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碳酸盐岩风化成土过程中的微生物作用 总被引：9，自引：0，他引：9
连宾 《矿物岩石地球化学通报》2010,29(1):52-56
碳酸盐岩风化作用长期受到广泛关注,有关其成土的物源也一直是颇有争议的问题。基于前人有关碳酸盐岩风化成土作用的研究基础和对有关资料的调研与分析,结合各类研究成果,笔者提出了喀斯特地区岩石微生物的风化成土作用途径:微生物生长对矿物养料的吸收,以及分泌的代谢产物导致碳酸盐岩的破坏分解和一些次生矿物的形成;一些岩石微生物能够通过新陈代谢固定大气中的碳素和氮素,截留由雨水、风尘、大气气溶胶甚至空气流动所带来的土壤颗粒等外来物质。微生物在岩石表面与缝隙中的生长繁殖在碳酸盐岩风化成土这一漫长的地质演化过程中发挥了不可替代的重要作用。 相似文献
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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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岩溶地貌主要是由碳酸盐溶解形成的特殊景观,岩溶区植被的生长发育受到基岩的制约,并演化出各种机制来适应岩溶区的独特环境。本文综述了岩溶地区植物对岩溶环境适应机制及植物生长对碳酸盐岩风化的驱动作用。通过总结发现：(1)植物主要通过分泌碳酸酐酶等有机物促进矿物分解、生物钻孔作用改善岩石表面的持水性能、根劈作用加速破碎岩石的崩解等化学生物和物理作用,促进了碳酸盐岩的风化溶解,形成独特的岩溶地球化学背景。(2)岩溶区植物通过调整自身结构和生理功能来适应干旱、高钙和营养元素缺乏等逆境。植物的抗旱性主要通过生理生化过程、形态结构和水分的利用方式来适应干旱或缺水环境,不同的植物进化出不同水分利用方式,提高水分利用效率,减少蒸腾;植物的高钙适应性是通过生理结构和生理过程来实现的,在高钙环境下的优势植物可通过形成钙化根、草酸钙含晶细胞和叶片调节等方式保持植株钙含量处于相对稳定的状态,并且植物还可以通过调节体内钙库和控制钙的吸收转运来控制细胞内钙离子浓度;根系分泌的有机酸和菌根能帮助植被在土壤中获取营养元素,以应对土壤的营养元素缺乏。(3)岩溶植被在正向演替过程中,土壤保水保肥能力增强、稳定性增加,物种的生... 相似文献
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岩石露头和矿山废弃物中的金属硫化物在地表、近地表条件下的氧化作用往往导致多种环境问题,因此,金属硫化物的地表风化一直是备受关注的表生过程之一。越来越多的证据表明微生物对矿物的氧化在金属硫化物风化过程中发挥着重要作用。实验研究发现:微生物在金属硫化物表面附着并形成微生物膜,在矿物-微生物膜界面微环境中存在着强烈的微生物氧化和化学氧化作用,两种氧化作用相互协同、共同促进。在此过程中,金属硫化物的S、As、Fe等元素经历了复杂的电子传递、逐级氧化的动力学过程,最终形成稳定的高铁硫酸盐或氧化物,并形成大量的酸性排水。该过程受多种因素的影响,包括细菌种类、光照和溶液Fe~(2+)浓度等。金属硫化物的微生物氧化直接导致重金属大量释放和严重的环境危害,释放的酸性排水还引发碳酸盐矿物分解和CO_2排放,会对全球碳循环产生不可忽视的影响。在地球演化的早期阶段,金属硫化物氧化消耗大气氧气可能导致大氧化进程滞后。尽管关于金属硫化物-微生物相互作用研究取得了长足的进展,但金属硫化物微生物氧化的分子机制和全球尺度的元素地球化学循环还有待深入研究,原位纳米观测技术的引入和全球物质循环模型研究具有必要性和紧迫性,同时也对生物冶金技术的发展有着重要的意义。 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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陆地硅的生物地球化学循环研究进展 总被引：2，自引：0，他引：2
地球表层硅(Si)的生物地球化学循环与大气CO2浓度变化、大洋生物泵作用以及海岸带富营养化等过程密切相关,因此成为全球环境变化研究的核心问题之一。在地质时间尺度上,硅酸盐矿物的化学风化是地球表层所有次生Si的来源。陆地生态系统各次生Si库具有不同的形成机制和驱动因子,这导致各Si库的贮存量和循环周期存在明显差异。土壤Si库中的黏土矿物Si、溶解硅(DSi)和淀积在其他矿物表面的无定形Si都源自硅酸盐矿物的化学风化过程;植物生长过程中吸收土壤中的DSi形成生物Si,然后经微生物分解过程返还给土壤;地表径流将流域陆源Si以悬移质Si和DSi的形式输入河流、海洋。迄今,陆地不同形态Si库的大小及其对全球Si循环的贡献仍不确定。因此,在研究陆地Si的生物地球化学循环过程中,综合考虑各种地表过程及其耦合作用是非常必要的。 相似文献
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硅酸盐矿物分解细菌Bacillus globisporus Q12与云母矿物相互作用的研究 总被引：2，自引：0，他引：2
土壤矿物与微生物相互作用对土壤中一系列生态过程产生重要影响。本文通过对培养液进行K、Si、Fe、Al等元素分析,测定了菌株生长与代谢产物,结合扫描电镜和透射电镜的观察,研究了钾矿物表生硅酸盐矿物分解细菌Bacillus globis-porusQ12菌株与云母矿物(黑云母和白云母)的相互作用规律。结果表明,不同的云母矿物对B.globisporusQ12菌株的生长与代谢有不同影响;与白云母相比,黑云母更适合B.globisporusQ12菌株的生长与酸性代谢产物(如有机酸等)的合成;供试菌株能促进黑云母和白云母矿物中K、Si、Fe、Al等元素的释放。扫描电镜、透射电镜观察与能谱分析发现,B.globisporusQ12菌株能在云母矿物表面定殖,加速云母矿物的风化;菌体自身也能吸附培养液中离子和矿物碎片而形成新的矿物。 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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微生物对生命元素如碳、氮、硫、氧和金属离子的代谢作用能显著的改变微生物周边的外部环境和其内部环境。在一系列的生物地球化学过程中,微生物参与了矿产的沉积(生物成矿)或参与了矿石和岩石的溶解(生物风化)。生物成矿作用有两个途径：一个叫生物诱导成矿,通过这个过程,微生物分泌出代谢产物导致了之后的矿物颗粒的沉积;另一个叫生物控制成矿,在这个过程中,微生物在控制矿物成核和生长上起到了显著作用。微生物成因的矿物总体来说颗粒都很小和／或有着独特的同位素特征。最普遍的生物成因矿物有碳酸盐、硫化物和铁的氧化物。细胞表面和其分泌的胞外聚合物的结构可以为离子的浓缩、聚合和矿化提供模板,并起到重要作用。地球材料的仿生合成帮助我们了解了在人工条件下的生物成矿机制。此外,在地质环境中生物成因的矿物还可以作为一种生物信号,用来重建地球和其他行星的起源和演化。 相似文献
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Impact of animal manure addition on the weathering of agricultural lime in acidic soils: The agent of carbonate weathering 
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下载免费PDF全文 Fertilization and aglime (agricultural lime) application, as important agricultural activities in acid soil, exert an influence on the fluxes of carbon both between and within ecosystems. Animal manure added to soil can elevate the soil CO2 and release organic acid due to microbial decomposition of the high organic matter content of animal manure. Additionally, the elevated CO2 can accelerate carbonate weathering in alkaline soil, such as lime soil. However, in acidic soil, it is unclear whether the chemical weathering of additive aglime can be quickened by the elevated CO2 due to animal manure addition. Thus, to ascertain the impact of animal manure addition on aglime weathering in acidic soil and to understand the weathering agent of aglime or underlying carbonate in the acidic soil profile, we established two contrasting profiles (control profile and manurial profile) in a cabbage-corn or capsicum-corn rotation in a field experiment site located in the HuaXi district of Guiyang, China, and buried carbonate rock tablets at different depths of soil profiles to calculate the dissolution rate of carbonate rock by monitoring the weights of the tablets. The results indicated that soil CO2 increased due to animal manure addition, but the rate of dissolution of the carbonate rock tablets was reduced, which was attributed to the increase in the pH in acidic soil after animal manure addition because the relationship between the dissolution rate of carbonate rock and soil pH indicated that the weathering rate of carbonate rock was controlled by pH and not by CO2 in acidic soil. Thus, the contribution of H+ ions (mainly exchangeable acid) in acid soil as a weathering agent to the weathering of underlying carbonate (and/or aglime) may lead to the overestimation of the CO2 consumption through chemical weathering at the regional/global scale using hydro-chemical methods. 相似文献
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发育完整的灰岩风化壳及其矿物学和地球化学特征 总被引：25，自引：5，他引：20
对于碳酸盐岩土覆土壤成因、尽管碳酸盐岩风化残积成土说被多数学者认同,但由于碳酸盐岩中酸不溶物含量极低,在风化成土过程中会伴随着巨大的体积缩小变化,原岩结构和半风化带无法保留,从而缺失了探索上覆土壤物质来源的重要中间环节,使得这种观点缺乏野外宏观证据的支持。最近,我们在贵州、湖南等地发现了数个以泥质灰岩和泥质白云岩为基岩的碳酸盐岩风化壳剖面,尚保留有较好的原岩结构,具有明显的风化壳分带和过渡现象。这些风化壳剖面的发现为深入研究碳酸盐岩风化成土过程提供了良好的研究场所。本文选取了较为典型的吉首泥灰岩风化壳剖面,从矿物学地球化学的角度来探讨碳酸盐岩风化壳的形成过程和发育特征,结果表明该风化壳既遵循非碳酸盐岩（主要是结晶岩类）风化壳的发育特征,也具有自己独特的地球化学演化规律。风化壳总体特点受碳酸盐中的酸不溶物矿物组合及化学成分的影响甚至控制,风化非碳酸盐风壳相似的发育特征。吉首泥灰岩风化壳剖面的发育特征和作者早先提出 的碳酸盐岩风化成土的两阶段模式是一致的,即以碳酸盐矿物大量淋失、酸不溶物逐渐堆积或残积为特征的早期阶段和残积物进一步风化成土的阶段,后一阶段的演化类似非碳酸盐岩类的风化过程。 相似文献
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土地利用对岩溶作用碳汇的影响研究综述 总被引：6，自引：4，他引：2
耦合水生光合作用的岩溶作用碳汇新模式的提出使得碳酸盐岩的风化过程成为寻找“陆地剩余碳汇”(residual land sink) 的新方向。传统意义上,碳酸盐岩风化在全球碳循环模型中被认为是未快速响应地表环境变化的地质过程,然而最新一系列研究表明人类土地利用显著改变了这一地质循环过程。文章总结了岩溶作用碳汇对不同土地利用/覆被变化的具体响应,并对其机理进行了系统分析。发现土地利用与覆被变化影响岩溶作用碳循环过程主要源自土壤CO2浓度和径流量变化以及外源酸（硝酸和硫酸）的介入。证据显示在土地利用对岩溶作用碳汇的调控中土壤CO2浓度与径流量是复杂且相互制约的两个机制,人类活动产生的外源酸干扰在不同层面上的影响也不同。由于地表水生生态系统所产生的内源有机碳（AOC）的巨大稳碳能力(水生碳泵效应)在以往的研究中并没有与碳酸盐岩风化过程相联系,因而其对土地利用变化的响应过程和机理是岩溶碳循环研究的最新方向。基于土地利用调控碳酸盐岩风化过程的复杂性和多样性特点,综合考虑岩溶作用产生的DIC(溶解无机碳)与AOC在不同土地利用情况下的相互关系以及定量分析各环境因素的具体效应成为了合理制定人为土地利用调控策略的必要前提,也是岩溶作用碳汇研究的未来发展方向。 相似文献
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S. M. Zhmodik Yu. A. Kalinin N. A. Roslyakov A. G. Mironov Yu. L. Mikhlin D. K. Belyanin N. A. Nemirovskaya A. M. Spiridonov G. V. Nesterenko E. V. Airiyants T. N. Moroz T. A. Bul’bak 《Geology of Ore Deposits》2012,54(2):141-154
Formation of noble metal nanoparticles is related to various geological processes in the supergene zone. Dispersed mineral phases appear during weathering of rocks with active participation of microorganisms, formation of soil, in aqueous medium and atmosphere. Invisible gold and other noble metals are incorporated into oxides, hydroxides, and sulfides, as well as in dispersed organic and inorganic carbonic matter. Sulfide minerals that occur in bedrocks and ores unaltered by exogenic processes and in cementation zone are among the main concentrators of noble metal nanoparticles. The ability of gold particles to disaggregate is well-known and creates problems in technological and analytical practice. When Au and PGE nanoparticles and clusters occur, these problems are augmented because of their unusual reactions and physicochemical properties. The studied gold, magnetite, titanomagnetite and pyrite microspherules from cementation zone and clay minerals of laterites in Republic of Guinea widen the knowledge of their abundance and inferred formation conditions, in particular, in the contemporary supergene zone. Morphology and composition of micrometer-sized Au mineral spherules were studied with SEM and laser microprobe. The newly formed segregations of secondary gold on the surface of its residual grains were also an object of investigation. The character of such overgrowths is the most indicative for nanoparticles. The newly formed Au particles provide evidence for redistribution of ultradispersed gold during weathering. There are serious prerequisites to state that microorganisms substantially control unusual nano-sized microspherical morphology of gold particles in the supergene zone. This is supported by experiments indicating active absorption of gold by microorganisms and direct evidence for participation of Ralstonia metallidurans bacteria in the formation of peculiar corroded bacteriomorphic surface of gold grains. In addition, the areas enriched in carbon and nitrogen have been detected with SEM on the surface of gold spherules from Guinea. Such organic compounds as serine, alanine, and glycine are identified on their surface with Raman spectroscopy. The experiments have been carried out and new data have been obtained indicating the role of micromycetes in concentration and distribution of noble metals in ferromanganese nodules of the World Ocean. Au and Pt were detected in the system with radioisotopes. It has been established that two forms of gold distribution develop within pseudomorphs of fungi colonies: (1) as pseudomorphic concentrates and (2) dispersed form unrelated to the colony structure. Inhomogeneities in distribution of dispersed platinum are manifested in the form of linear anomalies with elevated concentrations at the margins of the colonies. 相似文献
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自然界中,石墨质碳可以稳定存在于沉积岩、岩浆岩和变质岩中,由有机质或无机碳酸盐转变而来。随着对俯冲带碳循环研究的不断深入,通常作为副矿物产出在变质岩中的石墨质碳也引起了广泛的关注。相比于碳酸盐矿物和含碳流体,石墨质碳因其低溶解性、低移动性常作为碳汇稳定存在于俯冲带中。然而,在一些特殊的地质条件下(例如流体出现的开放体系中),石墨质碳不再稳定,它会变得活跃并发生迁移。因此,石墨质碳也是俯冲带碳循环研究中的关键载体。本文在综述前人研究成果的基础上,总结了俯冲带中石墨质碳的性质、来源、形成和分解过程,并重点介绍了俯冲带中非生物成因石墨的形成机制、石墨质碳的稳定性以及石墨质碳的释放,全面探讨了石墨质碳在俯冲带碳循环中的重要意义。俯冲带中石墨质碳的成因机制主要有3种:生物有机质石墨化、饱和含碳流体沉淀、碳酸盐矿物的还原反应。俯冲带中石墨质碳可通过分解脱气和溶解的方式释放。俯冲作用和风化侵蚀是石墨质碳全球循环的两个主要过程,其中俯冲作用对石墨质碳的地球内部循环影响较大。 相似文献
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本文介绍了全球稀土资源供需历史、现状和对未来的展望。从矿床成因视角切入，将稀土矿床分为内生和外生两大类型，其中内生稀土矿床包括碳酸岩型、碱性岩型、碱性岩型- 碳酸岩型、氧化铁铜金型、热液脉型，外生稀土矿床包括风化壳离子吸附型、沉积岩型、沉积矿产(煤矿、铝土矿和沉积磷矿)伴生型、砂矿和现代海洋底部含稀土的锰结核、结壳和软泥型。归纳总结了主要类型矿床的基本特点和时空分布；认为内生稀土矿床产出于四类构造环境，包括裂谷环境、碰撞后伸展环境、大陆碰撞环境和后俯冲伸展环境；从构造演化入手，探讨了在外生与内生地质过程中稀土元素的迁移和富集规律，建立了涵盖主要矿床类型的构造- 成矿模型。 相似文献