Микробная биогеохимия

карбонатное дыхание и др.
Окисление металлов
Образование и утилизация метана
Минерализующая деятельность и

очищение поверхности земли от остатков органического материала
Формирование газового состава атмосферы
Образование гумуса и обеспечение плодородия почв
Формирование земной коры
Образование полезных ископаемых

Основы понимания биогеохимической роли микроорганизмов были заложены на рубеже19 и 20 в. исследованиями русских микробиологов Виноградского С.Н.,Надсона Г.А.,Омелянского В. П., а также Вернадского В. И., который указывал на большую роль микробов в перемеще-нии, концентрации, рассеивании химических элементов и поддержании биосферы в целом.

порядок величин превышает минерализующую активность 6-миллиардного населения Земли.
Месторождения многих полезных

ископаемых, разрабатываемых в настоящее время, своим возникновением полностью или частично обязаны деятельности микроорганизмов преимущественно прошлых геологических эпох.

Горючие (сапропелевые)

Торф
Бурый уголь
Каменный уголь, антрацит
Перегной почвы
Состав гумуса:
лигнин, жиры, гуминовые кислоты, воск, смолы, полифенолы,полисахариды, белковые компоненты и др.

Природный газ
Нефть
Горный воск
Горючие сланцы

Cytophaga

и концентрирование металлов при биологической очистке сточных вод предприятий горнодобывающей

промышленности и флотационных процессах:выщелачивание бедных, отработан-ных руд, десульфирование каменного угля, окисление пиритсодержащих пород.

соединений из углей.

По минеральному составу среди них выделяют кальцитовые (известняковые), глинистые, гипсовые,

опалитовые и кварцитовые типы, а по содержанию серы (%) – очень богатые (более 25), богатые (18–25), рядовые (10–18) и бедные (5–10) сорта. Главнейшие геолого-промышленные типы месторождений: вулканогенный (месторождения Новое, Малетойваямское и др. на Курильских о-вах и Камчатке.

Месторождения серы

Месторождения серных руд.
Гуардак. Туркмения

Месторождения серных руд.
Гуардак. Туркмения

для увеличения вторичной добычи нефти.

грамотрицательная палочка
На основании распределения в подпочвенных слоях бактерий, окисляющих углеводороды,

проводится микробиологическая разведка нефтяных и газовых месторождений.
Метилотрофные: Methylomonas methanica, Methylococcus,

Flavobacterim, дрожжи, микобактерии,
нокардии

Разлагающие парафины: нокардии, псевдомонады,
коринебактерии, микобактерии.

нарастает содержание парниковых газов (СО2 , СН4 ). Метан образуется,

прежде всего, при анаэробном разложении органических соединений.

Основные источники метана – увлажнённые и заболоченные почвы, рисовые поля, места захоронения отходов.

метана:
(CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O).
Некоторые способны

сбраживать метиловый спирт или уксусную кислоту
(CH3COOH = CH4 + CO2), причём метан образуется из углерода метильной группы.

Метанобразующие бактерии

Methanothrix

Methanosarcina

получать кислород из окиси азота.

дна).
Черными точками и оранжевыми линиями показана концентрация
метана в

пробах. Треугольники и сплошная черная линия отражают отношение
массы углеводородов к общей массе органического
углерода. Синяя линия — процент делящихся клеток. Красная
линия — число клеток на куб. см. Горизонтальной пунктирной
линией показано положение вулканического прослоя, не
позволяющего углеводородам просачиваться наверх. Справа
указаны преобладающие разновидности архебактерий
(ANME — археи, осуществляющие анаэробное окисление метана),
а также минимальные и максимальные температуры для четырех
проб.

мезофиллы.
Sulfobacillus,Thiobacillus spp.-умеренные термофилы.
Acidianus,Sulfolobus spp.-экстремальные термофилы.

Нейтрофильные: участвуют в образовании ржавых осадков,
хлопьев из оксидов железа в очагах «цветения» ручьёв, засорении дренажных труб.
Leptothrix,Sphaerotilus – нитчатые
Hyphomicrobium Gallionella - простековые и стебельковые
Ochrobium, Siderocapsa,Siderococcus - кокки с капсулой
ɣ-Proteobacteria - палочки, вибрионы.

Железоокисляющие бактерии –хемолитоавтотрофы,
участники образования железных руд

Железо присутствует в биосфере как один из основных элементов,но известно лишь немного бактерий, способных получать энергию путём его аэробного окисления.

участвуют в образовании ржавых осадков (охры) в болотах.Нитчатые, имеющие

трубковидный чехол, бактерии Leptothrix окисляют Fe(II) с образованием вокруг нитей в большом количестве хлопьев из оксидов железа Fe(III).

Leptothrix

железосодержащих ручьях.
Из таких очагов «цветения» были выделены железоокисляющие хемолитотрофные микроорганизмы

в форме обычных палочек, вибрионов и нитевидных форм.

обнаруживаются в большом количестве
в сульфидных минералах (пирит и др.);

при доступе кислорода и воды они сильно подкисляют среду обитания, что часто наблюдается в угольных шахтах.
Если кислые шахтные воды попадают в грунтовые, происходит выпадение сульфатов, которые снижают плодородие почвы.

4FeSO + 2H2SO4 + 02 = 2Fe2(SO4)3 + 2Н20

+ 7 O2  Fe2+ + SO4 2- +4 H+

4 Fe2+ + O2 + 4H+  4 Fe3+ + 2 Н2О

2 Fe3+ + FeS2  3Fe3+ + 2 S0

2 S0 + 3 O2 + 2 H2O  2 SO4 2- + 4 H+

4 Fe3+ + CuS  4Fe2+ + Cu2+ + S0

Thiobacillus ferrooxidans, например, окисляет пирит до сульфата и Fe2+,
который далее окисляется до Fe3+. Ионы Fe3+ химически окисляют нерастворимые сульфиды металлов (такие как FeS2 и CuS) с образованием молекулярной серы (S0). Сера и Fe2+ окисляются бактериями до сульфата и F3+ соответственно. Растворенный Fe3+ может также вызвать непрямые химические окисления минералов.

производств, содержащие сульфиды редких металлов, орошают подкисленной водой, что способствует

бактериальному окислению сульфидных минералов до серной кислоты и Fe(III) и сопровождается снижением Н до 1,0-1,5. Кислота растворяет медь, переводя ее в двухвалентную форму.

Биогеотехнология бактериального выщелачивания металлов

Основана на использовании способности ацидофильных железобактерий к выщелачиванию меди, марганца, урана, золота и др.драгоценных и редких металлов из бедных руд, переработка которых металлургическими методами экономически нецелесообразна.

бактериями до Fe(III),после чего этими водами вновь орошают отвалы пород.

Микробное выщелачивание экономически весьма рентабельно,
с его помощью в США, например, добывается до15-20% меди.

:на подготовленной цементированной площадке крупные куски
руды чередуют с мелкими,

предусматривают вентиляционные ходы. Отвалы периодически орошают кислыми бактериальными растворами.
При чановом выщелачивании успешно протекает процесс освобождения оловянных и золотых концентратов от мышьяка. В этих концентратах мышьяк присутствует в основном в виде арсепопирита — сульфида, легко окисляемого Th. ferrooxidans.