青海湖底沉积物中白云石的微生物成因机理研究

论文摘要

白云石成因问题的争论持续了两个多世纪,但是却一直没有得到本质上的解决,尤其是最近十多年才发展起来的白云石的微生物成因模式,也一直没能解决地质历史上白云石的成因问题。前人提出的白云石微生物成因模式多是基于超盐湖或泻湖环境提出来的,对内陆的微咸湖内白云石的成因模式还是空白。而同时对白云石形成的硫酸根动力化学障的争论也随着更多在硫酸根离子存在环境下的白云石发现日益尖锐,对微生物在白云石形成过程中的具体作用的进一步探讨和在更多沉积环境里应用微生物成因白云石模式也日显重要。本研究的目标在于解释我国内陆微咸水湖泊青海湖内沉积物中发育的白云石的成因问题。我们对一段长5米的沉积柱的分析显示了其中所含白云石具有生物成因特征。对沉积物柱的孔隙水地球化学分析表明,孔隙水中白云石呈过饱和状态,对沉积物所作的X射线粉晶衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)显示了其中发育的白云石具有与前人发表的微生物成因白云石相似的形态特征,而其中发育的草莓状黄铁矿的硫稳定同位素分析也支持白云石的微生物成因。为了进一步确认青海湖白云石的微生物成因,我们设计了与青海湖孔隙水具相似化学特征的白云石沉淀模拟实验,我们在实验中利用了硫酸盐还原细菌Desulfotomaculum ruminis和嗜盐细菌Halomonas marina作为反应菌株模拟白云石生物沉淀实验。经过一段时间反应之后,在微生物活跃的白云石沉淀模拟实验中都出现了白云石的沉淀,我们利用XRD和SEM对其中的白云石进行了鉴定和特征分析。本文的结果拓展了国际上关于微生物沉淀白云石成因模式,弥补了内陆微咸水湖泊环境白云石的生物成因,同时对白云石微生物成因模式的多样性提出了初步解释,白云石的成因可能是多种微生物的共同作用结果,由微生物活动造成的碱度升高是微生物沉淀白云石的重要控制因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 白云石问题
• 1.2 白云石形成的微生物影响
• 1.3 研究区介绍及研究目的
• 1.4 技术路线图
• 2 样品采集及分析
• 2.1 沉积物样品采集与处理
• 2.2 沉积物地球化学测试
• 2.2.1 孔隙水分析
• 2.2.2 沉积物的矿物学研究
• 2.2.3 白云石的碳同位素分析
• 2.2.4 沉积物中黄铁矿的硫同位素分析
• 3 白云石的微生物沉淀实验
• 3.1 硫酸盐还原细菌和嗜盐细菌的培养
• 3.2 利用硫酸盐还原菌的白云石沉淀实验
• 3.3 利用嗜盐细菌的白云石沉淀实验
• 4 结果
• 4.1 青海湖沉积物地球化学分析结果
• 4.1.1 沉积物孔隙水地球化学分析结果
• 4.1.2 沉积物的矿物学分析结果
• 4.1.3 青海湖沉积物中白云石的碳同位素分析结果
• 4.1.4 青海湖沉积物中黄铁矿的硫同位素分析结果
• 4.2 白云石沉淀实验结果
• 5 讨论
• 5.1 硫酸盐还原细菌在白云石沉淀过程中的作用
• 5.2 其他种类细菌在白云石沉淀过程中的作用
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附图
• 附录