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。     

环境与生命矿物学的科学内涵与研究方法

环境与生命矿物学是矿物学、环境科学与生命科学之间的交叉学科,是成因矿物学在生命领域的拓展和延伸,是地球系统科学的重要组成部分。生命起源的矿物表征和矿物作用;极端环境下的生物多样性及生物与矿物的关系;生物体的矿物组成、作用、宏微观形貌和自组装结构;生命矿物成核、生长和自组装过程的有机质调控及其响应环境变化的标型特征;生物矿化的过程、机理及其资源环境效应;矿物(含药用矿物)在生命活动中的作用、过程与机理及其开发利用,是环境与生命矿物学的主要研究内容。生命矿物有其自身的特点,选择用于环境及其变迁研究的生命矿物时,应遵循"贯通性"、"灵敏性"、"统计性"和"周期性"等四原则。根据生命矿物进行环境分析研究时,要注意甄别影响矿物学特征变化的环境要素;既要善于利用较便捷成熟的成因矿物学研究手段和方法(如热发光,简称TL),还要充分利用其他学科中的技术(如计算体层摄影术,简称CT),创造性地开发生命矿物学的环境标型。     

含硫化物方解石脉地表风化产物

<正>金属硫化物矿山环境中大量暴露于地表的金属硫化物(如黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿)会发生氧化而生成酸性矿山排水(AMD)。尾矿和废石中的碳酸盐矿物往往与AMD反应而溶解,同时使AMD的酸度下降,并形成多种具有固定重金属元素能力的次生矿物,因此,碳酸盐矿物常常被作为治理AMD污染的重要矿物材料。由于方解石和黄铁矿广泛存在于多种岩石类型中,岩石露头的地表风化作用常常存在硫化物氧化分解、酸性岩石排水(ARD)形成、碳酸盐矿物分解、次生矿物形成的连续过程,这一过程     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物，但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子，提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高，在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量，是目前所发现的最高的矿物光电子能量，不仅能直接还原CO2分子为甲酸物质，还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖，光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流，显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体，地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn4CaO5与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源，矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

深海火山堆积期间从海底火山作用到富含硫化物石英脉型金成矿作用的演化

富含硫化物石英脉型金矿是加拿大太古宙金矿类型中重要的一种.关于它的成因仍是个谜.象Copper Rand和Geant Dormant这样一些金矿,其中的富硫化物含金石英脉的形成早于区域韧性变形,因而排除了变质成因的可能.Geant Do rmant金矿尤其适合于阐述金矿成因问题,因为其中的含金石英脉产于一层序关系保存完好的弱形变火山沉积序列中.本文论述了与该矿床有关的火山堆积及其热液系统的演化.从野外、岩相学与地球化学资料确定了火山演变及其形成的水下环境.热液事件则从野外分布特征、硫化物以及蚀变矿物组合和蚀变围岩的质量平衡计算等方面加以讨论.在分析火山与热液事件年代学和几何学关系基础上,认为含金石英脉是在火山成因热液系统的最后阶段形成的,该热液系统包括在深水火山堆积期间从贫金海底火山作用演变成富金矿脉型成矿作用的整个过程.本文探讨了在这种环境中含金石英脉的形成和金的富集机制以及所提出的金矿成因模式在勘探中的意义.     

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物,但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子,提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高,在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量,是目前所发现的最高的矿物光电子能量,不仅能直接还原CO₂分子为甲酸物质,还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖,光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流,显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn₄CaO₅在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体,地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn₄CaO₅与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源,矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。     

从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用：地球生物学框架下重要的研究主题

早期"生物矿化作用"的概念,被定义为生物形成矿物的作用,并进一步分为生物控制和生物诱导两大类型。这个宽泛的概念,被修订为生物以生命活型(living form)影响矿物物质的沉淀作用;相应地,"生物矿物"是在严格的生物控制下、从局部环境中选择性地吸收元素并融合成具有生物功能构造的矿物。"有机矿化作用",则被定义为"与那些无生命活力的有机物质相关联的矿物形成作用"。与生物矿化作用相对应,有机矿化作用的产物被定义为"有机矿物",用来指那些通过有机聚合物、生物的和(或)非生物的有机化合物所导致的矿物沉淀作用,但是,有机矿物并非活着的细胞所直接形成。有机矿物与生物矿物的重要区别是,有机矿物没有被融合成受到生物严格控制的功能性构造。生物学家和化学家将生物矿化作用作为关注"生命体系中复杂的化学过程"的研究主题,超越了地质学范畴并使生物矿化作用的研究成为多学科关注的迷人领域,也大大促进了有机矿化作用的研究;考虑到有机矿物是沉积岩的重要组成,而且与生物的出现同步,还是潜在性的地外生命的遗迹,因此,从生物矿化作用衍生出的有机矿化作用的研究,自然就成为与生物矿化作用存在紧密关联的、地球生物学框架下又一个重要的研究主题     

华北中元古代硫化物黑烟囟发现的初步报道

海底黑烟囟为当代海洋地质调查的重要发现，对于揭示地史时期块状硫化物的成矿过程中以及生命起源具有重要意义。本文初步报道在冀东中元古代块状硫化物矿床中首次发现保存完好的黑烟囟构造，它们保留了成矿流体运移的通道构造，围绕通道构造还显示良好的矿物分带现象。完全可以与现代海底黑烟囟对比，黑烟囟的发现证明了该区硫化物矿床的形成与海底喷流过程密切相关。     

矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用

本文总结了天然半导体矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用的最新研究成果,特别强调地表微生物、矿物和太阳光多元复杂体系中金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的可见光激发光电子特征,阐述了矿物光电子能量利于地球早期生命起源与演化、促进化能自养和化能异养微生物生长代谢、调控矿物与微生物协同作用实现固碳作用。进而提出矿物光电子能有效地将二氧化碳还原为有机物质,可为生命起源提供有机物质基础的认识。     

中—低温水热条件下黄铁矿与Cu(Ⅰ)—Cl相互作用机制研究

在诸如沉积型层状铜矿、浅成低温热液型矿床、与火山岩有关的块状硫化物矿床等中常出现黄铁矿、铜(铁)硫化物、铁氧化物等矿物的共生现象,研究这些矿物组合的形成机制对于认识这一系列矿床中矿石矿物的成因具有重要意义。本文以矿物—流体相互作用伴随物质溶解—再沉淀为理论基础,在水热条件下,以黄铁矿为初始矿物,Cu(Ⅰ)—Cl为溶液中Cu的形态,通过设置不同的p H、反应温度、Cu(Ⅰ)—Cl浓度研究了这些矿物组合的形成规律。实验结果表明:1黄铜矿、斑铜矿等铜铁硫化物主要出现在弱酸性环境中,蓝辉铜矿等铜硫化物可出现在弱碱性环境中;2温度较低时(约100℃)黄铁矿主要转变为赤铁矿等铁氧化物。不同实验条件下形成的矿物组合与已知矿床中发现的矿物组合具有高度的相似性,因此可以用特定矿物组合的实验条件模拟和反演矿床形成的物理化学环境。     

The biosphere and problems of oil origin

The chemical composition, structure, and biomass of the present-day biosphere are discussed with particular attention paid to reproducibility of organisms. It is shown that the Earth’s stratisphere (sedimentary sphere) contains significant traces of past biospheres, which determines the biogenic oil generation potential. Based on indications of biogenic oil origin and particular examples, some aspects of the sedimentary-migration theory of oil and gas origin are considered.     

纳米离子探针分析在地球早期生命研究中的应用

地球早期生命的个体极其微小,又因遭受了漫长地质年代中各种地质作用的破坏,现今保存下来的生命记录往往不完整,很难用常规分析手段对其进行原位分析.而纳米离子探针(Nano-SIMS)具有极高的空间分辨率,在使用Cs+一次离子源来获得非金属元素或同位素信息的条件下,其空间分辨率可达到50 nm,能有效地解决在地球早期生命研究中所面临的难题.基于选取的5个实例,介绍了NanoSIMS在寻找地球早期生命中发挥的重要作用.通过NanoSIMS获得的生命元素(C,N,S等)分布图像能够直观地观察到生命元素在待研究区域内的分布情况,在排除了无机成因的前提下,C,N,S等生命元素所呈现出的紧密联系可以用来指示生物成因;而获得的微区原位的C,S等同位素信息能够进一步帮助判断所谓的“生物体”或“生物遗迹构造”等是否是真正的生物或由生物活动造成的.     

叠层石成因和形成条件的研究综述

综合介绍了最近20多年有关叠层石成因与形成条件的研究成果及其进展,包括与成因有关的各种叠层石类型,微生物席组分及内部结构特征,叠层石的形成与光合作用、硫还原作用等生物作用的密切关系,以及基本的形成过程和方式,同时与现代叠层石对比,简要总结了叠层石生长所需要的特殊沉积、水体和生物环境条件。     

铁镍硫化物及其在生命起源中的可能作用

20世纪80年代后期国际上众多学者指出,过渡金属硫化物能促进无氧反应,可能在生命起源演化过程中起到重要作用。本文介绍了目前流行的生命起源理论,分析了实验条件下已取得的有机合成成果及相关生命的重要物质(如丙酮酸、乙酸和一些短的多肽等)在铁镍硫化物作用下的合成;讨论了几种可能的有机化合反应机理,开展铁镍硫化物催化剂性能、厌氧有机合成机理、合成条件最优化的研究,以及古洋底环境,提供了与地球早期生命起源相关的信息。     

The copper-silver occurrences of Rahmani,Western Sahara,Algeria

The copper-silver occurrences of Rahmani (Western Sahara, Algeria) are located in paleochannel facies of Cambrian sandstones deposited onPan-African volcanics and intrusives. Sulfur isotope analyses were performed on pyrite and copper sulfides in order to trace the origin of the copper-silver mineralization. S isotopic data preclude that bacterial reduction of Cambrian sulfate could have induced the formation of the sulfides. Non-bacterial reduction of sulfate during burial diagenesis is the most valuable explanation for disseminated pyrite. Isotopic ratios on copper sulfides indicate that they result from the reaction of actual or subactual sulfate-bearing surface water with the disseminated pyrite. The origin of copper and silver remains unclear. They are thought to be brought by the downward migrating surface water but their origin could be either the leaching of the Cambrian sandstones or of the weathered volcanics.     

Astropedology: palaeosols and the origins of life

Palaeosols are ancient soils formed in sedimentary successions between events of sedimentation, erosion and volcanic activity. Soil formation is regulated by circumstances of climate, vegetation, topographic relief, parent material and time. These factors are quantified by nomopedology, in the form of climofunctions, chronofunctions and other relationships useful for interpreting conditions of the past from palaeosols. In deep time, palaeosols reveal the timing and extent of the Great Oxidation Event of 2.4 Ga. There is also circumstantial evidence for life in palaeosols back to 3.5 Ga on Earth and 3.7 Ga on Mars. These are the oldest known intact profiles, but pieces of palaeosols some 4.56 Ga in age may be represented by carbonaceous chondrite meteorites. Astropedology is the study of very ancient palaeosols and meteorites relevant to the origin of life and different planetary soil systems. Complex chemical assembly, metal catalysis of organic compounds, and the course of hydrolytic reactions as a kind of planetary metabolism make soils an attractive theoretical site for the origin of life. Because dilute solutions tend to an equilibrium that undoes organosynthetic reactions, life is more likely to have arisen on a soil planet like Mars than a water planet like Earth.     

生命起源、早期演化阶段与海洋环境演变

近年的研究表明,地球生命可能起源于距今39~36亿年之间。除了碳元素以外,水、氮、氢、磷等元素也是生命起源的必备条件,黏土矿物和金属硫化物是有机质合成的重要催化剂,有热液活动的碱性热水环境是最有利生命发生的孵化场。自原核生物在约3.5 Ga出现之后,生命就一直表现为与环境的协同进化关系。大气圈氧化是地球史上最重大的地质事件之一,它不仅改变了地球表层环境条件、加速了表生地质过程和新矿物的产生,而且改变了海洋化学条件和元素循环。大气圈氧化事件的根本在于产氧蓝细菌的出现,元古宙中期海洋化学性质的整体转换也与微生物过程密切相关。新元古代多细胞生物的繁盛和末期后生动物的出现及其在寒武纪初期的快速多样化是生物圈演化的重大飞跃。这个过程也与海洋氧化增强及其导致的海洋化学变化密切相关,其中硫化水域消失和减弱以及海水中微营养元素可得性增加可能是重要因素,这也与微生物过程直接相关。     

Sulfur Isotope Composition of Ru–Os Sulfides from the Guli Massif,Maimecha-Kotui Province,Russia: First Results

Doklady Earth Sciences - To gain further insight into the origin of Ru–Os sulfides, the first in-situ sulfur isotopic data for Ru–Os sulfides from different polyphase platinum-group...     

Graphite vein mineralization in the ultramafic rocks of southern Spain: Mineralogy and genetic relationships

Geological and mineralogical characteristics of the two largest graphite vein deposits associated with the ultramafic rocks of the Serranía de Ronda (Málaga, southern Spain) are described for the first time in this paper. The deposits are hosted in the spinel-lherzolite facies of the ultramafic sequence forming in single dikes, pockets and stockworks. Veins are composed of graphite, chromite and Fe-Ni-Cu sulfides. Graphite crystallinity reflects their fully ordered nature, and the c₀ parameter indicates temperatures at the time of formation ranging from 770 °C to 820 °C. According to the mineralogy and structural features of graphite veins, a magmatic origin involving assimilation of biogenic carbon from crustal rocks is proposed.