Научная конференция ломоносовские чтения



жүктеу 3.58 Mb.
бет15/19
Дата26.08.2018
өлшемі3.58 Mb.
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19

Соотношение величин ЭП и ЭхП для некоторых сульфосолей серебра


Сульфосоли

ЭП, В

ЭхП, эВ

Эффективные заряды

 







Ag

Cu

Sb

S

Стефанит

Ag50(Sb0,97As0,05)S3,97

Пираргирит

Ag30Sb0,,99S2,95

Полибазит

(Ag1,54Cu0,80)Sb2S11

Фрейбергит

(Ag5,30Cu4,50Fe1,30Zn0,60)Sb4,20As0,30S1,28

Штромейерит

AgCuS


0,41

0,41


0,33

0,30


0,31

5,42

5,35


5,35

5,31


5,23

+0,52

+0,41


-

-

+0,41



-

-

-



-

+0,33


+1,29

+1,32


-

-

-



-0,97

-0,89


-

-

-



 

Интенсивность бактериального выщелачивания смектитовых минералов различной структурной упорядоченности также полностью коррелировалась с величинами вычисленных для них электрохимических потенциалов (Яхонтова и др., 1987).

Рассмотренные примеры свидетельствуют о возможности применения вычисленного электрохимического потенциала минералов для предварительной оценки их поведения в окислительно-восстановительных системах.

Совпадение ряда электрохимических и электродных потенциалов с рядами деструктирования минералов в системах с живой материей примечательно тем, что указывает на единые принципы разрушения минералов микроорганизмами, на определяющую роль электронных переходов между косной и живой материей. Специфика электронного строения минерала в биокосной системе и специфика метаболизма живой клетки в сочетании создают энергетическую основу их кислотно-основного взаимодействия, в котором живое вещество выступает в роли кислоты или акцептора электронов.

Концепция направленности развития биосферных процессов (от основания к кислоте) имеет важное значение для разработки биотехнологии минерального сырья. Развитие наиболее эффективных методов и приемов в биотехнологическом переделе руд требует всестороннего комплексного исследования их минералогии, проведения для них специального минералогического картирования, широкого использования шихтовки руд в надлежащей пропорции, что может способствовать более высокой эффективности производства.

При применении силикатных бактерий для деструктирования силикатов представляется перспективным использование рациональной шихтовки перерабатываемой рудной массы путем добавления в нее карбонатов, предварительно подвергнутых радиационной обработке. В результате углерод карбонатов становится усвояемым силикатными бактериями, существенно интенсифицируется их жизнедеятельность, повышается эффективность обескремнивания силикатов, снижается расход органического вещества (обычного источника углерода для бактерий), повышается рентабельность производства.

Карбонатные минералы (кальцит, сидерит и др.), широко распространенные в земной коре и биосфере, как правило, имеют разного рода структурные дефекты, в том числе радиационные, своим происхождением обязанные природным радиационным явлениям (прежде всего солнечной радиации, интенсивность которой была особенно велика в прежние геологические эпохи). Радиационный углерод в карбонатах, а также в других минералах, например в углеродсодержащих фосфатах биосферы, представляет собой определенный резерв этого элемента, усваиваемого микроорганизмами. Не исключено, что автотрофность бактерий в первые периоды их возникновения была значительно выше, чем в настоящее время, когда широкое распространение в биосфере органических форм углерода способствует гетеротрофному способу их существования.

Рассмотренные выше данные показывают, что эффективность жизнедеятельности микроорганизмов как в природных образованиях биосферы, так и в технологических и экологических системах в решающей степени определяется физико-энергетическими характеристиками минерального субстрата. Поскольку последний всегда является геологическим образованием, запечатлевшим в своей тонкой структуре историю его становления и преобразования, в расшифровку природных процессов и конструирование технологических операций с участием живого вещества на первое место выдвигаются минералогические концепции и методы исследования косного субстрата. Можно с уверенностью утверждать, что в сферу исследования минералогии, в её теоретические и прикладные аспекты должны входить не только собственно минеральные образования и соответствующие генетические процессы, но и "биосферные" вопросы взаимодействия в системе "минерал-микроорганизм". Главное внимание в этих исследованиях необходимо уделять энергетике биокосных связей, проблеме структурно-геометрического соответствия реагирующих живого и косного веществ, определяющей результат взаимодействия.



6.2. ЗОНА ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАК БИОКОСНАЯ СИСТЕМА
Охваченная жизнью оболочка Земли - биосфера представляет собой совокупность биокосных систем, в каждой из которых осуществляется жизнеобеспечивающая связь между живой (организмы) и косной (минеральной) субстанциями. Известные гипергенные зоны (почвы, окисленные руды, коры выветривания пород), характеризуясь присущими им организмами, прежде всего микроорганизмами и специфическим минеральным субстратом, являются биокосными системами.

При изучении биокосных систем необходима совместная работа минералогов и микробиологов. К сожалению, пока имеется весьма мало данных о полных бактериальных обследованиях отдельных типов месторождений полезных ископаемых, кор выветривания и даже весьма богатых микро- и макроорганизмами почвенных образований. Пока нет ни одного примера привязки бактериальных данных к отдельным рудным телам, горизонтам кор выветривания и почвенным профилям, к формационным типам руд и месторождений. Лучше дело обстоит с зонами гипергенеза сульфидных месторождений, для которых уже имеются не только сводные работы (Яхонтова, Нестерович, 1983), но и первые характеристики энергетики биокосных связей (Яхонтова и др., 1994).

В настоящее время бактериально обследованы некоторые сульфидные месторождения. Из приведенной табл. 46, в которой обобщены данные по распространенности и концентрации широко распространенной в сульфидных рудах бактерии Th. ferrooxidans, видна прямая связь концентрации живых клеток в руде с температурой, с величинами Eh и pH циркулирующих в рудной массе растворов. Чем выше температура и кислотность растворов, тем больше бактериальных клеток в 1 г руды или 1 мл раствора. Соответственно и окислительный потенциал (Eh) таких вод выше. Вкрапленные руды, где электрохимические взаимодействия между минералами (сульфидами) затруднены, а также месторождения "холодных" районов (Co-Ni-вые месторождения Кольского и Норильского регионов) и при высокой роли карбонатного вещества в составе руд (Садонская группа Кавказа), снижающего кислотность вод, отличаются пониженной бактериальной активностью.

Для характеристики биокосной системы очень важны сведения о зональности рудного профиля месторождения, о наличии или отсутствии в нем смены горизонтов с разной аэрацией среды, с чем связано развитие аэробных или анаэробных бактериальных культур и принадлежность последних к автотрофам или гетеротрофам, т.е. усваивающих углерод из неорганического (СО2, карбонаты в рудах) или органического источников.

Очень важны сведения не только о минеральном составе руд, но и наличии и характере контактирования в них минералов друг с другом с образованием гальванических пар, а также о возможной хрупкости и трещиноватости сульфидной массы. Что касается хрупкости минералов, то с этим связана возможность образования более тесных и более активных контактов организмов с частицами минералов. В этом отношении показательна удельная поверхность сульфидов (м2/г), отнесенная к поверхности частиц минерала одной и той же фракции, полученной при мокром помоле проб на планетарной мельнице (Кулебакин, 1978): халькозин (2,0)-висмутин (2,4)-пирротин (2,7-3,0)-кубанит (3,4)-антимонит (3,6)-борнит и пентландит (3,7)-галенит (4,3)-пирит (5,0)-арсенопирит (5,1)-халькопирит (5,6)-киноварь (7,3)-сфалерит (7,7-8,7)-молибденит (9,0). Чем правее в этом ряду стоит сульфид, тем больше удельная поверхность его частиц, тем меньше по размеру сульфидные частицы. К примеру, 1г халькопирита в одних и тех же условиях может образовать более тонкую суспензию, чем пирит, борнит, пирротин и другие минералы.

К числу важнейших характеристик сульфидов и других минералов в рудах, влияющих на результативность биокосного взаимодействия, относятся также сведения о их конституционном (структурном) состоянии. В случае с сульфидами важно учитывать их полупроводимость (дырочная или электронная), эффективные заряды слагающих структуру атомов, тип связей в кристаллической решетке, наличие кластерных позиций атомов (пирротин, пентландит), облегчающих биодеградацию сульфида, и другие структурные особенности минерального субстрата.

Нельзя также не оценивать состояние водной среды, в которой протекает процесс взаимодействия бактерий с минералами (химизм и кислотность вод, наличие в них компонентов, частично сказывающихся на жизнедеятельности организмов, концентрацию в водах газов, температурный режим среды, степень ее аэрации и др.). Все это должно входить в характеристику любой биокосной системы.
6.2.1. Микроорганизмы, распространенные в сульфидных рудах
В такой биокосной системе, как окисленные руды, бедной органическим веществом, широко распространены простейшие одноклеточные микроорганизмы (протисты), обычно представленные ветвью низших протистов или прокаристов. К ним относят так называемые хемолитотрофные бактерии, использующие в своих клеточных процессах энергию преобразования (окисления или восстановления) неорганического минерального вещества.

В зависимости от источников углерода, необходимого для воспроизводства биомассы (конструктивный метаболизм), хемолитотрофы делятся на автотрофы, использующие неорганический углерод, и гетеротрофы, "питающиеся" органикой. На рудных месторождениях шире распространены автотрофы, особо характерные для верхних горизонтов профилей окисленных руд.

Месторождениям сульфидных и серных руд более свойственны бактерии семейства серных или тионовых бактерий, окисляющих серу и соединения серы (сульфиды) и сульфатредуцирующие прокариоты. Их классификация и общая характеристика представлены в табл. 46. Перед кратким обзором табличных данных следует представить некоторые самые общие сведения о бактериях, их строении, способе размножения и условиях жизнедеятельности.

Таблица 46



Характеристика главнейших бактерий, распространенных на сульфидных и серных месторождениях


Серные (тионовые) и cульфат- редуцирующие бактерии

Форма, размер (мкм) клетки

Интервал pH среды

Окисляемый или восстанавли-ваемый субс-трат

Тип месторождений

Thiobacillus ferrooxidans

Thiobacillus thiooxidans

Thiobacillus thioparus

 

Thiobacillus neapolitanus



Thiobacillus "у"

 

Thiobacillus organoparus

 

 

 



Stibiobacter senarmontii

Сульфитредуци-рующие бакте-рии



Палочка с одним жгутиком, 0,4х(1-1,5)

Палочка со спи-ралевидным жгу-тиком (0,5-0,8)х1

Палочка с закруг-ленными концами с полярным жгути-ком. Длина до 1,5

Палочка с одним жгутиком, 0,5х1

Палочка с одним жгутиком, 0,5х1

Палочка с закруг-ленными концами с 1-2 субтерми-нальными жгути-ками, (0,5-0,8)х(1-1,5)

Палочка с субтер-минальным жгути-ком 0,5х(0,5-1,8)

Вибрионы, палочки



1-5
1-5
3-10

3-7
5-9


2-5

5-5,8
4-10



S0, SO32-, S2-, S22-, Fe2+

S0, SO32-


S0, H2S

S0, H2S, S22-, Fe2+

S0, S2-
S0, органи-ческие веще-ства

Sb3+


S+6, органика

Сульфидные и серные руды

Преимущественно серные месторож-дения

То же

 

 



Преимущественно пиритизирован-ные угольные

Галенит-антимо-нитовые и висму-тиновые руды

Серные руды

 

 



 

 

Антимонитовые руды



Сульфидные и серные руды

 Бактерии принадлежат к одноклеточным микроорганизмам, чаще имеющим форму палочки. В меньшей степени распространены клетки шаровой формы (кокки), нередко собранные в цепи (стрептококки) или в скопления изометрической формы (стафилококки). Некоторые виды бактерий известны в виде запятых или завитков (спириллы и вибрионы).

Размер бактериальных клеток составляет доли микрона или микроны. Вес клетки около 4.10-13г, плотность - 1,055г/см3. Химический состав бактерий сложный. Главным компонентом бактериальной клетки является вода (70-85%). В сухом остатке (30-15%) содержатся органогенные (углерод-50%, кислород-30%, азот до-12%, водород-до 8%) и зольные (натрий, калий, кальций, фосфор, магний, железо и пр. - всего около 10%) элементы, входящие в состав клеткообразующих органических (белки, углеводы, жиры и кислоты) и неорганических (фосфаты, нитраты, сульфаты и др.) соединений. Основа клетки - белки, состоящие из аминокислот. Углеводы и жиры (липиды) служат источником энергии микроорганизма. Их вид и состав зависит не только от типа бактерий, но и роста и условий их развития. Среди органических кислот клетки следует отметить нуклеиновые - дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты, играющие первостепенную роль в наследственной информации клетки. Фосфатные соединения, производные адениловой кислоты - аденозинтрифосфат (АТФ), аденозиндифосфат (АДФ), аденозинмонофосфат (АМФ) и др. принадлежат к числу своеобразных запасников (аккумуляторов) энергии, служат высокими акцепторами электронов. Механизм их генерации связан с процессами окисления неорганических веществ, стимулируемый бактериальной клеткой.

Снаружи клетка Thiobacillus имеет жгутики (1-2), размещенные вдоль или поперек удлинения клетки, и реснички. Вместе они образуют аппарат движения клетки. Поверхность клетки покрыта слизистой капсулой, служащей средством захвата и прикрепления к другим особям (образование колоний) и к косному субстрату. Слизистый слой состоит из воды (98%) и органического (полисахаридного) вещества. В слизистую капсулу происходит захват минеральных частиц. В ней, начиная со смачивания минерала слизью капсулы, начинается процесс его окисления. Слизистое вещество обладает высокой ферментативной активностью.

Форму клетки сохраняет клеточная стенка, являющаяся многослойной оболочкой высокой прочности, эластичности и упругости. Клеточная стенка состоит из полимерных белковых и углеводородных комплексов (полипептидов, аминокислот, полисахаридов). Она защищает клетку от механических воздействий, а также от проникновения в нее лишней воды и солей. Синтез вещества клеточной стенки происходит на расположенной под ней еще одной многослойной оболочке клетки - цитоплазменной мембране, толщина которой всего 50-100Å . Цитоплазменная мембрана имеет очень сложное строение и выполняет важнейшие функции, обеспечивающие жизнь клетки. В ней сосредоточены окислительные ферменты, катализаторы, запасники энергии в виде АТФ, АДФ, АМФ, генерация которых (фосфорилирование) осуществляется с участием особых веществ (цитохром или гемопротеидов), представляющих собой соединения кофакторной природы, т.е. содержащие металл переменной валентности, в данном случае железо. Процесс фосфорилирования, представляющий собой синтез высокоэнергетических Fe2+-фосфатных связей (АТФ, АДФ и др.), протекает с участием электронов, переносимых через мембрану с помощью цитохром. Согласно современным представлениям транспорт электронов через цитоплазменную мембрану осуществляется в одном направлении, в результате чего возникает довольно высокий мембранный потенциал клетки. С цитоплазменной мембраной связан энергетический метаболизм бактерий.

Наконец, основную часть клетки составляет цитоплазма (протоплазма с диффузным ядром), заключенная в цитоплазменной мембране. В цитоплазме сосредоточен генетический аппарат клетки: здесь протекают процессы, приводящие клетку к делению, совершается конструктивный метаболизм, т.е. биохимические превращения, сопровождаемые накоплением биомассы. Размножение бактерий, происходящее делением, совершается весьма интенсивно: через 20-30 мин количество клеток обычно удваивается. За сутки одна особь дает 60-70 поколений.

Тионовые бактерии, распространенные на рудных месторождениях, принимают участие в окислении соединений с восстановленной формой серы - сульфидов, арсенидов, серы самородной, а также тиосульфатных и сульфитных образований в растворе. Большинство из них - аэробы, живущие в кислородсодержащей среде.

Универсальным микроорганизмом, окисляющим сульфиды, является бактерия Thiobacillus ferrooxidans (рис.8), которая может использовать в качестве энергетического субстрата практически все сульфидные минералы, восстановленные соединения серы (So, SO32- и др.) и другие закисные элементы в растворе, в частности железо. Этот микроорганизм был открыт около 50 лет назад в кислой шахтной воде, которая после 2-3 дней стояния на воздухе выделяла ржавый осадок гидроксидов железа. Было доказано, что окисление сульфата закиси железа, содержащегося в шахтной воде, происходит с помощью Thiobacillus ferrooxidans.

В настоящее время хорошо изучена морфология и физиология Th. ferrooxidans. Палочковидные клетки этого организма с одним жгутиком имеют длину до 1-1,5 мкм при ширине 0,4-0,5 мкм. Размножается этот организм путем поперечного деления. Для него характерны небольшие колонии, на которых в растворе обычно возникает янтарно-желтый осадок гидроокислов железа.

Развитие Th. ferrooxidans совершается в сернокислых растворах с оптимальным значением pH 1,5-3. Окислительный потенциал раствора при этом достигает 0,75-0,80 В. Установлен прямой контакт клетки Th. ferrooxidans с минеральным субстратом, частички которого обычно проникают в слизистую капсулу клетки (Пивоварова, 1977). Источником энергии для этого микроорганизма служат процессы окисления почти всех сульфидов, самородной серы и восстановленных форм серы (например, гипосульфита), а также разных закисных металлов в водном растворе. Определено, что повышенное содержание в растворе органических веществ (глюкозы и др.) не оказывает задерживающего действия на развитие Th. ferrooxidans. Также установлено, что клетки этого организма мало проницаемы для некоторых токсичных металлов, например для меди и цинка, и отличаются сравнительно высокой адаптацией к среде. Эта культура не спорообразующая.

 




Рис. 8. Тиобациллы (электронные микрофотографии):a - Th. thiooxidans (х90000), b - Th. ferrooxidans (х90000), (по: Пивоварова, Головачева, 1985)

 
В табл. 47 приведены имеющиеся данные по распространенности Th. ferrooxidans в некоторых типах рудных месторождений.
Таблица 47

Распространенность микроорганизма Th. ferrooxidans в рудах некоторых месторождений

(данные Н. Н. Ляликовой, С. И. Кузнецова, Г. И. Каравайко, А. И. Гольбрахта)


Месторождения

Температу-ра проб, оС

pH растворов

Eh

Кол-во клеток в 1 г руды

Медно-колчеданные месторождения

Дегтярское (Ср.Урал)

Блявинское (Ю.Урал)

Кафансоре (Армения)


10-21

10-12


15-17

2,2-30

0,7-1,7


2,0-2,5

0,50-0,78

0,54-0,78

0,75-0,77


105-108

106

105


Колчеданно-полиметаллические месторождения

Квемо-Болнисское (Грузия)

Маднеульское (Грузия)

Николаевское (Вост.Казахстан)


-

-

-



3,2-4,5

2,5-3,7


2,5-5,0

0,48-0,62

0,52-0,72

-


104-107

107

102-105


Полиметаллические месторождения

Садонская группа (Сев.Кавказ)

Садон


Худес

Уруп


-

-


6-7

2-4


3-8

-

-

-



0-10

102-104

0-103


Медные вкрапленные руды

Коунрад (Центр.Казахстан)

-

3-4

-

104

Пиритизированные породы (сланцы, глины)

Черемшанское и Липовское месторождения

(Ср.Урал)



10-15

-


3-4

4


0,58

0,68


105

104



Медно-никелевые месторождения

Кольская группа*

Каула


Ниттис-Кумужье

Нюд


Норильская группа

Талнах


2-4

2-4


2-4

10-12


7-8

6-8


2,4-2,8

6,5-9,0


-

0,20-0,40

-

0,20-0,40



0-102

0-103

103-104

10-102



Золото-мышьяковые месторождения

Саяк, Бакырчик (Казахстан)

-

-

-

не обн.

*В ряде проб pH=3-4, Eh=0,6-0,8 и число клеток до 107.
Как видно, максимальное количество клеток этого микроорганизма приходится на лучше обследованные медно-колчеданные и колчеданно-полиметаллические руды (в среднем 106-107 кл/г). В полиметаллических месторождениях Сев. Кавказа (Садонская группа) количество Th. ferrooxidans резко снижено до 10-102 кл/г, что, как уже отмечалось, объясняется малой кислотностью рудничных вод, нейтрализованных содержащимися в руде карбонатами.

В медно-никелевых месторождениях Норильского и Кольского районов также установлены очень низкие содержания Th. ferrooxidans (низкие окислительные потенциалы рудничных вод). Основной причиной служат холодные климатические условия. Практическое отсутствие Th. ferrooxidans в золото-арсенопиритовых рудах ряда Казахстанских месторождений (Саяк, Бакырчик и др.), размещенных в сравнительно благоприятной климатической зоне, связано с содержанием в рудничных водах токсичного для Th. ferrooxidans мышьяка (Кулебакин, 1978; и др.).

Два других тионовых микроорганизма - Th. thiooxidans и Th. thioparus - имеют также форму палочек со спиралевидным жгутиком. Оба распространены в большей мере на месторождениях серы, которую окисляют до серной кислоты. Th. thioparus, помимо серы, окисляет и H2S. Th. thiooxidans развивается в кислых средах (оптимальная величина pH=2), а Th. thioparus - в нейтрально-щелочных условиях (pH=7-9) со слабым доступом кислорода. С деятельностью этих тиобацилл связывается образование серы в осадочных породах при наличии в них подтока сероводородных (нефтяных) вод. Обследование серных месторождений Гаурдак, Шор-Су и Раздол показало, что в 1 г руды здесь содержится до 104-105 клеток Th. thiooxidans. Во многих рудных месторождениях, особенно медно-колчеданных (Урал), медно-молибденовых (Узбекистан) и полиметаллических (Армения), вместе с Th. ferrooxidans обнаружены высокие концентрации клеток Th. thiooxidans (до 104-106 кл), участвующих в процессах окисления руд (Каравайко и др., 1972; и др.). Величины Eh и pH растворов в этих месторождениях соответственно достигают 0,6 В и 2-3. Культура Th. thioparus в количестве 10-100 кл/мл воды и 10 кл/г руды обнаружена в золото-мышьяковых месторождениях Казахстана (Гольбрайхт, 1970) и медных рудах Коунрада (Ляликова, Соколова, 1965).

Микроорганизм Thiobacillus "у" развивается преимущественно в нейтрально-щелочных условиях на галените, висмутине, антимоните и сере; является строгим автотрофом. Систематические данные по распространенности в рудах и водах месторождений Pb, Sb и Bi отсутствуют.

Очень мало данных имеется о распространенности на месторождениях таких тионовых бактерий, как Thiobacillus organoparus и Leptospirillium ferrooxidans. Th. оrganoparus - короткая, но довольно широкая палочка с поперечно расположенным жгутиком, способная в кислой среде автотрофно развиваться на сере и гетеротрофно на легко усваиваемых органических веществах. Второй отмеченный микроорганизм, представляющий длинную спиралевидную палочку, активно окисляет железистые сульфиды - пирит и марказит. На рис. 9 показана капля рудничной воды пиритизированного угольного месторождения, содержащая. Th. neapolitanus

Открытый Н. В. Ляликовой (1972) микроорганизм Stibiobacter senarmontii в количестве 103-104 кл/г обнаружен в сурьмяных месторождениях Ср. Азии (Хайдаркан, Кадамжай и др.) и Украины (Никитовка). Развиваясь в умеренно-кислой и нейтральной средах, что характерно для антимонитовых руд, обычно размещенных в карбонатных породах, Stibiobacter senarmontii окисляет Sb3+ до Sb5+, способствуя тем самым образованию в окисленных рудах этих месторождений окислов пятивалентной сурьмы и антимонитов (сервантит, стибиоконит, флайолотит и пр.).

Сульфатредуцирующие бактерии, известные на рудных месторождениях, объединяются в два главных рода - Desulfotomaculum (спорообразующие) и Desulfovibrio (неспорообразующие). Развиваются в условиях низкого окислительного потенциала среды (0,1-0,2 В) в нейтрально-щелочных растворах при наличии органического вещества (вымывание органики с поверхности, из вмещающих пород, поступление с нефтяными водами). Известны на больших глубинах (до 3-4 км). По типу дыхания это анаэробы, использующие углекислый газ и водород. Среди них есть типичные термофилы, выдерживающие температуру до +90оС. Большинство этих бактерий устойчиво к высокой концентрации в водах солей (до 300 г/л). Главной жизнеобеспечивающей функцией служит стимулирование реакций восстановления сульфатной серы до сероводородной. В результате создаются условия для образования не только сероводорода, но и биогенных сульфидов (пирит, марказит и др.).

На рис. 10 показаны клетки культуры Desulfovibrio.





Рис.9. Культура Th. neapolitanus в рудничной воде пиритизированного угольного месторождения (х9000)



 

Сульфатредуцирующие микроорганизмы установлены в пластовых водах нефтяных месторождений, водах соляных промыслов, илах морских каналов, водах устьев рек, впадающих в моря. Обычно эти воды заражены сероводородом. Число бактерий в них, как правило, составляет 10-102 кл/л.

Роль сульфатредуцирующих бактерий в рудных месторождениях пока до конца не выяснена. Местом, где она должна проявиться, являются слабоаэрируемые участки профиля зоны гипергенеза, отвечающие процессам вторичного сульфидного обогащения. Интерес вызывают данные о содержании сульфатредуцирующих бактерий в водах полиметаллических месторождений Сев. Кавказа (Садон, Уруп и др.), где в 1 мл природного раствора обнаружено до 104 клеток этих бактерий, а также медных (Коунрад и Джезказган) месторождений Казахстана (до 102-103 кл), в которых интенсивно развиты процессы вторичного сульфидного обогащения. В обследованных пробах отмечается повышенное содержание сероводорода. Биогенные сульфиды обогащены легким изотопом серы.



Рис. 10. Клетки Desulfovibrio



 

Теперь обратимся к корам выветривания пород, нередко содержащих и вмещающих сульфидную минерализацию, и к прилегающим к ним почвам. Прежде всего, следует отметить слабую изученность вопросов, касающихся общей характеристики коры выветривания как биокосной системы биосферы и ее подсистемных подразделений, отвечающих различным типам пород. Мало данных о распространенности и жизнеобеспечении в них микроорганизмов, связанных преимущественно с деструкцией силикатного субстрата, со специфическим химизмом растворов, циркулирующих в различных горизонтах профиля коры, с содержанием в них заметно высоких концентраций Si, Al, Mg, аммония, во многих случаях таких "элементов жизни", как K и Na, с наличием Cr, Mn и других конституентов.

Ниже приведены самые общие сведения о микроорганизмах, "населяющих" коры выветривания пород, и еще в меньшей мере данные о почвах с высокой ролью в них специфических биоценозов и трофических взаимодействий макро- и микроорганизмов.

В деструкции силикатных минералов горных пород (полевые шпаты, хлориты, смектиты, каолинит и др.) и кварца и корообразовании участвуют слизистые бациллы Bacil. mucilagenosus (силикатные бактерии или культура Александрова), жизнедеятельность которых протекает в мало минерализованных, практически нейтральных водах. Являясь аэробами, эти бактерии обладают как автотрофным, так и гетеротрофным способом усвоения углерода. При разрушении кварца и силикатов они способствуют переходу Si в раствор в виде органических комплексов и образованию биогенного кварца, опала, аллофаноидов и других гипергенных минералов.

В ожелезненных корах выветривания локально (в участках с ограниченным доступом кислорода и при наличии органики) распространены железобактерии (культура Metallogenium personatum), окисляющие соединения с Mn2+ и Fe2+ (сидерит), более характерные для заболоченных участков коры.

Экспериментально установлена возможность деструкции серпентинитов и серпентинизированных ультрабазитов с помощью автотрофных - нитрифицирующих бактерий, которые интенсивно выщелачивают Mn и Si (в почти эквивалентных количествах), способствуют миграции Si и подкисляют растворы, снижая их pH с 8 до 5,5. Нитрифицирующие бактерии также окисляют аммоний NH4+, обычно содержащийся в магматических породах в количестве до 100-150 г/т. При этом на первой стадии этого процесса нитробактерии вида Nitrosospirabriensis окисляют NH4+ до нитритов c N3+; в последующем культура Nitrobacter winograckji окисляет нитриты до нитратов.

Вызывает интерес обнаружение анаэробной культуры Pseudomonas chromatophila, развивающейся в ультрабазитах за счет восстановления Cr6+ до Cr3+ и переводящей хроматный Cr в состав смектитов (волконскоит) и гидрослюд.

В трещинных зонах кор выветривания, где иногда концентрируются сульфиды (пирит, пирротин, марказит), зафиксированы тионовые бактерии, окисляющие сульфиды и участвующие в формировании контактно-карстовых рудоносных кор нередко с золотом.

В почвах наряду с уже указанными специфическими биоценозами и трофическими взаимодействиями макро- и микроорганизмов в преобразовании минерального вещества активно участвуют многие хемолитоавтотрофные бактерии. Прежде всего это серные (тионовые), окисляющие сульфидные частицы и серу, сульфатредуцирующие (восстанавливающие до H2S серные воды), нитрифицирующие, преобразующие в ядовитые для животных и человека нитриты и нитраты содержащийся в почвах аммоний (аммиак) и участвующие в круговороте азота, наконец, водородные бактерии, ведущие брожение органических соединений и синтез белка. Для участков с болотистыми почвами характерны также железобактерии è фотосинтезирующие гетеротрофы.



Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   11   12   13   14   15   16   17   18   19


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет