические индикаторные признаки или тератологические изменения растений. К ним относятся всякого рода изменения внешнего облика растений, связанные с произрастанием на почвах, содержащих много солей или других веществ, доступных для минерального питания растений.
а) Увеличение (гигантизм) или уменьшение (карликовость) размеров наземных органов растений. Это явление наблюдается довольно часто при произрастании растений на почвах, содержащих небольшой избыток каких-нибудь солей или происходит в результате более значительного содержания в почве каких-либо солей или других веществ. Происходит оно в результате торможения или стимулирования нормального роста;
б)Возникновение деформаций обычных органов (стеблей, листьев, корней, плодов, цветков и соцветий);
в) Возникновение новообразований, не свойственных растениям в нормальных условиях существования (т.е. в условиях, исключающих возможность инфицирования или инвазирование растений, повышенных доз радиации и т. д.);
К этой группе аномалий роста относятся автономные и неавтономные новообразования (опухоли), которые отличаются поведением в питательной среде. Ткани автономных опухолей успешно растут на искусственной питательной среде без добавления фитогармонов, а ткани не автономных опухолей на такой среде не растут (Артамонов, 1989).
В ряде случаев полезные ископаемыеудается обнаружить благодаря ускоренному росту растений и их гигантским формам. Гигантизм у растений отмечается при некотором избытке в среде бора. В 2-3 раза выше нормы бывают полыни……………………
Кобальт, входящий в состав витамина В12 и способствующий нитрофикации стимулирует рост растений. Так у кизильника (Cotoneaster) размер листовых пластинок в 2-4 раза превышает нормальный, а размер и высота стволов в 3-5 раз больше обычных.
Гигантизм возникают у некоторых растений при наличии в среде тория. На почвах содержащих повышенное содержание повышенное количество этого элемента у осины (Populus tremula) листья достигают 30 см в поперечнике, а диаметр ствола – 70 см. Так же имеются сообщения о гигантизме ольхи и березы произрастающих в районе урано-ториевого месторождения.
Интенси…… темпа роста растений наблюданаблюдается на нефтегазоносных месторождениях, где растения усваивают некоторые специфические физиологически активные вещества стимулирующие рост и приводят к гигантизму ().
………………………………………….
Интенсивный рост растений позволяет обнаружить и кимберлитовые трубки, скрывающие алмазы. У лиственниц на кимберлитовых трубках диаметр ствола равен 0,3 м, в не их 0,15 м. Более интенсивно развивается на кимберлитовых трубках подрост ольхи.
Довольно часто под влиянием тех или иных химических элементов у растений наблюдается торможение роста.
При небольшом избытке в среде бора начинается ускоренный рост растений (полынь, терескен, кермеки, солянки), но если вещества очень много, то начинается угнетение растений – чахлые низкорослые формы.
При избытке бора солерос приобретает низкорослую подушкообразную форму. Также карликовыми становятся полыни, кермеки, солянка натронная.
Карликовость вызывает избыток радиактивных элементов, цинка, меди, свинца, например у калифорнийского мака, смолевки.
Изменение окраски наземных органов растений – голубоватый, синеватый или другой неестественный цвет листьев; ветви, особенно верхние, черноваты; стволы расщеплены, а древесина стволов и ветвей черновата или пестра.
a) Исчезновение отдельных наземных органов растений. Например, частичное или полное исчезновение околоцветника у анемоны, произрастающей в близи месторождений никеля.
b) Отклонение от нормального развития также наблюдаются у растений произрастающих на почвах с большим содержанием солей. Выражаются в замедлении развития растений и в потере ими способности приносить плоды и семена.