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.     

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。     

成因矿物学在中国的传播与发展

成因矿物学是现代矿物学的重要组成部分。它研究矿物与矿物组合的时空分布、矿物各内外属性间的关联、矿物形成与变化的条件和过程、矿物与其介质间的相互作用及相应的宏微观标志、和矿物成因分类及矿物成因信息的应用等方面的内容。矿物发生史、矿物标型学、矿物温压计、矿物共生分析和矿物成因分类共同构成本学科的理论体系。其中,矿物标型学是该体系的核心。以陈光远先生为代表的中国矿物学家,在20世纪下半叶,创新性地开展了成因矿物族的研究,建立了完善的成因矿物学理论体系,提出矿物标型六性和矿物学填图的四化法则,提出变质岩、花岗岩、铅锌铁金辰砂萤石等矿床的矿物成因标型和找矿标志,有力地指导了中国的地质研究和找矿实践。进入21世纪以来,矿物学填图参数和方法被进一步发掘和完善,矿物磁学和近红外谱学等便捷填图手段得到广泛应用;大纵深蚀变矿化和矿物标型分带规律得以揭示;矿物标型的地球动力学、构造动力学和矿物系统的演化意义得到深度阐释;成因矿物学作为环境与生命过程研究的指导思想,逐步形成了环境与生命矿物学新分支,将矿物个体发生及矿物标型的思想用于对鱼耳石和有孔虫等生物矿物环境响应的研究,将矿物生物交互作用思想用于土壤能量系统修复研究,将矿物环境耦合思想用于生物有机质对矿物自组装结构和过程的调控研究以及海洋矿物对海洋及大气环境的指示研究等,极大地丰富了矿物发生学和矿物标型学的理论。今后应注意有关成果的系统整合,加强矿物个体发生史的实验研究,保障原创性成果的产出;要注重国际交流,使我国成因矿物学的成果真正成为人类的共同精神财富。     

湘黔地区震旦纪菌藻硅质岩特征及形成机理探讨

湘黔地区震旦纪菌藻硅质岩化学成分纯净,硅质矿物含量95%以上,几乎都为泥晶—微晶石英,石英结晶度平均为6.35。岩石具菌藻生物结构,以纹层状构造为主。其中丰富的菌藻生物化石,按形态可划分为三种类型。岩石属原生沉积成因,二氧化硅的聚沉一方面通过菌藻有机体的硅化作用,另一方面是菌藻生物化学作用引起微环境变化而导致二氧化硅的聚沉。     

蛇绿岩中蛇纹石化作用,分子氢和前生命/生命有机质—寻觅过去生命证据

<正>生命起源/演化是重大而又最具争议的科学问题。寻找地球和地球外生命起源/演化痕迹是现代科学久远和必然的追求目标。面临的核心挑战是寻找和鉴别生命残存有机质。为此,需要评估生命环境的可居性,前生命支撑环境对有机体残骸,特别是大有机分子的保存性。在极为稀少的早期生命记录中寻求答案需要:1寻找可保存生物学信息的时间和空间场所;2研究可最大限度保存原始有机质的岩石类型及其矿物学组合;3鉴别复杂有机分子的非生物/或生物成因特征;4防止和鉴别人为和近代生物质的污染。地球最     

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。     

西藏班戈错水菱镁矿藻类成矿实验及其成因分析

目前关于天然水菱镁矿的形成认识主要有蒸发沉积成因和生物成因两类。前人在室内成功制备出水菱镁矿矿物,证实了该矿物的无机成因理论,但是实验结晶条件明显高于西藏班戈错的寒冷气候条件和水化学条件,并且班戈错湖水通过自然蒸发结晶也难以形成水菱镁矿矿物,而这一认识与周边阶地上正在形成水菱镁矿的现象相矛盾。因此,自然蒸发沉积可能不是现阶段班戈错水菱镁矿的主要形成过程,而已有研究表明,藻类具备诱导形成碳酸盐矿物的能力,本文利用西藏班戈错Ⅲ湖湖水及其藻类开展室内模拟实验,并与无藻类的湖水自然结晶结果相对照,探讨藻类生命活动与班戈错水菱镁矿的成因联系。研究发现,藻类不仅能够适应高盐度盐水环境（矿化度117.3 g/L）,并且在其光合作用过程中还能显著提高周围水体pH值（最高可达10.564）,诱导并促进球碳镁石在藻类网状节点处结晶沉淀,该矿物进一步脱水即能够形成水菱镁矿矿物;而人为提高班戈错Ⅲ湖湖水Mg2+浓度也仅能结晶形成三水菱镁矿矿物,无球碳镁石或水菱镁矿结晶析出。因此,西藏班戈错水菱镁矿的形成过程与藻类生物成矿作用密切相关,但是有关球碳镁石向水菱镁矿转变的具体条件以及藻类成矿作用的具体分子机制仍不清楚,有待于进一步研究。     

西藏班戈错水菱镁矿藻类成矿实验及其成因分析

目前关于天然水菱镁矿的形成认识主要有蒸发沉积成因和生物成因两类。前人在室内成功制备出水菱镁矿矿物,证实了该矿物的无机成因理论,但是实验结晶条件明显高于西藏班戈错的寒冷气候条件和水化学条件,并且班戈错湖水通过自然蒸发结晶也难以形成水菱镁矿矿物,而这一认识与周边阶地上正在形成水菱镁矿的现象相矛盾。因此,自然蒸发沉积可能不是现阶段班戈错水菱镁矿的主要形成过程,而已有研究表明,藻类具备诱导形成碳酸盐矿物的能力,本文利用西藏班戈错Ⅲ湖湖水及其藻类开展室内模拟实验,并与无藻类的湖水自然结晶结果相对照,探讨藻类生命活动与班戈错水菱镁矿的成因联系。研究发现,藻类不仅能够适应高盐度盐水环境（矿化度117.3 g/L）,并且在其光合作用过程中还能显著提高周围水体pH值（最高可达10.564）,诱导并促进球碳镁石在藻类网状节点处结晶沉淀,该矿物进一步脱水即能够形成水菱镁矿矿物;而人为提高班戈错Ⅲ湖湖水Mg2+浓度也仅能结晶形成三水菱镁矿矿物,无球碳镁石或水菱镁矿结晶析出。因此,西藏班戈错水菱镁矿的形成过程与藻类生物成矿作用密切相关,但是有关球碳镁石向水菱镁矿转变的具体条件以及藻类成矿作用的具体分子机制仍不清楚,有待于进一步研究。     

生物矿物学的发展与展望

概述了生物矿物学的内容和意义;划分了早期启蒙、造骨矿物、生物矿化作用和生物矿物四个发展阶段,介绍了各个阶段的著名代表性文献、生物矿化理论、国际会议、研究方法和研究中心;指出生物矿物学发展趋势由碳酸盐和磷酸盐到氧化物和硫化物,由生物矿物外部特征到内部特征,由高级生矿体到低级生矿体,由动物到植物和微生物,由鉴定结构和矿物到探讨矿化机理和过程。最后提出在分析、成因、结晶、化石、造岩(矿)、生理、医药、环境和材料等方面的生物矿物学发展方向。     

矿石成因研究中若干问题的探讨

根据某些研究成果和实际经验,结合一些新资料,对固溶体的出溶结构、矿物晶体成因类型,尤其对矿物结晶粒度的概率统计特征、矿石中元素组合及其演化规律的定量分析,首次提出新见解。在实际应用上,这些新见识对矿床成因研究乃至矿床的评价将起积极的作用。     

An Atomic Force Microscopy Study on ＂Barkinite" Liptobiolith

利用原子力显微镜观察了树皮煤中两种主要显微组分树皮体和镜质体表面纳米结构特征,揭示了镜质组镜质体大分子团具有网状结构的特征,而类脂组树皮体大分子用具有纤维状、颗粒状和网络状排列结构,随演化程度的提高,树皮体大分子团结构的演化依次表现为纤维状→粒状→不规则网状→网状结构,镜质体则由结构松散的网状结构向高度定向排列的规则网状结构演化.利用AFM的横切面分析工具定量分析了显微组分表面的大分子结构排列,为显微组分分子结构演化和成烃机理研究提供了重要的科学依据.     

测老庙坳陷早白垩世巴音戈壁组叠锥构造特征及其环境解释

为了全面了解测老庙坳陷早白垩世叠锥构造的沉积特征,并探讨其成因及形成环境等问题,运用野外露头实测、光薄片观察、X射线衍射分析、阴极发光照相、扫描电镜照相等方法,发现叠锥构造发育于钙质结核外侧,覆盖所有方向,呈放射状,直圆锥锥顶指向结核中心;叠锥矿物成分主要为纤维状低镁方解石,纤维状方解石呈锥形套叠,具波状消光;阴极发光显微镜下呈均一的棕红色,不具微量元素分异和析出的成岩色带;叠锥结核的发育规模明显受制于原生沉积环境.结果表明叠锥结核的发育具有明显的阶段性;其发育的原生沉积环境应为水深在5~30 m、水体能量较高的滨浅湖沉积环境.推测叠锥构造的形成可能是同沉积期生物沉积作用和胶结作用,以及后期上覆岩层静压力共同作用的结果.      

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。     

纳米尺度下的生物矿物和生物矿化:基于介晶的视角

纳米地质学的兴起和发展,促使地质工作者从纳米尺度重新认识固体地球物质,将对地球科学的各个领域产生广泛而深刻的影响.作为纳米地质学的重要分支,纳米矿物学也将走出传统矿物学只把矿物看成理想晶体点阵的局限,从纳米尺度深入探究矿物包括生物矿物在内的矿物结构与性质,突破口之一是介晶.介晶是一种特殊的结晶纳米结构,近年来得到了物理学家和化学家尤其是材料化学家越来越多的关注.介晶是非经典结晶过程产物,以纳米颗粒为基本构筑单元,具备纳米颗粒的性质和宏观尺寸.现已发现,许多生物矿物如脊椎动物骨骼和牙齿、贝壳珍珠层、蛋壳、海胆骨针、有孔虫和珊瑚等都具有介晶结构.因此,从纳米尺度和介晶角度重新理解生物矿化,有助于揭示生物矿物中纳米多级结构的成因机制,拓展纳米矿物学的科学内涵.首先介绍生物矿化和生物矿物的基本概念,之后对介晶的概念和结构特征进行阐述,最后介绍生物矿物中的介晶结构及介晶形成的典型机制,涉及有机基质辅助、物理场驱动、矿物桥或有机桥连接、空间限域、取向附集和晶面选择性分子作用等多种物理化学过程,有望进一步推动纳米矿物学的发展.      

对白云岩形成机理的再认识

在碳酸盐岩体系中,白云岩通常能形成最好的储层。对白云岩成因演化和储层展布的认识直接决定勘探部署。而白云岩成因是碳酸盐岩岩石学中最复杂、争论时间最久、最难解决的问题之一。根据机理的不同,当前各种主要的白云岩成因模式可划分为两大类:原生白云石模式和次生白云石化模式。虽然原生白云石的例子已被大量发现,但它们是否属真正的原生白云石仍需后续研究;理清白云岩成因问题,对认识白云岩及其相关的碳酸盐岩储层的油气勘探工作尤为重要。     

怎样区分原生、次生、假次生包裹体?

根据矿物包裹体的成因,可以分为原生、次生、假次生三种.区分这三类包裹体的原则是:1.原生包裹体一般分布在主矿物的结晶位置上(如晶面、负晶形等),若包裹体被个别矿物颗粒所限制,或其在晶体中无一定的排列次序,也是一个依据.     

评新书《生物矿物学》

《生物矿物学》一书是戴永定主编的系统巨著,全书共90余万字,237幅插图和77份表,并附中外文检索目录。内容包括生物矿物的化学成分、晶体结构、结晶形态、物理和化学性质、生理功能和产状;生物矿物的物质组成、结构构造、形态、生态和演化,以及生物矿化的机理、条件和过程。本书不仅涉及古生物学、沉积学、无脊椎动物学和生物组礁学等各个学科领域,而且还论及石油、矿床、地质、生物、农牧渔业和医药方面的有关具体问题,可作为生产、教学、科研和自然     

硅藻细胞壁硅化过程中有机质-矿物的相互作用

生物成因二氧化硅,更为确切地说是无定形水合二氧化硅,是第二大类生物成因矿物,在丰度和分布上仅次于生物 成因碳酸盐矿物。硅藻是海洋生物成因二氧化硅的主要贡献者,其复杂和多级结构的硅质细胞壁已经引起多学科研究的兴趣。 生物化学研究表明,硅藻生物成因的二氧化硅是一种复合材料,除了无机的非晶质二氧化硅以外,还含有生物矿化过程中 普遍存在的有机组分,例如多糖、蛋白质和长链聚胺等。对这些组分的功能研究显示,它们在诱导二氧化硅沉淀以及形成 物种特异性纳米图案方面起着至关重要的作用。本文简要介绍硅藻和硅藻细胞壁组成和结构,同时着重介绍了硅化过程中 的有机和生物分子的生物功能、提取于生物二氧化硅中矿化相关的有机分子参与的体外（in vitro）实验以及模型有机添加 剂存在下的仿生矿化等研究的最新进展。对硅藻调控的生物成因二氧化硅形成机制的深入了解,将可能从机理上把全球硅 循环和碳循环联系起来;而对硅藻体内成分的鉴定和分类将有助于我们深入理解石油的物质来源和硅藻的进化历程。     

生物成因煤层气的生成及其资源意义

生物成因煤层气一般可分为原生和次生生物成因，它们在生成机理上有许多相似之处，但也有所不同，导致后期保存和同位素组成上的差异。研究指出，原生生物成因气不能被大量保留在煤层中，气田中的生物成因气多为次生生物成因气；次生生物成因煤层气分布比较普遍，含量较为丰富，且生物成因煤层气埋藏深度浅，勘探成本低，因此次生生物成因煤层气具有不容忽视的巨大资源潜力。     

蛭石矿物柱撑改性及其吸附污染物研究进展

蛭石矿物是我国的优势非金属矿种。本文从蛭石矿物的柱撑改性和对环境污染物的吸附性入手,系统综述了蛭石矿物的柱撑方法及改进方法;有机柱化剂在蛭石矿物层间域中的排布;蛭石矿物的柱撑机理以及蛭石矿物对重金属离子和毒害性有机污染物吸附特性。为拓展蛭石矿物的应用提供了较详尽的资料。