Диатомит как природный наноматериал (стр. 2 из 5)
Первый идет процесс уничтожение в осадке свободного кислорода в результате жизнедеятельности бактерий и разложения органического вещества. После начинается реакция гидроокислов Мg, С и сульфатов. Одновременно некоторые минералы, находящиеся в твердой фазе, постепенно растворяются, достигая стадии насыщенных растворов. В ходе этих процессов состав вод, насыщающих осадков, первоначально не отличающийся от состава вод бассейна седиментации, резко меняется. Они обогащаются С02, Н2О, СН4, теряют кислород и сульфаты, резко повышают свой щелочной резерв.
После идет образовании диагенетических минералов. Сочетания некоторых ионов, находящихся в водах осадка, достигают стадии насыщения раствора тем или иным веществом, которое и выделяется в твердую фазу, образуя минерал. Диагенетические минералы, вначале распределенные в осадке более или менее равномерно, начинают перераспределяться. В процессе диагенетического перераспределения происходит выравнивание геохимической обстановки во всем объеме осадка. Осадок становится породой.
Четвертая стадия – катагенез. Катагенез – совокупность процессов, изменяющих осадочную породу в период ее существования до начала метаморфизма или выветривания. На этой стадии осуществляется дальнейшее уплотнение осадочных пород, изменение их минералогического состава и структуры под влиянием увеличивающихся с глубиной температурой и давлением.
В условиях нисходящих тектонических движений земной коры в равной мере проявляются все три фактора катагенеза, под действием которых происходят уплотнение и обезвоживание пород, растворение одних минералов и образование других, перекристаллизация минералов.
Влияние давления проявляется в уплотнении и обезвоживании пород. Уплотнение совершается под действием гидростатического давления (давления вышележащих толщ), которое возрастает с увеличением глубины залегания пород. В результате сокращается первоначальный объем нового пространства породы, что в свою очередь приводит к сжатию содержащихся в ней вод, которые мигрируют в вертикальном или горизонтальном направлении.
Подземные воды, осуществляют принос и вынос вещества в пределах пласта. С погружением на глубину закономерно изменяются солевой состав и общая минерализация подземных вод.
Совместным влиянием давления, температуры и подземных вод обусловлены процессы перекристаллизации на стадии катагенеза. В результате перекристаллизации размер слагающих породу кристаллических зерен увеличивается, сокращается количество межзерновых контактов, что ведет к дальнейшему уплотнению породы.
Пятая стадия – метагенез. Это стадия глубоких преобразований осадочных пород в земной коре. Некоторые исследователи рассматривают эту стадию как начальную ступень метаморфических процессов.
2. ДИАТОМИТ
Диатомит (от позднелат. Diatomeae – диатомовые водоросли), инфузорная земля, кизельгур, горная мука – осадочная горная порода, состоящая преимущественно из скопления кремнеземных панцирей диатомовых водорослей, некогда обитавших в древних морях; обычно рыхлая или слабо сцементированная, светло-серого или желтоватого цвета. В различных количествах в диатомите встречаются шарики (глобулы) опала, не имеющие органогенной структуры, а также обломочные и глинистые минералы. Химически диатомит на 96% состоит из водного кремнезёма (опала). Диатомит обладает большой пористостью, способностью к адсорбции, плохой тепло- и звукопроводностью, тугоплавкостью и кислотостойкостью.
Диатомит как вид продукции вырабатывается путем усреднения горной породы, добытой из разных горизонтов и уступов, ее складирования и естественной просушки.
Средняя плотность диатомитов в сухом состоянии колеблется в пределах от 0,15 до 0,6 г/см3. Истинная плотность диатомитов – 1,8–2,0 г/см3.
Диатомит используется как адсорбент и фильтр в текстильной, нефтехимической, пищевой промышленности, в производстве антибиотиков, бумаги, различных пластических материалов, красок; как сырьё для жидкого стекла, глазури, теплоизоляционного кирпича и др.; в качестве строительных тепло- и звукоизоляционных материалов, добавок к некоторым типам цемента; полировального материала (в составе паст) для металлов, мраморов и т.д.; как инсектицид, вызывающий гибель вредителей и т. д.; в качестве носителя катализаторов, в качестве наполнителя в чистящих и абсорбирующих средствах, удобрениях; и пенодиатомитовая крошка; для производства товарного бетона, строительных растворов и сухих строительных смесей различного назначения.
Небольшие размеры отдельных скелетов (до 1 мм диаметром) и за наличия у панцирей тонкой и правильной структуры с размером отдельных частей порядка 100 нм длительное время использовались в качестве тестов для настройки (проверки разрешающей способности) оптических микроскопов, пока не появились специальные пластинки с делениями.
Известны месторождения диатомита на Дальнем Востоке, восточном склоне Урала, в Среднем Поволжье, в Ульяновской области на базе Инзенского месторождения действует крупный диатомовый комбинат, производящий теплоизоляционный кирпич и пенодиатомитовую крошку. Месторождения диатомита есть в Пензенской, Ростовской, Свердловской, Костромской, Калужской и многих других областях России.
Диатомит образуется из диатомовых водорослей, накопившегося в морях и озёрах. В стратиграфическом разрезе встречается, начиная с меловой системы, широко распространён в кайнозойских отложениях. Образование диатомита происходит на стадиях диагенеза и катагенеза.
3. ДИАТОМИТОВЫЕ ВОДОРОСЛИ
Диатомеи (от греч. Diátomos – разделённый пополам), кремнистые водоросли (Bacillariophyta), отдел (тип) водорослей (около 25 тыс. видов).Диатомовые водоросли имеют микроскопические размеры (0,75–1500 мкм). Есть одноклеточные, одиночные или колониальные формы (рисунок 1); среди последних встречаются; виды, живущие в слизистых трубках, образующие бурые кусты высотой до 20 см.
Рисунок 1 – Фотографии скелетов водорослей и их колоний
Клетки диатомовых водорослей имеют твёрдый кремнёвый панцирь (и образуется за счет поглощения и химической переработки («переваривания») растворенных в воде кремниевых кислот), состоящий из двух половинок, так называемых створок, находящих одна на другую. Верхнюю створку называют эпитекой, нижнюю – гипотекой. Стенки панциря имеют поры, через которые осуществляется обмен веществ с внешней средой. Многие Д. в., у которых вдоль каждой половины панциря идёт щелевидное отверстие (так называемый шов), способны передвигаться по субстрату, видимо, за счёт выделения слизи. Клетки содержат одно ядро с одним или несколькими ядрышками и один или несколько хроматофоров жёлто-бурого цвета, из-за присутствия, наряду с хлорофиллом а, бурых пигментов (b-каротина и ксантофиллов); продукты ассимиляции – масло и волютин.
3.1 Размножение диатомовых водорослей
В обычных условиях диатомовые водоросли размножаются в геометрической прогрессии. Водоросль-клетка делится на две каждые 4–8 часов. Если принять, что условия обитания водорослей близки к комфортным и деление повторяется каждые 6 часов, то за сутки число клеток возрастет до 24, за двое суток – 24•2, за неделю – до 24•7, а за 10 дней – до 24•10.
Размножаются они делением; каждая дочерняя клетка получает половину материнского панциря, другая вырастает заново, при этом старая половина охватывает своими краями новую. Благодаря такому способу деления и тому, что пропитанные кремнезёмом твёрдые панцири мало или совсем неспособны к дальнейшему росту. Диатомовые водоросли по мере размножения постепенно мельчают. При образовании ауксоспор (спор роста) содержимое клетки выходит из оболочки и значительно вырастает, давая начало новому, более крупному поколению. Ауксоспоры могут образовываться и половым путём, в результате слияния (коньюгации) содержимого двух клеток. У некоторых наблюдаются размножение и половой процесс с участием жгутиковых гамет (изогамия, гетерогамия или оогамия). У некоторых родов известны покоящиеся споры. Диатомовые водоросли диплоидны. Гаплоидны у них только гаметы.
3.2 Классы диатомовых водорослей
По строению створок диатомовые водоросли делятся на три класса: Centrophyceae, Mediatophyceae, Pennatophyceae.
1. Центрические диатомовые (Centrophyceae), класс диатомовых водорослей. Клетки одиночные или образуют нитчатые и цепочковидные колонии. Хроматофоры обычно в виде мелких многочисленных зёрен, реже одна или несколько пластинок. Размножение путём вегетативного деления клетки на две половинки, известен половой процесс – оогамия. Панцирь цилиндрический, дисковидный, линзовидный, эллипсоидный, шаровидный, бочонковидный, реже призматический, со вставочными ободками. Створки панциря имеют радиальное строение и всегда лишены шва, к ним относятся главным образом планктонные виды. насчитывают 100 родов, около 4000 видов – ископаемых (известны с мелового периода) и современных, широко распространённых в пресноводных и морских водоёмах. Развиваясь в фитопланктоне. Центрические диатомовые служат пищей для многих беспозвоночных животных и мальков рыб. Отмершие панцири водорослей образуют мощные пласты диатомитов.
2. У Pennatophyceae створки обычно двусторонне-симметричны у некото-рых – асимметричны; многие виды их имеют шов и входят в состав бентоса.