Airborne Microorganisms of Hypogenic Maze Caves Based on the Example of the Zoloushka Cave, Ukraine-Moldova

Jakub Wojkowski , Viacheslav Andreychouk , Krzysztof Frączek

Abstract

The article presents the results of microbiological and microclimatic research carried out in a large maze Zoloushka Cave (Ukraine-Moldova). The cave was artificially exposed during the exploitation of the gypsum quarry founded in the late '40s of the last century. Until the cave labyrinth was opened by the quarry, the underground system of cavities had been almost completely filled with water and constituted a natural part of the rich in water karst aquifer. The cave became exposed while being at the stage of its active formation, and its artificial dehydration enabled researchers to observe the (‘accelerated’) course of various processes associated with the transition of the caves from the watered (freatic) stages to vadose and dry. Microbiological analyses aimed to determine the number of microorganisms (heterotrophic bacteria, Actinobacteria, and fungi) present in the air of the cave in two seasons – summer and winter. Microclimatic study aimed to determine the thermal, humidity and circulation characteristics of the cave microclimate The rules of occurrence of microorganisms in temporal and spatial (within a cave) cross-sections and the relative role of external and internal (cave) factors in shaping of the microbiological "image" of cave air were established. The stability of the microclimate (ecological) conditions in the cave in the course of the year allows the conclusion that most of the microorganisms come from the outside and enters the cave during the exchange of the air with the external environment. Nevertheless, the environment of the cave does not remain passive – it makes the air contents spatially (within the cave field) diverse and, in some cases, it determines them (in places of significant anthropogenic pollution of the cave, which probably facilitates the growth of fungi). The measurements have shown that the total number of the studied groups of microorganisms in the air of the cave varies in the course of year within the following ranges: heterotrophic bacteria 48-2,630 cfu·m-3, fungi 80-3,395 cfu·m-3, and Actinobacteria 5-51 cfu·m-3. Mean values of the microbial aerosol concentrations with respect to the entire cave are: heterotrophic bacteria – 353 cfu·m-3, fungi – 974 cfu·m-3, and Actinobacteria – 17 cfu·m-3. In general, there is a regularity of an increase in their concentration during the warm period: 3-5 times higher values for bacteria (48-764 cfu·m-3 in winter and 175-2630 cfu·m-3 in summer), 4-5 times for fungi (80-990 cfu·m-3 in winter and 390-3395 cfu·m-3 in summer), and 0-1 times for Actinobacteria (0-51 cfu·m-3 in winter and 5-55 cfu·m-3 in summer).
Author Jakub Wojkowski (FoEEaLS / DoECaAP)
Jakub Wojkowski,,
- Department of Ecology, Climatology and Air Protection
, Viacheslav Andreychouk
Viacheslav Andreychouk,,
-
, Krzysztof Frączek (FoAaE / DoM)
Krzysztof Frączek,,
- Department of Microbiology
Other language title versionsMikroorganizmy w powietrzu labiryntowych jaskiń hypogenicznych na przykładzie Jaskini Zołuszka, Ukraina-Mołdowa
Journal seriesAnnual Set The Environment Protection, ISSN 1506-218X, (N/A 40 pkt)
Issue year2019
Vol21
No2
Pages1116-1135
Publication size in sheets0.95
Keywords in Polishmikroorganizmy, mikroklimat jaskiń, jaskinia hypogeniczna, Jaskinia Zołuszka (Ukraina-Mołdowa)
Keywords in Englishairborne microorganisms, cave microclimate, hypogenic cave, Zoloushka Cave (Ukraine-Moldova)
ASJC Classification2300 General Environmental Science
Abstract in PolishArtykuł prezentuje wyniki badań mikrobiologicznych i mikroklimatycznych przeprowadzonych w dużej labiryntowej Jaskini Zołuszka (Ukraina-Moldowa). Jaskinia została odkryta podczas eksploatacji gipsowego kamieniołomu założonego pod koniec lat 40-tych ubiegłego wieku. Przed otwarciem labiryntu jaskiniowego system próżni podziemnych był prawie całkowicie wypełniony wodą i stanowił naturalną część zasobnego w wodę wodonośca krasowego. Otwarcie jaskini na etapie jej aktywnego formowania się oraz sztuczne jej odwodnienie stworzyło okazję do obserwacji (w trybie „przyśpieszonym”) przebiegu różnorakich procesów, towarzyszących przejściom jaskiń ze stadiów zawodnionych (freatycznych) do wadycznych i suchych. Badania mikrobiologiczne zmierzały do określenia liczebności mikroorganizmów (bakterii, grzybów i promieniowców) występujących w powietrzu jaskini w dwóch kontrastowych porach roku, latem i zimą. Badaniom mikrobiologicznym towarzyszyły pomiary mikroklimatyczne, które miały na celu ustalenie termicznych, wilgotnościowych i cyrkulacyjnych charakterystyk mikroklimatu jaskini. Ustalono prawidłowości występowania mikroorganizmów w przebiegu czasowym oraz przestrzennym (w obrębie jaskini), a także względną role czynników zewnętrznych i wewnętrznych (jaskiniowych) w kształtowaniu „obrazu” mikrobiologicznego powietrza jaskiniowego. Stabilność warunków mikroklimatycznych (ekologicznych) w jaskini w przebiegu rocznym pozwala wnioskować, że większość mikroorganizmów pochodzi z zewnętrz i trafia do jaskini w trakcie wymiany jej powietrza ze środowiskiem zewnętrznym. Nie mniej jednak, środowisko jaskiniowe nie pozostaje bierne, lecz różnicuje przestrzennie (w polu jaskiniowym) te zawartości, a w niektórych przypadkach również je warunkuje (w miejsca o znacznym antropogenicznym zanieczyszczeniu jaskini, sprzyjającym prawdopodobnie rozwojowi grzybów). Pomiary wykazały, że ogólna liczba badanych grup mikroorganizmów w powietrzu jaskini waha się w przebiegu rocznym w następujących przedziałach: bakterie 48-2630 jtk∙m-3 (rozrzut ponad 50-krotny), grzyby 80-3395 jtk∙m- 3 (rozrzut ponad 40-krotny), promieniowce 5-51 jtk∙m-3 (rozrzut ponad 10-krotny). Średnie liczby zawartości mikroorganizmów w odniesieniu do całej jaskini wynoszą: bakterie 353 jtk∙m-3, grzyby 974 jtk∙m-3 i promieniowce 17 jtk∙m-3. Na ogół występuje prawidłowość wzrastania ich ilości w okresie ciepłym: dla bakterii 3-5 razy (48-764 jtk∙m-3 zimą i 175-2630 jtk∙m-3 latem), dla grzybów 4-5 razy (80-990 jtk∙m-3 zimą i 390-3395 jtk∙m-3 latem) i promieniowców 0-1 razy (0-51 jtk∙m-3 zimą i 5-55 jtk∙m-3 latem).
URL http://ros.edu.pl/images/roczniki/2019/068_ROS_V21_R2019.pdf
Languageen angielski
Score (nominal)40
Score sourcejournalList
Publication indicators WoS Citations = 0; Scopus SNIP (Source Normalised Impact per Paper): 2018 = 1.015; WoS Impact Factor: 2017 = 0.899 (2) - 2017=0.685 (5)
Citation count*
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?