Биогеохимические факторы формирования железосодержащих биоминералов
Аннотация
В работе приведены результаты экспериментального исследования процессов биоминерализации, происходящих на биогеохимических барьерах с участием микроорганизмов из подземных водоносных горизонтов. В процессе эксперимента через два года в контактной зоне цеолит-песок при внесении биомассы железобактерий образовался кристаллический железосодержащий минерал. Образцы экспериментальных загрузок исследованы с использованием сканирующей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии. При анализе магнитных свойств биоминерала в его составе обнаружены гидроксиды железа различной структуры, в том числе гетит и лепидокрокит. Установлено, что формирование структуры биоминералов зависит от характера развития бактериальных пленок в поровом пространстве и интенсивности аккумуляции разных элементов в их полимерном матриксе.
Об авторах
Евгения Михайловна Голубева
Институт тектоники и геофизики ДВО РАН
Россия
Россия
Любовь Михайловна Кондратьева
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН
Россия
Россия
Виктория Сергеевна Комарова
Институт тектоники и геофизики ДВО РАН
Россия
Россия
Александра Владимировна Абражевич
Институт тектоники и геофизики ДВО РАН
Россия
Россия
Список литературы
1. Вотяков С.Л., Киселева Д.В., Розанов А.Ю., Чередниченко Н.В., Ушатинская Г.Т. (2007) Микроэлементный масс-спектрометрический микроанализ в исследованиях биоминеральных образований. Литосфера, (1), 123-137.
2. Захарова Ю.Р. (2007) Микроорганизмы, окисляющие железо и марганец в донных осадках озера Байкал. Автореф. дис. … канд. биол. наук. Владивосток, 21 с.
3. Иванов М.В., Каравайко Г.И. (2004) Геологическая микробиология. Микробиология, 73(5), 581-597.
4. Киселева Д.В. (2007) Особенности состава, структуры и свойств ряда фосфатных и карбонатных биоминеральных образований. Автореф. дис. … канд. геол.-мин. наук. Екатеринбург, 28 с.
5. Кондратьева Л.М., Литвиненко З.Н. (2014) Формирование биопленок микробными комплексами подземных вод in vitro. Биотехнология, (3), 73-82.
6. Кондратьева Л.М., Морозова О.Ю., Андреева Д.В., Стукова О.Ю., Голубева Е.М. (2012) Микробиологический фактор миграции железа на искусственных биогеохимических барьерах. Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами. Мат-лы всерос. конф. Томск: Изд-во НТЛ, 321-324.
7. Куимова Н.Г., Моисеенко В.Г. (2006) Биогенная минерализация золота в природе и эксперименте. Лито-сфера, (3), 83-95.
8. Кулаков В.В., Кондратьева Л.М. (2008) Биогеохимические аспекты очистки подземных вод Приамурья. Тихоокеанская геология, 27(1), 109-118.
9. Переломов Л.В., Пинский Д.Л., Виоланте А. (2011) Влияние органических кислот на сорбцию меди, свинца и цинка гетитом. Почвоведение, (1), 26-33.
10. Потехина Ж.С. (2006) Метаболизм Fe3+ восстанавливающих бактерий. Тольятти: ИЭВБ РАН, 225 с.
11. Экогеохимия Западной Сибири. Тяжелые металлы и радионуклиды (1996). Новосибирск: НИЦ ОИГГМ СО РАН, 248 с.
12. Banfield J.F., Nealson K.H. (1997) Geomicrobiology: Interactions between Microbes and Minerals. First ed. Mineralogical Society of America Washington, DC.
13. Benzerara K., Miot J., Morin G., Ona-Nguema G., Skouri-Panet F., Ferard C. (2011) Significance, mechanisms and environmental implications of microbial Biomineralization. C. R. Geosci., 343(2-3), 160-167.
14. Bonneville S., Van Cappellen Ph., Behrends T. (2004) Microbial reduction of Fe3+ oxyhydroxides: effects of mi-neral solubility and availability. Chem. Geol., 212(1-2), 255-268.
15. Chan C.S., Fakra S.C., Edwards D.C., Emerson D., Banfield J.F. (2009) Iron oxyhydroxide mineralization on microbial extracellular polysaccharides. Geochim. Cosmochim. Acta, 73, 3807-3818.
16. Christophi C., Axe L. (2000) Competition of Cd, Cu and Pb adsorption on goethite. J. Environ. Eng., 126, 66-74.
17. Cornell R.M., Schwertmann U. (2003) The iron oxides: structure, properties, reactions, occurrences and uses. Second ed. Weinheim, 694 p.
18. Hallberg R., Ferris F.G. (2004) Biomineralization by Gallionella. Geomicrobiol. J., 21, 325-330.
19. Hazen R.M., Papineau D., Leeker W.B., Downs R.T., Ferry J.M., McCoy T.J., Sverjensky D.A., Yang H.X. (2008) Mineral evolution. Am. Mineral., 93(11-12), 1693-1720.
20. Fredrickson J.K., Kota S., Kukkadapu R.K., Liu C., Zachara J.M. (2003) Influence of electron donor/acceptor concentrations on hydrous ferric oxide (HFO) bioreduction. Biodegradation, 14(2), 91-103.
21. Kanaparthi D., Conrad R. (2015) Role of humic substances in promoting autotrophic growth in nitrate-depended iron-oxidizing bacteria. Systematic and applied micro-biology, 38(3), 184-188.
22. Kappler A., Straub K.L. (2005) Geomicrobiological cycling of iron. Rev. Mineral. Geochem., 59(1), 85-108.
23. Kemp R.A. (1985) The cause of redness in some buried and nonburied soils in eastern England. J. Soil. Sci., 36(3), 329-334.
24. Kinetics of water-rock interaction (2008) (Ed. S.L. Brantley, J.D. Kubicki, A.F. White). N. Y., Springer, 833 p.
25. Konhauser K. (2006) Introduction to Geomicrobiology. Oxford, Blackwell Publ., 440 p.
26. Konhauser K., Riding R. (2012) Bacterial Biomineralization. Fundamentals of Geobiology. (Eds. H. Knoll, D.E. Canfield, K.O. Konhauser). John Wiley & Sons, Ltd., 105-130.
27. Kostka J., Dalton D., Skelton H., Dollhopf S., Stucki J. (2002) Growth of Fe3+-reducing bacteria on clay minerals as the sole electron acceptor and comparison of growth yields on a variety of oxidized iron forms. Appl. Environ. Microbiol., 68(12), 6256-6262.
28. Larese-Casanova P., Haderlein S.B., Kappler A. (2010) Biomineralization of lepidocrocite and goethite by nitrate-reducing Fe2+-oxidizing bacteria: Effect of pH, bicarbonate, phosphate, and humic acids. Geochim. Cosmochim. Acta, 74(13), 3721-3734.
29. Li J., Benzerara K., Bernard S., Beyssac O. (2013) The link between biomineralization and fossilization of bacteria: Insights from field and experimental studies. Chem. Geol., 359, 49-69.
30. Liu H., Chen T., Frost R.L. (2014) An overview of the role of goethite surfaces in the environment. Chemosphere, 103, 1-11.
31. Lu M.-C. (2000) Oxidation of chlorophenols with hydrogen peroxide in the presence of goethite. Chemosphere, 40(2), 125-130.
32. Manceau A., Charlet L. (1994) The mechanism of selenate adsorption on goethite and hydrous ferric oxide. J. Colloid and Interface Sci., 168, 87-93.
33. Miot J., Benzerara K., Morin G., Kappler A., Bernard S., Obst M., Ferard C., Skouri-Panet F., Guigner J.-M., Posth N., Galvez M., Brown G.E. Jr., Guyot F. (2009) Iron biomineralization by anaerobic neutrophilic iron-oxidizing bacteria. Geochim. Cosmochim. Acta, 73(3), 696-711.
34. Phoenix V.R., Konhauser K.O. (2008) Benefits of bacterial Biomineralization. Geobiology, 6(3), 303-308.
35. Posth N.R., Canfield D.E., Kappler A. (2014) Biogenic Fe3+ minerals: From formation to diagenesis and preservation in the rock record. Earth Sci. Rev., 135, 103-121.
36. Salas E.C., Berelson W.M., Hammond D.E., Kampf A.R., Nealson K.H. (2010) The Impact of Bacterial Strain on the Products of Dissimilatory Iron Reduction. Geochim. Cosmochim. Acta, 74(2), 574-583.
37. Shuster J., Bolin T., MacLean L.C.W., Southam G. (2014) The effect of iron-oxidizing bacteria on the stability of gold (I) thiosulphate complex. Chem. Geol., 376, 52-60.
38. Strauss R., Brummer G.W., Barrow N.J. (1997) Effects of crystallinity of goethite: II. Rates of sorption and desorption of phosphate. Eur. J. Soil. Sci., 48, 101-114.
39. Suzuki I. (1999) Oxidation of inorganic sulphur compounds: chemical and enzymatic reactions. Can. J. Microbiol., 45(2), 97-105.
40. Tazaki K. (2000) Formation of banded iron-manganese structures by natural microbial communities. Clays and Clay Minerals, 48(8), 511-520.
41. Towe K.M., Lowenstam H.A. (1967) Ultrastructure and development of iron mineralization in the radular teeth of Cryptochiton stelleri (Mollusca). J. Ultrastruct. Res., 17, 1-13.
42. Weber K.A., Achenbach L.A., Coates J.D. (2006) Microorganisms pumping iron: anaerobic microbial iron oxidation and reduction. Nature, (4), 752-764.
43. Weiner S., Dove P.M. (2003) An overview of biomineralization processes and the problem of the vital effect. Rev. Mineral. Geochem., 54, 1-29.
44. Yang H., Lu R., Downs R.T., Costin G. (2006) Goethite, α-FeO(OH), from single-crystal data. Acta Crystallographica, E62, 250-252.
45. Zachara J., Kukkadapu R., Fredrickson J., Gorby Y., Smith S. (2002) Biomineralization of poorly crystalline Fe3+ oxides by dissimilatory metal reducing bacteria (dmrb). Geomicrobiol. J., 19(2), 179-207.
46. Zegeye A., Mustin C., Jorand P. (2010) Bacterial and iron oxide aggregates mediate secondary iron mineral formation: green rust versus magnetite. Geobiology, 8(3), 209-222.
Рецензия
Для цитирования:
Голубева Е.М., Кондратьева Л.М., Комарова В.С., Абражевич А.В. Биогеохимические факторы формирования железосодержащих биоминералов. Литосфера. 2017;(2):115-124.
For citation:
Golubeva E.M., Kondrat′yeva L.M., Komarova V.S., Abragevitch A.V. Biogeochemical factors of formation ferriferous biominerals. LITHOSPHERE (Russia). 2017;(2):115-124. (In Russ.)
Просмотров:
417
Послать статью по эл. почте 