为某些矿物形成提供物质原料:代谢得到的碳酸根、硫酸根、铵根等等,与环境中阳离子生成相应矿物2)代谢得到的糖类、氨基酸等有机质,将会对矿化过程产生极大影响,一方面可以影响产物物相(参照鱼类耳石在同一生物体内,由于蛋白质不同,最终构成分别为球霰石和文石),另一方面因为所带的特殊基团影响晶体晶面取向,从而调节矿物微观形貌3)微生物代谢过程中会发生电子传递,必然存在电子受体和电子供体,局部电位的变化将诱导矿物在特殊位置生成;而可能发生的氧化还原反应也会影响矿物产物(参照三价铁二价铁)。实际上,说新陈代谢过程有些片面了,微生物表面的细胞膜上的蛋白质就已经会在矿物形成过程中产生影响了。比如在细菌表面分紧密EPS和松散EPS,其中有机质的差别都会导致最终产物的不同。
一些微生物能够以矿物为营养基质,将矿物氧化分解,从而使金属进入溶液,通过进一步的富集、纯化来获得纯度较高的金属。目前已经得到了一定程度的工业应用,并且有一个颇为高大上的名字——生物冶金。在先期工业化的国家以全球的富矿资源完成发展以后,人类面临的是越来越贫、细、杂,难处理的矿石资源,而微生物就是处理这类资源的小能手。研究较多的主要是对硫化矿的处理,根据最终的目的和过程中金属的流向,可大致分为两种作用:微生物浸出和微生物氧化。二者的原理是一样的,区别在于前者是指使矿物中的金属如铁、铜等变成离子进入溶液,经过后续的提取,获得较纯的金属;后者是指通过微生物的氧化作用,使矿物中的某些贵金属如金、银、铂等暴露出来,便于下一步处理。另外,微生物也能将水溶液中的金属吸附于细胞表面或者通过代谢作用积累在体内,分别叫做微生物吸附和微生物积累。
微生物在地球的矿物形成与分解的过程中可以说无处不在。微生物不仅可以在体外诱导矿物形成,还可以在体内生成矿物;它们不仅可以提供矿物形成所需的原料,还可以控制矿物的形态。咱们一点儿一点儿的来认识一下这些厉害的小家伙们在成矿上的能耐!一、微生物成矿1、生物矿物(biogenic minerals)生物矿物就是由生物细胞(多为细菌)及其外部结构形成的矿物。最为有名的生物矿物是我们耳熟能详的碳酸盐岩岩中的方解石、文石、球霰石。最具有代表性的就是下图的这个小东西,学名叫做Coccolithi 颗石藻,它是大洋深海钙质软泥的主要成分,也是地球碳循环的重要组成部分,它们在死亡后的尸体沉积构成了海洋碳酸盐岩的主体。2、微生物矿化作用(1)微生物诱导的矿化作用(BIM, bacteria-induced mineralization)特点是矿物的形成取决于微生物营造的环境,是微生物活动或新陈代谢的副产品。微生物的生理活动诱导矿化,包括高价硫、氮和金属作为电子受体的异化呼吸作用。不仅仅如此,微生物作用并不仅限于矿坑的AMD中,还会体现在地球表层的ACD(acid rock drainage)中。首先,地壳抬升促进大陆风化作用,微生物的存在会加速Fe、S、C、N等的循环;其次,微生物也是寻找生物起源和大氧化事件的地质记录(3.4Ga);还是重金属进入生态系统的重要途径。其中DIRB细菌还对BIF的形成、Fe同位素分馏、重金属地球化学行为等有着重要的研究价值,而SRB细菌则对于碳酸盐形成、成矿作用、油气生成、生物灭绝等有着重要价值。