Представляется, что высокоупорядоченные структуры минералов в большей степени соответствуют структурной организованности живой клетки и более кооперативны с ней в энергетическом и информационном обмене биокосного взаимодействия.
Биосфера, как известно, подразделяется на биокосные системы, в которых проявляется единство взаимодействующих косной и живой материи. В числе таких систем почвы, гидросфера, кора выветривания пород, зона гипергенеза рудных месторождений, состоящих из более мелких подразделений - подсистем. Выделение подсистем связано с более конкретными типами минерального субстрата и микроорганизмов, обитающих на данном субстрате. В основе имеющихся описаний косных систем лежат самые общие характеристики (Перельман, 1977; Яхонтова, Нестерович, 1983).
С появлением возможности определения некоторых энергетических границ устойчивости минерального субстрата, например в величинах удельной энергии атомизации минералов (Еm), распространенных в данной биокосной системе, стало реальным получение для подразделений биосферы некоторой энергетической характеристики, включающей стабильность минерального субстрата, который может быть деструктирован функционирующими на нем микроорганизмами.
Так, для зоны гипергенеза рудных месторождений такой характеристикой служит предел изменения Еm 1,5-10 кДж/г, определяемый стабильностью сульфидов, слагающих минеральный субстрат этой системы. Энергетический показатель в пределе 1,5-10 кДж/г в определенной мере характеризует жизнедеятельность тионовых бактерий, деструктирующих сульфиды, свидетельствуя о том, что данные микроорганизмы способны разрешать субстрат со стабильностью не более 10 кДж/г. Этот верхний предел изменения Еm связан с пиритом - наиболее устойчивым сульфидом гипергенной зоны.
Для кор выветривания силикатных пород, где функционируют силикатные и другие бактерии, энергетический показатель связан с границами устойчивости большинства силикатов и приходится на предел изменения Еm 25-35 кДж/г. Наиболее устойчивы в силикатной биокосной системе полевые шпаты и пироксены (28-30 кДж/г), кварц (31), серпентин (32), слюда (30-33) и Al-Mg- хлориты (33-35 кДж/г).
Выделение подсистем биосферы может быть ощутимо модифицировано с помощью отмеченного "энергетического" показателя, ориентированного на стабильность минерального субстрата. В табл. 50 представлены результаты подобной разработки, относящейся к зоне гипергенеза рудных месторождений, где выделены три гипергенные подсистемы с характерными для них общими условиями, субстратами, их стабильностью и микроорганизмами. Подобные разработки позволяют существенно уточнить минералообразующие процессы, протекающие в гипергенной зоне сульфидных месторождений.
Подсистемное деление кор выветривания может быть произведено с учетом типа выветривающихся пород, определяющих жизнеобеспечение населяющих их организмов, т.е. с учетом величины удельной энергии атомизации минералов, слагающих различные породы (базиты, гранитоиды, щелочные породы и пр.)
Не подлежит, таким образом, сомнению, что широко распространенные в земной коре микроорганизмы в совокупности с минеральным веществом образуют специфические геологические системы, функционирование которых в равной мере определяет генетические особенности биосферы и практически совпадающей с ней экзогенной зоны.
Жизнеобеспечение микроорганизмов связано с их активным участием в процессе деструкции минерального субстрата, устойчивость которого определяется энергетикой вещества и его пространственной организацией, а также энергетическими барьерами ферментативных реакций, осуществляемых организмами. В целом, как уже говорилось, она представляет собой некоторый функционал трех функций устойчивости - энергетической, кинетической и "типологической", которые могут быть соответственно поименованы как ортостабильность, псевдостабильность и квазистабильность
Наименее устойчивые в биокосном взаимодействии минералы являются в первую очередь жизнеобеспечивающими, так как в донорно- акцепторном механизме взаимодействий они служат донорами, в большей мере способными снабдить микроорганизм веществом и энергией. Наиболее надежная оценка устойчивости минерального субстрата, находящегося во взаимодействии с организмом, может быть получена с помощью экспериментов, выполненных с использованием специализированно исследованного субстрата. Имеющиеся различные расчетные методы, затронутые в данной работе, к сожалению, страдают рядом ограничений.
Таблица 50.
Биокосная система "Зона гипергенеза сульфидных месторождений"
и ее подсистемы в энергетических показателях
| Минеральный субстрат | Устойчивость субстрата (пределы измене-ния Еm, кДж/г) | Главнейшие микроорганизмы системы | рН среды и глав-нейшие бактериаль-ные процессы |
| Горизонты аэрации и просачивания раствора | |||
| Подсистема 1 сульфиды, суль-фоарсениды, арсе-ниды | 1,5- 10 | Аэробы Thiobacillus ferro-oxidans, Thiobacillus thiooxi-dans | 2- 3 Окисление сульфи-дов и их аналогов |
| Участки с застойными растворами и весьма слабой аэрацией | |||
| Подсистема 2 органические ве-щества среды и сернокислые рас-творы | 45- 55* | Анаэробы из родов Desulfo-vibrio и Desulfotomaculum | 7- 9 Сульфатредукция: синтез H2S, серы и сульфидов |
| Участки с подтоком H2S, недоокисленных соединений серы и слабой аэрации | |||
| Подсистема 3 сера, H2S, SO3, SO2, S2O32- и др. | 10- 25 | Анаэробы Thiobacillus thio-parus, Thiobacillus denitrifi-cans; аэр. типа Th. Neapolita-nus | 6- 8 Окисление серы и недоокисленных форм серы |
*Расчет выполнен с учетом обычных для жизнедеятельности указанных в таблице бактерий веществ: лактата, пирувата и др.
Проведенный анализ современного состояния различных проблем в теории биокосных взаимодействий, входящих в сферу исследований, прежде всего минералогии, в ее теоретические и прикладные аспекты, и определяющих эффективность минералого- генетических и геохимических работ, выявил острую необходимость ее дальнейшего развития. От успехов разработки этой теории зависит создание новейшей технологии переработки минерального сырья, связанной с использованием микроорганизмов, - биогеотехнологии, а также организации работ по биогеомониторингу.