微生物的成矿作用

地球在其形成后的46亿年中，为人类造就了一大批门类齐全的矿产。人类在颂扬大自然慷慨馈赠时，不应忘记微生物的丰功伟绩。这是因为微生物作为地球上最为活跃的地质营力，在许多矿床特别是巨型矿床的形成中，起到了重要甚至是关键的作用。

微生物是细菌和藻类等低等生物。说微生物形成的矿产，人们自然会想到石油、煤、硅藻土等非金属矿产。微生物与金属矿床的成因联系，是最近通过对下列一系列巨型矿床矿石中微生物化石的发现和研究，才有所认识的。

铁矿 世界上储量是丰、产量最多的的铁矿，是形成于前寒武纪的条带状石英磁铁矿。我国的鞍山、本溪、俄罗斯的库尔斯克、澳大利亚的哈墨斯利、美国的上湖等地的巨大铁矿，无一不属于此种类型。这种类型铁矿的成因，曾长期是个谜，有人将之称为“地质学中的哥德巴赫猜想”。随着这种铁矿石中发现越来越多的藻类的遗迹化石——叠层石和细菌化石，这个猜想的谜底越来越趋于明朗。目前地质学家倾向认为，这类铁矿是在20—26亿年前，蓝藻在海洋中爆炸性地发展，而导致了大气圈、水圈的性质发生了急剧变化而形成的。藻类活动形成的铁矿，最明显的一例子恐怕要属河北宣化的庞家堡铁矿，这个铁矿的矿石具藻类活动最明显的特征——叠层构造，而且有机碳的含量也高于其它岩石。这表明藻类在铁矿形成时起到了关键的作用。

铜矿 产于元古代沉积岩中的铜矿是铜矿中重要的一种类型，其中有一些是巨型矿床。例如我国云南东川和赞比亚—扎伊尔的铜矿带。东川铜矿的矿石具特殊的马尾丝状构造，即辉铜矿呈马尾丝状分布在白云岩中。我国老地质学家谢家荣先生指出，这些“马尾丝”就是矿化的古藻。后来的工作进一步证实，在东川矿区的叠层石发育的区域，矿化就好。研究表明，藻类导致铜矿化的原因是：①藻类遗体分解造成的还原环境，有利于铜呈硫化物形成沉淀；②藻类遗体分解留下了孔隙，为矿液流动提供了通道和矿质沉淀提供了空间。国外科学家对赞比亚铜矿带的研究，亦得出了同样的结论：矿化与白云岩中叠层石密切相关。

铅锌矿 澳大利亚的麦克阿瑟铅锌矿是世界上最大的铅锌矿之一，其金属储量达2600万吨。最近在这个矿含矿黑色燧石层中，分离出了许多丝状菌、单细胞藻、丝状藻的化石，有些细菌的化石甚至与现在的细菌相似。美国的密西西比河谷，是世界上最大的铅锌矿产地，其产量一度占世界的15%。这里所有的铅锌矿，都产于由藻类遗体构成的礁体中。我国最大的铅锌矿是云南金顶铅锌矿，通过对石中硫、碳的同位素研究，也表明这个矿具生物成因的特征。

金矿 世界最大的金矿，是南非维特沃特斯兰德金矿。其含金达51000吨，已产的黄金占人类文明以来产金的55%。人们最早认为这个金矿是碎屑成因的。但从1975年后，人们从金矿石中发现了具藻类构造的有机质，并见到金、铀等金属交代菌体纤维的现象，查明了矿石中金的含量与藻类形成的干酪根呈正相关关系，从而认识到微生物在这个金矿的形成中起到了重要作用。最近，科学家们从产于砂砾石中的天然金块中发现了仙影拳杆菌化石，并通过实验，证实了仙影拳杆菌具有从溶液中捕获金的能力，这些也为微生物形成金矿提供了新的证据。

小小的微生物，何以能形成巨大的金属矿床呢？这是因为微生物具一系特异功能。

首先，微生物具异乎寻常的生物化学功能。它们可以从浓度很低的海水、地下水中摄取某种金属，甚至可以嗜铁、嗜锰，将这些金属富集在体内。这些微生物死亡后，遗体堆积起来，或者直接构成矿产，或者构成矿源层，为进一步富集成矿奠定了基础。例如，上述密西西比河铅锌矿，就是由于藻类浓集了海水中的铅锌后，形成富铅锌的白云岩，然后在热水溶液的作用下，进一步富集成矿的。有些厌氧性的异化硫酸盐还原细菌，能将硫酸盐中的高价硫（S⁺⁶还原成低价硫（S^-2）。细菌通过这个放热反应获得能量，而放出的H₂S则为形成金属硫化物矿床提供了不可少的离子。目前，人们已在实验室内通过培育这种细菌，获取了常见的金属硫化物矿床中的一些重要的硫化物。

第二，微生物的活动，可以改变水介质的化学性质，导致某些金属化合物沉淀，从而形成矿床。例如，前寒武纪条带状石英磁铁矿，就是由于在20—26亿年蓝藻急剧地在水海洋中生长，藻类的光合作用，吸收了大量的CO₂，并放出氧气，从而改变了大气圈和水圈的性质，使溶液在早期酸性（因溶有大量的CO₂）的海水中的大量的低价铁离子（Fe²⁺），氧化成高价的铁离子（Fe³⁺）。由于高价铁的化合物，其溶解度远远低于低价铁的化合物（只相当其的数千分之一），导致铁以高价化合物的形式迅速沉淀下来，形成遍布全球的大铁矿。

第三，微生物具令人难以置信的繁殖能力。一个细菌，在适宜的条件下，一天能繁殖10³⁶个世代，重量可达1.4×10¹⁴吨，体积可充满地球的全部海洋。有种硅藻，在完全适宜的环境，8天可从一个硅藻衍生到体积达1.08×10¹²立方千米的群体,可充满整个地球。由此可以想到，个体虽小，但数目十分庞大的微生物群体，其总体的地质营力是十分强大的。

第四，微生物能适应极其恶劣的环境。在澳大利亚的沙克湾和波斯湾的特鲁西尔海岸，由于气候极为炎热干燥，一般的植物都不能生长，但蓝藻却很繁茂。研究表明，在地质历史上，也曾多次出现这种环境。这种环境不仅形成了许多石膏、石盐矿床，而且也形成了许多与藻类活动有关的金属矿床。再以对金属硫化物矿床形成具重要意义的异化硫酸盐还原细菌为例，目前在土壤、海水、淡水、地下水中都能检测到它们的存在。实验表明，它们能在温度1—100℃、压力1—1000个大气压、pH值4.2—10.2、含盐度1—30%NaCl的范围内生长繁殖。最近，在德国锡利延超深钻中，在6千米以下的岩石中发现了微生物。另外，深潜器也在太平洋加拉帕戈斯群岛以北的海底温度为400℃热泉中，发现了大量的微生物。这些均说明了微生物对环境具极强的适应能力。

最后，微生物是地球上最早，统治时间最长的生物。地球上目前发现的最古老的岩石不过42亿年，而目前已发现的微生物化石的年龄很接近这个年龄。例如，在格陵兰发现了38亿年的微生物化石；在澳大利亚发现了35亿年的叠层石；在罗德西亚发现了31亿年前的蓝藻。可以说，当地球出现第一批岩石后，就出现了微生物。从太古代早期到元古代末，在长近30亿年的漫长岁月中，地球是由微生物所统治的。正是这些地球上的早期居民，在为生存的斗争中，不仅改造了自己，而且也改造了大气圈、水圈和岩石圈，并为自己的后代——人类，准备了一大批珍贵的遗产——矿床。