An unusual variety of geophagy – snow sheep coal consumption in the Transbaikalian mountains

Full Text

Феномен потребления животными землистых веществ, названный термином “геофагия”, распространён во многих регионах мира. Для обозначения мест, регулярно посещаемых животными с целью геофагии и приобретших от этого характерный облик, нами предложен термин “кудур”, который широко используется с 2013 г. [1]. Потребляемые на кудурах вещества (кудуриты) – это чаще всего глины и суглинки. Однако, встречаются кудуры, где животные поглощают уголь. Такие кудуры, посещаемые преимущественно снежными баранами (Ovis Nivicola), были обнаружены, в частности, на хребте Кодар в Забайкальском крае в начале 1990-х гг. Д.Г. Медведевым [2]. В 2013, 2014 и 2016 гг. в районе одного из “угольных” кудуров на хребте Кодар (см. местоположение на рис. 1) проводил сбор материалов по экологии снежных баранов А.Н. Цяцька с фото- и видеодокументацией активности животных с помощью фотоловушек. На угольном кудуре им был проведён также пробоотбор потребляемых животными углей, которые затем были инструментально исследованы в Аналитическом центре ДВГИ ДВО РАН.

 

Рис. 1. Местоположение характеризуемого кудура в Забайкальском крае.

 

В соответствии с результатами анализа крупномасштабных топо- и геокартографических материалов, угольный кудур находится в вершине небольшого нивального кара, у верхней границы леса на высоте 1750 м на южном склоне ручьевой долины р. Средний Сакукан, левого притока р. Чара. Внешне это почти вертикальное скальное обнажение около 20 м высоты и 30 м ширины с типичными для кудуров следами активности животных. Обнажение представлено осадочными породами чепинской свиты юрского возраста: песчаниками, алевролитами и углисто-глинистыми сланцами с прослоями каменного угля мощностью от нескольких см до 1 м (Государственная геологическая карта D-50-XXVIII). Судя по натурным наблюдениям А.Н. Цяцька, а также фото- и видеозаписям с фотоловушек, на кудур приходят снежные бараны всех половых и возрастных групп. Основной пик посещений угольного кудура приходится на июнь-июль, как и на всех кудурах в зоне широт центральной и южной Якутии [3]. Другие виды копытных на угольном кудуре не были замечены. По данным сотрудников Национального парка “Кодар” (создан в 2018 г. с охватом территории р. Средний Сакукан) этот кудур посещал черношапочный сурок (Marmota camtschatica), который в течение получаса облизывал пыль с кусков угля [4].

Подмечено, что бараны поглощают уголь, захватывая губами угольную крошку или слизывая с углей минеральные выделения в виде тонких белёсых корок и угольной пыли. В некоторых видеосюжетах, снятых А.Н. Цяцька фотоловушкой, слышен хруст угля на зубах животных. О точном количестве поглощаемого баранами угля можно судить пока только по прикидочным оценкам. Масса поглощаемого угля взрослым снежным бараном за одно посещение кудура, вероятнее всего, составляет от десятков до сотен граммов, в максимуме, возможно, до полукилограмма.

Среди проб угольных кудуритов, изученных физико-химическими методами были: 1) – штуф каменного угля (далее У-1) массой около 150 г из слоя в пласте, наиболее предпочитаемом снежными баранами; 2) – дресва угля (проба У-А) массой около 300 г из подошвы того же угольного пласта. Под стереомикроскопом из второй пробы были отобраны на анализ также чистый уголь (У-2) и углистый алевролит (А).

Элементный анализ угольных кудуритов выполнялся методом ИСП-МС (спектрометр iCAP 7600 Duo) по стандартной методике с кислотным разложением (HNO₃+HClO₄+HF). Поиск и анализ минеральных фаз осуществлялся на сканирующем электронном микроскопе (SEM) Tescan Lyra 3 XMH с энергодисперсионным спектрометром (EDS) AZtec X-Max 80. Из пробы У-А получена также кислотная вытяжка (HCL, pH-1; 5 г пробы, 50 мл раствора, T–36°C, 12 ч.).

Результаты анализов спектрометрии (табл. 1) показывают, что в “поедаемых” углях и углистых алевролитах сумма редкоземельных элементов (РЗЭ) с учётом Sc и Y в 3.5–4 раза выше кларковой (69.37 г/т, по [5]). Характер распределения РЗЭ в углях (рис. 2 А), нормированных на среднее содержание в углях США [5] позволяет отнести их к L- и М-типам углей по В.В. Середину [7] с преобладанием РЗЭ лёгкой подгруппы (ЛРЗЭ) за счёт примеси терригенного материала. По конфигурации графиков РЗЭ-профилей угли L- и М-типов резко отличаются от углей Н-типа, в которых преобладают редкоземельные элементы тяжёлой подгруппы (ТРЗЭ), связанные преимущественно с органическим веществом. Для сравнения график угля Н-типа (проба У-В – ванчинский уголь из Сихотэ-Алиня по данным [7]) также приведена на рис. 2 А. Как видно на этом рисунке, пробы А и У-2 по содержанию РЗЭ схожи при существенном различии только по Eu. В отличие от них в пробе У-1 заметно больше всех РЗЭ. По остальным микроэлементам (рис. 2 В) пробы А и У-2 тоже почти аналогичны, в то время как профиль У-1 явно отличается величинами содержаний Cr, Mo, Nb, Ag, Sn, As, Sb, Te, Cs и Ba. Это указывает на то, что отдельные прослои угля в пласте контрастны по содержанию многих микроэлементов, но остаются сопоставимыми по ЛРЗЭ. В пробах У-1 и У-2 по результатам SEM-EDS-исследований РЗЭ-содержащие минеральные фазы представлены монацитом, ксенотимом и рабдофаном. Некоторые типовые их зёрна проиллюстрированы на рис. 3.

 

Таблица 1. Состав угольных кудуритов (зольность и оксиды в мас. %; элементы в г/т)

	Проба					Проба					Проба
	У-1	У-А	А	У-2		У-1	У-А	А	У-2		У-1	У-А	А	У-2
М	35.99	61.10	84.49	15.62	Ga	9.858	23.40	15.49	11.83	Th	12.52	24.25	15.07	13.82
SiO2	21.32	33.32	48.05	9.59	Ge	0.993	1.425	1.234	1.065	U	4.654	6.452	3.356	4.044
TiО2	0.33	0.410	0.39	0.18	As	5.888	0.939	1.989	0.754	Sc	10.88	11.83	7.522	8.838
Al2О3	7.05	12.06	13.39	3.81	Se	1.335	0.689	0.947	0.832	Y	25.55	16.22	11.24	12.06
Fe2О3	3.74	5.164	5.00	3.74	Rb	51.39	144.8	82.57	69.15	La	38.09	47.64	32.47	33.64
MnO	0.030	0.040	0.208	0.002	Sr	153.0	345.3	1686	276.2	Ce	99.04	122.7	73.42	78.68
MgO	1.05	1.789	1.55	0.33	Zr	17.87	25.68	11.24	12.06	Pr	11.84	13.01	8.62	8.37
CaO	0.65	1.231	0.17	0.17	Nb	5.139	11.48	14.00	16.40	Nd	49.70	50.98	33.84	32.16
Na2O	0.74	1.006	1.70	0.19	Mo	1.215	3.325	5.865	6.164	Sm	9.260	8.600	5.736	5.351
K2O	1.19	2.512	2.51	0.73	Ag	0.078	0.073	3.431	6.404	Eu	1.661	1.535	1.628	0.969
P2O5	0.04	0.099	0.08	0.04	Cd	0.120	0.140	0.067	0.067	Gd	8.245	6.970	5.071	4.708
H2O	1.41	1.930	0.54	1.67	Sn	1.049	2.362	0.113	0.079	Tb	1.000	0.849	0.616	0.545
ППП	62.44	39.88	15.22	82.28	Sb	0.088	0.093	1.757	1.362	Dy	5.305	3.808	2.902	2.693
∑	100.0	99.44	99.96	99.95	Te	0.019	0.035	0.070	0.064	Ho	1.017	0.646	0.466	0.490
Li	19.67	39.96	29.74	20.99	Cs	3.298	6.712	0.027	0.016	Er	3.238	1.957	1.388	1.576
Be	3.293	2.709	1.279	1.473	Ba	380.1	1061	3.020	3.345	Tm	0.432	0.250	0.168	0.193
V	42.81	84.41	58.93	69.04	Hf	0.591	0.840	0.528	0.540	Yb	2.911	1.605	1.100	1.285
Cr	34.20	70.53	81.79	96.33	Ta	0.325	0.835	0.400	0.346	Lu	0.439	0.240	0.151	0.188
Co	11.65	15.57	8.67	10.92	W	1.368	3.795	2.317	3.824	ЛРЗЭ. %	89.56	93.15	91.95	92.60
Ni	16.05	26.77	23.60	19.63	Tl	0.383	0.846	0.436	0.420	ТРЗЭ. %	10.44	6.85	8.05	7.40
Cu	27.68	36.13	27.27	27.14	Pb	14.18	21.58	13.19	14.25	∑ 1	268.6	288.8	186.3	191.7
Zn	62.31	86.34	107.5	41.57	Bi	0.262	0.355	0.267	0.200	∑ 2	747	473	220	1227

Примечание. ППП – потери при прокаливании; М – зольность; ∑ 1 – сумма лантаноидов +Sc+Y; ∑ 2 – то же в золе. У-1 – уголь из наиболее активно поедаемого слоя в пласте; У-А – дресва угля из подошвы пласта; А – углистый алевролит и У-2 – уголь из дресвы.

 

Рис. 2. А – диаграммы распределения содержаний РЗЭ, нормированных на угли США по [5] в углях и углистом алевролите (проба УВ – бурый уголь из Ванчинской впадины в Сихотэ-Алине по данным [6]); В – диаграммы содержаний прочих микроэлементов.

 

Рис. 3. SEM-изображения и EDS-спектры зёрен редкоземельных фосфатов в угле: а – монацит; b – ксенотим; c, d – близкие по составу и морфологии рабдофану

 

Для количественной оценки выхода Na и других элементов применительно к условиям среды в желудке жвачных нами получена кислотная вытяжка из пробы У-А (в ней содержания Na, Са, Mg, Fe наиболее высоки) с параметрами кислотного раствора, близкими сычужному соку. Результат представлен в табл. 2 и рис. 4.

 

Таблица 2. Содержание элементов в исходной пробе (У-А) и в вытяжке из неё в пересчёте на твёрдое вещество (г/т)

Элемент	Ti	Al	Fe	Mn	K	Na	Ca	Mg	P
Проба У-А	2460	31924	18074	310	10422	3732	8793	10434	212
Вытяжка из У-А % выхода	0,62 0,03	160,9 0,5	472,9 2,6	106,6 34	240,4 2,3	65,96 1,8	6617 75	170 1,6	23,34 11

 

Рис. 4. А – диаграммы распределения содержаний микроэлементов в пробе У-А и в составе кислотной вытяжки из неё (в пересчёте на сухое вещество); В – содержание РЗЭ в вытяжке.

 

Результат по вытяжкам (табл. 2) указывает на то, что среди макроэлементов, которые животные могут искать в углях, наиболее вероятными претендентами, судя по процентам выхода элементов из угольного кудурита, являются Са, Mn и P. Если исходить из 5-разового посещения за год “угольного кудура” взрослым бараном, и при этом за одно посещение он съедает 0.5 кг угольного кудурита, то за счёт потребления угля он может получить Ca ≈16 г, Mn ≈0.15 г, P ≈0.05 г. И это при том, что суточная норма потребления овцами (в г на 100 кг веса животного) Ca ≈11.5–13.8; Mn ≈0.078–0.095; P ≈0.007–0.011 [8]. Кроме того, в отношении этих макроэлементов ранее нами неоднократно показано [9–11], что они не могут претендовать на роль универсальной причины геофагии. Судя по сравнительно скромным дозам потребляемого угля, логично предположить, что животные ищут в угле какие-то микроэлементы для тонкой регуляции (настройки) важных систем жизнеобеспечения в своем организме. Микроэлементы, имеющие наиболее существенный выход в вытяжку из угля (рис. 4 А и В) в порядке убывания содержания выстраиваются в следующий ряд (в г/т): Sr (114.8), Ва (13.8), Cr (9.45), Zn (3.46), Сu (2.47), Ni (1.24), Ce (0.98), Pb (0.88), Y (0.65), Nd (0.52), La (0.51), Li (0.45), V (0.40), Rb (0.37) и Co (0.35). Выход в вытяжку остальных микроэлементов менее 0.05 г/т. Богатый опыт подобных исследований [9–11] и выявленная послойная изменчивость содержаний микроэлементов в угольном пласте подводят нас к выводу, что пищевой интерес животных к изучаемым углям обусловлен наличием в них ЛРЗЭ (а также Y и Sc).

Аргументацию сделанного вывода начнём с того, что с РЗЭ-углями на кудурах, правда, с бурыми, а не каменными, нам уже приходилось сталкиваться в Сихотэ-Алине. Диаграмма одной из проб такого бурого угля с кудура на Ванчине (сведения о нём здесь [12]) приведена на рис. 2 А (проба У-В). Сумма РЗЭ в ванчинском угле, согласно данным [13], варьируется от 250 до 775 г/т с преобладанием ТРЗЭ. В случае с кудуром на Ванчине, посещающие его животные (преимущественно благородные олени) собственно углём не интересуются. В больших количествах (килограммами) они предпочитают поглощать каолинитовые глины, образовавшиеся ниже угольного пласта в процессе его выветривания. На остальных 14 “безугольных” кудурах на площади Ванчинского грабена животные в больших количествах поедают смектитовые глины, иногда с примесью цеолитов. При этом сумма РЗЭ во всех потребляемых глинах близка к фоновой. В результате проведённых в данной местности детальных ландшафтно-геохимических исследований нам удалось выявить аномально высокие содержания РЗЭ (часто с преобладанием ТРЗЭ) в разнотипных горных породах, почвах, поверхностных водах, растительности, и даже в организме местных оленей [9]. Сопоставление особенностей состава поедаемых глин и содержащих глины экскрементов животных показало, что глины в пищеварительном тракте активно сорбируют РЗЭ, особенно ТРЗЭ, и выводят их из организма. В итоге был сделан вывод, что стремление оленей потреблять глины, вероятнее всего, обусловлено нарушениями в организме обмена РЗЭ из-за высокого содержания ТРЗЭ в составе кормов и питьевой воды.

Анализ опубликованных источников по биологическим свойствам РЗЭ [14, 15] показал, что критические нарушения в нервной, иммунной и эндокринной системах животных возникают в результате того, что токсичные ТРЗЭ замещают в них ЛРЗЭ, которые, по всей видимости, выполняют в главных управляющих системах организма важные функции. Как очевидно, такого рода нарушения вполне могут провоцировать животных к потреблению минеральных сорбентов с целью регуляции состава и соотношения РЗЭ в этих важнейших системах организма. Если это верно, то регулярное потребление глин – это вынужденная необходимость для выживания животных в ландшафтах с избытком РЗЭ.

Нашими исследованиями в Сихотэ-Алине [9] и в Горном Алтае [10] показано, что для выживания в такого рода ландшафтах пригодны глины различного минерального состава и другие разновидности минеральных и органоминеральных сорбентов.

В 2022 г. детальные ландшафтно-геохимические исследования нами были проведены также на о. Ольхон, на Байкале [11], где геолого-геохимическая ситуация совсем иная, нежели в Сихотэ-Алине и Горном Алтае. Поедаемые дикими оленями и домашним скотом каолинитовые глины на кудурах Ольхона оказались обогащёнными ЛРЗЭ на фоне аномально низких содержаний этой группы элементов во всех компонентах островных ландшафтов. Сопоставление состава глинистых экскрементов и поедаемых глин показало, что часть потреблённых с глиной ЛРЗЭ остаётся в организме. Таким образом, потребление животными глин также вызвано нарушениями состава и концентрации РЗЭ в организме, но уже на фоне аномально низких содержаний этих элементов в кормах и питьевой воде.

После работ на Ольхоне стало понятно, что все районы, где в массовом виде распространена геофагия, являются в той или иной мере РЗЭ-аномальными (РЗЭ-эндемичными) с повышенным или пониженным, относительно местных фоновых значений, содержанием подвижных форм РЗЭ в ландшафтных компонентах. У части обитающих в таких условиях животных, в первую очередь у растительноядных, могут возникать нарушения обмена этой группы элементов в нейроиммуно-эндокринной системе организма. Развивающийся при этом гормональный стресс запускает инстинктивный механизм поиска сорбентов, которые, в зависимости от геохимических условий среды обитания, будут предпочтительны животным или в обогащённом ЛРЗЭ виде, или в обеднённом. На универсальный характер выявленных закономерностей указывает и проведённый нами анализ геолого-геохимических ситуаций на кудурах в ряде районов экваториальной зоны Земли [10, 11]. Из него явствует, что связь массовых случаев геофагии с РЗЭ-эндемиями в этой части мира выражена более сильно, чем в средних широтах, причём с проявлением РЗЭ-эндемичных заболеваний и среди людей, что отражено в обзоре [14].

Итак, наиболее вероятная причина поедания снежными баранами ЛРЗЭ-углей в горах хребта Кодар та же, что заставляет оленей потреблять обогащённую ЛРЗЭ глину на Ольхоне. И это дефицит нужных животным ЛРЗЭ в кормах и питьевой воде. Не исключён также избыток в диете токсичных ТРЗЭ. Наблюдаемый относительно небольшой выход РЗЭ из угля в кислотную вытяжку может указывать на выбранную нами не совсем адекватную модель воздействия химико-микробиологических факторов в пищеварительном тракте на угольный кудурит. Дело в том, что существенная часть РЗЭ (до 50%) в углях может извлекаться в щелочной среде [16], которая свойственна для кишечника животных. Заметим ещё, что животные с помощью угля могут компенсировать дефицит в организме не только ЛРЗЭ, но и попутно других микроэлементов.

Источники финансирования

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РНФ № 20-67-47005 и № 20-64-47021.

About the authors

A. M. Panichev

Pacific Geographical Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sikhote@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

N. V. Baranovskaya

Tomsk Polytechnic University

Email: sikhote@mail.ru
Russian Federation, Tomsk

I. Yu. Chekrizhov

Far East Geological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sikhote@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

V. V. Ivanov

Far East Geological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: sikhote@mail.ru
Russian Federation, Vladivostok

A. N. Tsatska

“Snow Leopard” Foundation

Email: sikhote@mail.ru
Russian Federation, Irkutsk

References

Supplementary files