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。     

微生物—矿物间半导体介导电子传递机制研究进展

矿物与微生物相互作用是地球表层系统中重要的生物地球化学过程,是联系不同圈层物质与能量交换的重要纽带,深刻地影响着一系列重要的地表过程,包括次生矿物的形成与演化、养分循环与污染物环境行为。在微生物—矿物的研究中,以往主要关注微生物的胞外电子传递和微生物介导的矿物溶解、沉淀、矿化等过程。由于矿物本身具有半导体性质,其在微生物胞外电子传递过程中扮演特殊的角色,这也为近期备受关注的微生物—矿物相互作用研究提供了一个崭新的视角。半导体矿物具有独特的能级结构和氧化还原性质,导致微生物—半导体矿物的相互作用机制差别很大。从热力学驱动和光能驱动2个方面分别阐述微生物—矿物间半导体导电机制的最新研究进展,并深入揭示其界面电子转移的机理。最后展望了微生物—半导体矿物相互作用的未来发展趋势。     

生命活动中矿化作用的环境响应机制研究

生物矿化作用及其环境响应机制的研究,关键在于研究生命活动制约矿物形成、分解的机理及其环境响应机制,其内容主要包括生物矿化作用的机理、生物矿化作用的环境效应、生物矿化作用的调控理论和方法。可实现的研究目标是从多学科角度发展生物矿化作用的理论,阐明自然界中矿物－生物－重金属/POPs －水之间的相互作用机理与环境响应机制。有望揭示微生物控制重金属矿化的微观机制,提出微生物治理重金属污染原理;揭示半导体矿物－微生物协同作用降解POPs 机制,发展三元体系研究方法;揭示微生物促进多金属矿山硫化物分解机制,提出微生物分解矿物对生态环境影响的调控方法等。以促进地质生物学前沿交叉学科发展,形成未来环境污染防治重大新技术的科学基础。     

土壤中特异性微生物与重金属相互作用机制与应用研究进展

随着经济的发展,矿产资源的开采和利用程度越来越高,一方面发现有地表露头矿床的几率越来越小,另一方面其造成的重金属污染严重危害环境和人类健康。自然界中的微生物与扩散到环境中的重金属会产生相互作用,具有这种特异性的细菌既可应用于指示隐伏金属矿床,亦可应用于重金属污染生物修复。本文从特异性微生物与重金属相互作用微观机制、微生物找矿、重金属污染土壤的微生物修复三个方面,对其研究现状和进展进行了评述,重点对特异性微生物与重金属离子发生的吸附、累积与转化过程,微生物改变重金属元素分布、赋存状态和毒性作用机理,蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)与金的作用机制及其在寻找隐伏金矿的应用潜力,特异性微生物通过代谢产物吸附去除土壤中重金属元素及其辅助植物修复重金属污染等方面进行了介绍和阐述。     

柴达木盆地新近纪叠层石中微生物化石组合的发现与钙化方式研究

在柴达木盆地西部新近纪叠层石纹层中第一次明确发现了保存完好的微生物化石,其中包括微米级别的微生物球状构造,亚微米级的生物颗粒构造以及矿化的席状和片状有机组织。结合目前国内外的研究成果可以确定暗层中微米级球状构造为类似于Coccoid的硫还原微生物,亚微米的球状颗粒一方面是叠层石微生物席胞外聚合物质(EPS)的重要组成部分,另一方面也是极端条件下微生物体脱水收缩以后的产物,而片状和席状构造则是矿化的EPS以及微生物膜。通过对亮层和暗层中生物构造、石英、石盐以及方解石矿物的分析,可以确定叠层石的形成过程分为暗层有机主动矿化和亮层无机原地沉淀,其中的暗层矿化则分为上层封闭酸性环境中的光合作用,以及下层相对封闭环境中的硫还原和EPS的降解钙化作用,上部的亮层则主要为原地沉淀无机成因并在成岩过程中受到了暗层中有机质的影响。     

高岭土微生物除铁增白的研究现状

利用微生物使杂质铁(黄铁矿、氧化铁矿等)溶解为可溶性铁,将高岭土中所含铁杂质除去而达到增白目的,该方法低成本,耗能少和无污染,为当代生物技术在资源再利用研究的前沿课题之一。生物除铁的机理主要包括生物氧化、生物浸出和生物还原3种。然而,微生物除铁效率因不同的机理而不同。本文综述了各种理化因素对微生物除铁的影响,以及生物还原的作用机理。由于除铁周期较长的原因,微生物除铁技术目前仍处于研究阶段。本文在我们前期工作基础上对目前高岭土微生物除铁的研究概况做了介绍,为高岭土除铁工作今后的研究方向提供参考。     

微生物-膨润土联合矿化防渗模型试验研究

砂土地基发生渗漏时容易引发地基塌陷和工程结构破坏等工程安全问题。利用微生物-膨润土联合矿化的方法开展了大尺寸砂柱的防渗模型试验,研究了砂土的颗粒粒径、浆液的液固比与注浆次数等因素对砂柱的渗透特性、内部侵蚀特性及膨润土与碳酸钙沉淀分布的影响,分析了处理后试样的封堵稳定性和微观结构,进一步评估了微生物-膨润土联合矿化方法的处理效果。结果表明,通过微生物-膨润土联合矿化方法可以有效地提高砂土的防渗效果与封堵稳定性。经过1～3次注浆后,试样的渗透系数最大可以降低4个数量级,并且渗透过程中的侵蚀速率也得到了成倍的降低,最低达到了0.51 g/(s·m2)。针对膨润土与碳酸钙沉淀在砂土封堵中起到的作用,分析了微生物-膨润土联合矿化方法的防渗机制。该研究成果证实了微生物-膨润土联合矿化方法应用于砂土防渗工程的可行性,为微生物注浆技术解决砂土地基渗漏问题提供了重要参考。     

矿物光电子-微生物体系重金属离子价态调控及其环境效应研究进展

本文综述了典型污染区重金属离子赋存状态与环境风险评价、环境微生物多样性等环境质量因子的关系及其对土壤功能的影响;重点介绍了微生物源电子、半导体矿物光电子对重金属离子的价态调节双向控制;总结了电子穿梭体、空穴捕获剂等小分子有机物对光电子还原重金属离子的影响及机制,以及半导体矿物光电子、重金属价电子协同微生物对重金属离子的还原氧化效率与价态调控;分析了微生物及其表面基团对重金属离子的矿化与转化作用,以及微生物界面固定转化在土壤重金属污染修复中的作用。本综述可为进一步研究微生物和半导体矿物光电子协同作用对重金属离子的定向调节、电子转移途径、晶相转化机制提供指导,对深入探讨光-半导体矿物-重金属离子-微生物多相复杂体系的交互作用具有重要的环境学意义。     

地下水中稳定铬同位素的生物地球化学作用

铬是地下水中常见的一种变价重金属污染物,在自然界中广泛分布且应用广泛。将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)是地下水铬污染防治中的主要策略。在Cr(Ⅵ)的非生物还原过程中存在铬同位素分馏现象,通过地下水中铬同位素组成的变化情况可以定量地指示Cr(Ⅵ)的还原程度和速率。这被认为是一个重要发现,在地下水铬污染防治中有着广阔的应用前景。文中对铬与铬的来源、地下水中铬同位素的测定方法、铬同位素的生物地球化学作用、铬同位素在地下水污染防治中的应用等进行了系统综述。研究认为：微生物广泛参与地下水中铬的氧化与还原作用,并有可能产生显著的铬同位素分馏。地下水中被还原的Cr(Ⅵ)在微生物作用下有可能被活化,用非生物还原条件下的铬同位素分馏规律指示地下水中Cr(Ⅵ)还原程度可能会产生较大的误差。开展地下水中铬同位素的生物地球化学作用研究,特别是生物氧化Cr(Ⅲ)过程中的铬同位素分馏规律研究,对于更全面地认识铬同位素的指示作用具有重要意义。     

柴达木盆地南翼山地区微生物碳酸盐岩结构与矿化作用

为明确柴达木盆地西部地区新生界微生物碳酸盐岩微观结构及主要造岩矿物的成因机理,本文利用岩芯观察、薄片分析、扫描电镜及电子探针分析等实验测试方法,对南翼山地区上油砂山组微生物碳酸盐岩微观结构、矿物特征差异性及矿化作用开展研究。分析认为南翼山地区上油砂山组发育厚层泥晶碳酸盐岩,单层厚度3～5 m;局部发育薄层微生物碳酸盐岩,单层厚度以30～50 cm为主,单层最大厚度2 m。微生物碳酸盐岩类型以凝块石为主、局部发育叠层石,二者混合共生,通过扫描电镜在微生物碳酸盐岩中发现了大量钙化的细胞外聚合物(EPS)组构与少量微生物化石,为湖相微生物碳酸盐岩的形成提供了生物学证据。研究结果表明：(1)微生物碳酸盐岩主要矿物类型为方解石,微观组构复杂、类型多样,包括球粒、团粒、菱面体以及片状结构等。球粒粒径分布范围50～80 nm。团粒由若干纳米级球粒聚合黏结形成,粒径为几微米至几十微米。片状方解石往往大小不等、形态各异,粒径通常为1～10μm。(2)发现大量钙化EPS组构及疑似微体化石,包括球状、杆状及丝状体。杆状体微生物化石直径约0.4μm,长0.5～1μm。丝状体微生物化石直径约0.3～0.5μm,...     

硅质热泉沉积物的结构和微生物成矿成岩机制

热泉沉积物可以提供极端环境下的连续沉积,为认识地球早期生命环境,探索热泉微生物的矿化作用提供支持。现代热泉硅华由生物与非生物作用共同形成,主要沉积矿物为Opal-A,具有针状,柱状和簇丛状等沉积结构。岩石学研究为认识热泉微生物矿化作用奠定了良好基础。对热泉沉积成岩作用中Opal溶解—再沉积过程的认识,也对微生物矿化作用的研究提供了指导。目前,热泉沉积微生物矿化作用研究蓬勃发展,已明确生物矿化作用主要包括生物诱导矿化和生物控制矿化两个过程,但仍有大量生物矿化机制未被阐明。因此,对热泉沉积物形成和转化过程的研究有待进一步的加强。     

Dolomite formation within microbial mats in the coastal sabkha of Abu Dhabi (United Arab Emirates)

Microbial mediation is the only demonstrated mechanism to precipitate dolomite under Earth surface conditions. A link between microbial activity and dolomite formation in the sabkha of Abu Dhabi has, until now, not been evaluated, even though this environment is cited frequently as the type analogue for many ancient evaporitic sequences. Such an evaluation is the purpose of this study, which is based on a geochemical and petrographic investigation of three sites located on the coastal sabkha of Abu Dhabi, along a transect from the intertidal to the supratidal zone. This investigation revealed a close association between microbial mats and dolomite, suggesting that microbes are involved in the mineralization process. Observations using scanning electron microscopy equipped with a cryotransfer system indicate that authigenic dolomite precipitates within the exopolymeric substances constituting the microbial mats. In current models, microbial dolomite precipitation is linked to an active microbial activity that sustains high pH and alkalinity and decreased sulphate concentrations in pore waters. Such models can be applied to the sabkha environment to explain dolomite formation within microbial mats present at the surface of the intertidal zone. By contrast, these models cannot be applied to the supratidal zone, where abundant dolomite is present within buried mats that no longer show signs of intensive microbial activity. As no abiotic mechanism is known to form dolomite at Earth surface conditions, two different hypotheses can reconcile this result. In a first scenario, all of the dolomite present in the supratidal zone formed in the past, when the mats were active at the surface. In a second scenario, dolomite formation continues within the buried and inactive mats. In order to explain dolomite formation in the absence of active microbial metabolisms, a revised microbial model is proposed in which the mineral‐template properties of exopolymeric substances play a crucial role.     

Intracellular and extracellular mineralization of a microbial community in the Edmond deep-sea vent field environment

Microbial biomineralization in submarine hydrothermal environments provides an insight into the formation of vent microfossils and the interactions between microbes, elements and minerals throughout the geological record. Here, we investigate microbial biomineralization of a deep-sea vent community in the Edmond vent field and provide ultrastructural evidence for the formation of microfossils and biogenic iron-rich minerals related to Archaea and Bacteria. Environmental scanning electron microscopy (ESEM) analysis shows that filamentous and spiral microbes are encrusted by a non-crystalline silica matrix and minor amounts of iron oxides. Examination by transmission electron microscopy (TEM) reveals acicular iron-rich particles and aggregates that occur either intracellularly or extracellularly. A culture-independent molecular phylogenetic analysis demonstrates a diverse range of Bacteria and Archaea, the majority of which are related to sulfur metabolism in the microbial mats. Both Archaea and Bacteria have undergone silicification, in a similar manner to microorganisms in some terrestrial hot springs and indicating that silicification may be driven by silica supersaturation and polymerization. Formation mechanisms of intracellular and extracellular iron oxides associated with microbes are discussed. These results enhance our understanding of microbial mineralization in extreme environments, which may be widespread in the Earth's modern and ancient hydrothermal vent fields.     

Biogeochemical indicators of buried mineralization under cover,Talbot VMS Cu–Zn prospect,Manitoba

Results are presented of a surficial geomicrobiological investigation of glacial cover overlying buried mineralization at the Talbot prospect, Manitoba, Canada, where previous surficial geochemistry surveys indicated anomalous concentrations of elements above the buried mineralization. The Cu–Zn volcanogenic massive sulfide (VMS) occurrence is overlain by 100 m of Paleozoic dolomites and Quaternary glacial cover. The geomicrobiological investigation demonstrates that there is a distinct microbial ecology at the anomalous sampling locations, especially directly overlying buried mineralization. The combined geochemical and geomicrobiological analyses reveal the presence of an anomaly directly over mineralization due to oxidation of the buried ore. Specifically, geomicrobiological analyses yield an inverse correlation between Zn in the clay-size (<2 μm) fraction and total microbial biomass and a direct correlation between Cu in the clay-size (<2 μm) fraction and abundance of methanotrophic bacteria. These results demonstrate that microbiological analyses can be a useful addition to geochemical exploration by revealing metal transport and sequestration processes and enhancing surficial anomalies.     

用磁异常特征圈定张家山成矿靶区

重磁信息最大优点是具有深穿透性,因而能较好揭示深部地质构造特征而被广泛地应用于基础地质研究和资源评价,在调查厚沉积盖层下的基底起伏,推断深部构造和隐伏地质体(其中包括侵入体和矿体)等方面都是非常有用的。重磁信息有效应用的关键是要建立一套标准,以推断地质体的可能的物质组成、规模、埋藏深度,及其与矿化的关系。用东秦岭南泥湖钼矿田磁场特征来对比、推断同一地质构造单元中相同磁场特征的成矿可能性做了尝试,结合地质及各种岩石磁性资料发现了新的钼多金属矿床。     

四川汉源-峨边地区上震旦统灯影组藻白云岩特征及成因研究

"藻白云岩"术语的提出已有五十年历史,震旦系藻白云岩以其巨大的厚度,精美的原生结构、构造,以及丰富的微生物化石和矿产资源而闻名,但至今其成因仍存在争议。以四川汉源-峨边地区上震旦统灯影组藻白云岩为研究对象,对其宏观的剖面、岩石学、原生构造特征,微观的白云石和微生物化石形态、原生结构特征,以及相应的地球化学特征进行了详细研究。结果表明:研究区灯影组藻白云岩为一套在潮坪和潟湖环境下形成的微生物（碳酸盐）岩的岩石类型组合,以藻黏结型的叠层状、纹层状、葡萄状和均一状（藻）白云岩为主要的次级类型;藻白云岩中主要发育原生的隐晶状微生物白云石和次生的纤维状拟晶白云石,其形成与蓝细菌、硫酸盐还原细菌、中度嗜盐好氧细菌和红藻等微生物的矿化作用密切相关:沉积-同生阶段,主要由微生物诱导矿化作用形成大量纳米似立方体粒状和（亚）微米级片状微生物白云石,同时共（伴）生纤维状文石和高镁方解石;同生-准同生阶段,主要由微生物影响矿化作用形成纳米球粒状和微米级不规则状、球状和卵状微生物白云石,同时纤维状文石和高镁方解石因微生物催化矿化作用和拟晶白云石化作用形成纤维状拟晶白云石;随后微生物白云石与拟晶白云石一起组成具纹层状、叠层状、均一状等构造的藻白云岩。对藻白云岩特征及成因的研究有助于理解微生物-矿物交互作用和过程的复杂性、多样性,也为前寒武纪微生物矿化作用、微生物白云石和拟晶白云石研究提供了新的实例。     

铀的微生物成矿作用实验研究进展

阐述了微生物成矿作用的基本概念、近年来铀的微生物成矿作用实验研究进展和研究成果;着重指出关于实验模拟微生物对成矿元素的吸附、迁移和还原富集能力的最新观点和思路,包括铀的微生物成矿作用的可能途径、参与成矿的方式、成矿作用机理及与此相应的实验模拟等,并提出铀的微生物、有机和无机综合成矿机理综合实验模拟的必要性。     

胶东望儿山金矿成矿构造分析和成矿预测

通过井下现场调查、构造编图,提出望儿山金矿区控矿构造型式为压扭性断裂构造系统之菱形结环式构造.矿区构造控矿规律表现为:矿体在剖面上呈特征的"S"型,矿体规模受制于构造规模,在倾向方向上矿体呈平行近等距产出,矿体间距多在60m±;矿化在垂向上具有明显的分段富集规律,共包括3个富集段,大体上矿体富集区间垂直距离180-26...     

北山重点金成矿区遥感地质解译及成矿预测

在前人对矿化规律认识的基础上，结合野外验证结果，本文通过对ＴＭ影像、尖兵１号甲卫星影像以及航磁、航放资料的综合处理与解译，对北山重点金成矿区内的地层、构造、岩浆岩、蚀变和金矿化规律进行了较全面的研究，提取出与金矿化有关的地层层位、构造期、断裂构造切割深度、岩浆岩及蚀变等金成矿地质信息，经“证据权重法”复合处理，得出了９个金成矿有利地段。     

砂岩型铀矿的微生物成矿作用研究述评

目前,砂岩型铀矿是全球应用最为广泛和最有前景的铀矿类型,也是我国最主要的工业铀矿类型。本文展示了当今世界最新的铀资源分布和组成,强调了砂岩型铀矿在世界和中国铀矿资源中的重要性,梳理了实验室条件下微生物对U(VI)的还原性富集和非还原性富集机理,归纳了地质条件下微生物参与砂岩型铀矿的成矿证据。微生物对铀富集作用的实验研究,主要体现在还原性和非还原性富集两个方面。微生物对U(VI)的还原性富集研究最为深入,包括微生物的细胞色素、菌毛和电子穿梭体在U(VI)的还原过程中的作用。微生物对U(VI)的非还原性富集表现在微生物表面吸附、表面络合沉淀和细胞内积聚作用。微生物参与砂岩型铀矿成矿作用的证据,可分为直接证据和间接证据。直接证据主要有铀矿物形态学特征、P元素含量和矿物纳米晶体尺寸;间接证据主要有黄铁矿硫同位素和方解石碳同位素组成以及相应烃类包裹体特征。在未来的研究工作中,应重视微区实验方法在砂岩型铀矿中的应用,以及含油气/煤盆地上覆地层的砂岩型铀矿找矿工作,应探索更加适当的指标和评价体系以量化微生物对砂岩型铀矿的成矿作用。