Fe(ıı) Ve Metal Sülfürlü Minerallerin Oksidasyonu Sırasında Biyojeokimyasal Etkilerin Oksijen,kükürt Ve Fe İzotopları Yardımı İle Tayin Edilmesi

Abstract

Bu çalışmada, mikrobiyolojik faaliyetlerin metal sülfür minerali ve Fe(II) oksidasyonuna olan etkisi oksijen (O2), sülfür (S) ve Fe izotopları kullanılarak araştırılmıştır. Metal sülfür oksidasyon deneyleri pH’3 ve 2,1’de biyolojik ve kimyasal olarak gerçekleştirilmiştir. Piritin biyolojik ve kimyasal oksitlenmesi sonucu oluşan sülfatın ana oksijen kaynağının su olduğu (~%90) ve oksijen izotop değerlerinin (δ18OSO4) biyolojik kökeni yansıtmadığı ortaya konmuştur. Düşük pH’li (2.1) pirit oksidasyon deney sonuçları, sulfata kaynak olan ara sülfür bileşikleri (sulfite, SO3-2 ) ile su arasındaki oksijen izotopu değişim reaksiyonlarının oksijen izotopu üzerindeki biyolojik etkileri ortadan kaldırabileceğini önermektedir. Biyolojik ve kimyasal sfalerit ve sülfür oksidasyon deneyleri sonucunda elde edilen δ18OSO4 değerleri, sülfatın oksijeninin tek kaynağının su olduğunu göstermiştir. Pirit deneyleri sonucunda elde edilen δ34SSO4 değerleri, piritin δ34S değerini yansıtmaktadır. Benzer ilişki, sfalerit deneylerinde de elde edilmiştir. Sülfatın δ34S değeri, kaynak olan sfaleritin δ34S değerini yansıtmaktadır. Deneyler sonucunda elde edilen δ18OSO4 değerlerine dayanılarak, kullanılan metal sülfür mineralleri için oksidasyon mekanizmaları önerilmiştir. Kimyasal ve biyolojik Fe(II) oksidasyonu sonucunda oluşan Fe(III) ve Fe-oksitlerin δ56Fe değerlerinin biyolojik izleri yansıtmadığı tespit edilmiştir. Asit koşullar altında Fe(II)’nin biyolojik oksidasyonu sonucu oluşan Fe-oksitlerin biyolojik izleri taşımadığı ve bu nedenle jeolojik kayıtlarda korunamayacağı sonucuna varılmıştır.

In this study, bacterial influence on metal sulfide minerals and Fe(II) oxidation was investigated as inferred from oxygen, sulfur isotopes of sulfate and Fe isotopes of Fe-oxides. Oxidation experiments for metal sulfide minerals (pyrite, sphalerite and elemental sulfur) were carried out as biological and chemical at pH 3 and 2.1. It was demonstrated that water-oxygen was the major oxygen source for sulfate produced during biotic and abiotic pyrite oxidation and that the δ18OSO4 values do not represent biological origin. Lower pH (2.1) pyrite oxidation experiments suggest that oxygen isotope exchange reactions between intermediate sulfur species and water may hinder the biological influence on the oxygen isotope of sulfate. The δ18OSO4 values from biological and chemical oxidation of sphalerite and elemental sulfur showed that water-oxygen was the only oxygen source for sulfate. The δ34SSO4 values from pyrite oxidation closely reflect the δ34S value of pyrite. Similar relation was obtained from sphalerite experiments. The δ34S value of sulfate represents the δ34S value of source sphalerite. Based on the δ18OSO4 values from metal sulfides experiments, oxidation pathways were proposed for each mineral used in the experiments. It was revealed that the δ56Fe values of Fe(III) and Fe-oxides from biotic and abiotic Fe(II) oxidation do not reflect the unique “biosignature under low pH conditions. Fe isotope “biosignatures” related to microbial oxidation of ferrous iron may not be expressed in the ferric iron products of the oxidation process, and thus will be absent in the geologic record.