Фосфатизированные бактерии из меловых фосфоритов Сирии, район Пальмиры

Сирийские фосфориты являются частью крупного и важного в экономическом отношении фосфоритоносного мегабассейна Северной Африки — Ближнего Востока. В этом обширном регионе промышленные месторождения локализованы в отдельных бассейнах, в целом относящихся к южной периферии Тетиса и восточной — Палеоатлантики [6, С. 56][9]. Район исследования расположен в южной части горной цепи Пальмиры (Сирия) и входит в Пальмирский фосфоритоносный бассейн. В районе открытым способом добывают фосфориты месторождений Альшаркия из двух карьеров — А и Б. Продуктивной является толща верхнего кампана [11], формация Саваней, которая является частью группы Сухней. Мощность толщи варьирует от 17 до 317 м, мощность фосфоритовых пластов достигает 10—12 м [8][9].

Характеристики фосфоритов месторождения Альшаркия

На основании изучения прозрачных шлифов из руд месторождения Альшаркия установлено, что фосфатные компоненты представлены различными видами фосфатных зерен. Среди них установлены фосфатные оолиты, пеллеты, онколиты, дазикладиевые водоросли, а также фораминиферы, диатомовые водоросли, фрагменты раковин беспозвоночных, много обломков скелетов позвоночных, в том числе и зубов рыб, копролиты. Размеры фосфатных зерен по большей части составляют от 0,05 до 0,5 мм, хотя встречаются миллиметровые и редко сантиметровые (рис. 1).

Все фосфатные зерна, если они не затронуты перекристаллизацией, проявляются как фрагменты фосфатизированных органических остатков биологических сообществ и скелетных частей беспозвоночных и позвоночных.

Цемент преимущественно карбонатный: микрокристаллический и мелкозернистый (спаррит), сложен кальцитом и микрокристаллическим доломитом. В некоторых случаях можно наблюдать большие хорошо сформированные ромбоэдры доломита и новообразованный кальцит. Конечно, многие органические структуры в случае наложенных диагенетических и катагенетических процессов определить просто невозможно.

Интересно отметить, что при изучении образцов под электронным микроскопом роль бактерий в образовании и концентрации фосфорита оказывается более важной и существенной в регионе Пальмиры, чем предполагалось ранее (рис. 2). Во многих недавних исследованиях, посвященных сирийским фосфоритам, роль бактерий как существенного фактора их формирования не рассматривалась. Большинство зерен фосфорита представляют собой фосфатизированные фрагменты сообществ бактерий в виде кокков, трубочек, нитевидных форм, а также минерализованного гликокаликса в виде пластинчатых микробиальных пленок и листоватых структур, что свидетельствует о важной роли бактерий не только на стадии осадконакопления, но и позднее, в диагенезе. И эта огромная роль, которую играют бактерии в геологических процессах, обусловлена их ничтожными размерами, так как бактерии легко проникают в трещины и поры, и они приспособлены к неблагоприятным условиям: высыханию, холодам, нагреванию до 80—90 °С, не теряя при этом жизнеспособности, а их споры выдерживают кипячение [2].

Необходимо подчеркнуть, что продуктом жизнедеятельности бактерий является образование карбонатов [1] и, что симптоматично, это вводит понятие бактериогенных осадков [там же, стр. 14]. В том случае если фосфор будет присутствовать в среде в достаточном количестве, с помощью бактерий образуется фосфорит. Обогащение фосфором произошло из глубинных вод на северном краю Аравийской платформы потоками, которые поднимались на эту обширную платформу [10].

Для описания формы и структур, возникших в результате жизнедеятельности бактерий, использован термин «микробиолиты», означающий органоосадочные образования, возникшие как результат деятельности донных микробиальных сообществ, улавливающих и связывающих частицы вещества и/или образующиеся в результате осаждения хемогенного материала [5][12]. Авторы разделили эти формы на две основные группы: в первую входят сами бактериальные формы, эта группа делится на 5 морфологически отличающихся друг от друга типов бактерий, а во вторую группу входят структуры, возникшие в результате жизнедеятельности бактерий, эта группа делится также на 5 морфологически различных типов.

Морфологические типы фосфатизированных бактерий и микробиолитов в сирийских меловых фосфоритах Альшаркии включают следующие разновидности.

1. Коккоидные бактерии — фосфатизированные кокковидные бактерии слагают зерна диаметром от 1 до 3,5 мкм, редко до 5 мкм. Они встречаются в виде отдельных зерен, колоний и агрегатов (рис. 3), они разбросаны по поверхности зерен и наблюдались в пустотах диаметром 30—600 мкм, часто имеющих правильную округлую форму. Эти пустоты наверняка являлись местами обитания более крупных организмов (рис. 3E) или находятся в каналах, трубках, и пустотах диаметром 5—15 мкм, которые наблюдались при изучении шлифов при СЭМ (рис. 3B, C, D).
2. Стрептококковидные бактерии — округлые кокковидные бактерии диаметром от 0,3 до 0,8 мкм, собраны в цепочки длиной от 5 до 10 мкм, из-за чисто внешнего сходства названы нами стрептококками (рис. 4). Они встречаются в трубках и пустотах диаметром от 5 до 20 мкм, а длиной до 40 мкм, также покрывают внутренние стенки этих трубок и пустот. Некоторые из этих пустот выглядят так, как если бы они были вызваны растворением раковин фораминифер и других организмов.
3. Клеточные бактерии— фосфатизированные бактериальные клетки длиной от 1 до 1,5 мкм и шириной около 0,5 мкм, связанные в виде цепочек, располагаются на внешней поверхности зерен (рис. 5A).
4. Овальные (цилиндрические) бактерии— удлиненно-цилиндрической формы с сужающимися концами, длиной 7—10 мкм и диаметром 4—5 мкм (рис. 5B), по внешнему виду сходны с бациллами (Bacilli). Они обнаружены прикрепленными к твердой стенке поверхностных пустот, которые, очевидно, являлись местами обитания более крупных организмов.
5. Палочковидные бактерии— это бактерии, которые чем-то похожи на предыдущие, но с меньшими размерами, длиной от 1 до 3 мкм и диаметром около 0,5 мкм (рис. 5C). Они иногда соединены друг с другом в продольном направлении и выглядят как нити, по форме и размерам напоминающие цианобактерии и пурпурные бактерии.

Помимо фосфатизированных бактериальных форм выделено несколько микробиальных структур, возникших в результате жизнедеятельности бактерий. Их классифицировали на 5 типов.

1. Листоватые формы биопленок (гликокаликс)— остатки бактериальных форм, имеющие листоватую или пластинчатую форму. Предполагается, что это продукты литификации внеклеточной слизи — гликокаликса, выделяемого бактериями. Они встречаются как обособленные и самостоятельные формы прикрепленными к твердым стенкам поверхностных пустот или других зерен либо встречаются в виде минерализованных скоплений внутри трубок, образованных в основном бактериями (рис. 6A—C).
2. Минерализованные микробиальные плен-
   кипредставлены скоплениями минерализованных бактериальных биопленок в виде фоссилизированных слоев, покрывающих другие плотные ассоциации, и имеют относительно крупные размеры, превышающие 100 мкм (рис. 6D).
3. Трубовидные формы представляют собой
   трубки и каналы различной морфологии и размеров: прямолинейные, изгибающиеся, ветвящиеся (рис. 2, 3B), которые, по-видимому, формировались в результате жизнедеятельности бактерий, их диаметр имеет размеры от 5 до 20 мкм. Часть из них распределены разнонаправленно, а другие имеют определенную направленность (рис. 2B). Изнутри их стенки покрыты скоплениями бактериальных пленок (рис. 6A). В некоторых случаях они также содержат бактерии кокковидного типа или покрыты изнутри бактериями стрептококковидного типа.
4. Нитевидные формы — нитевидные образования, скорее всего, являются бактериями, состоят из бактериальных клеток, прикреплены к поверхностям, диаметром от 0,1 до 1 мкм (рис. 5Ab, D).
5. Гранулы и микробиальные маты— объекты и формы, созданные бактериями, или участвующие в их создании, будь то изолированные объекты или слоистые формы, к этому типу относятся: оолиты, онколиты, микросгустки пелитоморфного карбонатного материала, слоистые формы в виде строматолитов и др. Размеры гранул разные, но большинство от 50 до 500 мкм (рис. 1).

Сохранившиеся остатки ископаемых микроорганизмов в древних фосфоритах часто имеют прекрасную сохранность [7]. Это объясняется тем, что формирование фосфоритов связано с замещением биогенных остатков фосфатом кальция, которое происходит с большой скоростью в природе. Быстрая фосфатизация (часы, первые сутки) цианобактериальных сообществ была подтверждена экспериментально [3]. Значение бактерий в морском фосфоритообразовании можно рассматривать с разных точек зрения. Хорошо известна роль бактерий в минерализации органического фосфора как в почвах, так и в морских отложениях [13]. С другой стороны, сами бактерии в процессе жизнедеятельности активно усваивают фосфор, способствуя в конечном итоге его концентрации. Еще одна роль бактерий — косвенная, выражающаяся в минерализации их клеток после отмирания так же, как и у многоклеточных организмов [4].

Заключение

Результаты данного исследования подтверждают, что в образовании сирийских фосфоритов, помимо макробионтов (фораминиферы, двустворки, костные и другие органические остатки), участвовали несколько видов бактерий. Впервые выявлено и описано пять разновидностей бактерий и пять разных структур, образовавшихся в результате их жизнедеятельности. Обосновано значение бактерий как ключевого фактора образования сирийских фосфоритов на стадии осадконакопления и в диагенезе.