Биогенный магнетит и магниторецепция. Новое о биомагнетизме. Под ред. Дж. Киршвинка. Том 2 (1989) (1095848), страница 112
Текст из файла (страница 112)
Дифрвкция электронов Днфракция электронов на частицах (рис. 35Л) дает некалиброванную днфракционную картину, которую можно подвергнуть сравнительному анализу. Методика анализа состояла в следующем (гл. 6): 1. Измеряли диаметр самого яркого кольца, ннтенсивность линии произвольно приравнивали к 100. 2. Выбирали известный минерал для сравнения и вычисляли масштабный коэффициент из отношения измеренного диаметра (в см) к величине д(в А), соответствующей также самой интенсивной линии на дифрактограмме выбранного минерала-стандарта.
3. Вычисляли возможные диаметры (в см) колец для всех известных значений д(А), используя полученный масштабный коэффициент. 4. Сравнивали измеренные диаметры колец исследуемого образца с расчетными днаметрамн. Для сравнения использовали такие минералы, как магнетит, грейгит, пирротии, смайтит и пирит. Соответствие во всех случаях было слабым, за исключением магнетита и грейгита, расчетные диаметры колец в которых хорошо соответствовали наблюдаемым (табл. 35.2). Поскольку магнетит и грейгит изоструктурны, относительное положение их дифракционных линий должно быть одинаковым, и совпадение их для обоих минералов несомненно свидетельствует о том, что неизвестный минерал имеет ориентационную структуру шницели.
Поскольку картина не откалибрована, дальнейший выбор между ними сделать невозможно. Однако практически благодаря наличию четырех линий максимальной интенсивности наблюдаемая дифракционная картина больше соответ- 35. Бактериальыый магнетит е осадках прибрежного марша 469 Таблица 35.2. Расчетные н наблюдаемые диаметры колец на днфрактогрнммнх исследованных минералов" Мснллоскостнцо Интенсивность Расчетный. см Наблюдаемый, см расстояние 4, А Грсйгнт Мнгнстнт " Измеренные лнвмстры колец состввляют (в см): 4,22; 6,10; 7,24; 8,58; 11,12; 12,58; 14,54', 15,20.
ствует грейгиту, так как одна из наиболее интенсивных линий магнетита (30) отсутствует, а присутствует более слабая линия (20). Хотя ни одно из приведенных доказательств в отдельности не позволяет однозначно идентифицировать минерал-носитель остаточной намагниченности как грейгит, выявленная в результате злектронографического анализа структура, обратная структуре шпинели, является сильным аргументом в пользу такой идентификации. Совокупность результатов Е()АХ, свидетельствующих о том, что магнитное вещество имеет состав сульфида железа, данных ПЭМ, свидетельствующих о кубической форме кристаллов, и результатов термомагнитного анализа позволяют высказать предположение, что магнитный минерал, создающий остаточную намагниченность, действительно может быть грейгитом.
4.2.6. Рентгеновская дифракция С помощью рентгеновской дифракции не удается обнаружить присутствие грейгита или других магнитных фаз в продуктах магнитной сепарации. Рентгенограммы позволяют предполагать присутствие хлорита-вермикулита, роговой обманки, эпидота, возможно иллита и кварца, т.е. немагнитных фаз. Хотя наличие гематита возможно, он не может быть удовлетворительно идентифицирован, поскольку его пики замаскированы присутствующими в больших количествах другими фазами.
Линии грейгита, магнетита, гетита, пирита и пирротина на рентгенограммах отсутствуют. 2,980 1,746 2,470 3,500 1,90! 1,00! 2,532 1,485 1,616 2,967 2,099 1,093 100 75 55 30 30 30 100 40 30 30 20 12 4,24 6,00 8,51 4,61 2,43 4,25 4,62 8,48 6,00 3,!2 7,24 4,22 6,10 8,38 7,24 4,22 8,38 6,10 470 Ч. У!. Биогенный лагневигп в осадочных породах Вполне возможно, что магнитная фаза в продуктах сепарации присутствует в количествах, слишком малых для разрешающей способности рентгеновской дифракции. Этот результат полностью согласуется с данными о величине намагниченности насыщения, согласно которым магнитная фаза составляет менее 2)ч по весу.
4.3. Основные результаты 1. Илы из Ил-Марша магнитны, и направления намагниченности характеризуются сильным разбросом относительно направления современного магнитного поля. 2. Остаточная намагниченность насьпцения ила на три порядка больше величины естественной остаточной намагниченности. 3. Содержание магнитного вещества в иле может составлять менее 0,5'4 по весу. 4. Характер кривых, полученных при размагничивании переменным полем, сходен с кривыми, известными по опубликованным данным для образцов, содержащих магнетит н маггемнт.
5. Магнитная сепарация выделяется приблизительно 90'А магнитного материала, 6. Продукты магнитной сепарации неустойчивы при температуре выше 184'С. При более высоких температурах они подвергаются необратимым фазовым превращениям в пирротнн и магнетит. 7. Преобладающий магнитный минерал представлен правильными кубическими кристаллами с размером ребра порядка 0,1 мкм, имеющими в своем составе железо и серу. На основе его морфологии, состава и электронной днфрактограммы он был идентифицирован как грейгит.
8. Бактериальный магнетит в продуктах магнитной сепарации обнаружен не был. 5. Обсуждение Результаты настоящего исследования показывают, что ил, отобранный из среды обитания магниточувствительных бактерий, может быть магнитным и без бактериального магнетита. В Ил-Марше по крайней мере часть остаточной намагниченности связана с сульфндом железа-грейгитом. Ниже обсуждается, какие следствия может иметь присутствие грейгита. Грейгит и магнетит характеризуются одной и той же кубической обращенной структурой шпннели (Япппег ег а1., 1964), но различаются анионами. Вследствие этого оба минерала характеризуются сходным поведением кривых размагничивания в переменном поле и сходным поведением остаточной намагниченности насыщения и намагниченности насыщения при нагреве.
Магнитный момент грейгита вследствие повышенной электропроводности сульфидной решетки (Брепдег ег а1., 1972) составляет всего лишь одну треть магнитного момента магнетита. 35. Бактериаоьннй магнетит е осадках прибрежного марша 471 Магнитные эксперименты, проведенные при комнатной температуре, могут не выявить этого различия, и только изучение состава может привести к идентификации этих минералов. Однако при более высоких температурах их магнитные характеристики перестают совпадать, поскольку при температуре более 180'С, намного меньшей, чем точка Кюри магнетита (580'С), грейгит становится нестабильным и переходит в пирротин. Если модель осаждения, описывающая попадание бактериального магнетита в осадок, верна, то необходимо объяснить отсутсгвие магнетита в илах Ил-Марша. Наиболее прямое объяснение вытекает из разницы условий стабильности магнетита и грейгита.
Как сульфид грейгит должен быть стабилен в восстановительных условиях при достаточном количестве Б' . Магнетит представляет собой оксид и будет устойчивым в условиях меньшего содержания серы и большего содержания кислорода. В лабораторных условиях Бернер (Вегвег, 1964) обнаружил, что грейгит осаждался из растворов, насыщенных Н,Б, содержащих железо в форме Ре'+, при низком парциальном давлении кислорода. Если условия изменялись, то формировались другие сульфиды железа, такие, как аморфный РеБ, маккинавит, пирротин или пирит. В природе грейгит был обнаружен в третичной толще восстановленных озерных ленточных глин Калифорнии (Яспшег ег а!., 1964), в плейстоценовых ленточных глинах озера Верхнего (Пей,!972), в богатых органикой илах Бельгии (1ес)таЬ, 1967), бескислородных илах залива Чесапик (В!88к, !963) и Черного моря (Вегпег, 1974), т.е. в средах, которые представляются непригодными для сохранения или осаждения магнетита.
Диаграммы полей устойчивости, приведенные на рис. 35.8, подчеркивают слабую способность магнетита сохраняться в таких восстановительных обстановках, как Ил-Марш. На приведенных диаграммах поля устойчивости грейгита, магнетита, пирита и гетита были построены для восстановительных условий (ЕЬ < О) в диапазоне рН от 5 до 8.
В идеальном случае химическая информация, используемая для построения диаграмм, должна быть получена из одной пробы воды, взятой в месте отбора образцов. К сожалению, при анализе проб из Ил-Марша определялись только рН и полное содержание железа. Чтобы не привлекать произвольную химическую информацию для пополнения наших данных, мы использовали анализы Эмери, опубликованные в монографии "А Соавга1 Ропй" (табл. 35.3). Станция опробования Эмери расположена в 3,5 км от Ил-Марша.
Сходство с нашей станцией заключается в том, что на обеих станциях пресная вода смешивается с морской, обе в одинаковой степени связаны с океаном и подстилаются одними и теми же ледниковыми отложениями. Необходимо отметить, что только общая концентрация всего железа и всей серы определяют положение границ полей устойчивости на диаграммах и что даже в случае изменения этих концентраций в пять раз существенных смещений границ на диаграмме не происходит (Оасте)в, СЬПвг, 1965). Исходя из Ч, И Биогенный магнетит в осадочных породах Б ы б рн Рис, 35.8.
Диаграммы полей устойчивости минералов для образцов Ил-Марша. С точки зрения термодинамики пирит и гетит являются стабильными фазами, но онн не включены в диаграмму А, таким образом появились метастабильные грейгнт и магнетит (Вегцег, 1967, !971; Оагге1а, СЬПы, 1965, Еапбгпшг, 1969). О д ~ ы Б 1 3940 529 57% 9,8% > 0,247% С1 ВО СО Нз ге Са Мб Ха К 88 279 2170 92 ЕЬ = — 0,135 рН < 6,65 Прциечацце.
Кроме концнгграции Ре и заачеаця ри, все остальные аелцчцпы заимствованы из работы Эмери (Ешегу, 1969). Две величины были измерены нами для этой работы. Процедура построения диаграммы полей устойчивости описааа в Праложеиии. нечувствительности границ полей устойчивости к небольшим изменениям концентраций, мы надеемся, что зти диаграммы достаточно Таблица 35.3. Концентрации (в млн ') элементов в осадках Ил-Марша, использо- ванные дла построения диаграммы полей устойчивости 35. Бактериакьный магнетит в осадках прибрежного марша 473 корректны для образцов из Ил-Марша. Присутствие запаха Нэб в образцах с нашей станции отбора позволяет предположить, что значение ЕЬ, полученное Эмери, пригодно в качестве приближения и для образцов яз Ил-Марша; в любом случае значение ЕЬ в осадках должно убывать с глубиной (Ешегу, 1969).
На рис. 35.8, А показаны поля устойчивости для грейгита и магнетита. Если мы полагаем, что в Ил-Марше рН равен б,б5 (настоящее исследование), а Еп на границе раздела осадок-вода приблизительно равен — 0,135 и с глубиной убывает, то грейгит более стабилен, чем магнетит, Поскольку ЕЬ с глубиной уменьшается, маловероятно, что при погребении условия становятся более благоприятными для сохранения магнетита. Скорее всего оставшийся магнетит должен исчезнуть, а сульфидом, который вместо него должен образоваться, будет грейгит.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
