Geomikrobiologi - Geomicrobiology

Den coccolithophore Gephyrocapsa oceanica kan bli en viktig kolsänka som surheten av höjningarna oceanen .

Geomikrobiologi är det vetenskapliga fältet vid skärningspunkten mellan geologi och mikrobiologi och är ett stort delområde inom geobiologi . Det gäller mikrobernas roll för geologiska och geokemiska processer och effekter av mineraler och metaller för mikrobiell tillväxt, aktivitet och överlevnad. Sådana interaktioner förekommer i geosfären (stenar, mineraler, jordar och sediment), atmosfären och hydrosfären . Geomikrobiologi studerar mikroorganismer som driver jordens biogeokemiska cykler , förmedlar mineralfällning och upplösning, och sorberar och koncentrerar metaller. Tillämpningarna inkluderar till exempel biomediering , gruvdrift , begränsning av klimatförändringar och offentliga dricksvattenförsörjningar .

Stenar och mineraler

Mikro-akvifer interaktioner

Det är känt att mikroorganismer påverkar akviferer genom att ändra deras upplösningshastigheter. I den karstiska Edwards Aquifer förbättrar mikrober som koloniserar akviferytorna upplösningshastigheterna för värdstenen.

I havsskorpans akvifer, den största akvifären på jorden, kan mikrobiella samhällen påverka havets produktivitet , havsvattnets kemi samt geokemisk cykling i hela geosfären . Stenernas mineraliska sammansättning påverkar sammansättningen och överflödet av dessa närvarande mikrobiella samhällen under marken. Genom bioremediering kan vissa mikrober hjälpa till att sanera sötvattentillgångar i akviferer som är förorenade av avfallsprodukter.

Mikrobiellt utfällda mineraler

Vissa bakterier använder metalljoner som sin energikälla. De omvandlar (eller reducerar kemiskt) de lösta metalljonerna från ett elektriskt tillstånd till ett annat. Denna minskning frigör energi för bakteriens användning och tjänar som en sidoprodukt till att koncentrera metallerna till vad som slutligen blir malmavlagringar . Biohydrometallurgi eller in situ- gruv är där låghaltiga malmer kan angripas av väl studerade mikrobiella processer under kontrollerade betingelser för att extrahera metaller. Vissa järn , koppar , uran och även guldmalmer tros ha bildats som ett resultat av mikrob åtgärder.

Underjordiska miljöer, som akviferer, är attraktiva platser när man väljer förråd för kärnavfall , koldioxid (Se koldioxidbindning ) eller som konstgjorda reservoarer för naturgas . Att förstå mikrobiell aktivitet i akviferen är viktigt eftersom det kan interagera med och påverka stabiliteten hos materialen i det underjordiska förvaret. Interaktioner mellan mikrober och mineraler bidrar till bioföroreningar och mikrobiellt inducerad korrosion. Mikrobiellt inducerad korrosion av material, såsom kolstål, har allvarliga konsekvenser för säker lagring av radioaktivt avfall i förvar och förvaringsbehållare.

Miljösanering

Mikrober studeras och används för att bryta ner föroreningar av organiskt och till och med kärnavfall (se Deinococcus radiodurans ) och hjälpa till med miljörensning. En tillämpning av geomicrobiology är biolakning , användning av mikrober för att utvinna metaller ur gruvan avfall.

Jord och sediment: mikrobiell sanering

Två forskare förbereder jordprover blandade med olja för att testa en mikrobes förmåga att städa upp förorenad mark.

Mikrobiell sanering används i jordar för att avlägsna föroreningar och föroreningar. Mikrober spelar en nyckelroll i många biogeokemiska cykler och kan påverka en mängd olika markegenskaper, såsom biotransformation av mineral- och metallspeciering, toxicitet, rörlighet, mineralfällning och mineralupplösning. Mikrober spelar en roll vid immobilisering och avgiftning av en mängd olika element, såsom metaller , radionuklider , svavel och fosfor , i jorden. Tretton metaller betraktas som prioriterade föroreningar (Sb, As, Be, Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Se, Ag, Tl, Zn, Hg). Jord och sediment fungerar som sänkor för metaller som härstammar från både naturliga källor genom stenar och mineraler samt antropogena källor bland annat genom jordbruk, industri, gruvdrift, avfallshantering.

Många tungmetaller, såsom krom (Cr), vid låga koncentrationer är viktiga mikronäringsämnen i jorden, men de kan vara giftiga vid högre koncentrationer. Tungmetaller tillsätts i jord genom många antropogena källor, såsom industri och/eller gödselmedel. Tungmetallinteraktion med mikrober kan öka eller minska toxiciteten. Nivåer av kromtoxicitet, rörlighet och biotillgänglighet beror på kromets oxidationstillstånd. Två av de vanligaste kromarterna är Cr (III) och Cr (VI). Cr (VI) är mycket rörlig, biotillgänglig och mer giftig för flora och fauna , medan Cr (III) är mindre giftig, mer orörlig och fälls lätt ut i jord med pH > 6. Att använda mikrober för att underlätta omvandlingen av Cr (VI) till Cr (III) är en miljövänlig, billig bioremedieringsteknik för att mildra toxicitet i miljön.

Dränering av sur gruva

En annan tillämpning av geomicrobiology är biolakning , användning av mikrober för att utvinna metaller ur gruvan avfall. Till exempel, sulfatreducerande bakterier (SRB) producerar H ₂ S som utfälls metaller som en metallsulfid. Denna process tog bort tungmetaller från gruvavfall, vilket är en av de stora miljöfrågorna i samband med sur gruvdränering (tillsammans med lågt pH ).

Bioremedieringstekniker används också på förorenat ytvatten och grundvatten som ofta förknippas med sur gruvdränering. Studier har visat att produktionen av bikarbonat av mikrober som sulfatreducerande bakterier tillför alkalinitet för att neutralisera surheten i gruvdräneringsvattnet. Vätejoner förbrukas medan bikarbonat produceras vilket leder till en ökning av pH (minskning av surhet).

Mikrobiell nedbrytning av kolväten

Mikrober kan påverka kvaliteten på olje- och gasavlagringar genom sina metaboliska processer. Mikrober kan påverka utvecklingen av kolväten genom att vara närvarande vid avsättningen av källsedimenten eller genom att dispergera genom bergkolonnen för att kolonisera reservoar eller källlitologi efter generering av kolväten.

Tidig jordhistoria och astrobiologi

Paleoarchean (3,35-3,46 miljarder år gammal) stromatolit från västra Australien.

Ett vanligt studieområde inom geomikrobiologi är livets ursprung på jorden eller andra planeter. Olika rock-vatteninteraktioner, såsom serpentinization och vatten radiolys , är möjliga källor till metabolisk energi för att stödja chemolithoautotrophic mikrobiella samhällen om tidig jorden och på andra planet organ såsom Mars, Europa och Enceladus.

Interaktioner mellan mikrober och sediment registrerar några av de tidigaste bevisen på liv på jorden. Information om livet under den arkeiska jorden registreras i bakteriefossiler och stromatoliter som bevaras i utfällda litologier som chert eller karbonater. Ytterligare tecken på tidigt liv på land för cirka 3,5 miljarder år sedan kan hittas i Australiens Dresser -formation i en het källa, vilket indikerar att några av jordens tidigaste liv på land inträffade i varma källor. Mikrobiellt inducerade sedimentära strukturer (MISS) finns i hela det geologiska rekordet upp till 3,2 miljarder år gamla. De bildas genom samspelet mellan mikrobiella mattor och fysisk sedimentdynamik och registrerar paleomiljödata samt ger bevis på tidigt liv. De olika paleo -miljöerna i det tidiga livet på jorden fungerar också som modell när man letar efter potentiellt fossilt liv på Mars.

Extremofiler

Färgerna på Grand Prismatic Spring i Yellowstone National Park beror på mattor av termofila bakterier .

Ett annat forskningsområde inom geomikrobiologi är studiet av extremofila organismer, mikroorganismerna som trivs i miljöer som normalt anses vara livsfientliga. Sådana miljöer kan inkludera extremt varma miljöer ( varma källor eller svartrökare i mellanhavet , extremt saltvattenmiljöer eller till och med rymdmiljöer som marsjord eller kometer .

Observationer och forskning i miljöer med hög salthalt i lagunen i Brasilien och Australien samt lätt saltvatten, inre sjömiljöer i NW Kina har visat att anaeroba sulfatreducerande bakterier kan vara direkt involverade i bildandet av dolomit . Detta tyder på att ändringar och utbyte av kalkstenssediment genom dolomitisering i gamla stenar möjligen hjälpte förfäder till dessa anaeroba bakterier.

I juli 2019 upptäckte en vetenskaplig studie av Kidd Mine i Kanada svavelandande organismer som lever 7900 fot under ytan och som andas svavel för att överleva. dessa organismer är också anmärkningsvärda på grund av att de äter stenar som pyrit som deras vanliga matkälla.

Se även

• Bakteriell oxidation
• Desulforudis audaxviator
• Djup biosfär

Referenser

Vidare läsning

externa länkar

• Guldgruvor kan bildas av bakterier - PDF -fil
• Biomineralisering av magnetiska mineraler