微生物在玛尔坎苏锰矿带锰矿成矿过程中的双重作用
黄钦¹ 皮道会^*1 蒋少涌^*1，2 
1.中国地质大学（武汉）资源学院，武汉 430074 
2.中国地质武汉（武汉）紧缺战略矿产协同创新中心，武汉 430074
一直以来，微生物作用被认为在沉积锰矿成矿过程中起着至关重要的作用，微生物介导的锰氧化物还原是提高孔隙水中Mn²⁺浓度和碱度的关键因素(Calvert and Pedersen, 1996)。最新研究提出微生物细胞作为成核模板对锰碳酸盐的沉淀起着进一步的控制作用(Zhang et al., 2021)。然而，该模型的微观结构仍然存在争议，锰碳酸的成核途径仍然需要进一步的限制。
近年来，新疆西昆仑玛尔坎苏地区新发现一系列的大-中型富锰矿床，这些矿床的含锰岩系赋存于上石炭统喀拉阿特河组的泥质灰岩。奥尔托喀讷什和穆呼-玛尔坎土锰矿作为玛尔坎苏锰矿带中最典型的沉积锰矿床，其富锰碳酸盐矿石的Mn含量远远高于国内、外的其他沉积锰矿床。此外，该锰矿带中锰矿石具有高有机质含量，是研究微生物作用对沉积锰矿成矿贡献的理想材料。本研究中，我们采集了来自奥尔托喀讷什和穆呼-玛尔坎土锰矿的锰矿石样品。扫描电镜观察发现两个锰矿床中的锰碳酸盐都具有“特殊”的形态结构(棒状、哑铃状、球粒状以及花菜状等)。共聚焦拉曼光谱分析发现这些“特殊”形态的锰碳酸盐矿物与有机质存在密切的空间关系。傅里叶红外光谱识别出锰矿石样品中存在C-H、C-O-C以及C-O等有机质官能团。此外，两个锰矿床中锰碳酸盐矿石都具有高的总有机碳含量(3-8%)。这些生物地球化学特征指示微生物与锰碳酸盐矿物的沉淀有着密切的联系。此外，我们在实验室模拟了细菌Shewanella oneidensis MR-1在厌氧环境中还原水纳锰矿(MnO₂)以及沉淀锰碳酸盐的过程。培养实验结果发现无菌对照组没有锰碳酸盐矿物的沉淀；在有菌组的实验中发现了大量的棒状、哑铃状及球粒状锰碳酸盐，且这些锰碳酸盐与细菌细胞存在密切的空间关系。在不同Ca²⁺浓度(0、5、10、15、20mM)的实验组中，锰碳酸盐矿物在形态结构上具有一定差异。培养实验中沉淀的锰碳酸盐在形态结构以及与微生物空间关系上与玛尔坎苏地区锰矿中的锰碳酸盐一致，表明微生物对于玛尔坎苏地区锰矿的形成具有双重作用：微生物介导的锰氧化物的还原和微生物诱导的锰碳酸盐沉淀。
值得注意的是，特殊形态结构(棒状、哑铃状以及球粒状)的锰碳酸盐并不是玛尔坎苏锰矿带独有的特征，这些结构在世界上很多其他锰矿床和富锰沉积物中都有发现，例如埃迪卡拉纪陡山沱组的高燕锰矿、成冰纪“大唐坡”锰矿，印度的Penganga组，古元古代Nstua锰矿，波罗的海的Landsort和Gotland Deep。广泛分布的“特殊”结构的锰碳酸盐意味着微生物诱导锰碳酸沉淀过程可能是地质历史时期的锰碳酸盐矿床形成的重要途径。


基金项目： 西昆仑玛尔坎苏地区富锰矿床成矿环境和富集机制研究 （批准号：41972091)
第一作者简介: 黄钦（1994.08），男，博士研究生，研究方向：沉积锰矿床成因研究. E-mail：18896083211@163.com
^*通信作者简介：皮道会（1978.07），男，副教授，研究方向：矿床地球化学研究; 蒋少涌（1964.12），男，教授，研究方向：矿床地球化学研究.
 

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