铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义

环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。     

鄂尔多斯盆地北部纳岭沟铀矿床铁物相特征及其成矿意义

本文通过光学显微镜鉴定、铁物相分析、电子探针分析、黄铁矿S同位素分析等手段,开展了铁元素矿物相和化学相特征研究及其成矿意义探讨。研究表明,本区砂岩中铁物相主要包括碳酸铁(菱铁矿)、硫化铁(黄铁矿)、铁氧化物(赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿)以及铁硅酸盐(黑云母、绿泥石、绿帘石),其中铁氧化物是直罗组砂岩中铁元素最主要的存在形式,硫化铁是矿化砂岩重要的指示矿物,上述两种铁物相均在矿化砂岩中含量最高;主要的铀矿物类型为铀石,与黄铁矿关系最为紧密,主要以"围绕"和"包含"的形式与黄铁矿相伴产出;黄铁矿的S同位素分布范围是-39.4‰～-8.5‰,表现出明显的富~(32)S、贫~(34)S的特点,指示了生物成因的特征;U/Th及δU的分布特征指示了二次还原砂岩经历了明显的氧化过程,矿化砂岩的还原性最强。铁物相的特征指示了纳岭沟铀矿床成矿过程的复杂性,既有早期的氧化改造,又有后期的二次还原改造,同时在成矿过程中还伴有硫酸盐还原菌等微生物的参与。黄铁矿作为铀成矿最敏感的指示矿物,是由无机还原反应叠加生物作用形成的。     

江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响

微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通过室内厌氧模拟培养实验,查明其砷、铁还原能力,并通过分别与铁氧化物矿物及原位沉积物共同培养,探究原位含水层微生物参与的砷释放机理.结果表明:四株细菌均具有厌氧条件下砷、铁还原功能,Citrobacter sp.JH-1砷还原能力最强,96 h内还原的As(Ⅴ)浓度为2.22 μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不仅可在厌氧和有氧条件下还原溶液中的As(Ⅴ),还可在厌氧条件下还原溶液中的Fe(Ⅲ)和无定型的水铁矿,在与含水层沉积物共培养12 d后,沉积物中铁与砷的释放量分别为510 mg/kg及1 150 μg/kg.江汉平原含水层中的原位微生物兼具砷/铁还原功能,在厌氧条件下可还原沉积物中的铁氧化物矿物并促进砷的释放,为深入揭示高砷地下水成因机理与地下水砷污染的防控提供重要科学依据.      

铁细菌培养过程中低分子有机酸钠盐对含硫酸根铁矿物形成的影响

普遍存在环境中的低分子有机酸盐对氧化亚铁硫杆菌的矿化产物(施氏矿和黄钾铁矾等铁矿物)会产生影响,从而导致环境中有毒重金属迁移转化发生变化。本文探讨了低分子有机酸钠盐对铁细菌HX3成长过程中代谢产物铁矿物的影响,并利用XRD、FTIR、FESEM和EDS对形成的铁矿物进行了表征与分析。研究结果表明,低浓度低分子有机酸钠盐的加入对细菌氧化Fe~(2+)的影响不明显,但可加速黄钾铁矾的形成;苹果酸钠的加入较柠檬酸钠和草酸钠更利于施氏矿向黄钾铁矾转变。高浓度低分子有机酸钠盐(苹果酸钠、柠檬酸钠和草酸钠依次为20、40和40mmol/L)的加入对细菌培养过程中Fe~(2+)的氧化有抑制作用;抑制影响从大到小的顺序为:苹果酸钠柠檬酸钠草酸钠。该研究结果可为含氧化亚铁硫杆菌等铁细菌的酸性矿山废水中铁矿物的形成转化和生物矿化机理提供理论参考。     

微生物矿化成因的铁硫酸盐矿物表面特征初探

研究表明，生物一矿物相互作用是地球表层系统演化的重要地质营力之一。微生物与矿物岩石之间进行着活跃的物质交换，微生物通过营造微观地球化学环境和提供吸附、成核中心影响着矿物的溶解和结晶，其中生物一矿物界面是物质交换和化学反应最为活跃的场所，矿物表界面记录着丰富的微生物作用信息。在综述前人微生物一矿物相互作用界面研究的基础上，利用气体吸附技术，对比分析了微生物矿化成因和无机合成含水铁硫酸盐矿物的表面积、表面分形和表面吸附能特征，初步讨论了微生物矿化成因铁硫酸盐矿物的表面特征和控制机理。     

前寒武纪铁建造矿石矿物的成因

前言阐明条带状铁建造主要矿石矿物(磁铁矿、赤铁矿和菱铁矿)的成因,与解决条带状铁建造形成条件和成因这个基本问题有密切关系。假如,我们只限于认为铁建造是化学沉积物,那么,在解释沉积物的原始成分和主要矿石矿物磁铁矿的形成条件方面就会产生许多不同的见解。当代假设的主要观点可归纳为三类:(1)原始沉积物主要是由胶体溶液沉积的氢氧化物(赤铁矿)。磁铁矿和菱铁矿是     

中天山地块沙垄铁建造矿石矿物原位微量元素特征及其意义

位于中天山地块的沙垄铁建造是新近识别出的新元古界铁建造之一。前人已经对该铁建造的矿床特征、形成时代和构造背景进行了研究,并通过矿石的全岩元素地球化学和铁同位素分析,探讨了其矿床成因和沉积环境。但是,目前缺乏针对沙垄铁建造矿石矿物的矿物学和微区地球化学分析等的研究,制约了对其铁矿物形成过程和形成环境的深入认识。本文以沙垄铁建造中代表性铁矿石的磁铁矿和赤铁矿为主要研究对象,在详细的矿相学研究基础上,利用飞秒激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(fs-LA-ICP-MS)开展磁铁矿和赤铁矿的原位地球化学分析,进一步揭示磁铁矿和赤铁矿形成的过程和环境。沙垄铁建造的赤铁矿主要呈半自形微细粒板状,并且顺层定向分布,磁铁矿主要呈中粗粒状变斑晶产出。原位地球化学分析结果表明：磁铁矿总体具有较高质量分数的Si、Ca、Mn和较低质量分数的Ni、Cu、Zn,不同样品的磁铁矿V质量分数相对一致,Ti质量分数变化较大;赤铁矿相对于磁铁矿具有较高的Si、Ca、Ti、Cr质量分数和较低的Mn、Ni、Zn质量分数。磁铁矿的稀土总量较低(w(ΣREY)=1.49×10^-6～51.16×10^-6<...     

微生物参与前寒武纪条带状铁建造沉积的研究进展

地球演化早期太古代和早元古代大规模的条带状铁建造(BIF)是目前世界上最重要的铁矿资源。已有的稳定同位素组成、分子化石以及岩石磁学性质等证据支持早期微生物广泛参与了BIF的形成。本文评述了微生物参与BIF形成过程中铁搬运和沉淀及其同位素分馏、生物标志物和岩石磁学证据。深入地研究BIF成矿中的微生物矿化贡献,有助于解释BIF形成机制,反演前寒武纪大气-海洋环境演化,以及理解地球早期生命的过程。     

微生物成矿

微生物对生命元素如碳、氮、硫、氧和金属离子的代谢作用能显著的改变微生物周边的外部环境和其内部环境。在一系列的生物地球化学过程中,微生物参与了矿产的沉积(生物成矿)或参与了矿石和岩石的溶解(生物风化)。生物成矿作用有两个途径：一个叫生物诱导成矿,通过这个过程,微生物分泌出代谢产物导致了之后的矿物颗粒的沉积;另一个叫生物控制成矿,在这个过程中,微生物在控制矿物成核和生长上起到了显著作用。微生物成因的矿物总体来说颗粒都很小和／或有着独特的同位素特征。最普遍的生物成因矿物有碳酸盐、硫化物和铁的氧化物。细胞表面和其分泌的胞外聚合物的结构可以为离子的浓缩、聚合和矿化提供模板,并起到重要作用。地球材料的仿生合成帮助我们了解了在人工条件下的生物成矿机制。此外,在地质环境中生物成因的矿物还可以作为一种生物信号,用来重建地球和其他行星的起源和演化。     

铁介导的土壤有机碳固持和矿化研究进展

铁作为有机碳矿物保护的核心元素之一,不仅对土壤有机碳库的结构及其稳定性有重要影响,其氧化还原动态变化也驱动着有机碳的周转过程。从铁介导的有机碳固持机制、铁结合态有机碳稳定程度的影响因素以及铁氧化还原过程驱动的有机碳矿化机制3个方面对铁—碳耦合关系进行了梳理分析。首先,铁介导的有机碳固持机制主要取决于自身的矿物学特性,能够通过吸附、络合、共沉淀和夹层复合等方式形成铁结合态有机碳,从而对有机碳起到直接的矿物保护作用。此外,铁氧化物还可以作为胶结剂促进团聚体形成,或通过改变环境pH进而间接保护有机碳。其次,铁结合态有机碳的稳定性主要受其自身性质（铁的矿物学特征、碳铁比、与有机碳的结合方式）、铁还原菌的种类以及小分子有机物的影响。第三,铁介导的有机碳矿化过程主要包括铁异化还原介导的有机碳矿化过程,以及由Fe（Ⅱ）化学氧化驱动的芬顿/类芬顿反应所生成的羟基自由基导致的非选择性有机碳矿化过程。但是,铁氧化物也能通过与外源输入碳复合形成铁结合态有机碳从而抑制土壤有机碳的矿化,以及通过降低酚氧化酶活性而减缓有机碳的矿化速率。因此,铁氧化物的矿物学特性和氧化还原敏感性对土壤有机碳的累积具有重要影响。最后...     

湖南沃溪钨-锑-金建造矿床同生成因的微量元素和硫同位素证据

对岩矿石和矿物的微量元素、稀土元素和硫同位素地球化学的研究表明,湖南沃溪钨-锑-金建造矿床系海底同生热水沉积作用的产物。矿石与围岩中微量元素和稀土元素含量的变化关系,反映了一种复杂的热液、海水以及陆源碎屑的联合影响。矿石及其中矿物(石英)的稀土元素配分模式可与许多沉积喷流型(sedex型)块状硫化物矿石及其共生的喷流岩相对比,暗示了两者具有相似的形成机理。矿石的硫同位素资料显示,生物成因硫与热液成因硫(下伏沉积柱中硫化物的溶解和/或部分海水硫酸盐的还原)共同参与了成矿作用过程。     

滇中武定迤纳厂铁铜矿床磁铁矿元素地球化学特征及其成矿意义

武定迤纳厂矿床位于我国云南省中部,在大地位置上处于扬子板块西缘,康滇地轴云南段,是滇中具有代表性的元古代铁-铜-金-稀土矿床.其矿化作用分为岩浆气液期、交代成矿期、热液成矿期和成矿后热液期4个期次,其中前3个期次是铁成矿的主要期次,分别以角砾状磁铁矿、浸染状磁铁矿和粗粒脉状磁铁矿为代表.各类磁铁矿含有一定量的SiO2、Cr2O3、Al2O3、MgO等,角砾状磁铁矿石的主元素成分与铁成分比值最高,其次为浸染状磁铁矿,最低为脉状磁铁矿.不同类型的磁铁矿微量元素变化很大,浸染状磁铁矿稀土配分具四重效应,角砾状磁铁矿和粗粒脉状磁铁矿稀土配分为右倾型.成矿早期磁铁矿的形成受岩浆作用影响强烈,含铁的岩浆导致围岩碎裂,形成了早期角砾状矿石;交代成矿期的铁质主要源于岩浆演化晚期分异形成的富铁流体,富铁流体与围岩发生强烈的物质交换,导致大量铁质沉淀;随着矿化作用的进行,热液作用逐渐增强,加之外界流体的逐渐加入,对之前形成的磁铁矿进行改造,使其具有热液成因的表象特征.从矿物成分体现出的矿床成因上看,该矿床属于岩浆隐爆-交代型成因,与世界知名的IOCG型矿床有相似之处.     

西昆仑帕米尔式铁矿床膏铁建造成因探讨——以老并铁矿为例

产于塔什库尔干陆块下古生界含铁岩系的西昆仑帕米尔式铁矿床具有独特的膏铁建造特征。老并矿区具有明显的6个沉积铁矿化层,由下往上构成"粗碎屑岩-中基性火山岩夹层-磁铁矿层-含铁膏岩层-细碎屑岩"退积正粒序组合的沉积层,与火山活动关系密切,成矿物质主要来源于火山物质。在海底火山喷发过程中,深部火山岩浆与海水硫酸盐矿物发生混染作用,含铁热水溶液与膏岩层作用。随着温度、压力、pH值等环境条件的转变,先后结晶出硬石膏、磁铁矿、黄铁矿并沉积形成不同矿物组合的膏铁建造。     

海水中钢铁锈层的微生物成因及其环境效应

研究了海水环境中钢铁腐蚀产物即锈层中的厌氧微生物群落和锈层矿物特征及其相关性。微生物富集培养和初步的分子生物学分析结果表明,海水钢铁锈层中至少生存有硫酸盐还原细菌和铁还原细菌两种厌氧细菌。使用扫描电子显微镜和电子能谱、X-射线衍射仪等对锈层样品进行了矿物学观察和分析。在外锈层和中间锈层,主要是α,β,γ-FeOOH等铁(水合)氧化物。铁水合硫酸盐即绿锈则主要出现在内锈层。初步讨论了厌氧细菌作用下的铁腐蚀矿物生成和转化过程,并提出钢铁锈层微生物和矿物在海洋环境的微生物修复中可能具有重要作用。     

地球系统中生物成因硫化物矿物:类型、形成机制及其与生命起源的关系

作为生物矿物一种十分重要的类型,生物成因硫化物矿物形成于多种海水和淡水环境中.它们是自然界硫和金属元素循环中的关键一环,并有可能在地球早期生命起源中扮演了重要的角色.现代环境中形成的生物成因硫化物矿物与多种生命过程有着十分密切的联系,微生物和大型生物均可直接或间接地影响生物成因硫化物矿物的形成.重点从生物成因硫化物矿物类型、参与生物矿化的有机体、生物成因硫化物矿物形成机制以及硫化物矿物与生命起源的关系等几个方面综述了生物成因硫化物矿物研究的最新进展.     

高温微生物铁还原条件下绿脱石对有机质的保存作用研究

粘土矿物在地表环境中广泛存在,并且与环境中的有机质紧密结合在一起。前人的研究发现,粘土矿物的可膨胀层间域可以有效地保存有机质,防止其在微生物诱导的氧化还原环境的波动的环境中被矿化。然而这一过程在高温条件下是否同样成立尚属未知。本文选取一种代表性有机质12-氨基十二酸(ALA)与典型含铁粘土矿物绿脱石(NAu-2)合成有机质-粘土矿物复合体,在两株高温-超高温铁还原细菌的作用后,通过多种水化学和矿物学的表征手段,研究其矿物结构的变化、有机质的结合稳定性和脱附情况。结果发现细菌对绿脱石结构铁的还原过程中造成的矿物结构的破坏(还原性溶解)是控制ALA从NAu-2中脱附的主要原因。高温条件也会略微促进ALA从NAu-2的层间域中脱附出来。总体来说,受限于微生物对结构铁的还原程度(30%),最终在结构铁还原反应结束后还是有相当大量的ALA在层间保存了下来。这一结果证明了粘土矿物的层间域在高温条件下同样也能够作为有机质保存的有效场所。     

鞍本地区铁的氧化矿物特征及富铁矿的成因

对前寒武硅铁建造的矿床矿物学研究,国内外学者已作过较多的工作,但前人多侧重研究围岩蚀变矿物以及铁的氧化物,而忽视了以矿石组构为基础的矿物学工作。由于对磁铁矿的矿物世代缺乏细致的划分,因而测定的数据只能是概略性、统计性的。特别是样品不纯,大大影响了从铁的氧化矿物微量元素来探讨矿物的成因。本文拟在矿石组构研究和矿物学工作的基础上,对鞍本地区富铁矿的成因作些探讨。     

河南窑场和辽宁思山岭铁矿磁铁矿矿物学和氧同位素特征对比——对BIF型铁矿成因与形成环境的启示

河南窑场铁矿和辽宁思山岭分别位于华北陆块的南缘和东北缘。通过对其主要矿石矿物磁铁矿单矿物的化学成分、热电性及氧同位素的分析发现,磁铁矿均具高Ni低Co的特征,暗示成矿来源与深部物质有关。它们均相对富集轻稀土元素,显示Eu正异常和无明显Ce负异常,其中辽宁思山岭铁矿磁铁矿Eu异常较为强烈。此外,窑场和思山岭磁铁矿的δ18O、热电系数平均值分别为7.1‰、-59.05μV/℃和2.3‰、-57.18μV/℃。化学成分显示两者均应属火山沉积变质成因,其中思山岭磁铁矿类质同像程度较低,结构较为均匀。对华北陆块产出的主要铁建造岩群的磁铁矿δ18O值和稀土元素组成的对比分析结果显示,贫富矿石中磁铁矿氧同位素组成具有规律性,与富化机制有密切联系;不同岩群中贫矿石磁铁矿δ18O值高低与变质程度具有一定联系。根据中太古代-古元古代BIFs的Ce、Eu异常程度的综合分析结果,推测华北陆块BIFs形成时的古海洋整体上处于缺氧或少氧环境,但伴随华北陆块演化,还原环境影响趋弱,不利于条带状铁建造的形成。     

铁氧化物对硫酸盐还原菌分解硫酸盐矿物的协同作用

以牛肉膏为碳源,用活性污泥混合菌接种,探讨在缺氧条件下添加不同的铁氧化物对硫酸盐还原菌(SRB)分解硫酸盐矿物的影响。通过溶液pH、铁离子、硫酸根浓度以及固体产物的SEM和EDS图谱分析,揭示硫酸盐矿物分解过程和机制。实验结果表明,铁氧化物对SRB分解硫酸盐矿物起着明显的协同作用:①被铁还原菌还原的Fe2+与硫酸盐还原产生的硫化氢反应形成铁硫化物,消除硫化氢对SRB分解硫酸盐的抑制作用;②铁氧化物还原溶解,提高体系的pH和碱度,增加生化产物CO2的溶解,诱导溶解的钙离子形成方解石沉淀,促进SRB分解硫酸盐矿物的过程。     

秦岭深盆系热水沉积硅质岩的地球化学特征

秦岭泥盆系中广泛发育一套与Ｐｂ、Ｚｎ、Ａｇ矿化有关的热水沉积硅质岩，主要为铁白云石硅质岩和似碧玉岩两类，前者代表海底热水喷水口附近的产物，后者代表距喷水口较远的沉积产物。由于二者沉积环境的差异，造成了二者化学成分、矿物成分、微量元素、稀土元素及氧同位素等方面的不同。因而，可以根据这些特征来判断热水沉积硅质岩的沉积环境，这对阐明该类矿床的成因有重要的意义。