Новое в понимании роли микроорганизмов в рудообразовании
В "рудной геологии" неоправданно долго бытует представление об отсутствии жизни и о бескислородной атмосфере в дофанерозойский период. Практически не учитывается особенность собственно биохимических процессов, резко ускоряющих химические преобразования веществ, что отчетливо видно на примере брожения или пищеварения и пр. По В.И. Вернадскому "все бытие земной коры, по крайней мере 99 %по весу массы ее вещества, в своих существенных с геохимической точки зрения, чертах обусловлены жизнью". Микроорганизмы весьма многообразны. Их жизнедеятельность необъятна для познания всех, связанных с ними геологических процессов. Можно только исходить из того, что без участия микроорганизмов вблизи поверхности Земли ничто не создается и не изменяется. Они вездесущие и все создающие.
Автор не ставит своей задачей "объять необъятное" – разработать всеобъемлющую теорию биогенного рудообразования. Сделана только попытка объяснить природу наиболее распространенного на Земле экзодиагенетического рудонакопления, и на этом примере привлечь внимание науки к необходимости фундаментальных исследований по проблеме биогенного образования полезных ископаемых и биогенной геологии в целом.
При изучении процессов современного рудонакопления на урановых месторождениях гидрогенного типа было только зафиксировано участие микроорганизмов. Учтены некоторые продукты метаболизма анаэробов (сероводород, метан, водород), усиливающие восстановительную обстановку на рудолокализующем геохимическом барьере. Рассмотрен только окислительно-восстановительный процесс с участием микроорганизмов. Это, конечно, далеко не полный учет полезной "работы" микрофлоры, даже с учетом только химических преобразований. Кроме окислительно-восстановительной, они создают кислотно-щелочную зональность; продуцируя Н2S они способствуют образованию сульфидов, создают многие органические кислоты, металлоорганические комплексы и др.
Механизм биогенного преобразования земного вещества остается пока мало понятным, но по продуктам такого преобразования можно судить о многих его элементах. В частности, это относится к наиболее изученному гидрогенному типу рудонакопления. На его примере можно сформулировать начало новой теории биогенного рудообразования, альтернативной "эндогенным" гипотезам.
При объяснении процессов современного экзогенного рудообразования микроорганизмам отводится лишь вспомогательная роль. Учитываются только некоторые их химические продукты метаболизма, поступающие в подземные воды, влияющие на перенос металлов в растворах и их высаживание. Основным же элементом, определяющим локализацию руд, считаются вмещающие породы. Образование рудолокализующих геохимических барьеров на путях циркуляции подземных вод объясняется переходом растворов из окисленных пород, не содержащих активных восстановителей, в неокисленные, богатые минеральными или газовыми восстановителями. Благоприятность среды для рудонакопления определяется величиной восстановительной емкости пород. Универсальным восстановителем считается угольное вещество в породе. Увеличение количества микроорганизмов на геохимическом барьере рассматривается как следствие наличия благоприятной среды в зоне барьера, т.е. как следствие наличия самого барьера. Фактически же в объяснении природы геохимического барьера необходимо поменять местами "причину" и "следствие". Активизация жизнедеятельности бактерий является не следствием наличия геохимического барьера, а причиной его образования. Никакие природные сочетания пород на путях циркуляции подземных вод не могут обеспечить резкие перепады Eh такой высокой контрастности, которая необходима для промышленного рудонакопления. Этот вывод опирается на описанные результаты лабораторных опытов и натурных исследований. Ими установлено, что в зонах современного рудонакопления на выклинивании пластового окисления максимальное снижение Eh (до минус 500–600 мВ) в подземных водах наблюдается в интервалах, где интенсивную жизнедеятельность проявляют анаэробные микроорганизмы, а далее по потоку подземных вод в неокисленные богатые органикой и другими минеральными восстановителями породы, где количество анаэробной микрофлоры резко снижается, Eh вновь повышается до положительных значений, т.е. восстановительный барьер исчезает, несмотря на присутствие в воде тяжелых углеводородов, метана и даже сероводорода. Следовательно, присутствие минеральных и газовых восстановителей не обеспечивает образование восстановительных геохимических барьеров, необходимых для рудонакопления.
Упомянутыми в первом разделе настоящей работы опытами по высаживанию урана из растворов водородом положительных результатов не достигалось, а сероводородом высаживание происходило, но значительно менее интенсивно, чем в присутствии анаэробной микрофлоры. А.В. Коченов за 90 суток не смог добиться осаждения урана сероводородом из слабо концентрированных растворов, несмотря на Eh равный – 265 мВ. Опытами Л.Е. Крамаренко по высаживанию из растворов Мо, содержащегося в форме молибдат-иона, установлено, что под влиянием жизнедеятельности сульфатредуцирующих микроорганизмов в течение 15–35 дней инкубации Мо полностью осаждался из растворов с содержанием этого элемента 0,5–49,5 мг\л. В то же время, "при химических реакциях при пропускании H2S через растворы молибдатов образуются хорошо растворимые тиомолибдаты. Молибденит не высаживается". Причину различия автор объясняет более высокой химической активностью биогенного H2S в момент его образования. Такое предположение противоречит химическим "законам". Здесь явно видна активная роль живых микроорганизмов, производящих биохимические, а не химические процессы. Опытами по высаживанию золота также установлено, что золото высаживают только живые клетки Chlorella vulg. Мертвые клетки золота не осаждали. Исключительная роль именно живых микроорганизмов в изменении геохимической среды в природных водах хорошо подтверждается опытами, описанными в работе. Результаты опытов показали, что не химические продукты метаболизма анаэробов (сероводород, метан, водород) выполняют главную роль в резком снижении Eh в воде, а непосредственно живые бактерии.
Этот аргумент не учитывается в существующих генетических концепциях. Объяснение ведется с позиций только химических законов, В расчет принимаются только химические продукты метаболизма. Не учитывается особенность биохимических процессов, несравнимо более активных чем химические.
Поскольку рудолокализующим считается восстановительный геохимический барьер, то в существующих генетических моделях учитывается роль только анаэробных бактерий, продуцирующих сероводород, водород, метан. "Работа" аэробной микрофлоры в образовании барьера осталась практически не замеченной. Активная жизнедеятельность аэробов установлена в предрудной зоне окисленных пород. Они окисляют клетчатку, серу, железо и др. При этом образуются органические кислоты и устойчиво растворимые металлоорганические соединения, что приводит к повышению содержаний рудных элементов в растворах, т.е. возникают богатые рудоносные растворы, в которых содержание урана достигает сотен мг на литр. Эти данные однозначно свидетельствуют, что металлы накапливаются еще в растворах, а не только в процессе их высаживания. Аэробы формируют богатые рудоносные растворы и тем обеспечивают контрастное рудонакопление. Кроме того, окисляя органику, они создают питательные вещества для анаэробов, образующих резко восстановительную обстановку в растворах. Именно образующих, а не повышающих уже имеющуюся, восстановительную обстановку. В зоне рудообразования плотность аэробов резко снижается, а анаэробов повышается. За зоной рудонакопления, в неокисленных породах, количество анаэробов вновь резко снижается и Eh в подземных водах повышается до положительных значений, несмотря на обилие минеральных и газовых восстановителей.
Причина бурного размножения анаэробной микрофлоры в зоне рудонакопления только одна – присутствие там обилия "пищи" – продуктов метаболизма аэробов. По мере их полного потребления анаэробы вымирают, что и отражается в резком уменьшении количества живых клеток за зоной рудонакопления. Следовательно, без аэробов не могут размножаться анаэробы и не могут образоваться контрастные восстановительные барьеры. В структуру рудолокализующего барьера органически входит не только восстановительная, но и окислительная зоны. В окислительной зоне тоже накапливаются металлы. Образуются богатые рудоносные растворы, без которых рудонакопление было бы невозможным. Таким образом, рудолокализующим является не восстановительный, а окислительно-восстановительный, и не геохимический, а биохимический (биогенный) барьер. В создании такого барьера главную роль играют не минеральные восстановители и не химические продукты метаболизма, а энергия живых бактерий.
Данный вывод не означает полного отрицания абиогенных геохимических барьеров, в том числе рудолокализующих. Их возможные типы рассмотрены, в частности, в работах А.И. Перельмана и др. Но трудно представить, и нет примеров, в каких природных экзогенных условиях, лишенных живой материи, подобные барьеры могли бы достигать такой высокой контрастности, какую легко обеспечивают микроорганизмы в разнообразных природных условиях. (Как трудно представить также отсутствие живой материи где либо у земной поверхности). Биогенные рудолокализующие барьеры, несомненно, являются преобладающими, важнейшими. Они многообразны. С ними связано образование подавляющего большинства рудных месторождений. И это подтверждается рассмотренными далее примерами рудных объектов. На всех, без исключения, рассмотренных примерах в рудах присутствует органическое вещество в тонкоглобулярной форме. Оно именуется как "тухолит", "кероген", "оксикерит", "твердый битум" или "асфальтит". Все это – остатки былых колоний бактерий – свидетели биогенной природы рудообразования. Они могут служить надежным отличительным признаком экзогенных (или первично экзогенных) рудных объектов.
Автор не ставит своей задачей "объять необъятное" – разработать всеобъемлющую теорию биогенного рудообразования. Сделана только попытка объяснить природу наиболее распространенного на Земле экзодиагенетического рудонакопления, и на этом примере привлечь внимание науки к необходимости фундаментальных исследований по проблеме биогенного образования полезных ископаемых и биогенной геологии в целом.
При изучении процессов современного рудонакопления на урановых месторождениях гидрогенного типа было только зафиксировано участие микроорганизмов. Учтены некоторые продукты метаболизма анаэробов (сероводород, метан, водород), усиливающие восстановительную обстановку на рудолокализующем геохимическом барьере. Рассмотрен только окислительно-восстановительный процесс с участием микроорганизмов. Это, конечно, далеко не полный учет полезной "работы" микрофлоры, даже с учетом только химических преобразований. Кроме окислительно-восстановительной, они создают кислотно-щелочную зональность; продуцируя Н2S они способствуют образованию сульфидов, создают многие органические кислоты, металлоорганические комплексы и др.
Механизм биогенного преобразования земного вещества остается пока мало понятным, но по продуктам такого преобразования можно судить о многих его элементах. В частности, это относится к наиболее изученному гидрогенному типу рудонакопления. На его примере можно сформулировать начало новой теории биогенного рудообразования, альтернативной "эндогенным" гипотезам.
При объяснении процессов современного экзогенного рудообразования микроорганизмам отводится лишь вспомогательная роль. Учитываются только некоторые их химические продукты метаболизма, поступающие в подземные воды, влияющие на перенос металлов в растворах и их высаживание. Основным же элементом, определяющим локализацию руд, считаются вмещающие породы. Образование рудолокализующих геохимических барьеров на путях циркуляции подземных вод объясняется переходом растворов из окисленных пород, не содержащих активных восстановителей, в неокисленные, богатые минеральными или газовыми восстановителями. Благоприятность среды для рудонакопления определяется величиной восстановительной емкости пород. Универсальным восстановителем считается угольное вещество в породе. Увеличение количества микроорганизмов на геохимическом барьере рассматривается как следствие наличия благоприятной среды в зоне барьера, т.е. как следствие наличия самого барьера. Фактически же в объяснении природы геохимического барьера необходимо поменять местами "причину" и "следствие". Активизация жизнедеятельности бактерий является не следствием наличия геохимического барьера, а причиной его образования. Никакие природные сочетания пород на путях циркуляции подземных вод не могут обеспечить резкие перепады Eh такой высокой контрастности, которая необходима для промышленного рудонакопления. Этот вывод опирается на описанные результаты лабораторных опытов и натурных исследований. Ими установлено, что в зонах современного рудонакопления на выклинивании пластового окисления максимальное снижение Eh (до минус 500–600 мВ) в подземных водах наблюдается в интервалах, где интенсивную жизнедеятельность проявляют анаэробные микроорганизмы, а далее по потоку подземных вод в неокисленные богатые органикой и другими минеральными восстановителями породы, где количество анаэробной микрофлоры резко снижается, Eh вновь повышается до положительных значений, т.е. восстановительный барьер исчезает, несмотря на присутствие в воде тяжелых углеводородов, метана и даже сероводорода. Следовательно, присутствие минеральных и газовых восстановителей не обеспечивает образование восстановительных геохимических барьеров, необходимых для рудонакопления.
Упомянутыми в первом разделе настоящей работы опытами по высаживанию урана из растворов водородом положительных результатов не достигалось, а сероводородом высаживание происходило, но значительно менее интенсивно, чем в присутствии анаэробной микрофлоры. А.В. Коченов за 90 суток не смог добиться осаждения урана сероводородом из слабо концентрированных растворов, несмотря на Eh равный – 265 мВ. Опытами Л.Е. Крамаренко по высаживанию из растворов Мо, содержащегося в форме молибдат-иона, установлено, что под влиянием жизнедеятельности сульфатредуцирующих микроорганизмов в течение 15–35 дней инкубации Мо полностью осаждался из растворов с содержанием этого элемента 0,5–49,5 мг\л. В то же время, "при химических реакциях при пропускании H2S через растворы молибдатов образуются хорошо растворимые тиомолибдаты. Молибденит не высаживается". Причину различия автор объясняет более высокой химической активностью биогенного H2S в момент его образования. Такое предположение противоречит химическим "законам". Здесь явно видна активная роль живых микроорганизмов, производящих биохимические, а не химические процессы. Опытами по высаживанию золота также установлено, что золото высаживают только живые клетки Chlorella vulg. Мертвые клетки золота не осаждали. Исключительная роль именно живых микроорганизмов в изменении геохимической среды в природных водах хорошо подтверждается опытами, описанными в работе. Результаты опытов показали, что не химические продукты метаболизма анаэробов (сероводород, метан, водород) выполняют главную роль в резком снижении Eh в воде, а непосредственно живые бактерии.
Этот аргумент не учитывается в существующих генетических концепциях. Объяснение ведется с позиций только химических законов, В расчет принимаются только химические продукты метаболизма. Не учитывается особенность биохимических процессов, несравнимо более активных чем химические.
Поскольку рудолокализующим считается восстановительный геохимический барьер, то в существующих генетических моделях учитывается роль только анаэробных бактерий, продуцирующих сероводород, водород, метан. "Работа" аэробной микрофлоры в образовании барьера осталась практически не замеченной. Активная жизнедеятельность аэробов установлена в предрудной зоне окисленных пород. Они окисляют клетчатку, серу, железо и др. При этом образуются органические кислоты и устойчиво растворимые металлоорганические соединения, что приводит к повышению содержаний рудных элементов в растворах, т.е. возникают богатые рудоносные растворы, в которых содержание урана достигает сотен мг на литр. Эти данные однозначно свидетельствуют, что металлы накапливаются еще в растворах, а не только в процессе их высаживания. Аэробы формируют богатые рудоносные растворы и тем обеспечивают контрастное рудонакопление. Кроме того, окисляя органику, они создают питательные вещества для анаэробов, образующих резко восстановительную обстановку в растворах. Именно образующих, а не повышающих уже имеющуюся, восстановительную обстановку. В зоне рудообразования плотность аэробов резко снижается, а анаэробов повышается. За зоной рудонакопления, в неокисленных породах, количество анаэробов вновь резко снижается и Eh в подземных водах повышается до положительных значений, несмотря на обилие минеральных и газовых восстановителей.
Причина бурного размножения анаэробной микрофлоры в зоне рудонакопления только одна – присутствие там обилия "пищи" – продуктов метаболизма аэробов. По мере их полного потребления анаэробы вымирают, что и отражается в резком уменьшении количества живых клеток за зоной рудонакопления. Следовательно, без аэробов не могут размножаться анаэробы и не могут образоваться контрастные восстановительные барьеры. В структуру рудолокализующего барьера органически входит не только восстановительная, но и окислительная зоны. В окислительной зоне тоже накапливаются металлы. Образуются богатые рудоносные растворы, без которых рудонакопление было бы невозможным. Таким образом, рудолокализующим является не восстановительный, а окислительно-восстановительный, и не геохимический, а биохимический (биогенный) барьер. В создании такого барьера главную роль играют не минеральные восстановители и не химические продукты метаболизма, а энергия живых бактерий.
Данный вывод не означает полного отрицания абиогенных геохимических барьеров, в том числе рудолокализующих. Их возможные типы рассмотрены, в частности, в работах А.И. Перельмана и др. Но трудно представить, и нет примеров, в каких природных экзогенных условиях, лишенных живой материи, подобные барьеры могли бы достигать такой высокой контрастности, какую легко обеспечивают микроорганизмы в разнообразных природных условиях. (Как трудно представить также отсутствие живой материи где либо у земной поверхности). Биогенные рудолокализующие барьеры, несомненно, являются преобладающими, важнейшими. Они многообразны. С ними связано образование подавляющего большинства рудных месторождений. И это подтверждается рассмотренными далее примерами рудных объектов. На всех, без исключения, рассмотренных примерах в рудах присутствует органическое вещество в тонкоглобулярной форме. Оно именуется как "тухолит", "кероген", "оксикерит", "твердый битум" или "асфальтит". Все это – остатки былых колоний бактерий – свидетели биогенной природы рудообразования. Они могут служить надежным отличительным признаком экзогенных (или первично экзогенных) рудных объектов.
