硫酸盐还原菌直接作用分解磁铁矿的机制及环境和磁学效应

This project uses geological materials to investigate the mineralogical, geochemical,magnetic and biological evidences of magnetite decomposition through direct effect of sulfate-reducing bacteria (MD-DE-SRB), and designs simulational experiments to study the mechanisms as well as environmental and magnetic effects of MD-DE-SRB.Conclusions derived from simlutional experiments are also used to explain geological phenomena. During simulational experiments,the contributions of adhered bacteria, electron shuttles and cation complexes to MD-DE-SRB are investigated by changing experiment methods. The effects of MD-DE-SRB on immobilizing and mobilizing C, S, P, As and Pb are investigated through analyzing the mineralogical and elemental characteristics of solid products. The effects of MD-DE-SRB on magnetic characteristics of magnetite are investigated through investigating the relationships between initial experimental conditions, experimental time to magnetite's mineralogical and magnetic properties.This project aims at discovering the mechanisms, environmental and magnetic implications of SRB-magnetite interactions. The research results are important for developing the mechanisms of microbe-iron oxide interaction, the theories of environmental geochemistry and environmental magnetism, and moreover, for explaining processes of geomicrobiology

本项目采用地质样品开展硫酸盐还原菌(SRB)直接作用分解磁铁矿的矿物学、地球化学、磁学及微生物学证据研究；借助室内模拟实验，开展SRB 直接作用分解磁铁矿的机制、环境效应及磁学效应研究;应用模拟实验的研究结论解释地质现象。室内模拟实验中，通过改变实验方法，考察粘附态细菌、溶解态电子传输体和络合物对磁铁矿还原分解的影响；通过重点分析固体产物的矿物学及元素化学特征,考察SRB直接作用分解磁铁矿过程中元素C、S、P、As、Pb的固定或释放效应；通过测定磁铁矿含量及矿物学、磁学性质随初始条件和实验时间的变化,考察SRB直接作用分解磁铁矿对其磁学性质的影响。本项目以"揭示SRB-磁铁矿交互作用的机制及环境和磁学效应"为科学目标，对完善微生物-铁氧化物交互作用机制、深化环境地球化学及环境磁学理论、解释地质微生物过程有重要意义。

厌氧环境中磁铁矿的稳定性研究具有重要的矿物学、地球化学和环境磁学意义，硫酸盐还原菌(SRB)和H2S对磁铁矿稳定性具有重要影响，但二者与磁铁矿作用的机制还存在争议。项目依托国家自然科学基金，围绕SRB分解磁铁矿的机制及环境和磁学效应开展了研究，其中重点进行了SRB直接作用分解硫酸盐矿物的机制研究、铁氧化物的矿物学研究、SRB直接作用分解和转化磁性铁氧化物的机制研究、铁氧化物厌氧分解的磁学及环境效应研究。结果表明: SRB附着于硫酸盐矿物表面时，可以营造有利于矿物溶解的条件(pH、络合物等)，进而加速矿物的溶解和还原；SRB加速磁铁矿分解的机制是直接向矿物传递电子，导致矿物表面及内部Fe(III)还原及矿物的溶解和转化；与磁铁矿不同的是，尽管磁赤铁矿晶体结构与磁铁矿相似，但通过SRB传递的电子在还原Fe(III)后，除了导致Fe(II)释放和矿物溶解，还会导致磁赤铁矿固相转化为磁铁矿；基于铁氧化物与As的关系和铁氧化物厌氧分解过程中的元素赋存形态的变化特征，研究发现利用碳酸盐岩中Fe、As分布及碳酸盐结合态Fe、As含量的相关性可以反演沉积环境氧化还原条件，利用这一新指标，研究发现中元古代持续3亿年(1500~1200 Ma)大气氧含量上升的事实。研究结果有助于加深对SRB还原分解矿物的机制的认识，有助于阐明纳米磁性铁氧化物在厌氧沉积环境中长期保存的机制，同时在深入研究地史时期沉积环境氧化还原条件方面有重要启示。