Биологическая энциклопедия:
Большинство месторождений сульфидных руд образовалось путем отложения сульфидов металлов из горячих водных растворов, выделившихся из магмы. Но существует целый ряд месторождений другого происхождения. Эти месторождения обычно занимают большую площадь и ассоциируются с осадочными породами. Существует предположение, что в процессе осаждения сульфидов из металлоносных растворов при образовании стратифицированных месторождений принимали участие сульфатредуцирующие бактерии.
Впервые гипотезу о роли сульфатредуцирующих бактерий в образовании сульфидных руд выдвинул в 1926 г. Е. Бастип. К тому времени сульфатредуцирующие бактерии уже были обнаружены в водах, связанных с нефтяными месторождениями. Когда эти воды, сероводород которых имеет биогенное происхождение, вступают в контакт с растворами, несущими металлы, последние осаждаются в виде сульфидов. Металлы попадают в эти растворы из магмы и выносятся глубинными водами. Таким путем могут образоваться как сингенетические, так и эпигенетические месторождения. В условиях обычных температур и давления сероводород без деятельности бактерий не образуется. Как показали опыты X. Тиля, осаждение сульфидов не происходило под действием угля, битуминозных сланцев, асфальта, метана, ацетилена и водорода. Восстановление сульфатов — процесс, требующий затраты энергии, и бактерии используют в этом процессе энергию, полученную от окисления органического вещества.
При выдвижении своей гипотезы биогенного образования осадочных месторождений в качестве доказательства Бастин привел тот факт, что многие руды штатов Миссури, Канзаса и Оклахомы ассоциируются с тяжелыми нефтями и битумами.
Металлы из руд сульфидного месторождения, ассоциирующегося с нефтяной залежью, в результате окисления переходили в раствор и выносились к флангам месторождения, где имелись сероводородные воды, содержащие сульфатредуцирующих бактерий. Под действием сероводорода металлы, перешедшие в раствор, вновь осаждались. Таким образом, происходило вторичное обогащение месторождения, на этот раз не на глубине, как обычно, а на флангах.
По мнению А. И. Германова (1961), подобным примером формирования эпигенетического сульфидного оруденепия в нефтеносной структуре могут служить медистые песчаники Науката в Фергане.
В отношении образования вторичных сульфидов интересно колчеданное месторождение Худее, приуроченное к вулканогенно-осадочным образованиям Передового хребта Большого Кавказа.
На месторождении протекают как химические, так и бактериальные окислительные процессы, в результате которых образуются кислые купоросные воды. Кроме того, имеются сероводородные воды, содержащие до 10 тыс. клеток сульфатредуцирующих бактерий в 1 мл. Вероятно, здесь происходит современное образование сероводорода.
При встрече кислых вод, несущих металлы, с сероводородными происходит образование вторичных сульфидов, что приводит к вторичной концентрации металлов на месторождении.
Сульфатредуцирующие бактерии присутствуют во многих месторождениях сульфидных руд. Особенно широко они распространены в Джезказгане. Лабораторные опыты показали способность бактерий образовывать сероводород за счет битумов, имеющихся в месторождении.
Многие авторы ставили модельные опыты по образованию сульфидов под действием биогенного сероводорода. Л. Г. Бас-Бекинг и Д. Мор получили биологическим путем ковеллин, дигенит, аргентит, сфалерит, галенит. Эти минералы были получены из карбонатов или хлоридов соответствующих металлов за счет восстановления сульфатов бактериями при развитии на среде с искусственной морской водой в атмосфере водорода или с добавкой лактата кальция. Л. П. Миллер в своих опытах получил сульфиды сурьмы, висмута, кадмия, кобальта, никеля, свинца, железа и цинка под действием биогенного сероводорода и высказал мнение о возможном бактериальном происхождении некоторых сульфидных руд. Рентгенограммы полученных сульфидов соответствовали рентгенограммам природных минералов.
Если в осаждении сульфидов основная роль принадлежит сульфатредуцирующим бактериям, то в окислении сульфидных руд принимают участие тионовые бактерии, среди которых основную роль играет Th. ferrooxidans, который был выделен в 1947 г. А. Колмером и М. Хинклем из кислых вод угольных шахт. В отличие от остальных автотрофов, получающих энергию от какого-нибудь одного источника, Th. ferrooxidans способен использовать закисные соединения и серы, и железа. Этой способностью обусловлена двойная роль этого организма в окислении руд. Во-первых, Th. ferrooxidans окисляет практически все известные сульфиды (исключением, возможно, является киноварь), переводя большинство металлов в раствор. Во-вторых, окисляя железо, этот организм способствует образованию сульфата окиси железа; это соединение, в свою очередь, служит мощным окислителем сульфидов. По мнению С. С. Смирнова, это вещество может рассматриваться как один из важнейших факторов в процессе переработки сульфидов в качестве поставщика кислорода в различные горизонты зоны окисления, в том числе в наиболее глубокие. Окисление сульфидов под действием этого соединения протекает следующим образом:
R — какой-нибудь металл. Th. ferrooxidans широко распространен в рудных месторождениях. В СССР этот организм был обнаружен на медно-никелевых месторождениях Кольского п-ова, Армении и Средней Азии, в Казахстане и других местах СССР. Также имеются сведения о его широком распространении в США, Канаде, Мексике, Испании и на юге Африки.
Геологическая деятельность Th. ferrooxidans в различных месторождениях зависит от ряда условий, прежде всего от состава руд. Хотя эти бактерии окисляют практически все сульфиды, их развитию способствует наличие пирита в месторождении, так как пирит является дисульфидом, и при его окислении образуется большое количество серной кислоты. В связи с тем что для развития бактерий нужна кислая среда, большое значение имеет состав вмещающих пород. Если они состоят из карбонатов, которые реагируют с кислотой и создают щелочную среду, Th. ferrooxidans обычно распространяется не очень широко. Массивные руды предпочтительнее для бактерий, чем мелковкрапленные. Но важно, чтобы руды были трещиноватыми, так как в этом случае они обладают большей поверхностью и более доступны для бактерий. Отсутствие кислорода в подземных водах часто является фактором, лимитирующим бактериальное окисление. Поэтому при промышленной разработке месторождения, когда увеличивается приток кислорода, окислительная деятельность бактерий усиливается.
Имеет значение и климатическая зона, в которой расположено месторождение. При высоких температурах в теплом климате окисление протекает быстрее, чем в условиях полярного климата. Хотя возможно, что среди Th. ferrooxidans встречаются психрофильвые расы, все же процесс окисления у них протекает медленнее, чем у обычных рас при более высокой температуре.
Количество Th. ferrooxidans в рудничных водах колеблется от единиц (в Джезказганском месторождении) до десятков и сотен тысяч к 1 мл воды (в Дегтярском медноколчеданном месторождении на Среднем Урале).
По классификации С. С. Смирнова, сульфидные минералы по степени их устойчивости к химическому окислению располагаются следующим образом: пирротин, сфалерит, халькозин — наиболее легко разлагаемые; пирит, галенит и энаргит — трудно разлагаемые; остальные занимают промежуточное положение. Способность бактерий легко окислять различные сульфиды не всегда соответствует легкости их химического окисления. Так, сфалерит, отнесенный С. С. Смирновым к легко окисляемым сульфидам, более устойчив к микробному воздействию, чем галенит, который считается трудно разлагаемым сульфидом.
Марматит — сульфид цинка, содержащий железо,— окисляется быстрее, чем сфалерит, вероятно, потому, что в пем подвергаются окислению и железо, и сера. Скорость бактериального окисления зависит от размера частиц и степени кристаллизации минерала. Марказит — дисульфид железа, обладающий ромбической структурой,— легче окисляется бактериями, чем пирит, имеющий кубическое строение. Это зависит, вероятно, от прочности кристаллической решетки. Согласно К. Темплю и Е. Дельхэмпсу, процебс окисления пирита проходит несколько стадий. Этот процесс может протекать и химическим путем, но бактерии значительно ускоряют его.
При окислении пирита резко повышается кислотность окружающей среды, что часто приводит к нежелательным последствиям. Высокая кислотность ведет к быстрой коррозии оборудования шахт. Например, в некоторых шахтах чугунные задвижки выходили из строя через 2—3 дпя, через 1—2 месяца приходили в негодность подъемные канаты, а рельсовые пути становились непригодными через 2—3 месяца.
Например, при сооружении Киевского метрополитена строители проходили пласт песчаных плывунов, содержащий пирит, кессонным методом. Использование сжатого воздуха при кессонных работах привело к быстрому окислению пирита, количество Th. ferrooxidans при этом возросло, повысилась кислотность воды и началась коррозия железобетонного туннеля метро. Окислительный процесс удалось приостаповить через несколько месяцев после прекращения подачи воздуха.
Th. ferrooxidans быстро окисляет такие сульфиды, как антимонит (до трехокиси сурьмы) и галенит (до англезита). В данном случае наблюдается образование новых минералов под действием бактерий. Рентгеноструктурный анализ новообразования, возникающего при окислении антимонита, показал, что образовался сенармонтит — минерал, обладающий кубической структурой, который образуется в природе в зоне окисления сурьмяных месторождений.
© «СловоТолк.Ру» — толковые и энциклопедические словари, 2007-2020