WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 19 |

«Диагностика переувлажненных минеральных почв РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ имени В.В. ДОКУЧАЕВА Ю.Н. ВОДЯНИЦКИЙ Диагностика ...»

-- [ Страница 5 ] --

Через 77 ч развитие микробной редукции Fe(III)-смектита достигло 13, 22 и 26% при увеличении концентрации АХДС от 0 до 0,1 и затем до 1 мМ. Видно, что внесение в систему электронного челнока АХДС значительно усилило темп редукции Fe(III) в решетке смектита и увеличило рост клеток (рис. 6). Не было редукции Fe(III) в вариантах с мертвыми клетками бактерий или без внесения органического вещества.

Произошли определенные превращения смектитов, вероятно, через фазу растворения (Dong, Kostka, Kim, 2003). Отмечены изменения в химическом составе и в морфологии смектитов. Биогенный реосажденный смектит оказался богаче исходного по содержанию Ca, K и Na, которые поступают из культуральной среды развития бактерий. Дополнительные катионы необходимы для компенсации отрицательного заряда, образующегося в результате редукции Fe(III) до Fe(II) в октаэдрических слоях смектита. Как следует из идеальной формулы смектита, сумма октаэдрических катионов (Fe+Al + +Mg) в исходном смектите равнялась 4 на 12 тетраэдрических и октаэдрических катионов. Но она оказалась значительно ниже 4 в некоторых частицах биогенного смектита и обратно коррелировала с содержанием Si.

В новых частицах содержание Si превышало 8 – обычное значение для стехиометрической формулы смектита. Образующийся избыток Si представляет собой важный результат редукционного распада смектита. В области электронного зонда видны две фазы:

тонкодисперсные частицы, обогащенные Si, и биогенный новообразованный смектит.

Рис. 6. Влияние электронного челнока АХДС на редукцию Fe(III) в смектите. А – увеличение содержания Fe(II), экстрагируемого 0.5 н. HCl, со временем инкубации в ростовом опыте; Б – количество клеток бактерий Shewanella в закрытом реакторе через 77 ч. опыта: 1) без АХДС; 2) 0.1 мМ АХДС; 3) 1мМ АХДС. Адаптировано из (Dong, Koska, Kim, 2003).

В некоторых областях смектит отсутствовал, фиксировалась только чистая Si-фаза, не дающая на микродифракционной картине никаких рефлексов. Зерна аморфного биогенного кремнезема составляли нескольких сотен нанометров.

Новообразование смектита с иной морфологией, структурой и составом доказывает, что ожелезненный смектит сначала растворяется, а затем новообразованное Fe(II) переходит в состав биогенного вивианита (Dong, Kostka, Kim, 2003). Такая точка зрения подтверждается тем, что расчетное время редукции смектита соответствует времени эксперимента. Второй аргумент в пользу механизма дефферитизации и растворения ожелезненного смектита – выявление биогенного вивианита и аморфного кремния. Появление этих новых минералов сопровождается снижением количества илистых частиц за счет растворения слоистых силикатов. Такова ситуация в закрытой системе реактора. В открытой системе обезжелезнение и растворение смектитов может сопровождаться выносом Fe (а не образованием вивианита), как это имеет место во многих минеральных гидроморфных почвах с активным водообменом.

Кроме лабораторных опытов есть и серьезные исследования, выполненные на природных почвах. В тропиках и субтропиках к переменно редуцируемым почвах относятся рисовники.

Сейчас они занимают ~13 млн. га. В период затопления Fe является основным неорганическим акцептором электронов. Интересные исследования провели в Сенегале на вертисолях, используемых под культуру риса (Favre et al, 2002). Основные глинистые минералы здесь представлены смектитом и каолинитом. Сравнивали исходную вертисоль с рисовой почвой, испытавшей 22 цикла переувлажнения за 11 лет. Химические и мессбауэровские исследования показали, что за это время общее содержание Fe в почве уменьшилось от 5.6 до 4.9%. Также произошло обезжелезнение глинистых минералов: содержание Fe в них сократилось с 4.5 до 4.0%, а в смектитах – от 6.9 до 6.4%. Таким образом, полевые исследования подтверждают лабораторные данные об обезжелезнении Fe-смектитов в результате многократных циклов редукции–окисления.

Обезжелезнение, обескремнивание и распад нонтронитов Редукционное превращение нонтронитов в значительной степени зависит от количества Fe и его положения в решетке.

Редукция нонтронитов, содержащих тетраэдрическое Fe3+. Обратимся к вопросу о положении Fe3+ в решетке смектитов. Сейчас установлено, что железо может распределяться случайно или образуя кластеры в октаэдрическом слое, последнее характерно для сильно ожелезненных смектитов. При измерении магнитной восприимчивости (Schuette et al., 2000) окисленного и редуцированного слабоожелезненного монтмориллонита Уптон (Fe вал = 3%) обнаружен только парамагнитный порядок, т.е. большое расстояние между ионами железа и отсутствие взаимодействия между ними. Напротив, в ожелезненных смектитах сильное магнитное взаимодействие свидетельствует о кластеризации ионов Fe3+.

Другой важный вопрос: как определить распределение ионов Fe между цис- и трансоктаэдрами в 2:1 диоктаэдрическом смектите? Наиболее подходит для этой цели мессбауэровская спектроскопия. Абсорбционные спектры филлосиликатов почти всегда содержат два Fe3+-октаэдрических дублета, отражающих различное квадрупольное расщепление сигнала от цис- и транс-позиций Fe3+ (Бабанин и др., 1995; Rozenson, HellerKallai, 1977; Russel et al., 1979).

Гораздо меньше известно о содержании, химизме и поведении тетраэдрического Fe в смектитах. Ранее существование тетраэдрическое Fe отрицалось минералогами (Горбунов, 1974). Тетраэдрическое Fe всегда находится в трехвалентном состоянии, а присутствие Fe2+тетраэдров в филлосиликатах мало вероятно, так как ионный радиус Fe2+ слишком велик для тетраэдров.



Содержание тетраэдрического Fe3+ определяют с применением мессбауэровской спектроскопии. В качестве диагностического критерия используют маленькое плечо на низкоэнергетической стороне главного центрального пика в диоктаэдрических высокозарядных Fe-смектитах (Luca, Cardile 1989). Оно образуется при насыщении смектита таким катионом, как Ca2+, с последующей дегидратацией при температуре 3000С, чтобы произошло взаимодействие между межслоевым катионом и тетраэдрическим Fe. Наиболее эффективным методом идентификации положения Fe в структуре филлосиликатов признан анализ рентгеновских спектров вблизи края поглощения XANES-спектроскопия (Dyar et al., 2001; Dyar et al., 2002).

Гейтес и др. (Gates et al., 2002) определили содержание тетраэдрического Fe3+ в 11 разных нонтронитах и Fe-смектитах, используя ИК-спектроскопию, а также синхротронную рентгеновскую технику. Содержание тетраэдрического Fe3+ колебалось от 0 до 20%, составляя в среднем 8,2% от валового, т.е. может быть признано весьма значительным. Будем условно различать группы нонтронитов по этому признаку: «нонтронит без Fe-тетраэдров» и «нонтронит с Fe-тетраэдрами».

Масштабы микробной редукции нонтронитов. При изучении этого вопроса использовались два вида нонтронитов, представляющих фракцию 0.02-0.5 мкм. Нонтронит NAu-1 содержит 16% Fe, причем почти все оно (98%) сосредоточено в октаэдрических слоях, и очень небольшую долю тетраэдрического железа – 2% (Gates et al., 2000). Будем его считать нонтронитом без Fe-тетраэдров. Нонтронит NAu-2 содержит 23% общего Fe, причем оно не все сосредоточено в октаэдрических слоях (92%), а включает заметное количество (8%) тетраэдрического Fe(III). Будем его считать нонтронитом с Fe-тетраэдрами (Jaisi et al., 2005).

Для микробной редукции использовали бактерии группы Shewanella. Изучали также действие синтетического электронного челнока АХДС. Редукция Fe(III) в контроле с термически уничтоженными клетками бактерий была менее 2%, а в контроле без клеток – ниже 1%. Масштабы и скорость биоредукции очень различались у двух нонтронитов при одинаковой концентрации глины в суспензии (5 мг/мл) и в присутствии электронного челнока АХДС. Через 15 сут у нонтронита без Fe-тетраэдров степень редукции не превышала 11-16%, тогда как у нонтронита с Fe-тетраэдрами она достигала 28-32%. Когда концентрацию нонтронитов в суспензии уравновесили по содержанию акцепторов электронов до 21 мМ Fe(III), то через 30 сут редукция нонтронита без Fe-тетраэдров составила 11%, но достигла 29% для нонтронита с Fe-тетраэдрами. Без электронного челнока редукция железа снизилась до 5 и 14% соответственно. Таким образом, редукция Fe(III) во всех вариантах была гораздо выше в нонтроните с Fe-тетраэдрами.

Другая серия опытов, оценивающая развитие биоредукции за длительный период времени, продолжалась более 6 мес (рис. 7). В присутствии АХДС редукция достигала своего предела через 37 сут для нонтронита без Fe-тетраэдров и за 14 сут для нонтронита с Fe-тетраэдрами.

Масштабы редукции нонтронита с Fe-тетраэдрами были значительно выше, чем без них (Jaisi et al., 2005). После длительной биоредуции нонтронита с Fe-тетраэдрами определяли содержание ионов в водном растворе. Содержание Fe(II) было незначительным, а Si – значительным. В результате железо и кремний переходили в водный раствор не в том стехиометрическом отношении, которое характерно для структуры нонтронита (1:2), т.е.

произошло значительное растворение Si из тетраэдрической сетки и слабое – Fe из октаэдрической.

Биогенные превращения и распад нонтронитов. Результаты биогенной редукции оказались различными для двух нонтронитов (Jaisi et al., 2005). В слабоожелезненном нонтроРис. 7. Влияние электронного челнока АХДС на редукцию Fe(III) в нонтронитах. А – увеличение содержания Fe(II), экстрагируемого 0.5 н. HCl, со временем инкубации нонтронита NAu-1 без Fe-тетраэдров. Б – увеличение содержания Fe(II), экстрагируемого 0.5 н. HCl, со временем инкубации нонтронита NAu-2 с Fe-тетраэдрами: 1 – без АХДС; 2 – 0.1 мМ АХДС; 3 – 1мМ АХДС. Адаптировано из (Jaisi, Kukkadapu et al, 2005).

ните без Fe-тетраэдров биоредукция захватила только примесь гетита, а Fe(III) в цис-октаэдрах нонтронита редуцировалось незначительно. Толщина кристаллов этого нонтронита осталась той же, не отмечены изменения и в характере статистического распределения частиц по крупности.

Но микробная редукция сильноожелезненного нонтронита с Fe-тетраэдрами привела к другому результату – к распаду некоторых частиц. Уменьшилась толщина кристаллов с 6 до 3.5 нм, и изменился характер распределения крупности частиц от логнормального к ассимптотическому. В ожелезненном нонтроните биоредукция шла за счет тетраэдрического Fe(III) и транс-октаэдрического Fe(III). Предпочтительная редукция и растворение Fe(III) в тетраэдрах обосновываются с кристаллохимической точки зрения. Так как ионный радиус Fe(II) слишком велик для вхождения в тетраэдры, то редукция Fe(III) до Fe(II) приводит к неустойчивости тетраэдрического слоя и распаду структуры минерала.

Для изучения редукции Fe и распада нонтронита были поставлены дополнительные опыты.

В одном из них краткосрочная инкубация от 4 ч до 7 сут как с живыми, так и с мертвыми бактериями, привела к образованию глинистых минералов гораздо менее окристаллизованных (с диффузными кольцами на микрофракционной картине), чем исходный нонтронит NAu-1, содержащий 21.1% общего Fe [O’Reily et al., 2005]. По данным просвечивающей электронной микроскопии, вторичные минеральные фазы представлены аморфными алюмосиликатами с повышенным отношением Al/Si по сравнению с исходными силикатами. При этом освободившийся кремний образует аморфные глобулы. В закрытой системе основная доля редуцированного железа участвует в образовании твердой фазы в виде Fe(II)-минералов (сидерита) и в виде сорбированных частиц Fe(II) на клеточных полимерах и на бактериальных клетках. Отметим, что при промывном режиме влажности сидерит может не образоваться. Как видно, редукционный метаморфизм нонтронитов проявился не только в обезжелезнении, но и в обескремнивании.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 19 |
 



Похожие работы:

«VII Всероссийский конкурс учебно-исследовательских экологических проектов Человек на Земле 2008–2009 г.г. Положение ГЕНЕРАЛЬНЫЙ СПОНСОР КОНКУРСА – ИПСК НГС-ТЕМПОБУР Москва-2008 г. Положение VII Всероссийского конкурса учебно-исследовательских экологических проектов Человек на Земле Авт.-сост. Е.С.Ротина, А.В.Жердев, Г.П.Сапожникова, Н.Р.Буданова, Т.М.Вальковская. М.: Некоммерческое партнерство Содействие химическому и экологическому образованию 2008 – 16 с. Конкурс Человек на Земле проводится с...»

«ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛЬНОСТИ 020801 ЭКОЛОГИЯ 1.1. Специальность утверждена приказом Министерства образования Российской Федерации от 02.03.2000 г. № 686. 1.2. Квалификация выпускника – Эколог. Нормативный срок освоения основной образовательной программы подготовки эколога по специальности 013100 – Экология при очной форме обучения – 5 лет. 1.3. Квалификационная характеристика выпускника. Эколог по специальности 013100 – Экология может занимать должности, требующие высшего...»

«издание 2-ое дополненное 1 Когда медицина основательно испортит себе желудок, применяя лекарства химического синтеза, и перепробует все органы тела животного, она возвратится к древнейшим лечебным средствам человечества — лекарственным растениям и снадобьям. Основатель фармацевтической биологии, профессор Александр Чирх, 1909 год. Внимание! Материалы, изложенные в данной книге, не могут быть использованы для самостоятельной постановки диагнозов и лечения! Поддержка здоровья, профилактика и...»

«Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии УЛАН-УДЭ 2010 Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии Составитель: к. т. н., исполнительный директор НПО АРГО-ЭМ1, Л. Г. Креккер Научный редактор: ген. директор НПО АРГО-ЭМ1 Е. В. Халтурин СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Советы бывалых огородников 2. Спрашивали – отвечаем 3. Решение проблем огорода без химии ВВЕДЕНИЕ Смесь глины, песка, органических остатков и минералов, даже в нужной...»

«2. Задачи дисциплины: закрепить и углубить ранее полученные знания из области аналитической химии; сформировать и систематизировать знания по следующим направлениям: периодизация истории химического анализа и аналитической химии как науки, характерные особенности каждого исторического этапа; направления и наиболее значимые результаты исследований выдающихся зарубежных и российских химиков-аналитиков; закономерности возникновения и развития отдельных методов анализа, химико-аналитические аспекты...»

«Предисловие _ 4 Введение 7 Немного о пище натуральной и искусственной 13 Биологически активные препараты Каталисис 33 Косметика и космецевтики _ 57 Косметика – линия Каталисис 72 Гранекс _ 80 Сикатрикс _ 106 Меланил 122 Реторна _ 134 Блю Кап 146 Заключение 152 Список литературы _ 155 Приложения _ 167 3 Предисловие О многообразии растительных и животных продуктов, употребляемых человеком в пищу, написано очень и очень много, и, очевидно, это вечная тема, так как пища является не только...»

«Garland Publishing, Inc. New York London 3 Б. Албертс Д. Брей Дж. Льюис М. Рэфф К. Робертс Дж. Уотсон МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ КЛЕТКИ 2-е ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ В 3-х томах 1 Перевод с английского канд. биол. наук Т.Н. Власик канд. биол. наук В. П. Коржа, канд. биол. наук В.М. Маресина, Т.Д. Аржановой, Г. В. Крюковой под редакцией акад. Г. П. Георгиева, д-ра биол. наук Ю.С. Ченцова Москва Мир 1994 4 ББК 28.070 М75 УДК 576.32/36 Федеральная целевая программа книгоиздания России...»

«Анастасия Геннадиевна Красичкова Красноухие черепахи Настоящее издание адресовано широкому кругу любителей животных. В книге рассказывается об особенностях содержания в домашних условиях красноухих черепах, даются практические советы по кормлению и лечению наиболее распространенных заболеваний. Введение В настоящее время любители домашних животных держат в своих квартирах не только привычных кошек, собак, попугаев и хомячков, но и различных экзотов. Особенно популярны в последние годы различные...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.