Комиссия спелеологии и карстоведения
Московского центра Русского географического общества

ENG / RUS   Начальная страница   Письмо редактору

Список комиссии | Заседания | Мероприятия | Проекты | Контакты | Спелеологи | Библиотека | Пещеры | Карты | Ссылки

Библиотека > Статьи и доклады:

А.А.Семиколенных


Лунное молоко в пещерах: морфология, свойства и дискуссии о происхождении.

Доклад на заседании Комиссии спелеологии и карстоведения МЦ РГО 23.01.2002


Введение. Что такое лунное молоко? Гипотезы образования. Проблемы классификации.

К настоящему моменту лунное молоко описано почти во всех регионах мира. Оно встречено и высоко в горах в альпийских пещерах с большим количеством льда, и в тропическом климате, где постоянная температура около 25°С.
Как правило, под лунным молоком исследователи понимают белую гомогенную желеобразную массу, скапливающуюся в виде пленок или потеков на стенах и полу пещер. Одним из характерных свойств этой массы является способность быстро разжижаться, если, к примеру, помять кусочек между пальцами. В.Н. Дублянский назвал такую структуру "криптопластичной". Другое название этого свойства - "микротиксотропия".
Впервые о лунном молоке упоминается в 1546 году (Agricola, Georgius. 1546. De ortu et causis subterraneorum: Basel (Switzerland): Hieronymous Froben & Nikolaus Bischof (Episcopium), 487 p.), а уже в 1555 появляется первая гипотеза о его происхождении. Автор гипотезы Геснер (Gesner C. 1555) полагал, что имеет дело с разновидностью грибного мицелия, который растет исключительно на поверхности известняков. Геснер же впервые и предложил устоявшийся термин - "лунное молоко".
Как правило, лунное молоко обнаруживается на известняках и содержит в составе карбонатные минералы (Fischer, 1992; Gradzinski et al., 1997; Hill & Forti, 1997; Onac & Ghergari, 1993; Richter & Niggemann, 1995, etc.). Однако описаны случаи, когда основной состав лунного молока был представлен гипсом (Onac & Ghergari, 1993) или аллофанами (Istvan et al., 1995; Martini, 1993; White et al., 1985). Наблюдения в электронный микроскоп показали, что, как правило, лунное молоко состоит из мелких примерно одинакового размера кристаллов округлой, пластинчатой или нитчатой форм. Однако некоторые авторы утверждают, что выраженной микроструктуры им обнаружить не удалось. Детальные исследования структуры образцов лунного молока сделаны рядом авторов (Ghergari, 1993; Richter & Niggemann, 1995).
К настоящему времени наиболее полный обзор гипотез происхождения лунного молока содержится во втором издании энциклопедии пещерной минералогии - "Cave Minerals of the World" (Hill & Forti, 1997). Основных версий четыре.

  • 1. Генерация лунного молока связана с намерзанием ледяных пленок на поверхности известняка. Лед хорошо адсорбирует углекислоту и растворимость карбонатной породы резко увеличивается (Trombe, 1952). В этом случае лунное молоко трактуется как остаточный продукт от растворения известняка. "Ледяная" гипотеза подходит для пещер, расположенных на севере и высоко в горах, но она не объясняет, почему лунное молоко гораздо чаще образуется в теплых тропических пещерах (Hill & Forti, 1997).

  • 2. Лунное молоко - продукт деятельности микроорганизмов. До сих пор остаются популярными работы, доказывающие, что многие бактерии и грибы способны осаждать мелкие кристаллы кальцита как побочный продукт своей активности (Cooper, 1993; Gradzinski et al., 1997). И тут есть слабое место, т.к. хоть большие количества микроорганизмов иногда обнаруживаются в лунном молоке, но в других случаях они могут полностью отсутствовать.

  • 3. Лунное молоко - остаточный продукт растворения и дезинтеграции коренной породы (Lang, 1708 по Hill & Forti, 1997) под действием различных факторов: воды, дыхания микроорганизмов и т.п. Эта теория наиболее распространена (Harmon, 1983; Broughton, 1971), хотя исследователи не всегда могут объяснить, почему в ряде случаев отсутствует сходство химического состава коренной породы и лунного молока.

  • 4. Лунное молоко - продукт не растворения, а наоборот, аккумуляции, когда из насыщенного раствора происходит быстрое осаждение вещества одновременно вокруг многих центров кристаллизации (например, резкое охлаждение смеси или присутствие мелких зародышей для кристаллов одинакового размера и т.п.) (Hill & Forti, 1997).

Классификация лунного молока по существующим в минералогии схемам всегда вызывала огромные трудности. До сих пор удовлетворительной типизации этого феномена не существует. Наиболее популярны две точка зрения. Первая. Под лунным молоком нужно понимать только его карбонатную разновидность, состоящую из мелких кристаллов кальцита или других карбонатов, и классифицировать так же, как другие карбонатные минералы. Вторая. Под лунным молоком следует понимать самые разнообразные объекты, которые имеют не только разный состав, но и различное происхождение. Классификация должна быть построена на основании общих для всех них физических свойств.
В большинстве случаев логично предполагать, что аллюмо-силикатная, карбонатная, фосфатная и гипсовая формы имеют различный генезис. Внутри карбонатных разновидностей лунного мелока, вероятно, существуют образования различного или смешанного генезиса.
Достаточно удачный, на наш взгляд, подход применен в работе Грегори с соавторами (Ghregary, Onac, Santamarian, 1993),которые предлагают использование треугольной модели, где три стороны-вектора отражают преимущественный тип генезиса лунного молока. На этой модели они располагают в виде точек изученные ими разновидности образцов, которые (Рис 1) могут относится к конкретному типу генезиса или иметь смешанное происхождение.
Ниже мы рассмотрим изученные нами, формы лунного молока различного состава и происхождения: силикатную форму из Никитских катакомб под Москвой, гипсовую форму из пещер Архангельской области и карбонатную форму из пещеры Большая Орешная (Сибирь, Красноярский край).

Использованные методы анализов.

Для электронной микроскопии образцы подготоавливались следующим образом. Сначала проводилась обезвоживание последовательно в серии разведения этилового спирта (от 30 до 96%). Далее образец помещался в ацетон и высушивался до воздушно сухого состояния. Использовался сканирующий электронный микроскоп S-405, напыление образцов проводилась золотом.
Содержание воды в образце определялось массовым методом путем высушивания 5 часов при температуре 105 C.
Химический состав образцов из Никитских катакомб анализировался методами рентгенфлюоресценции. Образцы из Архенгельской области и Красноярского края анализировались методами "мокрой химии" согласно - Proc. for soil analysis, 1987. Содержание карбонатов определялось газометрически по выделению углекислоты при реакции с 10 % HCl. Также в ряде случаев использовалась дитионит-цитратная (вытяжка Джексона) и кислая оксалатная вытяжки (вытяжка Тамма) (Proc. for soil analysis, 1987). Содержание органического вещества определялось по окисляемости в реакции с хромпиком (гумус по Тюрину) (Proc. for soil analysis, 1987).
Минералогический состав определялся методом рентгеновской дифрактометрии (прибор ДРОН-1) в не ориентированных образцах, и ориентированных образцах фракции илов менее 0,001 мм.
Микробиологические анализы включали люминесцентную микроскопию с окрашванием препарата окридином оранжевым, а также посев разведений образцов на глюкозо-пептон-дрожжевой агар. Организмы определялись по культуральным и морфологическим признакам.

Силикатная форма лунного молока из Никитских Катакомб (Московская область).

Никитская каменоломня находится в Домодедовском районе Московской области, вход в нее расположен на правом берегу реки Рожайки, здесь в конце XIX - начале XX века добывался бутовый камень. Каменоломни залегают в известняках мячковского горизонта среднего карбона. Они представляют собой сильно переработанную обвалами сетку подземных выработок.
В Никитской каменоломне лунное молоко было обнаружено в окрестностях зала Колоколенка в виде белых тиксотропных отложений двух типов:
1. тонкие покровные отложения на известняке толщиной не более 2 мм;
2. в остаточной глине, заполняющей трещины в известняке, где лунное молоко образовывало прослои толщиной от 1 до 10 мм (Рис 2).
Визуальное рассмотрение границы между остаточной глиной и лунным молоком показало, что граница имеет четкий переход по цвету и текстуре от гомогенной до мелкозернистой. Однако при разминании пальцами лунного молока и остаточной глины выяснилось, что тиксотропные свойства изменяются постепенно. Т.е. частичное разжижение остаточной глины наблюдается и на некотором удалении от лунного молока. Это наблюдение заставило нас прийти к выводу о том, что остаточная глина может являться субстратом для образования лунного молока.
Была обнаружена также сильная флюоресценция лунного молока. После воздействия фото лампой-вспышкой в темноте было заметно, что остаточное свечение лунного молока сохраняется в течение 5 секунд, в то время как порода и глина почти не светятся (Рис 3).
В электронном микроскопе внутренняя структура лунного молока не выявляется. На (Рис 4) видно, что куски породы "облеплены" с разных сторон гомогенной массой без видимого внутреннего строения. Применение рентгеновского микроанализатора показало, ч тот гомогенная масса содержит кремний и аллюминий в соотношении 2/1 (Рис 5).
Влажность образца лунного молока составляет 185% (то есть 1 грам сухого вещества содержит 1,85 мл H2O), а образца остаточной глины - 80%. В таблицах 1 и 2 приведены данные о химическом составе глины и лунного молока.

Таблица 1.

Таблица 2



Основные выводы: в лунном молоке уменьшается содержание карбонатов, возрастает валовое содержание кремния и алюминия, и алюминий появляется в значительном количестве в виде подвижных форм.
Интересные данные были получены при изучении минералогического состава. В глине вокруг лунного молока идентифицируется кальцит и несколько алюмо-силикатных минералов, таких как монтмориллонит и палыгорскит. В лунном молоке четко видны только пики кальцита. Спрашивается, куда же делся весь кремний и алюминий, которые по данным химического состава накапливаются в лунном молоке? Мы пришли к выводу, что в лунном молоке кремний и алюминий находятся в виде рентгеноаморфных (не окристаллизованных) форм. К таким формам относится, например, силикатный гель и аллофан - аморфный гель переменного состава, состоящий из водонасыщенных окислов алюминия и кремния. То есть лунное молоко из Никитских каменоломен относится к силикатному, а не к карбонатному типу.
Количество микроорганизмов в лунном молоке по сравнению с остаточной глиной уменьшается. В глине мы обнаружили микробные клетки в количестве 0,65 х 109 клеток/грамм образца, а в лунном молоке только 0,4 х 106 микробных клеток. Посев на питательные среды показал, что выделяется стандартный почвенный набор видов - спириллы и артробактры. Было отмечено большое количество актиномицетов рода Streptomyces (известных как продуценты антибиотика стрептомицин).
Общее направление формирования силикатной формы лунного молока не вызывает сомнений, но есть два варианта теории - учитывающий и не учитывающий роль микроорганизмов. Химическая концепция. Кремний более подвижен в щелочной среде и поэтому частично может переходить в раствор во внутренних зонах карбонатной породы, где рН находится примерно на уровне 7,5-9,0. Растворы постепенно мигрируют по капиллярам и микротрещинам к границе породы с атмосферой, где за счет больших масс воздуха содержащего углекислоту рН растворов изменяется и в более кислой среде кремний выпадает из раствора в осадок, или происходит агрегация коллоидов. Биогеохимическая концепция. Основная схема примерно та же: изменение растворимости и устойчивости коллоидов за счет смещения баланса углекислоты и следовательно рН раствора. Но это смещение частично происходит из-за наличия микроорганизмов, которые живут в остаточной глине и своим дыханием создают зоны, где резко повышается концентрация углекислоты. По-видимому, имеет значение и продукция микроорганизмами разнообразных органических кислот. Слабые органические кислоты сильно повышают степень выветривания силикатных минералов, содержащихся в известняке и глине. Так, палыгорскит, обнаруженный нами в глине, окружающей лунное молоко, весьма подвержен распаду в кислой среде. Органические кислоты при этом наиболее агрессивны, так как резко повышают способность к образованию кремнием и алюминием органо-минеральных комплексных соединений. О присутствии органических комплексов косвенно свидетельствует сильная флюоресценция лунного молока, а также возрастание в лунном молоке содержания органического углерода (табл. 1).

Гипсовая форма лунного молока из пещер Архангельской области.

Гипсовая форма лунного молока обнаружена в ряде пещер Архангельской области: в пещере Двинская (среднее течение реки Северная Двина), пещерах р-она Березник (Пинежский район) и небольших пещерах вдоль реки Сотка (Пинежский район). Пещеры заложены в нижнепермских гипсах сакмарского яруса и прорабатываются по зонам трещиноватости преимущественно вдоль бортовых отпоров карстовых логов и эрозионных долин.
Лунное молоко встречается в виде неравномерного слоя в замкнутых куполах на потолке пещер толщиной до 5 мм, а также по краям зон проточного увлажнения на полу пещеры в виде отложений мощностью до 1,5-2 см. Цвет грязно-белый с желтоватыми разводами.
Тиксотропность выражена в малой степени, хотя проявляется. На наклонной плоскости лунное молоко проявляет медленную текучесть.
Микроморфологические наблюдения (рис. 6) показали, что основная масса лунного молока представлена окатанными кристаллами слабо выраженной ромбовидной формы и приблизительно одинакового размера - около от 3 до 10 мкм.
Содержание влаги в образце лунного молока - 21,5% (то есть 1 грам сухого вещества содержит 0,215 мл H2O). Химический состав лунного молока - практически чистый (примеси менее 2%) сульфат кальция.
Микроорганизмы фактически отсутствуют в образцах. Прямыми наблюдениями удалось выявить не более, чем 102-103 бактериальных клеток на грамм свежего образца. Морфологически бактериальные клетки представлены подвижными жгутиковыми формами и спириллами. Мицелиальных форм выявить не удалось.
Лунное молоко из пещер Архангельской области - насыщенная водой суспензия гипсовых кристаллов. Морфология кристаллов (рис. 6) не вызывает сомнения (ромбоидная форма кристаллов в составе коренного плотного гипса, отсутствие селекции по размеру, что происходит при образовании хемогенного осадка, следы растворения - оплывшие края и углы), что данный образец лунного молока - результат, не осаждения, а равномерного растворения коренной породы или вторичных осадков. Безусловно, интерес вызывает кинетика процессов растворения гипса, в результате которых образуется суспензия зерен примерно одинакового размера. То есть растворение стабилизируется при достижении остаточными зернами определенного соотношения массы и площади поверхности.

Карбонатная форма лунного молока из пещеры Большая Орешная (Красноярский край).

В пещере Большая Орешная нами собрано лунное молоко, представленное его карбонатной разновидностью. Образец интенсивно вскипает и полностью растворяется в 5% соляной кислоте. Содержание влаги в образце 100% (то есть 1 грамм сухого лунного молока содержит 1 мл H2O).
Микроморфологические съемки проводятся в настоящий момент и иллюстрации будут получены несколько позже. Однако, предварительное микроскопирование показало, что лунное молоко образует сверхтонкие фибриллы круглого и овального сечения, которые многослойно покрывают поверхность коренной породы - конгломерата с карбонатным цементом.
Весьма вероятно, что для объяснения генезиса данной разновидности лунного молока можно привлечь конденсационные процессы. Покровный характер лунного молока позволяет предположить, что сезонный цикл влажности воздуха в пещере "увлажнение-просыхание", в свою очередь связанный с сезонными ветрами - приводит к растворению поверхности коренной породы с немедленной рекристаллизацией карбоната в иную кристаллическую форму.

Медицинские свойства лунного молока.

В качестве лирического завершения нашего обзора, мы вспомним историю использования лунного молока в медицине. Упоминания о медицинских свойствах лунного молока встречаются в древних трактатах. В истории лунное молоко применялось для заживления переломов, прикладывалось к язвам, а также принималось внутрь при диарее и дизентирии (Reinbacher, 1994). В ветеринарии его давали коровам со сниженной лактацией (Reinbacher, 1994).
Мы полагаем, что возможность наличия медицинских свойства у лунного молока может объясняться следующим образом. По крайней мере аллюмо-силикатная и карбонатная разности лунного молока - великолепные абсорбционные системы и следовательно поглощают вещества из окружающей среды (глины и пещерной атмосферы). Оно вбирает в себя все вещества, не сортируя на вредные и полезные для человека примеси. Так в нашем случае, в глине из Никитской каменоломни обнаружены стрептомицеты, поэтому очень вероятно, что в лунном молоке повышена концентрация антибиотика стрептомицина. А вот если бы лунное молоко сформировалось рядом с прослойкой, например, киновари, то оно набрало бы в себя все возможные формы ртути и представляло бы концентрат яда с очень сомнительной пользой для здоровья человека. Таким образом, к использованию лунного молока для лечебных практик нужно подходить весьма осторожно, тщательно учитывая конкретные условия его нахождения.

Список литературы:

1. Agricola, Georgius. 1546. De ortu et causis subterraneorum: Basel (Switzerland): Hieronymous Froben & Nikolaus Bischof (Episcopium), 487 p.
2. Bates, R. L., and Jackson J. A. Eds. 1987. Glossary of geology, 3d ed.: Alexandria, VA: American Geological Institute, 788 p.
3. Broughton P. L. 1971, Secondary mineralization in the cavern environment. Stud. Speleol., 2:191-207.
4. Cooper R., 1993. A comment on "type locality of mondmilch" // Cave Science, Vol. 20, # 1.
5. Fischer H., 1992. Type locality of monmilch, Cave science, v.19, №29, p. 59.
6. Gesner C. 1555. Descriptio Montis Fracti sive Montis Pilati ut vulgo nominant, juxta Lucernaum in Helvetia, Tiguri.
7. Ghregary L., Onac B.-P., and Santamarian A., 1993, Mineralogy of moonmilk formation in some Romanian and Norwegion caves: Theor Apple. Karstol., V6, P 107-120.
8. Gradzinski M, Szulk J, Smyk B., 1997 Microbial agents of moonmilk calcification. Proceedings of the 12th International Congress of Speleology, Switzerland - V1, P 275-278.
9. Harmon R. S., Atkinson T. C., Atkinson J. L., 1983. The mineralogy of castelguard Cave, Columbia Icefield, Alberta, Canada. Arctic Alpine Res. 15: 503-516.
10. Hill, C. A., and Forti P., 1997, Cave minerals of the would. NSS. Huntsville, 463 p.
11. Istvan D., Manescu S., Jurca M. 1995. Study on Moonmilk from Pestera Mare, Piatra Molosnaia (Rapedea, Maramures Mountains, Romania) // Teor/ & Appl. Karstology. Vol. 8, p. 69-74.
12. Iosof V., Coman D., Lanc R., 1974. Note sur la presence de l'allophane dans la Grotte du Vent des Monts Apuseni // Trav. Inst. Spel. "Emile Racovitza", t. XIII, p. 183-189.
13. Kim H. Tan, Degradation of Soil Minerals by Organic Acids // In: Interaction of Soil Minerals with Natural Organics and Microbes. 1986. Soil Sci. Soc. of America, Spec. Publ. №17. Madison, USA. p. 1-25
14. Onac B.-P., Ghergari L., 1993. Moonmilk mineralogy in some Romanian and Norwegian caves // Cave science, v.20, №3, p.107-111.
15. Proc. of soil analysis. 1987 // Int. Soil reference and Inf. Centre, Tech. paper № 9, Netherlands
16. Shopov Y.Y., 1997. Luminescence of cave minerals // In: Cave minerals of the would. NSS. Huntsville, 463 p.
17. Reinbacher W.R., 1994. Is it Gnome, is it Berg, is it Mont? An updated view of the origin and etymology of moonmilk // NSS Buletin, #56, p. 1-13.
18. Richter D.K., Niggemann S., 1995. Calcitnadeln in der Huttenblaser schlachtholle bei Iserlohn (Nordrhein-Westfalen): Spelaol. Jb., Verein fur Hohlenkunde in Westfalen 1994, p. 25-32
19. White W., Scheetz B., Atkinson S., Ibberson D., Chess C., 1985. Mineralogy of Rohrer's cave, Lancaster county, Pennsylvania. NSS Bulletin, 47, p. 17-27.
20. Williams A.M., 1959. The formation and cave deposition of moonmilk // Proc. of the cave research group of Great Britain. #5(2), p. 135-137.



Список комиссии | Заседания | Мероприятия | Проекты | Контакты | Спелеологи | Библиотека | Пещеры | Карты | Ссылки

All Contents Copyright©1998- ; Design by Andrey Makarov Рейтинг@Mail.ru