Бароклинные сейши в случае трехслойной плотностной стратификации в бассейнах прямоугольной формы

The problem of linear baroclinic seiches in rectangular basin is considered. It is supposed that density is stratified into three layers. Internal waves are not taken into account. It is shown that one-dimensional model allows one to determine the positions of thermocline and halocline. The model also allows one to determine the values of temperature and salinity in the surface and bottom layers with satisfactory accuracy. Fluctuations of temperature and salinity in pycnocline are estimated by calculating parameters of baroclinic seiches. The results of calculations and measurements in Lake Shira are comparedРассматривается задача о линейных бароклинных сейшах в бассейнах прямоугольной формы. Плотностная стратификация предполагается трехслойной. Показано, что одномерная модель без учета внутренних волн позволяет с удовлетворительной точностью определить положения термоклина и халоклина, а также значения температуры и солености воды в поверхностном и придонном слоях. Колебания температуры и солености воды в пикноклине оцениваются по рас- считанным параметрам бароклинных сейш. Результаты расчетов сопоставляются с данными измерений на озере Шир

Mathematical and Computer Simulation of the Biological Life Support System Module 1/2. Description of the model

The mathematical model based on kinetic coefficients and dependencies obtained during the experiments was constructed to estimate the character of functioning of the experimental module of biological life support system (BLSS) and the possibilities of its controlling. The mathematical model consists of two compartments - the phytotron model (with wheat and radish) and the mycotron model (for mushrooms). The following components are included into the model: edible mushrooms (mushroom fruit bodies and mycelium); wheat; radish; straw (processed by mycelium); dead organic matter in the phytotron (separately for the wheat unit and for the radish unit); worms; worms` coprolites; vermicompost used as a soil-like substrate (SLS); bacterial microflora; mineral nitrogen, phosphorus and iron; products of the system intended for humans (wheat grains, radish roots and mushroom fruit bodies); oxygen and carbon dioxide. At continuous gas exchange, the mass exchange between the compartments occurs at the harvesting time. The conveyor character of the closed ecosystem functioning has been taken into account - the number of culture age groups can be controlled (in experiments and in the model - 4 and 8 age groups). The conveyor cycle duration can be regulated as well. The module was designed for the food and gas exchange requirements of 1\30 of a virtually present human. The model estimates the values of all dynamic components of the system under various conditions and modes of functioning, especially those, which are difficult to be realized in the experiment. The model allows dynamic calculation of biotic turnover closedness coefficient for main considered elements. The coefficient of matter biotic cycle closure for systems based on matter supplies has been formalized.Для оценки характера функционирования экспериментального модуля биологической системы жизнеобеспечения и возможности управления им построена математическая модель, опирающаяся на кинетические коэффициенты и зависимости, полученные в экспериментальных исследованиях. Математическая модель состоит из двух компартментов - моделей «фитотрона» (с пшеницей и с редисом) и модели «микотрона» (для грибов). В модель включены следующие компоненты: пшеница, редис, солома (перерабатываемая мицелием), мертвое органическое вещество в фитотроне, съедобные грибы (плодовые тела и мицелий), черви, продукты жизнедеятельности червей (копролиты), вермикомпост, использующийся как почвоподобный субстрат, бактериальная микрофлора, минеральные формы биогенных элементов (азот, фосфор, железо), продукция системы для человека (зерно пшеницы, корнеплоды редиса, плодовые тела грибов), кислород и углекислый газ. При постоянном газообмене массообмен между компартментами происходит только во время снятия урожая. Учитывается конвейерный характер функционирования замкнутой экосистемы - число возрастов культуры может регулироваться (в эксперименте - четыре и восемь возрастов). Также поддается регулированию длина конвейерного цикла. По пище и газообмену модуль рассчитан на условное присутствие 1/30 доли человека. Модель позволяет оценить значения всех учитываемых динамических компонентов системы при различных условиях и режимах ее функционирования, в частности, при труднореализуемых в эксперименте условиях. Формализован коэффициент замкнутости биотического круговорота вещества для систем на запасах вещества

Бароклинные сейши в случае трехслойной плотностной стратификации в бассейнах прямоугольной формы

The problem of linear baroclinic seiches in rectangular basin is considered. It is supposed that density is stratified into three layers. Internal waves are not taken into account. It is shown that one-dimensional model allows one to determine the positions of thermocline and halocline. The model also allows one to determine the values of temperature and salinity in the surface and bottom layers with satisfactory accuracy. Fluctuations of temperature and salinity in pycnocline are estimated by calculating parameters of baroclinic seiches. The results of calculations and measurements in Lake Shira are comparedРассматривается задача о линейных бароклинных сейшах в бассейнах прямоугольной формы. Плотностная стратификация предполагается трехслойной. Показано, что одномерная модель без учета внутренних волн позволяет с удовлетворительной точностью определить положения термоклина и халоклина, а также значения температуры и солености воды в поверхностном и придонном слоях. Колебания температуры и солености воды в пикноклине оцениваются по рас- считанным параметрам бароклинных сейш. Результаты расчетов сопоставляются с данными измерений на озере Шир

Mathematical and Computer Simulation of the Biological Life Support System Module 2/2. Verification of the model and scenarios

According to experimental data a dynamic model of biological life support system (BLSS) module was verified. The soil-like substrate (SLS) lies in the basis of this BLSS. The module was designed for requirements of 1/30 of a virtually present human; it involves higher plants, unit for vegetable wastes processing and gas exchange for carbon dioxide and oxygen. Application of the model helped in estimation of variants of system functioning at optimal and non-optimal modes of illumination and according to the number of age groups in the phytoblock. The alternatives of system development at death of a part or the whole wheat phytomass have been demonstrated, the degree of biotic turnover closedness for C and N in different methods of system mass exchange organization has been estimated. BLSS with SLS exceed the system with physico-chemical method of matter oxidation by the degree of matter turnover closedness. From this viewpoint, SLS based experimental module can become the prototype of new generation BLSS with more high closedness of internal matter turnover.По экспериментальным данным верифицирована динамическая модель модуля биологической системы жизнеобеспечения (БСЖО). В основе БСЖО использование почвоподобного субстрата (ППС). Модуль включает высшие растения, блок переработки растительных отходов, газообмен по углекислому газу и кислороду, и по массо-газообмену рассчитан на условное присутствие 1/30 доли человека. При помощи модели оценены варианты функционирования системы при неоптимальном и оптимальном режимах освещенности и по количеству возрастов в фитоблоке, продемонстрированы варианты развития системы для такой критической ситуации как гибель части или всей фитомассы пшеницы, оценена степень замкнутости биотического круговорота по С и N для различных способов организации массооборота системы. БСЖО с ППС по степени замкнутости круговорота вещества имеет преимущество перед системой с физико-химическим способом окисления вещества. В этом смысле экспериментальный модуль (на основе ППС) может послужить прообразом в создании нового поколения БСЖО с повышенным замыканием внутреннего круговорота вещества

Одномерная модель для исследования сезонных изменений вертикальной структуры соленого озера Учум

Many salt lakes are meromictic, in which the water column is not mixed to the bottom for at least one year. In the stratified lake, the upper (epilimnion) and deep (hypolimnion) layers are distinguished, in which the density gradients are small. Between them is a layer of water (metalimnion), within which the density gradient is great. In the near-bottom layer, hydrogen sulphide accumulates and there is no oxygen. One-dimensional mathematical models are used to determine the dynamics of the vertical thermohaline structure of the salt lake Uchum. Two periods in the annual regime are considered: the period of the absence of the ice cover (IC) and the period with the existence of the IC. The vertical distributions of temperature and water salinity in Lake Uchum have been calculated in different seasons. The results of the calculations are consistent with the data of field measurementsМногие соленые озера относятся к меромиктическим, в которых в течение как минимум одного года водная толща не перемешивается до дна. В стратифицированном озере выделяют верхний (эпилимнион) и глубинный (гиполимнион) слои, в которых градиенты плотности малы. Между ними располагается слой воды (металимнион), в пределах которого градиент плотности велик. В придонном слое накапливается сероводород и отсутствует кислород. Для определения динамики вертикальной термохалинной структуры соленого озера Учум применяются одномерные математические модели. Рассматриваются два периода в годовом режиме: период отсутствия ледяного покрова (ЛП) и период с существованием ЛП. Выполнены расчеты вертикальных распределений температуры и солености воды в озере Учум в различные сезоны. Результаты расчетов согласуются с данными натурных измерени

Mathematical and Computer Simulation of the Biological Life Support System Module 1/2. Description of the model

The mathematical model based on kinetic coefficients and dependencies obtained during the experiments was constructed to estimate the character of functioning of the experimental module of biological life support system (BLSS) and the possibilities of its controlling. The mathematical model consists of two compartments - the phytotron model (with wheat and radish) and the mycotron model (for mushrooms). The following components are included into the model: edible mushrooms (mushroom fruit bodies and mycelium); wheat; radish; straw (processed by mycelium); dead organic matter in the phytotron (separately for the wheat unit and for the radish unit); worms; worms` coprolites; vermicompost used as a soil-like substrate (SLS); bacterial microflora; mineral nitrogen, phosphorus and iron; products of the system intended for humans (wheat grains, radish roots and mushroom fruit bodies); oxygen and carbon dioxide. At continuous gas exchange, the mass exchange between the compartments occurs at the harvesting time. The conveyor character of the closed ecosystem functioning has been taken into account - the number of culture age groups can be controlled (in experiments and in the model - 4 and 8 age groups). The conveyor cycle duration can be regulated as well. The module was designed for the food and gas exchange requirements of 1\30 of a virtually present human. The model estimates the values of all dynamic components of the system under various conditions and modes of functioning, especially those, which are difficult to be realized in the experiment. The model allows dynamic calculation of biotic turnover closedness coefficient for main considered elements. The coefficient of matter biotic cycle closure for systems based on matter supplies has been formalized.Для оценки характера функционирования экспериментального модуля биологической системы жизнеобеспечения и возможности управления им построена математическая модель, опирающаяся на кинетические коэффициенты и зависимости, полученные в экспериментальных исследованиях. Математическая модель состоит из двух компартментов - моделей «фитотрона» (с пшеницей и с редисом) и модели «микотрона» (для грибов). В модель включены следующие компоненты: пшеница, редис, солома (перерабатываемая мицелием), мертвое органическое вещество в фитотроне, съедобные грибы (плодовые тела и мицелий), черви, продукты жизнедеятельности червей (копролиты), вермикомпост, использующийся как почвоподобный субстрат, бактериальная микрофлора, минеральные формы биогенных элементов (азот, фосфор, железо), продукция системы для человека (зерно пшеницы, корнеплоды редиса, плодовые тела грибов), кислород и углекислый газ. При постоянном газообмене массообмен между компартментами происходит только во время снятия урожая. Учитывается конвейерный характер функционирования замкнутой экосистемы - число возрастов культуры может регулироваться (в эксперименте - четыре и восемь возрастов). Также поддается регулированию длина конвейерного цикла. По пище и газообмену модуль рассчитан на условное присутствие 1/30 доли человека. Модель позволяет оценить значения всех учитываемых динамических компонентов системы при различных условиях и режимах ее функционирования, в частности, при труднореализуемых в эксперименте условиях. Формализован коэффициент замкнутости биотического круговорота вещества для систем на запасах вещества

Bacterial Communities of Three Saline Meromictic Lakes in Central Asia

<div><p>Meromictic lakes located in landlocked steppes of central Asia (~2500 km inland) have unique geophysiochemical characteristics compared to other meromictic lakes. To characterize their bacteria and elucidate relationships between those bacteria and surrounding environments, water samples were collected from three saline meromictic lakes (Lakes Shira, Shunet and Oigon) in the border between Siberia and the West Mongolia, near the center of Asia. Based on in-depth tag pyrosequencing, bacterial communities were highly variable and dissimilar among lakes and between oxic and anoxic layers within individual lakes. <i>Proteobacteria</i>, <i>Bacteroidetes</i>, <i>Cyanobacteria</i>, <i>Actinobacteria</i> and <i>Firmicutes</i> were the most abundant phyla, whereas three genera of purple sulfur bacteria (a novel genus, <i>Thiocapsa</i> and <i>Halochromatium)</i> were predominant bacterial components in the anoxic layer of Lake Shira (~20.6% of relative abundance), Lake Shunet (~27.1%) and Lake Oigon (~9.25%), respectively. However, few known green sulfur bacteria were detected. Notably, 3.94% of all sequencing reads were classified into 19 candidate divisions, which was especially high (23.12%) in the anoxic layer of Lake Shunet. Furthermore, several hydro-parameters (temperature, pH, dissolved oxygen, H₂S and salinity) were associated (P< 0.05) with variations in dominant bacterial groups. In conclusion, based on highly variable bacterial composition in water layers or lakes, we inferred that the meromictic ecosystem was characterized by high diversity and heterogenous niches.</p></div