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微生物对碳酸盐岩的风化作用 总被引：7，自引：0，他引：7
微生物-矿物相互作用可以促进许多表生生物地球化学反应过程,是表生地球化学研究的重要内容。通过综合岩石表面的微生物类群及其地质作用,分析碳酸盐岩微生物风化的各种现象,特别是微观尺度上的各种形态,阐述碳酸盐岩的微生物风化机制与风化产物,笔者提出微生物对碳酸盐岩风化的4种途径:(1)通过微生物在岩石表面和缝隙中生长,导致岩石表层发生生物溶蚀、生物磨蚀和生物钻孔作用,加速岩石风化进程;(2)微生物群体形成的钻孔网络可以增强岩石化学溶蚀的有效表面积并导致其表面强度减弱而促进机械侵蚀作用,微生物对周围岩石颗粒胶结结构的破坏、疏松作用也会导致岩石矿物颗粒的分解;(3)微生物的持水作用,微生物分泌的有机酸以及微生物呼吸所释放的CO2对岩表水分的酸化过程亦加速岩石矿物的分解;(4)微生物生长过程中从岩石内摄取营养元素和产生复杂的有机配体,能促进矿物元素的释放。文中提出在开展微生物对碳酸盐岩风化过程和机理研究的基础上,有必要引入微生物生物技术来综合开发本地低品位含钾磷矿产资源,加速岩溶地区山地土壤的形成与演化。 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：6，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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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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地表硅酸盐岩矿物风化通常是水体中钙、镁、钠、钾等元素的重要来源,然而相比于水体中的钙、镁和钠,目前对钾的水文地球化学行为的认识仍十分有限。表生地球化学领域最新研究证明风化、吸附等多种水岩反应伴随着较大的钾同位素分馏,表明钾同位素技术可以用于示踪地下水中钾的来源及迁移转化。文章通过系统总结上地壳、水圈和其他地表储库（植物、肥料）的钾同位素组成,发现水圈普遍比大陆上地壳富集41K,为识别地下水的钾来源提供了基础;通过总结钾同位素在常见的水岩作用过程（硅酸盐岩矿物溶解、次生黏土形成、吸附作用、离子交换反应）中的分馏行为,发现硅酸盐岩矿物溶解分馏有限,次生黏土矿物形成引起水体富集41K,表面吸附和离子交换使水体富集39K,不同水岩反应中K同位素行为差异为示踪地下水中钾的迁移转化过程提供了基础;列举了应用钾同位素示踪硅酸盐岩风化和水体污染的最新研究成果。由于钾同位素是硅酸盐岩风化的良好示踪剂,可以利用钾同位素揭示CO2较充足含水层中钾元素释放及迁移转化机理;由于表面吸附和离子交换控制的钾同位素分馏方向与风化控制的钾同位素分馏方向不同,可以利用钾同位素识别出地下水循环过程中多种水岩反应对钾迁移转化... 相似文献
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刘耘 《矿物岩石地球化学通报》2007,26(Z1)
百分之八十以上的地表被硅酸盐矿物所覆盖,这些矿物同水、有机物的反应和作用,是整个低温矿物学和地球化学研究的核心,因为它决定了矿物风化与次生矿物沉积、土壤的形成和营养、有害元素迁移、CO2沉降等重要的研究方面. 相似文献
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《地球科学进展》2015,(10)
岩石风化碳汇特别是碳酸盐岩风化碳汇积极参与了全球碳循环过程。最新的IPCC第五次气候变化评估报告(AR5)指出全球岩石风化碳汇约为0.4 Pg C/a,占不平衡碳通量的1/2~1/3,并改进和区分了岩石风化碳汇的时间尺度,将硅酸盐岩风化碳汇时间尺度视为104~106年,碳酸盐岩风化碳汇时间尺度视为103~104年。AR5报告将岩石风化碳汇列为CO2移除的4种方法之一,其碳酸盐岩风化碳汇时间尺度属于百年至千年级。虽然AR5报告提出了前述新认识,但仍认为岩石风化碳汇速率太慢,未纳入全球碳收支核算。结合近年来的研究进展,讨论了AR5报告目前对岩石风化碳汇在通量、时间尺度和风化碳汇效应等方面认识的不足,提出了加强岩石风化碳汇速率、稳定性、影响因素和尺度转换方面的研究建议,以期进一步加强岩石风化碳汇研究工作,为平衡全球碳收支做出科学贡献。 相似文献
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长石风化作用及影响因素分析 总被引：6，自引：0，他引：6
长石类矿物是地壳中最常见的硅酸盐矿物,其风化作用对地球表面环境有显著影响,因而是风化作用研究的重点矿物之一。文中以长石为例,对硅酸盐矿物的风化作用研究现状从矿物的自然风化、模拟矿物化学风化和矿物的生物风化3个方面进行阐述;对影响矿物风化的各种因素及其在风化过程中所起的作用,以及长石微生物风化作用的机理和过程进行分析;指出目前硅酸盐矿物风化研究中存在的问题,并对未来的发展方向提出建议,指出对微生物-矿物复合体微环境物理化学性质的深入研究可能成为揭示微生物-矿物相互作用机理的一个突破口。 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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碳酸盐风化碳汇与森林碳汇的对比——碳汇研究思路和方法变革的必要性 总被引：2，自引：1，他引：1
目前,全球碳循环研究主要集中在海洋碳汇以及陆地土壤和植被碳汇,而对岩石风化碳汇仅考虑地质长时间尺度的硅酸盐风化作用,而认为碳酸盐风化在长时间尺度上对碳汇无贡献。然而,碳酸盐相对于硅酸盐有快得多的溶解速度,且对全球变化(特别是气候和CO2变化)的响应迅速,同时由于生物作用和人为活动的影响,使得碳酸盐风化碳汇的能力需要重新评价。最新的研究发现,由碳酸盐溶解、全球水循环及水生生物光合利用溶解无机碳共同作用,即水-岩-气-生相互作用形成的大气碳汇,远远大于之前只估计了河流输运的无机碳汇,其量级与森林碳汇量相当,因此有必要对传统的碳汇研究思路和方法进行某些变革,这有可能为解决所谓的全球“碳失汇”问题找到一条出路。 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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华南离子吸附型稀土矿床提供了全球超过90%的重稀土,是我国优势的战略性关键金属矿产资源。掌握这类矿床的成矿机制和禀赋特征,可为增加稀土资源储量和高效利用稀土资源提供理论支撑。离子吸附型稀土矿床主要发育在富稀土花岗岩、浅变质岩及火山岩的风化壳中。基岩中的(含)稀土矿物是风化壳中离子态稀土的主要来源,其矿物组合很大程度上决定了稀土矿床的禀赋和分异特征。在物理-化学风化和微生物作用下,造岩矿物、含稀土矿物和稀土独立矿物逐渐溶解,使稀土元素活化和再富集。一方面,母岩风化形成的黏土矿物和铁锰氧化物具有较大的比表面积和一定的表面电荷密度,是稀土离子的主要载体;另一方面,稀土离子通过离子交换、表面吸附与络合、共沉淀,以及形成次生稀土矿物等途径富集在次生矿物表面,其富集-分异特征和赋存状态受矿物类型、pH、微生物活动等因素所控制。利用高分辨透射电镜结合选区电子衍射和电子能量损失谱,以及同步辐射X射线吸收精细结构谱,有望在原子级尺度查明稀土的微观赋存状态。未来研究需更多关注基岩中(含)稀土矿物组合及其演化路径的制约因素、微生物风化对离子吸附型稀土矿床成矿作用的约束,以及稀土元素的微观赋存状态等问题。 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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Ian M. Power Siobhan A. Wilson James M. Thom Gregory M. Dipple Janet E. Gabites Gordon Southam 《Chemical Geology》2009,260(3-4):286-300
Anthropogenic greenhouse gas emissions may be offset by sequestering carbon dioxide (CO2) through the carbonation of magnesium silicate minerals to form magnesium carbonate minerals. The hydromagnesite [Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O] playas of Atlin, British Columbia, Canada provide a natural model to examine mineral carbonation on a watershed scale. At near surface conditions, CO2 is biogeochemically sequestered by microorganisms that are involved in weathering of bedrock and precipitation of carbonate minerals. The purpose of this study was to characterize the weathering regime in a groundwater recharge zone and the depositional environments in the playas in the context of a biogeochemical model for CO2 sequestration with emphasis on microbial processes that accelerate mineral carbonation.Regions with ultramafic bedrock, such as Atlin, represent the best potential sources of feedstocks for mineral carbonation. Elemental compositions of a soil profile show significant depletion of MgO and enrichment of SiO2 in comparison to underlying ultramafic parent material. Polished serpentinite cubes were placed in the organic horizon of a coniferous forest soil in a groundwater recharge zone for three years. Upon retrieval, the cube surfaces, as seen using scanning electron microscopy, had been colonized by bacteria that were associated with surface pitting. Degradation of organic matter in the soil produced chelating agents and acids that contributed to the chemical weathering of the serpentinite and would be expected to have a similar effect on the magnesium-rich bedrock at Atlin. Stable carbon isotopes of groundwater from a well, situated near a wetland in the southeastern playa, indicate that 12% of the dissolved inorganic carbon has a modern origin from soil CO2.The mineralogy and isotope geochemistry of the hydromagnesite playas suggest that there are three distinct depositional environments: (1) the wetland, characterized by biologically-aided precipitation of carbonate minerals from waters concentrated by evaporation, (2) isolated wetland sections that lead to the formation of consolidated aragonite sediments, and (3) the emerged grassland environment where evaporation produces mounds of hydromagnesite. Examination of sediments within the southeastern playa–wetland suggests that cyanobacteria, sulphate reducing bacteria, and diatoms aid in producing favourable geochemical conditions for precipitation of carbonate minerals.The Atlin site, as a biogeochemical model, has implications for creating carbon sinks that utilize passive microbial, geochemical and physical processes that aid in mineral carbonation of magnesium silicates. These processes could be exploited for the purposes of CO2 sequestration by creating conditions similar to those of the Atlin site in environments, artificial or natural, where the precipitation of magnesium carbonates would be suitable. Given the vast quantities of Mg-rich bedrock that exist throughout the world, this study has significant implications for reducing atmospheric CO2 concentrations and combating global climate change. 相似文献
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碳酸盐岩中碳酸盐矿物稀土元素分析方法进展 总被引：1，自引：0，他引：1
碳酸盐岩中测定碳酸盐矿物的稀土元素主要有酸溶-ICP-MS和LA-ICP-MS方法.酸溶-ICP-MS方法用盐酸、硝酸溶解碳酸盐矿物,但也能溶解部分非碳酸盐矿物,而影响分析结果;用醋酸溶样可避免非碳酸盐矿物的干扰,但可能没有溶样完全,同样影响分析结果.LA-ICP-MS是应用激光对碳酸盐矿物进行原位剥蚀,将蒸发物导入ICP-MS进行分析,对不合粘土等的碳酸盐矿物最有效,由于激光束光斑较大,且碳酸盐岩中普遍含有微小的粘土矿物,可能也存在不确定性.总体而言,酸溶-ICP-MS和LA-ICP-MS获得的稀土元素页岩标准化配分模式及主要参数相似,均可用于沉积环境的示踪. 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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CO2浓度急剧上升成为一个很严峻的问题，因此，降低大气CO2浓度成为当务之急.目前涉及的方案中的海洋封存、地质封存，虽封存潜力巨大，但带来的负面影响也不容小觑.CO2矿化利用实质是模拟自然界岩石化学风化，作为一种新兴的减排方案，既能固定大气CO2，生成具有工业附加值的碳酸盐产品，又能实现环境友好.能够矿化利用的原材料包括天然富钙、镁硅酸盐矿物，工业碱性废固、液，盐湖中的氯化镁资源等，矿化利用的方法也不尽相同.虽然硅酸盐岩的风化是如何控制长时间尺度的气候变化的机制还没有定论，但风化过程中具有固定大量CO2的潜力这一认识已达成共识.对含有大量硅酸盐矿物的尾矿矿化CO2的研究是目前的热点，介绍了尾矿矿化CO2的研究现状及几种重要尾矿矿物的矿化应用潜力. 相似文献
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In recent years, a series of important progresses have been made in the aspect of magnesium isotopes behavior in weathering processes. These progresses are not only favorable to understand the change of the magnesium isotopic compositions in rivers, but also establish the foundation to further reveal the magnesium isotope geochemical cycle. The magnesium in rivers is both magnesium sink for weathering and magnesium source for the ocean. The Mg isotopic compositions in rivers are dominated by the magnesium sources and Mg isotope fractionations processes. The sources of magnesium in rivers originate mainly from draining rocks, as well as less contribution from the eolian deposition, groundwater, plant debris, and precipitation. The Mg isotope fractionations in rivers are mainly related to precipitation and dissolution of carbonate minerals, silicate mineral hydrolysis, adsorption on mineral or colloidal matter surface, and plant uptake. Generally, the contribution of carbonate minerals dissolution or precipitation is equal to add or reduce magnesium from carbonate endmember, which has a remarkably negative δ26Mg value. Based on the fact that most clay minerals are rich in 26Mg during nature silicate mineral hydrolysis, then it is possible to infer that residual weathering products enrich in 26Mg. However, there is no significant Mg isotope fractionation causing by the adsorption on mineral or colloidal matter surface during river water migration. For the plant uptake, the root prefers to have 26Mg, leading the plant itself rich in heavier Mg isotopic composition. In addition, formation of secondary minerals in rivers could also reflect the changes of chemical parameters in rivers (such as major elements, CO2 solubility, pH, etc.). Hence, Mg isotopic composition in rivers and associated isotope fractionations are not only the basis for the application of magnesium isotope to trace surface material cycle, but also have important significance for the further understanding the geochemical cycle of magnesium isotopes. 相似文献