Введение
Тип биогенного минерала
Биогенный кремнезем (bSi), также известный как опал, биогенный опал или аморфный опалиновый кремнезем, является одним из наиболее распространенных биогенных минералов. Например, микроскопические частицы кремнезема, называемые фитолитами, можно обнаружить в травах и других растениях. Кремнезем – это аморфный металлоидный оксид, образующийся в результате сложных процессов неорганической полимеризации. Это отличается от других основных биогенных минералов, таких как карбонаты и фосфаты, которые в природе встречаются в виде кристаллических ионно-ковалентных соединений (например, солей), осаждение которых определяется равновесием растворимости. Химически, bSi представляет собой гидратированный кремнезем (SiO2·nH2O), необходимый для многих растений и животных. Диатомеи как в пресной, так и в соленой воде извлекают растворенный кремнезем из воды для использования в качестве компонента клеточных стенок. Аналогично, некоторые голопланктонные простейшие (радиолярии), некоторые губки и некоторые растения (фитолиты листьев) используют кремнезем в качестве строительного материала. Известно, что кремнезем необходим цыплятам и крысам для роста и развития скелета. Кремнезем содержится в соединительных тканях человека, костях, зубах, коже, глазах, железах и органах.
Кремний в морской среде
Силикат, или кремниевая кислота (H4SiO4), является важным питательным веществом в океане. В отличие от других основных питательных веществ, таких как фосфат, нитрат или аммоний, которые необходимы практически всему морскому планктону, силикат является жизненно важным химическим элементом для очень специфических организмов, включая диатомовые водоросли, радиолярий, силикофлагелляты и кремнеземные губки. Эти организмы извлекают растворенный силикат из поверхностных вод открытого океана для построения их частиц диоксида кремния (SiO2), или опалиновых, скелетных структур (то есть твердых частей организма). Некоторые из наиболее распространенных кремнеземных структур, наблюдаемых на поверхности клеток организмов, выделяющих кремнезем, включают: спикулы, чешуйки, сплошные пластинки, гранулы, панцири (фрустулы) и другие сложные геометрические формы, в зависимости от рассматриваемого вида.
Кремниевая смола
Останки диатомовых водорослей и других организмов, использующих кремний, обнаруживаются в виде опаловых осадков в пелагических глубоководных отложениях. Пелагические осадки, содержащие значительное количество кремниевых биогенных остатков, обычно называют кремнистым илом. Кремнистый ил особенно обилен в современном океане на высоких широтах Северного и Южного полушарий. Яркой особенностью распределения кремнистого ила является пояс шириной около 200 км, протянувшийся через Южный океан. Некоторые экваториальные районы апвеллинга, где питательных веществ много и продуктивность высока, также характеризуются локальными отложениями кремнистого ила. Предпочтительное сохранение биогенного кремния по сравнению с органическим углеродом проявляется в постоянно возрастающем соотношении кремния к органическому углероду с увеличением глубины в водной толще. Около тридцати пяти процентов биогенного кремнезема, произведенного в эвфотической зоне, переживает растворение в поверхностном слое, в то время как лишь 4% органического углерода избегает микробного разложения в этих приповерхностных водах. В результате происходит значительное разделение между органическим углеродом и кремнием при осаждении через водную толщу. Накопление биогенного кремнезема на морском дне составляет 12% от поверхностного производства, тогда как скорость накопления органического углерода на морском дне составляет менее 0,5% от поверхностного производства. Таким образом, полярные отложения обеспечивают большую часть накопления биогенного кремнезема в океане, но лишь небольшую долю потока осадочного органического углерода.
Опалиновый кремний на Марсе
В кратере Гусева на Марсе марсоход Spirit случайно обнаружил опаловую кремнеземку. Одно из его колёс ранее застряло и, таким образом, фактически прокладывало траншеи в марсианском реголите, волочась за движущимся марсоходом. Последующий анализ показал, что кремнеземка свидетельствует о существовании гидротермальных условий.