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  877474941 2017-04-07 00:00:00

  微生物成礦會改變礦物的顏色 微生物在地球的礦物形成與分解的過程中可以說無處不在。微生物不僅可以在體外誘導礦物形成，還可以在體內生成礦物；它們不僅可以提供礦物形成所需的原料，還可以控制礦物的形態(tài)。咱們一點兒一點兒的來認識一下這些厲害的小家伙們在成礦上的能耐！ 一、微生物成礦 1、生物礦物（biogenic minerals） 生物礦物就是由生物細胞（多為細菌）及其外部結構形成的礦物。Z為有名的生物礦物是我們耳熟能詳的碳酸鹽巖巖中的方解石、文石、球霰石。Z具有代表性的就是下圖的這個小東西，學名叫做Coccolithi 顆石藻，它是大洋深海鈣質軟泥的主要成分，也是地球碳循環(huán)的重要組成部分，它們在死亡后的尸體沉積構成了海洋碳酸鹽巖的主體。 除此之外，還有很多種微生物形成的礦物如磷酸鹽礦物、硫化物礦物、硫酸鹽礦物、磁鐵礦、針鐵礦等。 鋁土礦： 鋁土礦中的針鐵礦小球： 生物成因的礦物大多在納米到微米尺度，并具有特定的形態(tài)、成分，與成巖礦物可以明顯區(qū)分。 2、微生物礦化作用 （1）微生物誘導的礦化作用(BIM， bacteria-induced mineralization) 特點是礦物的形成取決于微生物營造的環(huán)境，是微生物活動或新陳代謝的副產品。微生物的生理活動誘導礦化，包括高價硫、氮和金屬作為電子受體的異化呼吸作用。 其中Z為有名的發(fā)現就是下面這份發(fā)表在science上的文章，其作者Labrenz et al. (2000)在硫酸鹽還原菌表面實際獲得了納米級閃鋅礦微球粒集合體。當然下圖這個是假染色的結果。。里面藍色的是硫酸鹽還原細菌膜、綠色的是閃鋅礦微粒、黃色的是納米級微球粒。 在SEM下原圖其實是這個樣子的： 其實我們所熟知的鐘乳石、鈣華等也是由生物誘導的礦化作用形成的。下圖是惠東熱泉微生物席礦化層上部TEM圖。顆粒狀硅膠體（m）吸附在藍細菌鞘外（s）或細胞壁外的EPS（p）層中，形成密集的硅質殼層（t），活藍細菌細胞內（b）沒有礦化作用的發(fā)生。在一些已死亡的藍細菌個體中，硅膠體已進入細胞內部。 （2） 微生物控制的礦化作用 (BCM， bacteria-controlled mineralization) 微生物細胞決定了礦物形成的形態(tài)。微生物控制下形成的礦物具有特別的晶體結構、低可溶性、穩(wěn)定同位素分餾的特點和痕量元素的不均衡。 細胞內影響礦物形態(tài)： （細胞內形成的磁鐵礦控制，Bazilinsky et al.， 2000） 細胞表面結構影響礦物結晶形態(tài)： （微生物細胞表面結構影響礦物結晶的形態(tài)，Sleytr et al.， 2001） 這些微生物表面結構會使得礦物也按照一定的微結構來結晶，比如下圖這種鈾礦的析出形態(tài)。 二、微生物分解礦物 提到形成就得再聊聊分解，其實現在微生物在礦物的處理和尾礦堆的處理上有著很大的前景，這一點 @Haizhen Zhu同學已經解釋的很清楚了，無非就是微生物加速礦物的分解和沉淀過程。 以鐵硫化物礦物為例： 從圖中我們可以看出，二價鐵經由微生物氧化作用被氧化為三價鐵，并由三價鐵繼續(xù)加快礦物溶解并氧化硫元素，進而形成高價鐵氧化物、硫酸鹽，Z終目的就是將重金屬固定并達到再次富集提高產量、環(huán)保排放的目的。而尾礦區(qū)內的微生物反應大概模式如下： Chinese Sci Bull.(2009);PCCP(2011);GCA(2011); J Phys. Chem. A (2010); 下圖就是SRB細菌作用下形成的硫化物沉淀復合體。 至于其地球化學意義，我們用下面這一張圖就可以講清楚，礦物的微生物分解伴隨著微生物誘導礦化，維系著地表體系的生命。 不僅僅如此，微生物作用并不于礦坑的AMD中，還會體現在地球表層的ACD（acid rock drainage）中。首先，地殼抬升促進大陸風化作用，微生物的存在會加速Fe、S、C、N等的循環(huán)；其次，微生物也是尋找生物起源和大氧化事件的地質記錄（3.4Ga)；還是重金屬進入生態(tài)系統(tǒng)的重要途徑。 其中DIRB細菌還對BIF的形成、Fe同位素分餾、重金屬地球化學行為等有著重要的研究價值，而SRB細菌則對于碳酸鹽形成、成礦作用、油氣生成、生物滅絕等有著重要價值。

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