Библиотека по биологии Библиотека по биологии
Новости    Библиотека    Карта сайта    Ссылки    О сайте






предыдущая главасодержаниеследующая глава

1. Участие микроорганизмов в разрушении и образовании горных пород

Горные породы разделяются на осадочные и изверженные. Образование осадочных пород происходило в основном в морских или пресноводных бассейнах в условиях, в некоторой степени приближающихся к современным. Это позволяет представить участие микроорганизмов в образовании самих осадков и особенно в разложении органических веществ при формировании этих пород. Образование изверженных пород, обязанное вулканической деятельности, конечно, не связано с микробной деятельностью. Но микроорганизмы, несомненно, принимали участие в выветривании этих пород.

Горные породы на земной поверхности подвергаются очень медленному, но неуклонному разрушению. Твердые, прочные породы, даже такие, как граниты, гнейсы, постепенно превращаются в обломки, становятся рыхлыми, непрочными. Геологи называют такое разрушение выветриванием. Различают физические, химические и органические факторы выветривания. Сюда относятся солнечный свет, резкие в течение суток колебания температуры, вода, кислород, жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов. Все эти факторы тесно связаны между собой.

Микробиолог В. О. Таусон (1948) изучал разрушительную деятельность микроорганизмов на поверхности обнаженных, лишенных всякой растительности гранитных скал безлюдных гор Памира, Кавказа.

Гранит состоит из спаянных между собой зерен кварца, кусочков полевого шпата и листочков слюды. Под влиянием резких колебаний температуры гранит дает трещины. Проникая в трещины, вода при промерзании еще больше увеличивает их, откалывая куски гранита. Так постепенно плотные массы превращаются в мелкие обломки. Под влиянием воды и углекислоты полевой шпат и слюда разлагаются. Появляются в трещинах лишайники, затем мхи. В результате всех видов выветривания из горных пород образуется верхний, поверхностный, разрыхленный и обогащенный органическими веществами слой почвы, на котором начинают прорастать травы, кустарники и наконец деревья. Все это совершается в течение десятков и сотен тысячелетий.

Но откуда берется углекислота, принимающая участие в разрушении горной породы? В. О. Таусон нашел, что образование ее обязано жизнедеятельности микроорганизмов. Он на высоте 3-4 тыс. м над уровнем моря на Памире, Кавказе находил черные пятна, натеки на обнаженных бесплодных скалах, которые смачивались медленно стекавшей снеговой водой. Оказалось, что эти натеки состоят из синезеленых водорослей и бактерий. В толстых слизистых влагалищах синезеленых водорослей находилось много клеток азотобактера. Очевидно, здесь имеет место симбиоз водорослей, усваивающих СО2 из воздуха, и азотобактера, усваивающего азот из воздуха. Азотобактер использует углеродистые соединения синезеленых водорослей, а водоросли используют азотистые соединения, вырабатываемые азотобактером. В последнее время установлено, что многие виды синезеленых водорослей усваивают из воздуха не только углерод, но и азот, так что синезеленые водоросли одни могут быть пионерами жизни на обнаженных скалах.

Отмершие водоросли и бактерии вместе с органическими веществами, приносимыми с пылью, образуют первичное накопление органического вещества, подготавливают почву для развития сапрофитных бактерий. Эти сапрофиты, разлагая органическое вещество, образуют углекислоту, а углекислота, растворенная в воде, принимает участие вместе с другими факторами в разрушении пород.

Быстрее идет разрушение известковых пород (известняк, мел, мергель и др.). Известняк - осадочная горная порода, состоящая из углекислого кальция СаСО3 с небольшой примесью глинистого вещества и окислов железа. Углекислый кальций в чистой воде нерастворим. В воде, содержащей углекислоту, он переходит в двууглекислый кальций, который в воде растворяется. И в этом процессе углекислоту вода получает в результате жизнедеятельности сапрофитов. Подсчитано, что при разложении микробами 1 т органического вещества растворяется 2,5 т известковой породы, что составляет 1 куб. м. Не одна скала, а даже горные хребты были уничтожены, смыты до основания в геологические периоды, и теперь продолжается этот процесс. Многие сапрофиты, особенно плесени, наряду с углекислотой образуют органические кислоты - уксусную, щавелевую, молочную, лимонную и др. Эти кислоты быстрее растворяют углекислый кальций.

Кроме сапрофитов в разложении горных пород принимают участие также автотрофы - нитрифицирующие бактерии и серобактерии, точнее, выделяемые ими неорганические кислоты: азотная и серная.

Нитрифицирующие бактерии очень распространены во всех почвах, в воде рек, морей, океанов. Их находят на каменистых почвах, в бесплодных гранитных осыпях, под ледниками, на высоте 5000 м и выше. Поскольку они могут существовать без органического вещества, они могут жить там, где другие организмы не выживают. Азотная кислота, образуемая ими, легко и быстро растворяет углекислый кальций. Автотрофные микробы разрушают известковые породы примерно в восемь раз сильнее, чем сапрофиты.

Серобактерии действуют образуемой ими серной кислотой. Но они распространены только там, где имеется сероводород, сера и сернистые руды. Кроме известняков они могут разрушать и песчаники. Песчаник состоит из песка, сцементированного углекислой известью. Серная кислота, выделяемая серобактериями, растворяет углекислую известь, и песчаник превращается в песок.

В окислении сульфидных руд - сульфидов железа (пирит FeS2), меди и железа (халькопирит CuFeS2), молибденита (M0S2) и др. - принимает главное участие сравнительно недавно открытый (1949) Thiobacillus ferrooxydans, а также Thiobacillus thiooxydans. Thiobacillus ferrooxydans - короткая палочка, аэроб, автотроф, строит свое тело из углекислоты и некоторых солей, энергию получает от окисления закисного железа, а также сульфидов. Основными местами обитания Thiobacillus ferrooxydans являются кислые воды угольных шахт и месторождения сульфидных руд. Эти воды сильно отличаются по своему составу от вод, в которых живут обычные железобактерии. В результате окисления сульфидных руд получается серная кислота.

Многие сульфидные руды довольно легко окисляются чисто химическим путем, но окисление с участием Thiobacillus ferrooxydans идет гораздо быстрее. На медных рудниках всегда имеются огромные, в миллионы тонн, отвалы отработанной породы. Но в этой отработанной породе все еще остается медь в очень небольшом количестве (0,2%). Извлекать из отвалов медь обычным способом невыгодно. В Америке через эти отвалы стали пропускать воду. При этом Th. ferrooxydans переводит нерастворимые соединения меди в отвалах в растворимый медный купорос, который легко выносится водой. Из воды же путем обменной реакции с железом выделяют чистую медь. На Урале на Дегтярском руднике существует целый завод "Гидромедь", который извлекает медь, находящуюся в растворенном состоянии в кислых водах рудника, благодаря тому же Th. ferrooxydans. Количественная оценка бактериальной окислительной деятельности по Дегтярскому медному руднику показала, что при годовой откачке воды из шахт в размере 2,8 млн. куб. м переводится в растворимое состояние 2500 т меди и образуется столько же тонн концентрированной серной кислоты.

В заключение необходимо отметить, что эти же бактерии принимают участие в разрушении, коррозии бетонных сооружений (портов, плотин и пр.).

Известняки, о разрушении которых мы говорили, имеют биогенное происхождение, т. е. в их образовании принимали участие живые организмы. Различают два типа известняков: структурные и бесструктурные.

В теплых морях характерно развитие животных с мощными известковыми скелетами, раковинами, панцирями. После смерти таких организмов известковые скелеты часто накапливаются в огромных количествах на дне морей. Со временем они цементируются известковыми солями морской воды и превращаются, метаморфизируются в известняки. При колебаниях морского дна, при горообразовательных процессах известковые отложения выносятся на поверхность в виде горных пород.

Накопление известковых осадков идет главным образом за счет микроскопических простейших корненожек - фораминифер, радиолярий - и микроскопических диатомовых водорослей.

Фораминиферы ведут донный образ жизни. Раковины их пропитаны углекислым кальцием, который они извлекают из морской воды. Размер раковин доходит до десятков, сотен микрон. Встречается большое количество их видов. Это очень древние организмы, их находят еще в отложениях кембрия и во всех последующих эрах. Каждый геологический период характеризуется определенными видами фораминифер. Поэтому геологи определяют возраст тех или иных известковых и других отложений но нахождению в них определенных форм раковин фораминифер. Это также используется для разведки нефтеносных слоев.

Мел состоит из несцементированных обломков известковых скелетов главным образом диатомовых водорослей (кокколитофорид) и раковин фораминифер.

Трепел (диатомит) состоит из аморфного кремнезема, остатков диатомовых водорослей и корненожек радиолярий. В этих породах остатки скелетов, раковин, панцирей можно видеть в микроскоп.

Но структурные известняки составляют только 10% всех известняков, 90% же их относятся к бесструктурным, в которых почти нет известковых остатков каких-либо организмов. Эти известняки образовались в результате жизнедеятельности микроорганизмов, способных осаждать известь. В этом процессе главная роль принадлежит бактериям, а также актиномицетам и плесневым грибам. Образование извести этими микробами происходит только тогда, когда в среде имеется достаточно солей кальция, а в морской воде их всегда достаточно. Сапрофитные микробы для усвоения необходимого им углерода разлагают кальциевые соли различных органических кислот (уксусной, щавелевой и др.) и выделяют кальций в виде углекислой его соли.

Гнилостные бактерии при разложении растительных и животных остатков выделяют аммиак, который осаждает углекислый кальций. Сульфатвосстанавливающие бактерии также образуют известь, отщепляя кислород от сернокислого кальция (гипса).

Как мы видим, в образовании бесструктурных известковых пород могли принимать участие предки обычных, распространенных везде микробов. Но отлагать известь они могут только в определенных условиях, а именно в теплых водах морей, содержащих большое количество питательных веществ для указанных микробов и только очень небольшое количество углекислоты. Углекислота препятствует осаждению извести, растворяя ее. В водах тропических морей извести очень мало, а в холодных и глубоких - много.

На примере известняков мы видим, что одни и те же микробы могут и разрушать горную породу, и создавать ее. Что создается в одних условиях, то разрушается в других. Так, сапрофитные микробы, если они питаются кальциевыми солями органических кислот, осаждают известь и образуют известняки; если же они питаются другими органическими веществами, то, выделяя углекислоту, растворяют известняки.

То же нужно сказать и о нитрифицирующих бактериях, которые могут разрушать горные породы благодаря выделяемой ими азотной кислоте. Но в других условиях они являются образователями мощных залежей селитры.

В Чили в течение многих тысячелетий существовали "птичьи базары" - громадные скопления морских птиц. Они вили гнезда, жили, размножались. В результате здесь скопились огромные залежи их испражнений, называемые гуано. Гнилостные микробы разлагали гуано, причем образовывался аммиак. Нитрифицирующие бактерии превращали аммиак в соли азотной кислоты, в частности в селитру (NaNO3). Селитра водой смывалась в бессточные долины и здесь кристаллизовалась после испарения воды. Эти огромные залежи до сих пор вывозятся в ряд стран для удобрения полей. Подобные же, но небольшие залежи селитры есть в Индии, Японии, у нас в СССР.

Таким же образом микроорганизмы участвуют в создании руд и минералов.

Мы говорили уже о разложении пирита (железного колчедана) аэробными серобактериями. Как же пирит создается в природных условиях? Ил со дна водоемов со стоячей водой, пахнущей сероводородом, имеет черный цвет. Это объясняется тем, что гидрат окиси железа, имеющийся почти во всех глинах, песках, под влиянием сероводорода, образуемого бактериями, превращается в черное сернистое железо. Так образуется лечебная сероводородная грязь. Сернистое железо (FeS) некристаллическое дальше может перейти в кристаллический пирит FeS2. В морях, соленых и пресных озерах со стоячей водой со дна поднимается сероводород в результате разложения растительных и животных остатков. Сероводород окисляется серобактериями, в их телах накапливается сера. После отмирания скопления этих бактерий разлагаются на дне водоемов сульфатвосстанавливающими бактериями. Освободившаяся сера присоединяется к сернистому железу, и образуется пирит, который кристаллизуется.

Таким образом аэробные серобактерии разрушают сернистые руды, а анаэробные бактерии, восстанавливающие сульфаты, образуют их. Окисляя сероводород и сернистые руды в сернокислые соли в аэробных условиях и образуя сернистые соединения и руды в анаэробных условиях, микроорганизмы осуществляют постоянный круговорот серы и ее соединений.

Только 10% серы имеет вулканическое происхождение, а 90% запасов ее находится в осадочных породах. Многие ученые (В. И. Вернадский, Б. Л. Исаченко и др.) придерживаются биогенной теории происхождения осадочной серы. По Б. И. Исаченко сначала в больших количествах образуется сероводород биогенным путем, а затем сероводород окисляется до молекулярной серы при участии тионовых или пурпурных серобактерий.

Об образовании озерной железной руды говорилось в главе о круговороте веществ. Недавно Б. В. Перфильевым был найден новый вид железобактерий, названный им Metallogenium personaturn, который является главным рудообразователем в ряде озер Карелии. В Финляндии подсчитано, что за год железобактерии осаждают в озерах 700 тыс. т окиси железа. Выключая всякие потери, можно считать, что из этого количества гидрата окиси железа превратится в руду около 150 тыс. т в год.

А. Г. Вологдин, рассматривая под микроскопом многие шлифы в поисках микробиогенных структур в железных рудах начиная с раннего протерозоя, находил большое количество хорошо различимых железобактерий в кембрийских рудах Кривого Рога, протерозойских рудах на Ангаре, в Каратау и во многих других. Массу окаменевших клеток бактерий он находил в каратауских фосфоритах; А. Г. Вологдин считает, что эти фосфориты обязаны своим происхождением особым, жившим в то время фосфорконцентрирующим бактериям, которые в настоящее время уже не встречаются.

Все подобного рода исследования говорят о том, что многие руды, за которыми признается неорганическое происхождение, имеют биогенное, главным образом бактериальное, происхождение. И в этом направлении должны проводиться дальнейшие исследования.

предыдущая главасодержаниеследующая глава



Пользовательский поиск


Диски от INNOBI.RU

© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2015
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://biologylib.ru/ "BiologyLib.ru: Библиотека по биологии"

Рейтинг@Mail.ru