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矿物—微生物相互作用是地球表生环境下重要的地质作用类型,由于硅酸盐矿物的微生物风化影响着地球物质循环及地貌的形成和演变,尤其受到地质地球化学领域的关注。作为地球表层分布最广的硅酸盐矿物类型,长石在风化分解过程中,微生物通常会以流体模式、生物膜及真菌菌丝等方式与矿物表面发生作用。而长石在微生物作用下的分解机制主要包括质子交换和配体络合作用。微生物生理活动、微生物及代谢产物种类、生长条件,以及长石的种类、结构、成分及表面特征等均会影响其风化速率和风化程度。由于长石在硅酸盐矿物中的代表性,因此对长石—微生物作用模式、机理、影响因素等方面的研究,可以大大促进硅酸盐的微生物地质学的发展。 相似文献
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原生硅酸盐矿物风化产物的研究进展——以云母和长石为例 总被引：6，自引：0，他引：6
研究云母和长石等原生硅酸盐矿物的风化速率和风化产物对于深入理解土壤发生过程、营养元素循环以及全球气候变化具有重要的理论意义。本文从自然风化、人工化学风化和生物风化3方面总结了原生硅酸盐矿物风化作用及其产物的特点，重点阐述了微生物参与下的生物风化作用和生物矿化作用及其意义。野外观察和室内实验研究结果表明，微生物可以加速矿物的分解，而且其细胞表面及其产生的胞外多聚糖可以作为次生矿物成核的模板。 相似文献
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含镁硅酸盐矿物是重要自然资源,国内外大都采用传统的化学方法进行开发利用,而微生物法释放含镁硅酸盐矿物中镁和硅的研究还未见报道。试验采用摇瓶培养与对照结合的方法研究烟曲霉(Aspergillusfumigatus)对含镁硅酸盐矿物——蛇纹石和橄榄石的风化作用。试验采用ICP-OES测定第5、10、20、30 d培养液滤液中Mg2+和Si的含量,同时对相应试样的pH值和代谢产物进行分析测定,采用SEM和TEM观察作用后的微生物-矿物聚集体。结果表明,烟曲霉作用蛇纹石和橄榄石试样滤液中的Mg2+和Si含量变化不仅与烟曲霉生长状况有关,而且与矿物的晶体结构相关,蛇纹石较橄榄石更易被烟曲霉风化;另外烟曲霉在生长过程中产生的酸性代谢产物有助于对矿物的风化;SEM和TEM观察结果直观地显示出烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用痕迹。综合分析认为,烟曲霉对蛇纹石和橄榄石的风化作用应该是酸溶作用、菌丝对矿物的穿插包裹和菌丝体对养分的吸收等方式协同作用的综合效果。研究结果为探讨真菌与矿物相互作用的过程与机理以及为微生物法开发蛇纹石和橄榄石矿产资源提供了基础资料。 相似文献
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丹霞地貌砂岩的微观化学风化作用电子探针研究 总被引：2，自引：0，他引：2
利用偏光显微镜观察、电子探针分析等手段对江西龙虎山丹霞地貌崖壁砂岩的微观化学风化作用的发展过程进行了研究,重点观测黑云母蛭石化以及长石黏土化过程中矿物组分的变化,进而探讨丹霞地貌砂岩的微观化学风化作用机理。在微观化学风化下,强风化层胶结物中的方解石迅速分解流失,从而导致黑云母大量发生蛭石化和铁的氧化物在矿物边部富集;长石则大量发生黏土化而使高岭石、石英等矿物富集。研究表明丹霞地貌砂岩在微观化学风化作用下矿物分解以及新矿物的形成都破坏原来岩石中的力学平衡,因而风化作用在宏观上表现为岩面片状剥离和重力崩塌,据此推断更大尺度的风化作用可能与岩石中矿物的微观化学风化作用存在着密切联系,是微观化学风化作用长期累积后在宏观上的综合表现。 相似文献
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微生物对硅酸盐矿物风化作用研究进展 总被引：7，自引：1，他引：6
微生物对硅酸盐矿物风化的影响研究取得了一系列重要进展。在贫营养环境中,微生物风化硅酸盐矿物获取营养物质,加速了硅酸盐矿物的风化;由于微生物的作用,矿物的风化会不遵循正常的矿物化学风化序列,表现出稳定矿物比不稳定矿物更易风化的特征。微生物风化硅酸盐矿物时会在硅酸盐矿物表面留下痕迹,即富集或转移相应的元素和矿物,而且还能改变硅酸盐矿物的化学组成和结构。微生物的上述行为受营养基质含量、有机酸、生物膜、胞外聚合物以及氧化还原作用的影响。 相似文献
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岩石矿物的微生物风化是地球表层系统最为活跃和普遍发生的地质营力之一。微生物对含钾岩石(以硅酸盐矿物为主)的风化能够释放其中的钾、硅和钙等元素,并在合适的环境条件下促进矿物元素的碳酸化沉淀,这是地表元素地球化学循环的重要环节之一。微生物对岩石的生物转化作用既涉及微生物的生长繁殖和代谢调控,也与元素的迁移转化和次生矿物的演化序列有关,具有重要研究价值。采用矿物学、微生物学和分子生物学等相结合的研究方法,有助于系统地研究微生物促进含钾硅酸盐矿物的风化并耦联碳酸化过程及其分子调控机制。研究证实,在纯培养条件下,微生物风化含钾矿物主要采用酸解、螯合、氧化还原等多种方式的协同作用,并可通过调控相关功能基因的表达来响应缺钾的环境以实现其对含钾矿物的有效风化,显然这有赖于微生物通过长期进化而形成的精细的分子调控机制。在土壤生态环境中,微生物对矿物风化的显著特征是该生态环境中微生物群落协同互作的群体作用效应。微生物碳酸酐酶参与的硅酸盐矿物风化伴随碳酸盐矿物的形成过程可能是个长期被忽视的地表碳增汇过程,对该问题的深入探索有助于进一步理解地质演化历史中微生物对碳素迁移转化的驱动机制。加入含钾硅酸盐矿粉的有机肥已经显示出其在土壤改良、作物生长和增加土壤碳汇等方面的正面应用效果,这为利用硅酸盐矿物的生物风化作用来延缓大气CO2浓度的持续升高提供了新的思路。介绍了有关微生物对含钾岩石生物转化释放钾素的分子机理及其碳汇效应方面的研究进展,以期抛砖引玉,推动该领域研究的快速发展。 相似文献
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有关微乍物对硅酸盐矿物的风化作用,前人做了大量研究,并对其作用机理提出了酸解、络解、酶解、碱解、夹膜吸收、胞外多糖形成和氧化还原作用等多种观点,这些观点都有一定的合理性,但也存在一定的局限性,缺乏足够的实验证据,不能完全解释矿物的微生物风化过程和机理. 相似文献
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风化作用是源-汇沉积体系中的重要环节,气候、构造、地形、植被和岩性在不同程度上控制着地表硅酸盐化学风化,量化硅酸盐化学风化强度有助于开展全球性的实例研究对比。本研究归纳总结了基于碎屑沉积物的化学风化强度指标,包括岩石学和矿物学指标、元素地球化学指标和非传统稳定同位素指标,并指出了指标在应用中存在的问题。这些指标中:砂质沉积物骨架颗粒组成、粉砂级碎屑的矿物组成和矿物表面结构特征从矿物组成和结构上直观地反映了化学风化强度,运用不多但值得关注;黏土矿物组合和主微量元素指标如CIA、Rb/Sr、αAlE等在实例研究中运用广泛,同时也显现出易受物源和水动力分选影响等弊端;新近开发的利用锂、硼、钾、镁、硅等同位素示踪化学风化强度的方法具有广阔的应用前景,同位素的分馏机理有待完善。源-汇体系中的其他过程如物源供给、水动力分选、成岩作用、再旋回作用、成土作用、物理淋滤和生物利用等会影响化学风化指标的使用效果,通过多指标的综合运用和相互验证,可以有效提升化学风化强度评估的准确性。 相似文献
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选用一株从铝土矿样表面分离的硅酸盐细菌,研究了该菌株对矿物种类与组成复杂的铝土矿的风化作用.通过摇瓶培养,使硅酸盐细菌在培养液中与矿物颗粒发生相互作用,再测定不同发酵时间上清液中主要杂质元素的含量,并对细菌作用不同时间后的铝土矿进行电镜观察和电子能谱扫描及X射线衍射分析.结果表明,随着培养时间的延长,发酵液中形成了明显的菌体-矿物复合体,细菌对矿物表面产生了溶蚀作用;细菌对不同晶体结构的矿物具有选择性破坏作用,层状结构的高岭石、伊利石比架状结构的石英等矿物更容易风化风化;该菌株可以释放铝土矿中的铝、硅、铁、钙、钾等元素到培养液中,矿物表面的钙元素百分含量从19.44降低至1.91,铁、钾从1.70、1.28降低至微量.结合矿物学与微生物相关知识,初步探讨了细菌与矿物界面之间的相互作用及矿物的微生物风化机制. 相似文献
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Kaolinisation of granite in an urban environment 总被引：1，自引：0，他引：1
Nick Schiavon 《Environmental Geology》2007,52(2):399-407
Under natural acid and wet conditions, one of the main weathering processes affecting granitic rocks is the kaolinisation
of Na, Ca and K-feldspar minerals by H2O + CO2 attack. We here report the occurrence of authigenic kaolinite on the surface of an eighteenth century granitic monument covered
with sulphate-rich weathering patinas. We suggest that, in humid mesothermic climates, anthropogenically derived gaseous SO2 from air pollution is responsible for accelerated kaolinisation of feldspars in an urban environment; SO2 from air pollution thus plays a dual role in the weathering of silicate rocks being responsible for the well known sulphation
of Ca-bearing materials leading to the formation of sulphate salts such as gypsum as well as the weathering of feldspar minerals
to kaolinite. The kaolinisation reaction weakens the granite microfabric leading to enhanced decay of the building stone. 相似文献
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微生物影响硅酸盐矿物风化作用的模拟试验 总被引：18，自引：1，他引：17
研究了硅酸盐细菌对矿物的风化作用。选用土壤中常见的钾长石、伊利石等矿物作为细菌风化作用的对象,通过在含有矿物颗粒的无氮培养基中培养硅酸盐细菌,使其在培养液中与矿物颗粒发生相互作用,再取样并处理后进行电镜观察和X-射线衍射分析。电镜观察结果表明细菌对矿物试样表面确实发生了溶蚀作用,被细菌作用后的矿粉,颗粒浑圆,边缘模糊不清,表面呈凹凸不平状,矿物颗粒被大量的菌体物质所覆盖。用X-射线衍射分析检测到细菌对具不同晶体结构矿物的“选择性”破坏作用,在有多种矿物同时存在的情况下,细菌对较易分解的矿物破坏作用速度较快。结合矿物学与微生物学相关知识,初步分析了细菌培养液中细菌与矿物界面之间的相互作用以及土壤生态系统中矿物的生物风化作用过程。 相似文献
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《Applied Geochemistry》1994,9(5):583-595
A steady-state geochemical model has been developed to study water-rock interactions controlling metal release from waste rock heaps at the Aitik Cu mine in northern Sweden. The Cu release in drainage waters from the site is of environmental concern. The waste rock heaps are treated as single completely mixed flow-through reactors. The geochemical model includes kinetices of sulphide and primary silicate mineral weathering, heterogeneous equilibrium with secondary mineral phases and speciation equilibrium. Field monitoring of drainage water composition provides a basis for evaluation of model performance.The relative rate of oxidative weathering of sulphides and dissolution of primary silicate minerals, using published kinetic data, are consistent with net proton and base cation fluxes at the site. The overall rate of Fe2+ oxidation within the heap is three orders of magnitude faster than that which could be explained by surface-catalysed reaction kinetics. This suggests significant activity of iron-oxidizing bacteria. The absolute weathering rates of sulphides and silicate minerals, normalized to a measured BET surface area, are approximately two orders of magnitude lower at field scale than published rates from laboratory experiments. Because of the relative absence of carbonate minerals, the weathering of biotite and plagioclase feldspar are important sources of alkalinity. 相似文献
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Bacillus mucilaginosus is a common soil bacterium,and usually used as a model bacterium in studying microbe-mineral interactions.Several reaction mechanisms of B.mucilaginosus weathering silicate minerals were proposed.However,the molecule mechanisms and detailed processes were still unclear.In this paper,bacterium-mineral interactions were studied in terms of variations in pH value over the experimental period,variations in mineral composition,weathering rates of silicate minerals and volatile metabolites in the culture medium,etc.,to further explore the bacterium-mineral interaction mechanisms.The results showed that B.mucilaginosus could enhance silicate mineral weathering obviously.The weathering rates were quite different for various kinds of silicate minerals,and the weathering rate of weathered adamellite could reach 150 mg/m2/d.Although B.mucilaginosus produced little acidic substance,pH in the microenvironment of bacterium-mineral complex might be far lower than that of the circumjacent environment;a large amount of acetic acid was found in the metabolites,and was likely to play an important role as a ligand.These results appear to suggest that acidolysis and ligand degradation are the main mechanisms of B.mucilaginosus dissolving silicate minerals,the formation of bacterium-mineral complexes is the necessary condition for the bacteria weathering silicate minerals,and extracelluar polysaccharides played important roles in bacterium-mineral interaction processes by forming bacterium-mineral complexes and maintaining the spe-cial physicochemical properties of microenvironment. 相似文献
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Filtered subglacial meltwater samples were collected daily during the onset of melt (May) and peak melt (July) over the 2011 melt season at the Athabasca Glacier (Alberta, Canada) and analyzed for strontium-87/strontium-86 (87Sr/86Sr) isotopic composition to infer the evolution of subglacial weathering processes. Both the underlying bedrock composition and subglacial water–rock interaction time are the primary influences on meltwater 87Sr/86Sr. The Athabasca Glacier is situated atop Middle Cambrian carbonate bedrock that also contains silicate minerals. The length of time that subglacial meltwater interacts with the underlying bedrock and substrate is a predominant determining factor in solute concentration. Over the course of the melt season, increasing trends in Ca/K and Ca/Mg correspond to overall decreasing trends in 87Sr/86Sr, which indicate a shift in weathering processes from the presence of silicate weathering to primarily carbonate weathering.Early in the melt season, rates of carbonate dissolution slow as meltwater approaches saturation with respect to calcite and dolomite, corresponding to an increase in silicate weathering that includes Sr-rich silicate minerals, and an increase in meltwater 87Sr/86Sr. However, carbonate minerals are preferentially weathered in unsaturated waters. During the warmest part of a melt season the discharged meltwater is under saturated, causing an increase in carbonate weathering and a decrease in the radiogenic Sr signal. Likewise, larger fraction contributions of meltwater from glacial ice corresponds to lower 87Sr/86Sr values, as the meltwater has lower water–rock interaction times in the subglacial system. These results indicate that although weathering of Sr-containing silicate minerals occurs in carbonate dominated glaciated terrains, the continual contribution of new meltwater permits the carbonate weathering signal to dominate. 相似文献
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在有碳酸盐岩分布的河流流域, 河水地球化学主要反映的是风化速率较高的碳酸盐矿物风化的信息, 而硅酸盐矿物风化的信息往往被掩盖掉.北江流域碳酸盐岩和硅酸岩分布广泛, 为追踪其中的硅酸盐矿物风化的信息, 分析了北江河水中溶解无机碳同位素的时空变化.河水样品按4个季节自北江的上游到下游采集6个样点, 分析结果显示, 除上游武江的采样点同位素值季节变化不大外, 中下游采样点的同位素值有明显季节变化, 主要表现在6月份的δ13CDIC显著变轻(-16‰~-19‰).在详细剖析矿物风化过程对碳同位素的影响后, 指出除了显著的碳酸盐矿物风化过程外, 北江流域在夏季还存在明显的硅酸盐矿物风化过程, 大大提高了流域的碳汇作用. 相似文献