Rare Earth Elements in Fe oxyhydroxides from biofilms containing iron-oxidizing bacteria

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Fe oxyhydroxides extracted from modern-day biofilms with iron-oxidizing bacteria Arthrobacter spp., Gallionella spp и Leptothrix ochracea in the north-west of the East European platform display the enhanced content of rare earth elements – up to 1100 ppm. REE concentration in bacterial oxyhydroxides increase by one order in magnitude during 1 year suggesting the high sorption capacity of newly formed Fe mineral phases. La/YbN, Ce and Y anomalies in bacterial oxyhydroxides are consistent with geochemistry of the surface water facies where bacterial communities live. Isotopic composition of Nd in studied bacterial oxyhydroxides is controlled by the lithology of the Q-R underlying sediment and ambient water. 143Nd/144Nd values in Fe minerals of bacterial origin vary from 0.511570 to 0.512220 (eNd(0) from –21.8 to –9.2), the high proportion of radiogenic Nd is typical for the samples located on platform cover with Palaeozoic carbonate sediment.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. B. Felitsyn

Institute of Precambrian Geology and Geochronology of the RAS

Author for correspondence.
Email: felitsynsergey@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Батурин Г.Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. М.: Наука, 1986. 328 с.
  2. Борхвардт Д.В., Фелицын С.Б. Геохимия вулканических туфов редкинского горизонта верхнего венда Русской платформы // Вулканология и сейсмология. 1992. № 1. С. 33‒45.
  3. Дубинин А.В. Геохимия редкоземельных элементов в океане. М.: Наука, 2006. 360 с.
  4. Израэль Ю.А, Назаров И.М., Прессман А.Я., Ровинский Ф.Я., Рябошапко А.Г., Филиппова Л.М. Кислотные дожди. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 269 с.
  5. Ковальчук Ю.Л., Полтаруха О.П., Жданова Г.В. Железо-марганцевые микроорганизмы в донных отложениях Севастопольской бухты и прилегающих участков юго-западной части Крымского побережья // Вода, химия и экология. 2012. № 11. С. 55‒59.
  6. Сочава А.В., Коренчук Л.В., Пиррус Э.А., Фелицын С.Б. Геохимия верхневендских отложений Русской платформы // Литология и полез. ископаемые. 1992. № 2. С. 71‒89.
  7. Фелицын С.Б., Богомолов Е.С. Редкоземельные элементы, Rb-Sr и Sm-Nd систематики в торфяно-болотных железных рудах и мхах северо-запада Восточно-Европейской платформы // Литология и полез. ископаемые. 2016. № 2. С. 118‒128.
  8. Фелицын С.Б., Богомолов Е.С. Изотопный состав неодима подземных вод Санкт-Петербургского региона // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2017. № 4. С. 73‒81.
  9. Фелицын С.Б., Алфимова Н.А. Изотопные и микроэлементные систематики бактериальных матов с Gallionella sp. на северо-западе Восточно-Европейской платформы // ДАН. 2017. Т. 474. № 6. С. 271‒273.
  10. Чухров Ф.В., Звягин Б.Б., Горшков А.И., Ермилова Л.П., Балашова В.В. О ферригидрите // Известия АН СССР. Сер. геол. 1973. № 4. С. 22‒33.
  11. Banakar V.K., Hein J.R. Growth response of a deep-water ferromanganese crust to evolution of the Neogene Indian Ocean // Marine Geology. 2000. V. 162. P. 529‒540.
  12. Bouvier A., Vervoort J.D., Patchett P.J. The Lu–Hf and Sm–Nd isotopic composition of CHUR: Constraints from unequilibrated chondrites and implications for the bulk composition of terrestrial planets // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. V. 273. P. 48–57.
  13. Davis J.A., Leckie J.O. Surface ionization and complexation at the oxide/water interface II. Surface properties of amorphous iron oxyhydroxide and adsorption of metal ions // J. Colloid Interface Sci. 1978. V. 67(1). P. 90‒107.
  14. De Carlo E.H., MacMurtry G.M. Rare-earth element geochemistry of ferromanganese crusts from the Hawaiian Archipelago, Central Pacific // Chem. Geol. 1992. V. 95(3‒4). P. 235‒250.
  15. Emerson D., Fleming E.J., Mcbeth J. Iron-Oxidizing Bacteria: An Environmental and Genomic Perspective // Ann. Rev. Microbiol. 2010. V. 64. P. 561‒583.
  16. Felitsyn S.B., Alfimova N.A., Bogomolov E.S. Nd and Sr isotopic composition of ancient iron-made artifacts and ores from Northwest Russia // Geoarchaeology. 2019. V. 34. P. 221‒228.
  17. Felitsyn S.B., Alfimova N.A., Bogomolov E.S. The accumulation of the REE by bacterial Fe oxyhydroxide // Geochemistry International. 2023. V. 61. P. 1‒14. https://doi.org/10.1134/S0016702923090021
  18. Gromet L.P., Haskin L.A., Korotev R.L., Dymek R.F. The “North American shale composite”: Its compilation, major and trace element characteristics // Geochim. Cosmochim. Acta. 1984. V. 48. P. 2469‒2482.
  19. Hayles S., Al T., Cornett J., Harrison A., Zhao J. Growth rates for freshwater ferromanganese concretions indicate regional climate change in eastern Canada at the Northgrippian‒Meghalayan boundary // The Holocene. 2021. V. 31. P. 1250‒1263.
  20. Hiemstra T., Riemsdijk W.H. A surface structural model for ferrihydrite I: Sites related to primary charge, molar mass, and mass density // Geochim. Cosmochim. Acta. 2009. V. 73. P. 4423‒4436.
  21. Koski R.A. Ferromanganese deposits from the Gulf of Alaska Seamount Province: Mineralogy, chemistry and origin // Can. J. Earth Sci. 1988. V. 25. P. 116‒133.
  22. Liu H., Pourret O., Guo H., Bonhoure J. Rare earth elements sorption to iron oxyhydroxide: Model development and application to groundwater // Appl. Geochem. 2017. V. 87. P. 158‒166.
  23. Möller P., Dulski P., De Lucia M. REY Patterns and Their Natural Anomalies in Waters and Brines: The Correlation of Gd and Y anomalies // Hydrology. 2021. V. 8. P. 1‒21.
  24. Sajih M., Bryan N.D., Livens F.R., Vaughan D.J. Descosts M., Phrommavanh V., Nos J., Morris R. Adsorption of radium and barium on goethite and ferrihydrite: A kinetic and surface complexation modeling study // Geochim. Cosmochim. Acta. 2014. V. 146. P. 150‒163.
  25. Sturesson U., Popov L., Holmer L., Basset M., Felitsyn S., Belyatsky B. Neodymium isotopic composition of Cambrian-Ordovician biogenic apatite in the Baltoscandian Basin: implications for palaeogeographical evolution and patterns of biodiversity // Geol. Mag. 2005. V. 142. P. 419‒439.
  26. Taylor S.R., McLennan S.M. The Continental Crust; Its composition and evolution; an examination of the geochemical record preserved in sedimentary rocks. Oxford: Blackwell, 1985. 312 р.
  27. Tessier A., Fortin D., Belzile N., De Vitre R.R., Leppard G.G. Metal sorption to diagenetic iron and manganese oxyhydroxides and associated organic matter: Narrowing the gap between field and laboratory measurements // Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. P. 387‒404.
  28. Trivedi P., Axe L., Dyer J. Adsorption of metal ions onto goethite: Single-adsorbate and competitive systems // Colloids Surf. A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2001. V. 191. P. 107‒121.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Iron oxyhydroxides covering the cells of Leptothrix ochracea, location Skachki, sample Sk-1-A. Images were obtained using a JSM-6510LA scanning electron microscope (Japan) equipped with a JED-2200 spectrometer (JEOL)

Download (277KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of REE (a) and sodium (b) sum content in iron oxyhydroxides on the age of bacterial mate

Download (182KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of REE in iron oxyhydroxides in samples from the locations Skachki (a), Lake Orlinskoye (b) and the Sestra Zavodskaya River (c) according to Table 1. Sestra Zavodskaya (c) according to the data of Table 1

Download (259KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».