Гидрохимия - Крайнов С.Р.
ISBN 5-247-01293-3
Скачать (прямая ссылка):
Геохимический эффект гетеро- и автотрофной сульфатредукции различен. При автотрофной сульфатредукции pH среды повышается, поскольку S2--J-H2O = HS"+OH" и это ведет к смещению карбонатных равновесий в сторону CO32***, в результате чего из подземных вод осаждается CaCOg. При гетеротрофной сульфатредукции происходит уменьшение pH среды (из указанной ранее реакции следует, что образуется один анион 52"идве молекулы CO2).
В связи с этим в зонах развития гетеротрофной сульфатредукции увеличивается агрессивность подземных вод по отношению к соединениям кальция и растворяются карбонатные породы. . '
Сульфатредуцирующие микроорганизмы активно образуют H2S в диапазоне pH 4—10,5 и при температуре от О до 8O0C .Диапазон Eh восстановления SO42" до H2S определяется диапазоном жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий. Он достаточно велик — в околонейтральной среде сульфатре-дукция может начинаться при Eh+180 мВ и продолжаться до Eh —400 мВ. Наибольшая численность и активность сульфатредуцирующих бактерий наблюдаются в сульфидных водах районов нефтяных и серных месторождений. Количество сульфатредуцирующих бактерий в 1 мл воды может достигать 104—106 клеток.
6.4.4. Влияние деятельности микроорганизмов на трансформации миграционных форм азота
Трансформации форм азота в подземных водах связаны с процессами нитрификации, нитратредукции и денитрификации. Нитрификация заключается в бактериальном окислении аммония до нитрата. Различают гетеротрофную и автотрофную нитрификации. Первая осуществляется такими микроорганизмами как Ftavobacterium, Xanthomonas, Pseudomonas и др. Ее роль может быть геохимически значимой только при высоком содержании в подземных водах органических веществ. Более
190'
распространенной является автотрофная нитрификация, пр» которой бактерии используют энергию окисления неорганических веществ. В этом процессе активно участвуют микроорганизмы родов Nitrosomanas, Nitrosovibrio, Nitrospira, Nirtoso-lobus и др. [23].
Окисление аммония до нитрата — это многостадийный процесс. В суммарном виде он может быть выражен общей схемой:
NH+4 ->? NH2OH HNO — N0"3 -+ NOv
гидрокснламни ннтроксил
При этом изменяется валентность азота в образующихся; соединениях в соответствии со следующим рядом:
N3" N1" N1+ N3+ N5+.
Схематично выделяют две фазы нитрификации. В первую фазу нитрификации происходит окисление аммония до нитрита NH4++1,502=N02~+2H++H20, во вторую — окисление нитрита до нитрата. Эти фазы выполняются различными родами микроорганизмов.
Нитрифицирующие микроорганизмы являются аэробными, микроорганизмами, они развиваются в присутствии кислорода, поэтому в общей схеме гидрогеохимической зональности их действие наиболее активно в самых верхних водоносных горизонтах, содержащих кислородные воды.
Кинетика процессов нитрификации в гидрогеохимических системах пока мало изучена. Но о скорости этого процесса можно судить по результатам исследований С. И. Кузнецова, показавших, что скорость нитрификации в водоемах с маломинерализованной водой может достигать л-10"1—я-10° мг N л/сут.
Противоположно направленными являются процессы нит-ратредукции и денитрификации. Эти процессы ведут к восстановительному преобразованию N03" в соединения, содержащие азот в низших валентностях. Более распространенным является процесс нитрат редукции. Он заключается в восстановлении N03~—>-N02~—»-NH4+. Известно не менее 45 родов микроорганизмов, которые способны осуществлять этот процесс. Денитрификация более сложный процесс — он заключается в-ступенчатом преобразовании азотсодержащих соединений в последовательности
• • *
N0-3 — N0-2 NO N2O N2.
При этом происходит обратное изменение валентности азота в образующихся соединениях в соответствии с рядом: N5+-^-N3+-*--^N2+-*sN1+-*-N°. Часто процесс денитрификации суммируют схемой 4N03-+5C->-2C032-+3C02+2N2. Общее число микро
19L
организмов, способных осуществлять процесс денитрификации также достаточно велико — их не менее 17 родов.
По данным Л. Е. Крамаренко, денитрифицирующие микроорганизмы наиболее активно развиваются в бескислородных подземных водах, начиная с Eh порядка +200 мВ. Число клеток денитрифицирующих .микроорганизмов, .присутствующих в таких азотсодержащих подземных водах, достигает 10е клеток на 1 мл. На деятельность денитрифицирующих микроорганизмов большое влияние оказывает температура. По данным И. А. Бриллинг, при температуре менее 5 0C подавляется деятельность этих микроорганизмов и при таких температурах NO3- быстро продвигается в зоне аэрации до грунтовых вод. При температурах порядка 200C денитрифицирующие микроорганизмы наиболее активно восстанавливают нитраты и поэтому на движение нитратов в зоне аэрации к грунтовым водам накладывается своеобразный микробиологический барьер. Процесс денитрификации является геохимически чрезвычайно важным, этот процесс удаляет часть азотсодержащих соединений (особенно нитратов) из подземных вод путем образования газовой фазы (N2O, N2), способной уходить в атмосферу. Этот процесс — важная составная часть кругооборота азота в природе.
