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1.
铁是生物必需的营养元素,并且生物圈与岩石圈、水圈、大气圈密切联系。因此,了解生物过程的铁同位素地球化学行为,对于示踪铁元素在生物圈内部体系的迁移和循环,以及运用铁同位素示踪生物圈和岩石圈、水圈之间的相互作用都具有重要意义。本文对不同生物体的铁同位素组成特征以及不同生物过程的铁同位素地球化学行为进行了总结。结果表明,生物倾向于优先吸收铁的轻同位素,而且在食物链中随着级别的升高,这种情况越明显。生物诱发过程(包括异化铁还原作用和细菌氧化作用)中,铁只是提供或接受电子,并没有真正进入生物细胞体内,这些过程所产生的铁同位素分馏值和无生物参与氧化还原过程产生的铁同位素分馏值相同。生物(包括微生物、植物、动物和人)吸收过程中,铁进入生物体细胞内,这些过程的铁同位素分馏主要受氧化还原作用所控制。铁同位素在生物学、医学等领域具有很大的应用潜力,有可能会成为这些领域新的示踪工具。 相似文献
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铁细菌胞外多聚物对铁矿物的调控形成及其环境意义 总被引：1，自引：0，他引：1
环境介质溶液中铁的水解作用和稳定化作用主要受铁细菌及其代谢有机物质的影响。铁细菌普遍存在于自然环境中,可利用低价铁源为自身生长所需能量。铁细菌胞外有机物的主要组分如多糖和蛋白质等可与铁结合,并通过氧化或沉淀作用使铁稳定、沉积而形成铁矿物;此外铁细菌胞外多聚物可催化铁的氧化或促进铁的聚集。这些生物成因铁矿物因具有良好的表面吸附与氧化还原等化学活性,及有效固定环境中的重金属、放射性核素和催化降解有机污染物的良好环境属性,在环境生物矿物材料和环境治理研究领域被日益重视。故本文基于铁细菌及其胞外多聚物对铁矿物矿化形成的重要调控作用,介绍了环境中存在的铁细菌及其生物矿化特征,重点阐述了铁细菌胞外多聚物(组分、结构及特性)及其在铁矿物矿化过程中的作用,同时对铁细菌胞外多聚物及生物成因铁矿物的环境意义进行了概述。 相似文献
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《吉林大学学报(地球科学版)》2015,(Z1)
<正>氧化铁作为高活性矿物的重要内因是以变价元素铁构成的氧化铁循环过程活跃。土壤铁循环是一个特殊微生物驱动的生物地球化学过程,长期以来普遍认为,以氧化铁矿物为末端电子受体、铁还原菌通过氧化电子供体藕联的氧化铁异化还原过程[1],与以游离态Fe(II)为电子受体、铁氧化菌作用产生的Fe(II)微生物氧化成矿过程[2],组成了完整的铁循环链[3](图1过程I和II)。1980年底有研究发现,厌氧条件下游离态 相似文献
4.
铁建造和鲕铁岩是地史上两类主要的富铁沉积,不仅记录了地球大气与海洋氧化还原状态和化学条件演变,而且也反
应了构造运动、岩浆活动和生物的相互作用过程.过去对铁建造已有深入研究,而有关前寒武纪铁岩成因与古海洋和构造背景
研究甚少.运用扫描电镜(scanningelectronicmicroscopy,简称SEM)、X射线衍射(X-raydiffraction,简称XRD)、能谱(energy
dispersive spectroscopy,简称EDS)技术分析铁鲕的微组构、矿物成分和化学组成,讨论华北串岭沟组(1.65~1.64Ga)鲕铁岩
的成因环境及其与Columbia超大陆裂解的关系.研究表明,铁鲕主要由赤铁矿和少量高岭石组成,贫陆源碎屑和Al2O3;鲕包
壳由微片状赤铁矿构成的致密和疏松纹层交互组成;Fe-Al呈明显的负相关性,表明铁主要源于缺氧富铁深海水体而非陆源
风化.鲕铁岩集中在快速海进和低陆源输入引起的沉积饥饿期,发育于氧化还原界面附近的潮下贫氧环境.与超大陆裂解伴生
的岩浆活动、基底沉降和快速海侵是促进鲕铁岩形成的重要因素.串岭沟组底部铁岩是华北地台响应Columbia超大陆裂解而
发生构造与环境转化的重要沉积记录. 相似文献
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微生物活动导致铁氧化被认为是前寒武纪铁建造和红层形成的重要机制之一,但是地质记录中却鲜有相关证据。针对这一问题,本研究选择华北古元古代末的大红峪组微生物席成因构造(MISS)为研究对象,通过沉积学和矿物学的综合研究,揭示微生物活动在前寒武纪铁循环中的关键作用。研究表明:华北井陉大红峪组发育大量以砂裂为代表的MISS,指示当时潮间带至潮上带广泛发育微生物席;非微生物席层发育大量原位和近距离搬运的海绿石,指示低氧富铁的浅海和孔隙水化学条件,而相邻微生物席层则发生了显著的赤铁矿化,指示相对更氧化的沉积环境。考虑到微生物席层与相邻(厘米级)非微生物席层间微生物活动与矿物组成的明显差异,笔者提出微生物活动可能是导致当时低氧铁化浅海环境局部铁氧化的重要机制。本研究提供了微生物参与Fe2+离子氧化的重要证据,对揭示前寒武纪红层和大规模铁建造形成机制具有启示意义。 相似文献
6.
铁作为地壳中丰度最高的元素之一,广泛参与到一系列地球化学循环中。现代海洋中的铁主要来源于河流、冰川和风的铁氧化物颗粒和溶解铁的输入。陆源输入的铁氧化物在有机质埋藏、降解的早期成岩作用过程中,发生一系列转化过程而埋藏下来,该过程被称作活性铁循环。氧化 强氧化条件利于沉积物中氧化铁的持续产生或者至少保持不被溶解的状态,从而形成棕色-红色沉积物;还原条件利于沉积物中铁氧化物的溶解,形成菱铁矿、黄铁矿(铁硫化物) 等形式的埋藏,并可能造成溶解铁在海洋内的迁移。Raiswell、Canfield、Poulton等通过对现代典型海洋环境活性铁循环研究,提出了一系列用于判别古海洋氧化 还原条件的活性铁指标体系,并成功地将太古宙以来的古海洋划分成为含铁的大洋、硫化的大洋和氧化的大洋等3个演化阶段。由于活性铁的不同形态对磷具有不同的生物地球化学效应,将造成“氧化条件下磷的优先埋藏、缺氧条件下优先释放的现象”。磷是海洋生产力的限制性元素,铁和磷循环的上述耦合关系将造成“缺氧的大洋生产力越高,富氧的大洋生产力越低”现象的出现。目前已在白垩纪古海洋缺氧 富氧沉积中初步证实了上述反馈关系的存在,但是对活性铁埋藏形式对该特殊沉积的贡献还需要进一步的工作。 相似文献
7.
氧化还原化学剩磁是一种由活动的氧化还原电池产生的电流所引起的化学剩磁(CRM).一个被成矿后火山喷出物覆盖的氧化还原电池,在相当长的段时间内仍将保持活动性.电池所产生的电流将通过围岩和覆盖岩石流动.这种电流引起或加快火山喷出物中铁的再活动.再活动作用可能以一种矿物交换的形式在原地发生,或铁的氢氧化物迁移,然后停积在靠近地表的高氧化还原电位(Eh)处.由铁的再活动而产生的氧化还原化学剩磁,改变了岩石的原始磁存储. 利用古地磁法探求火山岩覆盖区氧化还原CRM的特征,是氧化还原CRM法的基础.当一个矿床被火山岩覆盖,处于与氧化还 相似文献
8.
铁在地壳中的含量位列第四,在海洋中常以微量元素的身份出现。铁拥有多变的价态和多样的功能,是调节海洋初级生产力和驱动海洋生物地球化学循环的重要力量。以往的研究表明,铁在维持初级生产力、耦合物质循环以及调节生源要素转化中具有重要作用。近年来微生物生态学的发展将铁的研究推向了新的高度,包括微生物驱动的铁氧化-还原行为、代谢过程以及与主要元素(C/N/P)的交互关系等。以近15年发表的文献为重点,尝试综述铁的最新进展。首先梳理了海洋中铁的来源和赋存状态(溶解态、胶体态、颗粒态和有机态);其次阐释了微生物介导的铁氧化还原类型和过程机制(如硝酸盐氧化、生物还原等);最后总结了铁与C/N/P循环的耦合关系以及在特定生态事件中的生态效应。此外,对海洋铁研究的“化学-生物-物理”理论框架也进行了展望,旨在为更好地认识铁循环及其在海洋微生态过程的作用提供资料借鉴。 相似文献
9.
为了认识高砷地下水中砷活化迁移的生物地球化学机制,对江汉平原地下水氧化还原敏感元素的水化学特征及溶解性有机物(DOM)三维荧光信息进行了研究.水化学研究显示,地下水中的砷与铁的还原和有机质的氧化分解过程有密切关系.水样DOM的三维荧光分析表明,地下水中存在微生物介导下氧化还原过程的反应性有机物组分,其中醌类腐殖质与铁、硫酸盐等的还原反应过程联系紧密.还原、氧化醌类及易降解DOM组分与还原产物、砷的关系进一步显示,砷的活化与微生物介导下的铁氧化物的还原过程联系在一起.在这一过程中,易降解有机物充当电子供体的角色并被消耗,而还原醌与氧化醌则很可能扮演了电子飞行过程中的电子飞行物,"催化"了砷活化的氧化还原过程. 相似文献
10.
甲烷(CH?)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一.作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响.主要针对不同铁氧化物-厌氧微生物体系内的产甲烷效率,铁氧化物及微生物群落演化,铁氧化物的作用机制等进行总结分析.铁氧化物在微生物的作用下会发生溶解、还原并可能产生新的矿物.而铁氧化物的直接和间接影响微生物群组成,进而影响产甲烷过程,主要体现在4个方面:(1)铁氧化物溶解及生物还原产生的Fe~(3+)/Fe~(2+)影响微生物活性和体系氧化还原电位;(2)铁还原菌和产甲烷菌竞争产甲烷基质;(3)铁氧化物对产甲烷菌的直接抑制毒性;(4)具有导电性能的铁氧化物可以作为电子传递媒介促进铁还原菌或脂肪酸氧化菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程.最后,探讨了铁氧化物促进产甲烷过程尚需解决的主要问题及研究趋势,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作. 相似文献
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贵州阿哈湖物质循环过程中的铁同位素地球化学及其指示意义 总被引：1，自引：0，他引：1
使用AGMP-1氯化物型阴离子交换树脂(100--200目)对夏季贵州阿哈湖流域水体悬浮颗粒物等样品进行了化学分离,并在多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)上进行了铁同位素分析.分析结果表明,夏季阿哈湖湖水分层期间湖水悬浮颗粒物及各端员环境样品的铁同位素组成变化较大:湖水悬浮颗粒物的δ56Fe为负值,分布范围为-1.36‰～-0.10‰之间;各支流河水悬浮颗粒物的铁同位素组成在-0.88‰～-0.16‰之间;大气颗粒物的平均铁同位素组成为 0.06‰±0.02‰;而未经化学清洗的浮游藻类的铁同位素组成为 0.08‰.对比研究表明,湖水悬浮颗粒物的铁同位素组成不仅受各输入端员的影响,湖泊内部复杂的生物地球化学过程也对颗粒物的铁同位素组成产生了重要影响.陆源输入的颗粒有机结合态铁使得湖泊表层悬浮颗粒物的铁同位素组成偏低,而大气沉降颗粒物和湖泊表层的浮游藻类整体上对铁同位素组成的影响并不显著."ferrous wheel"铁循环对于氧化还原界面附近水层中铁同位素的重分配起到了主要的控制和影响作用.δ56Fe值与Fe/A1呈现良好的负相关关系,也显示出活性铁的循环迁移是造成氧化还原界面附近水层中悬浮颗粒物的铁同位素组成变化的重要原因,表明铁同位素与Fe/A1可能可以作为表征水体生物地球化学环境的良好指标. 相似文献
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氧化亚铁硫杆菌与毒砂相互作用的阶段性及其机理研究 总被引：2，自引：0，他引：2
设计了毒砂的生物氧化和化学氧化两组对比实验,并对反应35d的溶液化学、固相产物成分和矿物表面元素化合态变化进行了分析,以说明氧化亚铁硫杆菌（A．ferrooxidans）与毒砂的相互作用机理。研究发现,毒砂的生物氧化过程随A．ferrooxidans菌生长规律分为三个阶段：（1）反应前7d,生物氧化作用还很弱,以自然氧化反应为主;（2）反应8～21d,生物氧化反应开始发生,细菌进入迟缓生长期;（3）反应22～35d,细菌处于对数生长期,生物氧化作用强烈。由离子浓度变化规律反映,前两个阶段生物氧化速率低于化学氧化,第三阶段起生物氧化速率高于化学氧化。细菌生长受溶液累积的As抑制,A．ferrooxidans菌能促进As和Fe形成砷酸铁沉淀,以降低As的抑制作用。毒砂表面高价态元素的比例随细菌生长和溶液Fe离子浓度的升高而增大,生物氧化第三阶段毒砂表面高价态元素的比例高于化学氧化。氧化过程中毒砂表面覆盖中间氧化产物S^0和As2S3沉积层,对比化学氧化,Aferrooxidans菌能不断把Fe^2＋氧化成Fe^3＋,促进毒砂表面中间产物氧化,并间接氧化毒砂。 相似文献
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本文通过光学显微镜鉴定、铁物相分析、电子探针分析、黄铁矿S同位素分析等手段,开展了铁元素矿物相和化学相特征研究及其成矿意义探讨。研究表明,本区砂岩中铁物相主要包括碳酸铁(菱铁矿)、硫化铁(黄铁矿)、铁氧化物(赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿)以及铁硅酸盐(黑云母、绿泥石、绿帘石),其中铁氧化物是直罗组砂岩中铁元素最主要的存在形式,硫化铁是矿化砂岩重要的指示矿物,上述两种铁物相均在矿化砂岩中含量最高;主要的铀矿物类型为铀石,与黄铁矿关系最为紧密,主要以"围绕"和"包含"的形式与黄铁矿相伴产出;黄铁矿的S同位素分布范围是-39.4‰～-8.5‰,表现出明显的富~(32)S、贫~(34)S的特点,指示了生物成因的特征;U/Th及δU的分布特征指示了二次还原砂岩经历了明显的氧化过程,矿化砂岩的还原性最强。铁物相的特征指示了纳岭沟铀矿床成矿过程的复杂性,既有早期的氧化改造,又有后期的二次还原改造,同时在成矿过程中还伴有硫酸盐还原菌等微生物的参与。黄铁矿作为铀成矿最敏感的指示矿物,是由无机还原反应叠加生物作用形成的。 相似文献
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长江口潮滩植物对沉积物铁的地球化学循环及磁性特征的影响 总被引：5，自引：0，他引：5
通过长江河口高潮滩芦苇带沉积物柱状样CYLWA 1活性铁、有机质、粒度分析及磁性测量,探讨潮滩植物对沉积物铁的地球化学循环及磁性特征变化的影响。结果显示,沉积物柱状样总体上以Fe2 + 占优势,且含量随深度逐渐增加。但在亚表层 (10～ 2 0cm),由于根系的释氧作用,存在着以Fe3 + 占优势的氧化层。在 10～ 2 0cm这一氧化层,指示细颗粒磁性矿物的参数 (χfd、χARM)明显减小,而反映磁性矿物类型的参数 (BCR、SIRM/ χ)显著增大,指示了亚铁磁性矿物颗粒变粗,不完整反铁磁性矿物明显富集,这一现象反映了氧化层不完整反铁磁性矿物的相对富集 相似文献
16.
浙江舟山海岸带古木埋藏区铁的微生物成矿作用 总被引：1，自引：0，他引：1
以浙江舟山海岸带铁矿石为研究对象, 通过对铁矿石及其周围环境背景样品的形态学显微观察、矿物学及地球化学分析, 结果显示渗漏水沉淀铁泥中存在大量形貌与Leptothrix ochracea和Gallionella ferruginea中性铁氧化菌极为相似的微生物鞘, 该微生物可促进Fe2+的氧化和Fe3+的快速沉淀, 并且细胞最终被完全矿化后将永久保存起来.与此相对应的是: 在铁矿石内部存在大量的似球形和丝杆状的针铁矿, 并且还保留了死亡的铁细菌外鞘, 这些特征揭示该铁矿石与微生物历史活动密切相关.将现代渗漏水铁泥中铁细菌的矿化作用和铁矿石中保留的微生物活动记录相对比, 为该环境下的铁矿石生物成矿作用及其成因机制提供了良好的佐证.铁矿石的形成与古木堆积密切相关, 古木埋藏腐烂过程产生的腐植酸加剧了基岩及其周围土壤中的铁淋滤进入到潮间带, 从而为铁矿石形成提供充足的铁来源.该研究有助于更好理解和认识地史时期腐植质及微生物在铁矿床形成中的作用. 相似文献
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沉积铁矿形成过程中的生物作用 总被引：3，自引：0，他引：3
沉积赤铁矿和层控黄铁矿、菱铁矿的成矿过程中都离不开生物的作用。不同情况下，其表现形式不尽相同。生物的活动形成赤铁矿受层石、毒球状黄铁矿以及有机质的还原作用由赤铁矿转变为菱铁矿。
冀西北宣龙地区铁质叠层石和铁质核形石同心纹层中普遍含有微体古植物化石，属于低等蓝藻类，形态以丝状体为主，部分为羽状体，它们直接地参与了铁的成矿作用。
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冀西北宣龙地区铁质叠层石和铁质核形石同心纹层中普遍含有微体古植物化石，属于低等蓝藻类，形态以丝状体为主，部分为羽状体，它们直接地参与了铁的成矿作用。
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18.
因其化学反应的活泼性和地壳分布的广泛性,铁元素的赋存状态(化学种)对断裂等诸多地质学的分支领域都具有极为重要的理论意义和实用价值。运用穆斯堡尔谱技术对青藏高原周边3条断裂带断层泥样品中的铁元素化学种的系统分析与研究发现,3条断裂中铁元素化学种的分布特征明显不同,显示铁对活断层的活动性和活动期次具有一定的指示意义。映秀-北川断裂以还原性铁占优势,显示出断层活跃并和地球深部有连通;西秦岭北缘分水岭断裂铁元素化学种分布和断层泥的颜色相对应,暗色断层泥中还原性铁占主导,亮色断层泥中氧化性铁占主导,显示出该断裂活跃、活动复杂和多期次性;剪子河断层以氧化性铁为主,显示出断层近期不活跃或者是块体内断层。 相似文献
19.
《地质科技情报》2015,(5)
微生物活动对地下水水化学组分、氧化还原环境及砷的迁移转化有重要影响。研究高砷地下水系统的氧化还原分带性,有助于进一步理解微生物作用下地下水中砷的迁移转化规律,并为高砷地下水原位修复技术提供理论依据。在综述前人的研究成果的基础上,阐明了不同生物地球化学阶段砷的吸附、释放及固定过程,并刻画出高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型。在地下水环境中,微生物依次消耗(还原)溶解氧、NO-3、Fe(Ⅲ)、SO2-4和CO2等组分,氧化有机物获取能量。在溶解氧和NO-3还原阶段,地下水处于偏氧化环境,此时Fe(Ⅲ)还原受到抑制,其负载的砷不会释放到地下水中;当Fe(Ⅲ)还原时,地下水处于还原环境,会导致与之共存的砷释放,形成高砷地下水;而当SO2-4还原时,地下水处于强还原环境,产生的HS-与Fe2+形成的铁硫化物吸附或共沉淀砷,会降低地下水中的砷浓度。 相似文献
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湖泊沉积物—水界面铁—锰循环研究新进展 总被引：18，自引：2，他引：18
通过云贵高原深水湖泊沉积物－水界面铁－锰循环研究，揭示了湖泊铁－锰循环不仅受氧化还原边界层化学界面的控制，而且受沉积物－水地质界面的制约；有机质生物氧化和硫酸盐还原构成界面铁－锰循环的重要机制并产生亚扩散层屏蔽效应；铁－锰循环伴随有微量金属元素地球化学形态的改变，从而影响其迁移行为；气候剧烈变化所中断的铁－锰循环，形成铁－锰富集层的古环境记录。 相似文献