Роль микроорганизмов в геологической истории Земли

Микроорганизмы сыграли важнейшую роль в построении земной ко­ры. В значительной мере в результате их деятельности произошло частичное разделение химических элементов и соединений, залегавших в коренных по­родах в виде смесей. Наиболее древние биогеохимические процессы связаны с жизнедеятельностью хемолитотрофных бактерий, включившихся в меха­низм взаимодействия окислителей атмосферы с восстановленными газами, вы­делявшимися из земных недр. Вхождение организмов в глобальную систему ми­грации — выделение газов из Земли в атмосферу, их окисление и последующее вымывание из атмосферы — усложнило систему и превратило ее из абиогенной в биогенно-абиогенную (см лекцию 6.1).

Представителями первых микроорганизмов, осуществлявших фото­синтез с выделением О₂, являются цианобактерии, которые для синтеза орга­нического вещества начали использовать не энергию окислительно-восстановительных химических реакций, а световую энергию Солнца. Признаки деятельности этих простейших форм жизни отмечены уже в самых древних геологических образованиях. Биогеохимической особенностью цианобактериальной системы являлось преобладание продукционных процессов над деструкционными. В результате этого в толще осадков древних морей было погребено огромное количество органического углерода, а в окружающую среду выделено в 2,7 раза большее количество кислорода. Изменение геохимии древних океанов и атмосферы создало предпосьшки для совершенствования биогеохимических циклов. Накопление О₂ сопровождалось образованием отложений углерода в форме каменного угля, нефти, природного газа и углеродсодержащих оса­дочных пород.

Месторождения многих полезных ископаемых, разрабатываемые в настоящее время, своим возникновением полностью или частично обязаны деятельности микроорганизмов.

1.1Отложения железа. Крупнейшие месторождения железных руд представляют собой «полосчатые железорудные формации» (ПЖФ). Осаждение оксидов железа происходило здесь в основном в период от 2,8 до 1,6 млрд. лет назад. До того времени выделявшееся из магматических пород морского дна железо накапливалось в большом количестве в виде ионов Fe²⁺ вместе с другими восстановленными ионами (S^2-, Мn²⁺) в морях. Когда начался оксигенный фотосинтез цианобактерий, ионы S^2- стали окисляться в SO₄^2-, a Fe²⁺-в Fe³⁺. Последние труднорастворимы. Осаждение окиси железа на больших площадях происходило в тех местах, где содержащие железо глубинные воды приходили в соприкосновение с кислородсодержащими по­верхностными водами. В мобилизации железа, содержащегося в гранитных породах, и в его осаждении тоже участвуют микроорганизмы. Когда сера в пирите или марказите под действием Thiobacillus thiooxidans и Т. ferrooxidans окисляется в серную кислоту, железо в виде соли Fe(II) становится раствори­мым и окисляется под действием Т. ferrooxidans в соль Fe (III).

При нейтрализации воды трехвалентное железо выпадает в осадок в виде Fe(OH)₃. Многие месторождения чистого оксида железа создавались в результате продолжавшегося миллионы лет микробного выщелачивания. В других местах в солюбилизации железа участвуют органические гуминовые кислоты. Последующее биологическое окисление Fe(II) в Fe(III) может про­исходить под воздействием железобактерии, таких как Gallionella или Siderocapsa (при нейтральном рН). В результате образуется болотная» и «лу­говая» железная руда.

1.2.Отложения карбоната кальция. Во многих водоемах кальций при­сутствует в форме Са(НСО₃)2 или CaSO₄. Вследствие изменения рН или уда­ления СОг фотосинтезирующими организмами бикарбонат превращается в труднорастворимый карбонат кальция и выпадает в осадок. В анаэробных условиях сульфат при участии сульфатредуцирующих бактерий восстанав­ливается до сероводорода, и при этом выпадает в осадок карбонат кальция:

CaSO₄ + 8[Н] + СО₂ = СаСОз + ЗН₂О + H₂S.

1.3.Отложения серы. Образование пригодных для разработки залежей серы связано с бактериальным восстановлением сульфата. При разложении органических соединений в анаэробных условиях в присутствии сульфата последний служит предпочтительным акцептором водорода. Образующийся сероводород подавляет любые потенциально возможные процессы анаэроб­ного дыхания. При биологическом окислении легкого сероводорода образу­ется сера.

Биогеохимические превращения связаны с образованием других ме­сторождений — каменного угля, нефти, природного газа, кизельгура, бокси­тов. В тех или иных превращениях микроорганизмы участвуют, благодаря своим метаболическим процессам, таким как окисление, брожение, кислото-образование, восстановление, ассимиляция СОг, выделение летучих продук­тов. Результатом их являются минерализация, растворение, мобилизация и иммобилизация различных веществ.

Дата добавления: 2014-01-07