Тема 11. Роль мікроорганізмів у кругообігу речовин у природі.

Мікроорганізми зіграли найважливішу роль у побудові земної кори. Значною мірою в результаті їх діяльності відбувся частковий поділ хімічних елементів і сполук, що залягали в корінних породах у вигляді сумішей. Родовища багатьох корисних копалин, які розробляються в цей час, своїм виникненням повністю або частково зобов'язані діяльності мікроорганізмів.

Відкладання заліза. Найбільші родовища залізних руд являють собою «Смугасті залізорудні формації». Осадження оксидів заліза відбувалося тут в основному в період від 2,8 до 1,6 млрд. років тому. До того часу, що виділявся з магматичних порід морського дна залізо накопичувалося у великій кількості у вигляді іонів Fe²⁺ разом з іншими відновленими іонами (S^2-, Мn²⁺) у морях. Коли почався оксигенний фотосинтез ціанобактерій, йоны S^2- стали окиснюватися в SO₄^2-, а Fe²⁺ - у Fe³⁺. Останні важкорозчинні. Осадження окису заліза на більших площах відбувалося в тих місцях глибинні води, що де містять залізо, приходили в зіткнення з кисневмісним поверхневими водами. У смугастих залізорудних формаціях чергуються шари окису заліза й шари кремнезему (товщиною від 0,2 до 2,0 мм). Як вважають, ця шаруватість - результат сезонного ритму фотосинтезу у водоймах, де формувалися опади. Лише тоді, коли завершилося окиснення сірки й заліза в морській воді, кисень став накопичуватися в атмосфері (починаючи з періоду 1.6 млрд, років тому).

У мобілізації заліза, що втримується в гранітних породах, і в його осадженні теж беруть участь мікроорганізми. Коли сірка в піриті або марказиті під дією Thiobacillus thiooxidans й Т. ferrooxidans окисниться в сірчану кислоту, залізо у вигляді солі Fе (II) стає розчинним і окисниться під дією Т. ferrooxidans у сіль Fе(III).

При нейтралізації води тривалентне залізо випадає в осад у вигляді Fе(OН)₃. Найвищою мірою імовірно, що багато родовищ дуже чистого оксиду заліза створювалися в результаті років, що тривав мільйони, мікробного вилуговування. В інших місцях у солюбілізації заліза виразно беруть участь органічні кислоти (гумінові). Наступне біологічне окиснення Fе(II) y Fe(III) може відбуватися під впливом залізобактерій, таких як Gallionella або Siderocapsa (при нейтральному рH). У результаті утворюється «болотна» і «лугова» залізна руда.

Відкладання карбонату кальцію. У багатьох водоймах кальцій присутній у формі Са(НСO₃)₂ або СаSO₄. Внаслідок зміни рН або видалення CO₂ фотосинтезуючими організмами бікарбонат перетворюється в важкорозчинний карбонат кальцію й випадає в осад. В анаеробних умовах сульфат при участі сульфатредукуючих бактерій відновлюється до сірководню, і при цьому випадає в осад карбонат кальцію:

СаSO₄ + 8[Н] + CO₂ -» СаСО₃ + ЗН₂O + Н₂S

Більша частина вапняку утворювалася, імовірно, внаслідок того, що гідрокарбонат кальцію перемішався в тропічні водойми й там осаджувався у вигляді СаСО₃ при виділенні СО₂ під дією підвищеної температури:

Са (НСО₃)₂ = СаСО₃ + Н₂О + СО₂

Відкладання сірки. Утвір придатних для розробки покладів сірки пов'язане з бактеріальним відновленням сульфату. При розкладанні органічних сполук в анаеробних умовах у присутності сульфату останній служить кращим акцептором водню. сірководень, що утворюється, пригнічує будь-які потенційно можливі процеси анаэробного подиху. Дослідження із застосуванням ізотопів підтвердили висновок про те, що, наприклад, родовища сірки в штатах Техас і Луізіана мають біогенне походження.

Сірка, що втримується в морській воді, складається в основному із двох стабільних ізотопів: ³²S (95%) і ³⁴S (4%). При бактеріальнім відновленні сульфату (яке лімітується головним чином вступом донорів водню) сульфат ³²SO₄^2-, що містить легкий ізотоп, має більше шансів бути поглиненим клітинами й піддатися відновленню, ніж сульфат з ³⁴S. Сірководень, що утворюється, містить менше ³⁴S, ніж сульфат морської води. При окисненні (біологічному або абіогенному) цього «легкого» сірководню утворюється «легка» сірка. Зміст ізотопів сірки в згаданих родовищах указує на біогенний характер цієї сірки. Ізотопний склад біогенної сірки значно відрізняється від складу, знайденого при ізотопному аналізі вулканічної сірки (на о. Сицилія).

У тих або інших перетвореннях мікроорганізми беруть участь завдяки своїм метаболічним процесам, таким як окиснення, бродіння, кислотоутворення відновлення, асиміляція СО₂, виділення летучих продуктів. Результатом їх є мінералізація, розчинення, мобілізація й іммобілізація різних речовин. Проблемами участі мікроорганізмів в утворенні, зміні й розкладанні гірських порід займається геомікробіологія.