Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геохимические науки >> Минералогия | Курсы лекций
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Основы минералогии гипергенеза

Авторы: Яхонтова Л. К., Зверева В. П.

Содержание

6.4.2. Некоторые силикаты и кварц

Вопрос о существенной роли микроорганизмов в разрушении минералов класса силикатов в природной обстановке постоянно возникает перед минералогами, геохимиками и микробиологами при изучении гипергенных процессов в почво- и корообразовании (работы Вернадского, Виноградова, Аристовской, Глазовской, Лукашева, Полынова и др.).

За последние годы получен обширный экспериментальный материал по исследованию деструкции минералов накопительными культурами микроскопических грибов и водорослей, нитрофицирующих и силикатных бактерий, который частично обобщен в сводной работе (Silverman, 1979). Бактериальному разложению подвергались кварц, полевые шпаты, нефелин, слоистые силикаты (мусковит, биотит, глауконит, вермикулит и др.), роговая обманка, пироксены, эпидот, гранаты и другие силикаты. Во всех случаях при сравнении с абиогенным процессом отмечается высокая интенсивность биогенного выщелачивания силикатов и даже весьма трудно разлагаемого кварца.

Процесс бактериального разрушения силикатов большинством исследователей рассматривается как совершающийся под воздействием активных продуктов жизнедеятельности микроорганизмов-энзимов (ферментов), органических и неорганических кислот, а также формирующихся при этом кислых или щелочных растворов. Большое место отводится совместному воздействию на минерал биогенных и чисто химических факторов, совокупность которых существенно интенсифицирует деструкцию минерального субстрата. Существует также представление о непосредственном контакте микроорганизмов (в частности, силикатных бактерий) с частицами минералов, которые захватываются слизистой капсулой бактериальных клеток и энзиматически разрушаются (Александров, Зак, 1950; Аристовская, 1980).

Сопоставление имеющихся экспериментальных результатов между собой, даже относящихся к одному минералу, оказалось весьма затруднительным. К примеру, выщелачивание алюминия из мусковита оценивается в 3% за 5 сут. (Аристовская, 1980) и в 0,3% за 49 сут. (Александров, Зак, 1950), а для калия по тем же источникам указываются 10% (8 сут.), 27% (18 сут.) и 3% (49 сут.). Причины несопоставимости многообразны и в основном связаны с использованием в опытах различных культур микроорганизмов. Но одну из них следует отметить особо. Она состоит в том, что не учитываются тонкие конституционные особенности минералов. На примере биогенной деструкции (окисления) сульфидов показано, что характер этого процесса определяется химическим составом, наличием дефектов, типом химических связей и полупроводниковыми свойствами минералов (Яхонтова, Нестерович, 1983). Подобные данные появились и для силикатов - это эксперименты по микробиологическому разложению каолинита с различной степенью упорядоченности (Любарская и др., 1981).

В настоящей работе на примере полевых шпатов и кварца различной упорядоченности и кристалличности, "тройки" дистен-андалузит-силлиманит с разнокоординационным алюминием, слоистых силикатов и таумасита с шестикоординационным кремнием сделана попытка рассмотреть значение некоторых химико-структурных особенностей минералов в процессе их бактериального выщелачивания.

Все эксперименты проведены в одних и тех же условиях с использованием силикатных бактерий (Bacillus mucilaginosus), в свое время обоснованных и детально изученных (Александров, Зак, 1950). Штамм силикатных бактерий выделен из руд Керченского месторождения и выращен известным способом на жидкой питательной среде А-54. Минералы, предварительно детально исследованные, использовались в виде тонких порошков (фр.< 0,1 мм) массой 1г и частично небольшими пластинками, погруженными в постоянно перемешиваемый культурный раствор с рН 7{\Large $\pm$} 0,2. Параллельно проводились холостые опыты (в абиогенной водной среде с рН{\Large $\sim$} 7). Мерой выщелачивания минералов явились количественные определения кремнезема, который накапливался в растворе за неделю. Продолжительность экспериментов для различных серий образцов составила 4-15 недель. Длительные опыты проведены с целью оценки процесса выщелачивания во времени. К концу опытов величина рН культурального раствора постепенно снижалась до 5-4,5.

Бактериальное выщелачивание полевых шпатов. Опыты выполнены на пяти образцах плагиоклазов (табл. 54). Состав образцов (содержание анортитового минала) определен рентгеновским и иммерсионным методами, а структурное состояние (упорядоченность и индекс упорядоченности) оценивалось по данным дифрактометрии с использованием величины и известных диаграмм (Slemmons, 1962).

В ходе экспериментов необходимо было выяснить роль состава, степени упорядоченности и фазовой однородности плагиоклазов в процессе их бактериальной деструкции. Известно, что в абиогенных системах с участием водородного иона анортит выщелачивается значительно интенсивнее альбита, т.е. первостепенное значение в этом процессе имеет содержание в каркасном силикате тетраэдрического алюминия (связей Si-О-Al) (Куркина и др., 1980; Матвеева, 1974; Педро, 1971).

В проведенных экспериментах, с одной стороны, представлены плагиоклазы упорядоченной серии низкий альбит-анортит (обр. 1, 2, 4, 5), в которых алюминий концентрируется в тетраэдрах Т10, сгруппированных вдоль определенного направления структуры (ориентировочно плоскость 113). Образцы этой серии неоднородны, так как соответствуют интервалам состава плагиоклазов, имеющих ламелярное строение с определенной ориентировкой разных по составу ламелей, характеризующих структуру распада твердого раствора (Клифер и др., 1979). С другой стороны, в опытах использован разупорядоченный (высокий) альбит (обр. 3) - по составу аналог обр. 2, который отличается фазовой однородностью и отсутствием в структуре определенных направлений размещения алюминиевых тетраэдров.

Таблица 54

Результаты выщелачивания плагиоклазов в течение 15 недель (Яхонтова и др., 1983)


N

об-разца

Содержание анортитового минала

n n

Структурное состояние. Индекс

Содержание SiO2 в 1г навески

Выщелачивание SiO2 в раствор

       

упорядочен-ности, %

 

мг/г

% от со-держания

1

An6

1,538

1,529

1,10

Упорядочен-ный, 100

680

35

5

2

An6 (низкий альбит)

1,540

1,531

1,07

То же

660

32

5

3

An6 (высокий альбит)

1,538

1,530

1,94

Разупорядо-ченный, 7*

660

40

6

4

An58

1,567

1,557

1,77

Упорядочен-ный, 100

530

46

8

5

An93

1,583

1,572

2,23

То же

440

75

17

Типичный холостой опыт

То же

680-440

10

1,5-1,0


*Разупорядочен путем прокаливания обр. 2 при Т=1050o С в течение 27 сут

 

Холостые опыты показали практически один результат: за время эксперимента (15 недель) в воде с рН около 7 суммарное выщелачивание SiO2 из проб плагиоклазов составило не более 1,5-2% содержания в них кремнезема. При этом какая-либо дифференциация проб на более или менее выщелачиваемые не наблюдалась.

При участии бактерий разложение плагиоклазов протекало в среднем в 3-10 раз интенсивнее по сравнению с абиогенным процессом. В этом случае определилась четкая прямая зависимость между номером плагиоклаза, т.е. содержанием в нем тетраэдрического алюминия, и количеством выщелоченного кремнезема (табл. 54). Немаловажное значение, очевидно, имела фазовая неоднородность образцов упорядоченной серии полевых шпатов, составившая благоприятную основу для их выщелачивания. Что касается значения в этом процессе степени упорядоченности плагиоклазов, то первые данные, полученные для кислой ветви изоморфного ряда (обр. 2, 3), свидетельствуют о небольшой, но усиливающей роли беспорядка при бактериальной деструкции плагиоклазов. Не исключено, что в разупорядоченном альбите усиливающий выщелачивание фактор фазовой неоднородности исчезает, а действующий в том же направлении фактор "доступности" бактериям алюминиевых тетраэдров при их статистическом распределении в каркасе плагиоклаза усиливается.

Характер биовыщелачивания кремнезема из альбита (обр. 1) и анортита (обр. 5) в течение времени эксперимента (15 недель) показан на рис. 16. Как видим, процесс в обоих случаях развивался сравнительно равномерно, практически с сохранением начальной скорости. Альбит по сравнению с анортитом разрушается вдвое медленнее.

Рис. 16. Графики бактериального выщелачивания SiO2 из альбита (1) и анортита (2)

 

В специальном опыте проведено бактериальное выщелачивание пластинки альбитизированного микроклина со сколотыми поверхностями. В порошковом варианте за 15 недель этот образец показал результаты, очень близкие к данным, полученным для альбита (обр. 1). Пластинка также испытывалась в контрольных (абиогенных) условиях. Эти опыты ставили своей задачей исследование выщелоченной поверхности образца. Наблюдения выполнены под растровым электронным микроскопом.

Вид поверхности пластинок под растровым микроскопом после абиогенного и биогенного опытов показан на рис. 17. В первом случае наблюдается мало измененная, почти исходная поверхность образца альбитизированного микроклина. На ней видны слегка корродированные границы между отдельными кристаллитами. Вид пластинок после деятельности бактерий сильно изменился - вся их поверхность покрыта ажурным агрегатом, состоящим из шаров диаметром около 0,002-0,005 мм, сочлененных друг с другом. При этом видна многоярусность (объемность) образованной "конструкции". Качественное исследование шаров с помощью рентгеноспектрального анализа обнаружило в их составе кремний, алюминий, калий, натрий и кальций, т.е. все элементы полевых шпатов.

Опыты с пластинками полевых шпатов примечательны тем, что удалось увидеть продукты бактериального разрушения алюмосиликатов - совместно скоагулированные гидрогели кремния и алюминия, видимо, аллофаноидной природы, сорбировавшие щелочи и щелочные земли. Эти опыты показали неполноту сведений об интенсивности бактериальной деструкции алюмосиликатов, получаемых с помощью учета результатов химического изучения формирующихся растворов. Большое количество деструктированного SiO2 (и Al2O3) оседает на поверхности частиц минерала. Очевидно, полную картину разрушения можно выявить только количественным фазовым анализом твердого остатка.


(а)

(б)


(в)
Рис. 17. Вид пластинки альбитизированного микроклина: а - после холостого опыта, б, в - после бактериального выщелачивания

 

Выщелачивание других силикатов. В следующих опытах исследовался характер биовыщелачивания породообразующих силикатов и алюмосиликатов островной, ленточно-цепочечной и слоистой структур. Менее традиционен таумасит. Минералы в этих опытах специально не изучались. Использованы ставшие в ряде случаев эталонами музейные образцы, а диагностические уточнения проведены иммерсионным и рентгеновским методом. Полученные результаты приведены в табл. 55

Первую серию образцов составил ряд дистен-андалузит-силлиманит, в котором при одинаковом содержании SiO2 переменна координационная позиция алюминия. Как и следовало ожидать, интенсивность выщелачивания возрастала от дистена к силлиманиту пропорционально изменению координационного числа алюминия от 6 до 4. Как и прежде, структура силикатов с тетраэдрическим алюминием силикатными бактериями разрушена сильнее.

Среди слоистых силикатов и алюмосиликатов наиболее разлагаемыми оказались алюмосиликаты. Интенсивность биовыщелачивания наиболее высокая у шамозита и глауконита, кристаллическая структура которых мало совершенна, химический состав переменен и, как правило, нестехиометричен. Наиболее устойчив в процессе бактериальной деструкции оказался тальк, слоистая структура которого, особенно тетраэдрические безглиноземистые сетки, наиболее идеальна, а магний не замещен ни алюминием, ни железом* .

Таблица 55

Результаты биовыщелачивания островных, цепочечных и слоистых силикатов в течение 15 недель


 

 

Минерал и его формула

 

Место отбора образца

Структур-ные осо-бенности, координа-

Содер-жание SiO2 в

Количество выщелочен-ного SiO2

   

ционное число алю-миния

1 г, мг

мг/г

% от содер-жания

Дистен Al2[SiO4]O

Таганай, Урал

Субцепо-чечный, 6

370

27

7

Андалузит Al2[SiO4]O

Семиз-Бугу, Казахстан

Субслоис-тый, 6 и 5

370

32

8

Силлиманит Al[AlSiO6]

Не известно

Ленточ-ный, 6 и 4

370

40

11

Таумасит* Ca3[Si(OH)6][SO4][CO3].9H2O

Кодинский массив, Якутия

Цепочеч-ный (Al от-сутствует), Si=6

100

50

50

Шамозит e4(Fe,Al)2(Si,Al)2Si2O10].(OH)8

Висловское место-рождение, КМА

6 и 4

250

90

35

Глауконит K0,8(Fe1,43+Mg0,5Al0,1). (OH)2[Al0,3Si3,7O10]

Бахчисарай, Крым

6 и 4

500

80

16

Мусковит KAl2(OH)2[AlSi3O10]

Мамское месторож-дение Иркутской области

6 и 4

460

54

12

Каолинит Al4(OH)8[Si4O10]

Просяновское мес-торождение Днепро-петровской области

6

460

54

12

Монтмориллонит

Al2(OH)2[Si4O10].2H2O

Аскани, Грузия

6

600

52

9

Тальк Mg3(OH)2[Si4O10]

Афганистан

 

620

28

4


*Длительность опыта четыре недели.

Особый интерес представляет деструкция с помощью бактерий таумасита, в составе которого при полном отсутствии алюминия кремний шестикоординационный. Силикатный мотив структуры таумасита, подобно гидрогелям кремниевой кислоты (Мицюк, Горогоцкая, 1980), характеризуется удлиненными и существенно ослабленными связями Si-OH. В условиях деструктирующего действия на минерал водных, особенно близнейтральных растворов, эти связи, очевидно, остаются химически инертными. Абиогенное разрушение таумасита должно происходить в сильно кислых средах, при действии водородных ионов на связи Ca-O-S и Ca-O-C, характеризующих сульфатный и карбонатный мотивы структуры этого минерала.

Через четыре недели бактериального выщелачивания таумасит был разрушен почти полностью. Об этом свидетельствовало быстрое уменьшение количества исходной пробы и активное развитие бактерий. Опыт был остановлен. В накопленном фильтрате оказалось 50% SiO2, содержащегося в минерале перед экспериментом. Таким образом, в данном случае решающую роль в разрушении силиката играли его структурные особенности.

Для экспериментов было подготовлено пять образцов {\Large $\alpha$} -кварца, охарактеризованных в табл. 56. Среди них три образца представляют крупнокристаллический кварц, один из которых (обр. 3) окрашен в дымчатый цвет, имеет повышенное количество алюминия и компенсирующих отрицательный заряд на тетраэдре AlO4 калия и натрия (центры O-Al), а два другие (обр. 1, 2) - горный хрусталь; остальные образцы (4, 5) - типичный халцедон. Для сравнения один эксперимент поставлен с рентгеноаморфным опалом.

За основу структурной характеристики кварца принята степень его кристалличности (размер микроблоков - кристаллитов и их однородность по размеру), которая оценена через индекс кристалличности (К), определенный методом ИКС по интенсивности дублета полос поглощения в области 800-780 см-1 (Плюснина, 1978). Исследованные образцы ранжировались в ряду понижения К следующим образом: 1(10)-2(9)-3(7)-4 и 5(5). Линейный размер кристаллитов у первых трех проб составлял около 4-5 мкм, у двух других находился в пределе 1,0-0,1 мкм.

Предполагалось, что более мелкозернистый кварц, характеризующийся большой площадью взаимных контактов слагающих его кристаллитов, обеспечивающей высокую степень их химического взаимодействия, а также концентрирующей на контактной поверхности активные "концевые" группы структуры (Si-OH, Si-O-Men+, Men+-OH и др.), дислокации и дефекты, должен выщелачиваться интенсивнее. В связи с возрастанием адсорбционной и химической активности поверхности тонкодисперсного минерала "атака" на него со стороны деструктатора (воды, ионов H+ и ОН- , других анионов раствора и микроорганизмов) становится более результативной. В связи с этим для кварца ожидалось совпадение показанного выше ряда кристалличности этого минерала с рядом выщелачивания SiO2.

Таблица 56

Результаты биовыщелачивания кварца в течение четырех недель


 

 

N обр.

 

Общая характе-ристика образца. Месторождение

 

Плот-ность

({\Large $\pm$} 0,005)

 

 

Показатель преломления

 

 

Содержание примесей, %

Индекс крис-талличности. Структурная упорядочен-ность

Коли-чество выще-лочен-ного SiO2

(% от содер-жания)

     

ne

no

     

1

Горный хрусталь

2,645

1,553

1,544

CaO, Fe2O3, (0,18-0,20)

10,9

0,8

2

Крупноблочный, бесцветный, полупрозрачный. Ахалцихе, Грузия

2,625

1,553

1,543

Al2O3 (0,08-0,10); K2O и Na2O (0,04-0,07)

Крупные кристаллиты, структурно упорядочен-ные

0,7

3

Дымчатые, прозрачные, дипирамидальные кристаллы. Тырныауз

2,615

1,552

1,542

Al2O3 (1,4), K2O (0,9) и Na2O (0,25)

7

Сравнительно крупные, упо-рядоченные кристаллиты

1,4

4

Зернистый, слабо фиолетовый хал-цедон. Ахалцихе, Грузия

2,605

1,537

1,532

 

5

0,9

5

Зернистый, серый халцедон, Ступино Московской области

2,505

nср. около 1,539

Заметно уве-личено содер-жание слабо связанной воды (0,25-0,30)

Весьма мел-кие слабо упорядочен-ные кристал-литы

1,0


Опыты по бактериальному выщелачиванию кварца проводились четыре недели. В абиогенном растворе за это время все образцы разлагались очень слабо и однотипно. На рис.18 показаны графики накопления SiO2 в культуральном растворе. Обращает на себя внимание сохранение высокой скорости процесса в конце экспериментального времени.

Рис.18. Графики бактериального выщелачивания SiO2 из образцов кварца разной кристалличности. Номера графиков соответствуют номерам образцов (см. табл. 55)

 

Наибольшей интенсивностью бактериальной деструкции обладает обр. 3 - кварц высокой степени кристалличности, затем следуют пробы халцедона, а за ними - горный хрусталь с наиболее совершенной структурой в изученном ряду. Таким образом, "нарушителем" ряда оказался кварц, хотя и достаточно кристалличный (К=7), но содержащий структурные дефекты, обязанные замещению Si-Al в тетраэдре. На опале силикатные бактерии не развивались - минерал практически не выщелачивается.

Полученные результаты позволили сделать следующие выводы: 1) с помощью силикатных бактерий кварц разрушается даже в нейтральном растворе; 2) наиболее интенсивно выщелачивается кварц с примесными дефектами - тетраэдрическим алюминием; 3) для интенсивности изученного процесса более благоприятна низкая степень кристалличности образцов; 4) аморфные разновидности SiO2 с высокой энтропийной сорбцией бактерии не разрушали.

Известно (Диков и др., 1979; Матвеева, 1974; Мицюк, Горогоцкая, 1980), что наиболее прочными связями в силикатах и кварце являются ковалентные связи Si-O-Si кремнекислородного тетраэдра. Мостиковый кислород вследствие максимального использования обоих неподеленных пар электронов в 3sp3- и 3d орбиталях кремния и частичной двоесвязанности делает кремнекислородный тетраэдр в структуре кварца и силикатов весьма устойчивым и химически инертным. При замене Si4+ на Al3+ мостиковый кислород поставляет для связи с алюминием лишь одну неподеленную пару электронов. В результате на кислороде возникают делокализованные электроны, создающие на тетраэдре AlO4 избыток отрицательного заряда. Связь Al-O по сравнению с Si-O становится более удлиненной и ослабленной. По самым простым расчетам ее прочность уменьшается в 1,5-1,7 раза, а степень ковалентности снижается с 60 до 40% (Волькенштейн, 1981).

Наиболее активный деструктор алюмосиликатов - ион Н+, обладающий электроноакцепторным свойством и огромной способностью проникать в электронную сферу мостикового кислорода с образованием связей Al-OH-Si, которые дополнительно удлиняются и ослабляются. Вслед за водородным ионом в "атаку" на структуру кварца вовлекаются также ионы Н3O+ и OH-, увеличивающие координацию кремния и алюминия и совершающие полный разрыв мостиковых связей. Конечными продуктами разрыва являются гидраты Si(OH)4 и Al(OH)3.

Таким образом, прочность кварца связана прежде всего со степенью его структурного совершенства - чем меньше ослабленных Si-О-Al связей, т.е. дефектных тетраэдров, тем труднее разрушается минерал. Степень кристалличности кварца в процессе деструкции отодвигается на второй план. При этом, хотя в абиогенном и биогенном вариантах разрушения минерала действуют общие принципы и закономерности, бактериальный фактор, способствуя более интенсивному развитию процесса, осуществляет его даже в малоблагоприятных для абиогенной системы близнейтральных условиях. Силикатные бактерии развиваются лишь на кристаллическом минеральном субстрате.

В последнее время с помощью ЭПР-спектроскопии удалось определить в уже исследованном кварце содержание дефектов, связанных с изоморфной примесью Al по Si в тетраэдрической позиции (лаборатория ЭПР-спектроскопии кафедры минералогии МГУ). Полученный ряд увеличения количества дефектов оказался следующим (в скобках показана концентрация дефектов в виде количестваатом (ат.) Al на 106 ат. Si): обр. 2 (19) - обр.1 (24) - обр.4 (126) - обр.5 (147) - обр.3 (194) и полностью совпал с рядом увеличения степени бактериального выщелачивания проб.

Таким образом, контроль за биовыщелачиванием кварца следует вести, опираясь на данные по концентрации в минерале Al-дефектов.

Обсуждение результатов. Проведенная экспериментальная работа по длительному выщелачиванию кварца и некоторых силикатов с помощью силикатных бактерий показала высокую интенсивность этого процесса, намного превышающую скорость и интенсивность разрушения исследованных минералов в абиогенном водном растворе с рН 5-7.

Получены следующие ряды снижения устойчивости кварца, силикатов и алюмосиликатов при биогенном выщелачивании (в скобках отмечены относительные индексы устойчивости; индекс 10 имеет наиболее, а индекс 1 - наименее устойчивый минерал в данном ряду): горный хрусталь (10-9) - халцедон (7-6) - кварц с Al-O-центрами (1); альбит упорядоченный (10) - альбит разупорядоченный (8,5) - лабрадор (7) - анортит (1); дистен (10) - андалузит (8) - силлиманит (1); тальк (10) - монтмориллонит (9) - каолинит (8) - мусковит (8) - глауконит (6) - шамозит (1).

В показанных рядах деструкция (разрушение) минералов усиливается с увеличением роли в их кристаллических структурах четырехкоординационного алюминия, т.е. с ослаблением связи мостикового кислорода в кремнекислородных тетраэдрах. Для кислых плагиоклазов наметилось определенное (усиливающее) значение разупорядоченного состояния при биовыщелачивании. Благоприятными для процесса бактериальной деструкции минералов являются дефекты (электронно-дырочные) центры, изоморфные замещения в катионной части минералов, общие несовершенства кристаллической структуры последних.

Особенно интересны результаты биовыщелачивания пластинок полевых шпатов и наблюдение на их выщелоченной поверхности накопления аллофаноидных продуктов разрушения алюмосиликатов. Эти данные говорят о некорректности использования в качестве критерия разрушения минералов количества перешедшего в раствор минерального вещества. Они ставят также ряд новых проблем в развивающейся биотехнологии силикатного сырья.

Полученные результаты выдвигают вопрос о причинах и механизме деструкции силикатов микроорганизмами. Ни один из компонентов силикатов и алюмосиликатов практически не усваивается силикатными бактериями (Александрова, Зак, 1950; Аристовская, 1980), а развитие живых гетеротрофных клеток на силикатном субстрате происходит так же успешно, как на органической основе. На основании изложенного складывается такое представление - процесс разрушения минералов силикатными бактериями интенсифицируется, несомненно, ферментативно (энзиматически) и по аналогии с другими микроорганизмами (например, тионовыми бактериями) является так же жизнеобеспечивающими.

Как отмечалось, в кислых абиогенных растворах находящиеся в избытке ионы водорода, обладающие высокой электроноакцепторной способностью, легко проникают в участки кристаллической структуры алюмосиликатов с избыточным ЭП, в места структуры с делокализованными электронами. В результате протонизация мостикового кислорода в ковалентной связи Si-O-Al и образование новой ковалентной, но уже ослабленной связи Si-OH-Al становится активным началом дальнейших "атак" со стороны компонентов воды на минерал.

В случае бактериальной системы разрушение алюмосиликатов начинается также с наиболее уязвимых в их структуре алюминиевых тетраэдров, с участков, которые обеспечивают легкость электронных переходов, т.е. разрушение ковалентных связей в силикатной структуре. Совершается этот процесс, очевидно, не в результате гидролизации связей, так как с его развитием величина рН раствора снижается (с 7 до 5), а благодаря действию окислительно-восстановительных ферментов бактериальных клеток с целью их жизнеобеспечения.

Силикатные бактерии пока изучены слабо. Будучи гетеротрофами, они активно развиваются на органических (углеводных) соединениях - сахарозе, глюкозе и др., разрушая их до CO2 и H2O. Последний процесс в соответствии с современным представлением об энергетике живой клетки является биохимическим (электрохимическим) окислением (Волькенштейн, 1981). Примером его осуществления может служить окисление отдельного функционального фрагмента углеводов, которое с позиций современной биохимии описывается следующей электрохимической реакцией окисления (Майрановский, 1975; Страдынь, Гиллер, 1975): -CH2-CH2- {\Large $\to$} -CH=CH- + -2+2Н. Электроны этой реакции, высвобождающиеся при перестройке химических связей, поступают в систему окислителя (кислород, живая клетка) и расходуются на синтез биомассы микроорганизма, совершаемый в форме восстановительного процесса.

При отсутствии органического "питания" силикатные бактерии существуют и размножаются на кристаллических силикатах (кварце, нефелине, полевых шпатах и т.д.). Пока трудно описать достаточно точно процесс их жизнеобеспечения за счет разрушения структур силикатов, но кажется, что фундаментальную основу развития живой клетки и в этом случае составляет процесс биохимического окисления неорганического субстрата, который, определяя энергетический и конструктивный метаболизм клетки, протекает с участием транспорта электронов с более низкопотенциальной системы (силикаты или углеводы) на более высокопотенциальную (органические структуры самого микроорганизма). Подобные представления все более уверенно внедряются в микробиологию со стороны современной биофизики (Волькенштейн, 1981) и уже нашли свое развитие при рассмотрении жизнеобеспечения тионовых бактерий, деструктирующих сульфиды.

При указанном подходе к проблеме следует признать, что начало разрушения силикатов связано с прямым ферментативным взаимодействием клетки на частицу, захваченную в имеющуюся у нее слизистую капсулу, т. е. в условиях прямого контакта минерала с микроорганизмом. В образующейся системе и осуществляется сложнейший процесс разрушения электронной структуры силиката, чему благоприятствуют различные дефекты последней, в первую очередь заселение кислородных тетраэдров алюминием, приводящее к ослаблению ковалентных связей в тетраэдрах. Несомненно, "в атаку" на минерал подключаются и компоненты водного раствора, прежде всего ионы-гидролизаторы ОН-, Н+ и Н3О+.

Высказанная идея требует приложения определенных усилий для выполнения исследований, которые будут способствовать полному раскрытию сущности процессов, совершающихся на контакте живой и неживой материи.

Проблема, связанная с выяснением роли живого вещества (микроорганизмов) в деструкции силикатов, приобретает особо актуальное значение, как прямо соотносящаяся с вопросами формирования кор выветривания горных пород и с развитием нового направления в технологии силикатного сырья, рассчитанного на использование бактерий в обогащении и извлечении полезных компонентов. Важнейшим минералогическим аспектом этой проблемы становится определение значения конституции породообразующих минералов в их разрушении с помощью микроорганизмов.

содержание | далее >>


 См. также
Биографии ученыхЯхонтова Лия Константиновна
Биографии ученыхПлюснина Инга Ивановна
Анонсы конференцийVIII Студенческая школа "Металлогения древних и современных океанов - 2002"
КнигиМесторождение медистого золота Золотая Гора (О "золото - родингитовой" формации): ЛИТЕРАТУРА
Популярные статьиКОСМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЕ. А.Г.Жабин.

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   

TopList Rambler's Top100