Результаты бактериального извлечения Fe из арсенопирита n-типа и его полупроводниковые свойства

Номер пробы	Извлечение Fe, г/л	n, см- 3102	Un, cм2/Вс	, эВ
8а	3,3	1,8	1,00	6,5
7а	3,2	2,3	0,32	20,4
1а	3,1	4	0,35	23,3
9а	3,1	5	0,20	28,5
3а	3,0	9	0,18	41,4
2а	2,8	14	0,20	54,4

Существует еще один метод выражения устойчивости минерального субстрата, участвующего в биокосном взаимодействии, - это расчетный метод ЭхП, позволяющий с учетом химического состава минералов практически всех классов ранжировать их по кислотно-основным свойствам. Возможности метода ЭхП имеют те же ограничения, что и использование энергии атомизации. Наибольший успех его применения возможен для проб, характеризующих минеральный вид с существенными вариациями химического состава. Основное значение этого метода сводится к получению первой ориентировочной оценки устойчивости.

Заканчивая рассмотрение вопроса об устойчивости минерального субстрата в биокосном взаимодействии, непосредственно связанного с оценкой его жизнеобеспечивающего донорного качества, необходимо еще раз указать на первостепенное значение экспериментальных данных. Только опыт, проведенный с использованием детально и специализированно изученных минералов, позволяет выявить реальные критерии их устойчивости во взаимодействии с рассматриваемыми организмами. Помимо уже приведенного примера, касающегося арсенопирита и других сульфидов, уместно коротко остановиться на некоторых результатах исследования устойчивости силикатов, в частности слоистых. Так, для минералов группы смектита и для каолинита, деструктируемых силикатными бактериями, экспериментально установлено, что наиболее жизнеобеспечивающими, т.е. интенсивнее разрушающимися, оказываются образцы этих групп с наибольшей структурной упорядоченностью, с геликоидальным межслоевым пространством и винтовыми ростовыми дислокациями, с повышенными показателями интеркаляции и фрактальной размерностью, существенно меньшей 3 (Яхонтова и др., 1991в). Попутно заметим, что минералы, структурное состояние которых близко к аморфизированному (янтарь, опал), в биокосном взаимодействии не проявляют себя в виде жизнеобеспечивающего субстрата - микроорганизмы на их основе не функционируют.

Представляется, что высокоупорядоченные структуры минералов в большей степени соответствуют структурной организованности живой клетки и более кооперативны с ней в энергетическом и информационном обмене биокосного взаимодействия.

Биосфера, как известно, подразделяется на биокосные системы, в которых проявляется единство взаимодействующих косной и живой материи. В числе таких систем почвы, гидросфера, кора выветривания пород, зона гипергенеза рудных месторождений, состоящих из более мелких подразделений - подсистем. Выделение подсистем связано с более конкретными типами минерального субстрата и микроорганизмов, обитающих на данном субстрате. В основе имеющихся описаний косных систем лежат самые общие характеристики (Перельман, 1977; Яхонтова, Нестерович, 1983).

С появлением возможности определения некоторых энергетических границ устойчивости минерального субстрата, например в величинах удельной энергии атомизации минералов (Еm), распространенных в данной биокосной системе, стало реальным получение для подразделений биосферы некоторой энергетической характеристики, включающей стабильность минерального субстрата, который может быть деструктирован функционирующими на нем микроорганизмами.

Так, для зоны гипергенеза рудных месторождений такой характеристикой служит предел изменения Еm 1,5-10 кДж/г, определяемый стабильностью сульфидов, слагающих минеральный субстрат этой системы. Энергетический показатель в пределе 1,5-10 кДж/г в определенной мере характеризует жизнедеятельность тионовых бактерий, деструктирующих сульфиды, свидетельствуя о том, что данные микроорганизмы способны разрешать субстрат со стабильностью не более 10 кДж/г. Этот верхний предел изменения Еm связан с пиритом - наиболее устойчивым сульфидом гипергенной зоны.

Для кор выветривания силикатных пород, где функционируют силикатные и другие бактерии, энергетический показатель связан с границами устойчивости большинства силикатов и приходится на предел изменения Еm 25-35 кДж/г. Наиболее устойчивы в силикатной биокосной системе полевые шпаты и пироксены (28-30 кДж/г), кварц (31), серпентин (32), слюда (30-33) и Al-Mg- хлориты (33-35 кДж/г).

Выделение подсистем биосферы может быть ощутимо модифицировано с помощью отмеченного "энергетического" показателя, ориентированного на стабильность минерального субстрата. В табл. 50 представлены результаты подобной разработки, относящейся к зоне гипергенеза рудных месторождений, где выделены три гипергенные подсистемы с характерными для них общими условиями, субстратами, их стабильностью и микроорганизмами. Подобные разработки позволяют существенно уточнить минералообразующие процессы, протекающие в гипергенной зоне сульфидных месторождений.

Подсистемное деление кор выветривания может быть произведено с учетом типа выветривающихся пород, определяющих жизнеобеспечение населяющих их организмов, т.е. с учетом величины удельной энергии атомизации минералов, слагающих различные породы (базиты, гранитоиды, щелочные породы и пр.)

Не подлежит, таким образом, сомнению, что широко распространенные в земной коре микроорганизмы в совокупности с минеральным веществом образуют специфические геологические системы, функционирование которых в равной мере определяет генетические особенности биосферы и практически совпадающей с ней экзогенной зоны.

Жизнеобеспечение микроорганизмов связано с их активным участием в процессе деструкции минерального субстрата, устойчивость которого определяется энергетикой вещества и его пространственной организацией, а также энергетическими барьерами ферментативных реакций, осуществляемых организмами. В целом, как уже говорилось, она представляет собой некоторый функционал трех функций устойчивости - энергетической, кинетической и "типологической", которые могут быть соответственно поименованы как ортостабильность, псевдостабильность и квазистабильность

Наименее устойчивые в биокосном взаимодействии минералы являются в первую очередь жизнеобеспечивающими, так как в донорно- акцепторном механизме взаимодействий они служат донорами, в большей мере способными снабдить микроорганизм веществом и энергией. Наиболее надежная оценка устойчивости минерального субстрата, находящегося во взаимодействии с организмом, может быть получена с помощью экспериментов, выполненных с использованием специализированно исследованного субстрата. Имеющиеся различные расчетные методы, затронутые в данной работе, к сожалению, страдают рядом ограничений.