Общая микробиология - Шлегель Г. 1987

Микроорганизмы и окружающая среда
Микроорганизмы и геологическая история 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. Месторождения многих полезных ископаемых, разрабатываемые В настоящее время, своим возникновением полностью или частично обязаны деятельности микроорганизмов.

Отложение 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 SO^2-₄, 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 полосчатых железорудных формациях чередуются слои окиси железа и слои кремнезема (толщиной от 0,2 до 2,0 мм). Как полагают, эта слоистость - результат сезонного ритма фотосинтеза в водоемах, где формировались осадки. Лишь тогда, когда завершилось окисление серы и железа в морской воде, кислород стал накапливаться в атмосфере (начиная с периода 1,6 млрд, лет назад).

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) (о выщелачивании железа см. разд. 11.3).

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

Отложение карбоната кальция. Во многих водоемах кальций присутствует в форме Са(НСO₃)₂ или CaSO₄. Вследствие изменения pH или удаления СO₂ 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:

Class="center">

Большая часть известняка образовалась, вероятно, вследствие того, что гидрокарбонат кальция перемещался в тропические водоемы и там осаждался в виде СаСO₃ при выделении СO₂ под действием повышенной температуры:

Отложение 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. Исследования с применением изотопов подтвердили вывод о том, что, например, месторождения серы в штатах Техас и Луизиана имеют биогенное происхождение.

Сера, содержащаяся в морской воде, состоит в основном из двух стабильных изотопов: ³²S (95%) и ³⁴S (4%). При бактериальном восстановлении сульфата (которое лимитируется главным образом поступлением доноров водорода) сульфат ³²SO^2-₄, содержащий легкий изотоп, имеет больше шансов быть поглощенным клетками и подвергнуться восстановлению, чем сульфат с ³⁴S. Поэтому образующийся сероводород содержит меньше ³⁴S, чем сульфат морской воды. При окислении (биологическом или абиотическом) этого «легкого» сероводорода образуется «легкая» сера. Содержание изотопов серы в упомянутых месторождениях указывает на биогенный характер этой серы. Изотопный состав биогенной серы значительно отличается от состава, найденного при изотопном анализе вулканической серы (на о. Сицилия).

Structure/133.html">Обсуждение биогеохимических превращений можно было бы продолжить в связи с вопросом об образовании 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 СO₂, выделение летучих продуктов. Результатом их являются минерализация, растворение, мобилизация и иммобилизация различных веществ. Проблемами участия микроорганизмов в образовании, изменении и разложении горных пород занимается геомикробиология.