Войти
кокколитофора Gephyrocapsa oceanica может стать важным поглотитель углерода по мере того, как кислотность океана увеличивается.Геомикробиология - это научная область на пересечении геологии и микробиологии. Это касается роли микробов в геологических и геохимических процессах и влиянии минералов и металлов на рост, активность и выживание микробов. Такие взаимодействия происходят в геосфере (породы, минералы, почвы и отложения), атмосфере и гидросфере. Геомикробиология изучает микроорганизмы, которые управляют биогеохимическими циклами Земли, опосредуют осаждение и растворение минералов, а также сорбируют и концентрируют металлы. Приложения включают, например, биоремедиацию, горнодобывающую промышленность, смягчение последствий изменения климата и общественное питьевое водоснабжение.
Известно, что микроорганизмы воздействуют на водоносные горизонты, изменяя скорость их растворения. В карстовом водоносном горизонте Эдвардса микробы, заселяющие поверхности водоносного горизонта, увеличивают скорость растворения вмещающей породы.
В водоносном горизонте океанической коры, Являясь крупнейшим водоносным горизонтом на Земле, микробные сообщества могут влиять на продуктивность океана, химический состав морской воды, а также на геохимический круговорот геосферы. Минеральный состав горных пород влияет на состав и численность этих микробных сообществ, присутствующих под дном. Посредством биологической очистки некоторые микробы могут способствовать обеззараживанию ресурсов пресной воды в водоносных горизонтах, загрязненных отходами.
Некоторые бактерии используют ионы металла ионы в качестве источника энергии. Они переводят (или химически восстанавливают) растворенные ионы металлов из одного электрического состояния в другое. Это уменьшение высвобождает энергию для использования бактериями и, как побочный продукт, служит для концентрации металлов в том, что в конечном итоге становится рудными месторождениями. Биогидрометаллургия или добыча на месте - это то, где низкосортные руды могут быть повреждены хорошо изученными микробными процессами в контролируемых условиях для извлечения металлов. Считается, что некоторые железные, медные, урановые и даже золотые руды образовались в результате действия микробов.
Подземные среды, такие как водоносные горизонты, являются привлекательными местами при выборе хранилищ для ядерных отходов, двуокиси углерода (см. связывание углерода ) или в качестве искусственных резервуаров для природный газ. Понимание микробной активности в водоносном горизонте важно, поскольку она может взаимодействовать и влиять на стабильность материалов в подземном хранилище. Взаимодействие микробов с минералами способствует биообрастанию и микробиологической коррозии. Микробиологическая коррозия материалов, таких как углеродистая сталь, имеет серьезные последствия для безопасного хранения радиоактивных отходов в хранилищах и контейнерах для хранения.
Микробы изучаются и используются для разложения органических и даже ядерные отходы загрязнение (см. Deinococcus radiodurans ) и помощь в очистке окружающей среды. Применение геомикробиологии - биовыщелачивание, использование микробов для извлечения металлов из шахт отходов.
Два ученых готовят образцы почвы, смешанные с маслом, чтобы проверить способность микробов очищать загрязненную почву. Микробная ремедиация используется в почвах для удаления загрязняющих веществ и загрязнителей. Микробы играют ключевую роль во многих биогеохимических циклах и могут влиять на различные свойства почвы, такие как биотрансформация минералов и металлов, токсичность, подвижность, осаждение минералов и растворение минералов. Микробы играют роль в иммобилизации и детоксикации различных элементов, таких как металлы, радионуклиды, сера и фосфор, в почва. Тринадцать металлов считаются приоритетными загрязнителями (Sb, As, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Se, Ag, Tl, Zn, Hg). Почвы и отложения действуют как поглотители металлов, которые происходят как из естественных источников в виде горных пород и минералов, так и из антропогенных источников в результате сельского хозяйства, промышленности, горнодобывающей промышленности, удаления отходов и прочего.
Многие тяжелые металлы, такие как хром (Cr), в низких концентрациях являются необходимыми питательными микроэлементами в почве, однако они могут быть токсичными при более высоких концентрациях. Тяжелые металлы добавляются в почвы из многих антропогенных источников, таких как промышленность и / или удобрения. Взаимодействие тяжелых металлов с микробами может увеличить или уменьшить токсичность. Уровни токсичности, подвижности и биодоступности хрома зависят от степени окисления хрома. Двумя наиболее распространенными разновидностями хрома являются Cr (III) и Cr (VI). Cr (VI) очень подвижен, биодоступен и более токсичен для флоры и фауны, в то время как Cr (III) менее токсичен, более неподвижен и легко осаждается в почвах с pH. >6. Использование микробов для облегчения превращения Cr (VI) в Cr (III) - это экологически безопасный и недорогой метод биоремедиации, помогающий снизить токсичность в окружающей среде.
Другое применение геомикробиологии - это биовыщелачивание, использование микробов для извлечения металлов из шахт отходов. Например, сульфатредуцирующие бактерии (SRB) продуцируют H 2 S, который осаждает металлы в виде сульфида металла. Этот процесс удалял тяжелые металлы из шахтных отходов, что является одной из основных экологических проблем, связанных с кислотным дренажем шахт (наряду с низким pH ).
методами биоремедиации также используются загрязненные поверхностные воды и грунтовые воды часто ассоциируется с кислотным дренажем шахт. Исследования показали, что производство бикарбоната микробами, такими как сульфатредуцирующие бактерии, увеличивает щелочность для нейтрализации кислотности дренажных вод шахт. Ионы водорода потребляются при образовании бикарбоната, что приводит к повышению pH (снижению кислотности).
Микробы могут влиять на качество залежи нефти и газа посредством своих метаболических процессов. Микробы могут влиять на развитие углеводородов, присутствуя во время отложения исходных отложений или рассеиваясь через толщу породы, чтобы колонизировать пласт или литологию источника после образования гидроцикл арбоны.
палеоархейский (3,35–3,46 миллиарда лет) строматолит из Западной Австралии. Обычной областью изучения в геомикробиологии является происхождение жизни на Земле или других планетах. Различные взаимодействия породы и воды, такие как серпентинизация и вода радиолиз, являются возможными источниками метаболической энергии для поддержки хемолитоавтотрофных микробных сообществ на ранней Земле и на других планетных телах, таких как Марс, Европа и Энцелад.
Взаимодействие между микробами и отложениями является одним из самых ранних свидетельств существования жизни на Земле. Информация о жизни на архейской Земле записана в окаменелостях бактерий и строматолитах, сохранившихся в осажденных литологиях, таких как сланцы или карбонаты. Дополнительные свидетельства ранней жизни на суше около 3,5 миллиардов лет назад можно найти в формации Дрессер в Австралии в фации горячих источников, что указывает на то, что часть самой ранней жизни на суше на Земле происходила в горячих источниках. Осадочные структуры, вызванные микробами (MISS) обнаружены в геологической летописи возрастом до 3,2 миллиарда лет. Они образуются в результате взаимодействия микробных матов и физической динамики отложений и регистрируют палеоэкологические данные, а также предоставляют доказательства ранней жизни. Различные палеосреды ранней жизни на Земле также служат моделью при поиске потенциальных ископаемых форм жизни на Марсе.
Цвета Гранд-Призматического источника в Йеллоустонском национальном парке обусловлены матами из термофильных бактерий.Другой областью исследований в геомикробиологии является изучение экстремофильных организмов, микроорганизмов, которые процветают в окружающей среде, обычно считающейся враждебной для жизни. Такие среды могут включать в себя чрезвычайно горячие (горячие источники или срединно-океанический хребет черный курильщик ), чрезвычайно соленые среды или даже космос. среды, такие как марсианская почва или кометы.
Наблюдения и исследования в сверхсоленой лагуне средах в Бразилии и Австралии а также слабоминерализованная среда внутренних озер на северо-западе Китая показали, что анаэробные сульфатредуцирующие бактерии могут принимать непосредственное участие в образовании доломита.. Это говорит о том, что преобразованию и замене известняковых отложений на доломитизацию в древних породах, возможно, способствовали предки этих анаэробных бактерий.
В июле 2019 года было проведено научное исследование Кидд Майн в Канаде обнаружил дышащих серой организмов, которые живут на глубине 7900 футов под поверхностью и дышат серой, чтобы выжить. эти организмы также примечательны тем, что поедают камни, такие как пирит, в качестве обычного источника пищи.
