吞噬金属的微生物如何帮助稀有的有毒元素碲在环境中循环流动

新技术往往意味着元素开始以新的方式在环境中流动。以铅管道为例：它有助于为大众提供淡水，但却留下了有毒的遗产，一直到今天。

随着我们摆脱化石燃料的过渡，我们正在转向依赖在过去很少使用的稀有元素的技术。其中之一是碲，一种在越来越多的太阳能板中发现的元素。

我们如何预测通过生物圈的碲化物流量急剧增加的潜在隐患?我们如何确保这种商品的安全和可靠供应?

为了开始回答这些问题，我们来到了墨西哥的一个废弃的金矿--发现吞噬金属的微生物是如何在环境中移动这种难以捉摸的元素的。

移动中的元素

碲在地壳中和黄金一样稀有，每公吨的平均地壳岩石中只有大约1毫克。这种银色物质在1783年才被发现，直到最近，它的主要名声是如果你处理它，会让你闻到大蒜般的难闻气味。

碲经常被发现在金矿中。尽管黄金以其耐用性而闻名，但在过去的15年里，我们发现这种贵金属在环境中具有显著的流动性--甚至在树上生长。

事实证明，某些微生物可以有效地啃食黄金，慢慢地将金块转化为可以在环境中移动的化学形式。这些移动的黄金化合物(尤其是能溶解于水的化合物)具有相当的毒性：只有少数抗金属的微生物能在金粒表面发现的独特微环境中茁壮成长。

碲能像黄金一样移动吗?

我们想测试微生物是否能像对待黄金一样，在环境中循环使用碲。我们使用天然矿床来做这件事，但这为我们提供了关于如果富含碲的材料被人类倾倒会发生什么的信息。

找到一个合适的地点是一个挑战。由于高碲含量与高金含量有关，大多数靠近地表的碲矿床(如西澳大利亚卡尔古利附近的矿床)在很久以前就已经被开采殆尽。

最终，我们的探索将我们带到了墨西哥的莫克特苏马，那里有一个小型的前金矿，其碲含量异常丰富。

在该矿，我们研究了远离金和碲主矿脉的矿石和土壤。我们发现碲正在远离最丰富的矿石，并在原生碲片的表面发现了天然碲纳米颗粒的第一个证据。

这一发现意义重大，因为纳米粒子在环境中发挥着特殊的作用，因为它们与宏观粒子相比具有不同的属性。例如，它们往往比大颗粒的反应性更强，而且它们本身就可能是有毒的。

我们发现的碲纳米粒子看起来与以前在金粒表面发现的金纳米粒子非常相似。

纳米颗粒和微生物

我们还表明，金和碲在土壤和地下水中具有相当不同的传输模式。

例如，黄金颗粒可以在河流中被带得很远。然而，金属碲在暴露于空气中时会迅速氧化，形成高度可溶的有毒化合物。因此，金属形态的碲粒不存在物理运输。

碲的移动也因与土壤中的普通矿物质反应而受到限制。这是一件好事，因为碲的有限流动性使地下水中的浓度很低，从而限制了毒性影响。

在我们发表在《危险材料通讯》杂志上的最新研究中，我们在远离富含金属的露头区的莫克特苏马的土壤中检测到了纳米碲化物。

由于纳米金属碲是高度反应性的，而且预计不会在土壤中长期存活，这一发现提供了最有力的证据，表明微生物正在积极帮助这种稀有元素在环境中循环。这些土壤中的碲很可能受到氧化和溶解的动态循环，然后是还原和沉淀，所有这些都由微生物活动控制。

我们现在才开始了解微生物如何循环"外来"元素，如碲。了解这些"生物地球化学"过程对于了解元素如何在我们的地貌中移动非常重要。然后我们可以评估潜在的风险，并设计有效的缓解策略。

这种理解也有助于开发更可持续的采矿(和回收)技术。至少在莫克特苏马周围，微生物有效地从土壤中的碲中分离出黄金。

将需要创新的解决方案来解决我们的地球需要更可持续地产生更多的能源，而清理矿山产品加工以更好地分离所有潜在的商品元素只是这些方式之一。