Основы минералогии гипергенеза

Донорно-акцепторный механизм биокосного взаимодействия в другом аспекте может оцениваться как кислотно-основной, в соответствии с современными представлениями в химии акцептор энергии (электронов) является обобщенной кислотой Льюиса (окислителем), а теряющий электроны (окисляющийся) донор - основанием. С этих позиций функционирующий микроорганизм можно рассматривать в качестве "живой" кислоты- окислителя, а окисляющийся минеральный субстрат - в виде основания Льюиса.

Как уже показано, оценка кислотности- щелочности минерального субстрата, находящегося во взаимодействии с микроорганизмом, может быть произведена с помощью ЭхП, вычисленного, к примеру, известным методом, исходя из химического состава минерала (Ракчеев, 1989). Величина ЭхП, в принципе сопоставляемая с работой выхода электрона из структуры минерала и в этом смысле являющаяся мерилом степени окисленности последней, может свидетельствовать о выраженной тенденции в принадлежности минерала к "основанию" или "кислоте". Чем выше ЭхП, тем выше кислотность минерала и ниже его донорное качество. Но, как показали исследования деструкции отдельных минералов и их групп с помощью бактерий (Яхонтова и др., 1983, 1991е), метод ЭхП, не предназначенный для учета реального структурного состояния минерала (дефекты, полупроводниковые свойства, явления полиморфизма, степень упорядочения и др.), лишь ориентировочно и только для минералов одного структурного ряда и контрастного химизма, способен сопоставить их кислотно-основные свойства.

Например, в исследованной группе слоистых силикатов ряд увеличения кислотности и, следовательно, уменьшения донорных, жизнеобеспечивающих качеств выглядит следующим образом (в числителе - ЭхП, в знаменателе - извлечение SiO2 бактериями в %): шамозит 4,99/35-мусковит 5,20/15-каолинит 5,34/12-тальк 5,48/4. Показанная последовательность быстро нарушается, когда исследования переносятся на отдельные представители этой группы с различными конституционными изменениями (структурное упорядочение, фрактальность и пр.).

Энергетические показатели - важнейшие в характеристике деструкции минералов в их взаимодействии с микроорганизмами. К сожалению, накопленный опыт анализа энергетики минералообразования и функционирующих абиогенных систем, проводимого на основе разработок классической термодинамики, не может быть автоматически перенесен на механизм биокосных взаимодействий. В числе главнейших причин - неравновесность, необратимость и достаточно строгая направленность конкретных потоков взаимодействия от минерального субстрата к функционирующему организму и наоборот.

В осуществлении реакций, являющихся жизнеобеспечивающими, на определяющее место выходят кинетические параметры, связанные с высокой скоростью биологических процессов и диффузией, т.е. с переносом реагирующих веществ. Реальные природные обстоятельства биокосных взаимодействий требуют значительного снижения высоты, исходного энергетического барьера реакций, преодолеваемого в результате приложения к реагирующим единицам энергии активации, которое интенсифицирует их столкновение друг с другом, необходимое для возбуждения процесса взаимодействия.

Во многих случаях термодинамически выгодная реакция не может осуществляться по причине высокого значения в данных условиях (например, температурных) энергии активации. Хрестоматийным примером служит взаимодействие газообразных кислорода и водорода с образованием воды, требующее для своего осуществления приложения мощной энергии активации, например, в виде пламени либо электрического разряда.

Известно, что природные реакции осуществляются легче благодаря участию в них катализаторов, в роли которых обычно выступают микроэлементы, содержащиеся в растворе реагирующей системы. Катализаторы снижают энергию активации и, следовательно, высоту исходного энергетического барьера реакции, меняя общий характер (дизайн) энергетической траектории процесса.

В биокосных взаимодействиях реакции реализуются в условиях снижения энергий активации за счет специфической функции каталитических агентов живой материи - ферментов (энзимов), ускоряющих реакции, но не расходуемых при этом и не входящих в состав конечных продуктов. На рис. 12 схематично показана зависимость энергетического дизайна реакции и высоты ее барьера от участия ферментов - ферментативная реакция осуществляется в условиях резко сниженного энергетического барьера.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8

Еще статьи

Горнодобывающая промышленность Урала
Горнозаводский комплекс включал в себя не только промышленные сооружения, своеобразные в архитектурном и техническом плане, придававшие индустриальный облик ландшафту Уральского региона, но и особую социальную среду, состоящую из горнозаводского населения, инженерно-технического и административно-уп ...