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Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
1
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
1 cm
Australia (Ballarat)
279 oz (7,9 Kg)
Urali (Miass, Russia)
0,42 oz (11,98 g)
1 oz (oncia) = 28,35 g
1 ozt (oncia troy) = 31,10 g
@Bogni Giorgio, marzo 2018@L’OR Deluy N17
Ciclo biogenico dell’oro ed esplorazione mineraria
Sintesi delle principali tematiche relative al ciclo biogenico dell’oro, genesi di pepite biogeniche,
esplorazione mineraria (geochimica dei sedimenti pesanti, biogeochimica, biosensing e bioleaching).
[1] [2]
Luglio 2018
Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
2
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria Indice dei contenuti:
- 1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro:
1 a- Introduzione;
1 b- Potenzialità del modello biotico: funzionamento dei biofilm;
1 c- Modello biotico e abiotico e confronto;
1 d- Influenza del modello biotico ed abiotico;
1 e- Il ruolo della vegetazione associata al ciclo biogenico
dell’oro;
- 2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria:
2 a- Geochimica dei sedimenti pesanti;
2 b- Geochimica dei suoli e terreni adiacenti i DAP;
2 c- Biosensing e riconoscimento dell’associazione batterica;
- 3- Potenzialità nella estrazione mineraria:
3 a- Bioprocessing (Bioleaching);
- 4- Conclusioni
- 5- Bibliografia e sitografia
@L’OR Deluy N17 [3]
Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
3
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
- 1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro:
1 a- Introduzione I batteri sono microrganismi unicellulari procarioti [5], posseggono
alcune caratteristiche:
Attività metaboliche [5]
Un certo numero esplica azione patogena, altri partecipan
ai processi di degradazione enzimatica delle spoglie di
animali e piante e ai cicli del carbonio, dell’ossigeno,
dell’idrogeno, dell’azoto, dello zolfo, del ferro, del
manganese, ecc.
Morfologia [5]
I batteri mostrano poche forme fondamentali [4]: sferica
(cocchi), bastoncellare (bacilli), ricurva (vibrioni o
spirilli). I batteri più piccoli sinora osservati (nanobatteri)
hanno un diametro medio di 200-500 nm.
[4]
Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
4
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Riproduzione e crescita [5].
I batteri si riproducono per divisione della cellula madre in due cellule figlie[6,7].
La cellula in procinto di dividersi aumenta di volume, poi comincia a restringersi in corrispondenza
dell’asse mediano, fino a separarsi in due nuove entità identiche [6]. Queste possono formare
aggruppamenti caratteristici (catene, tetradi, filamenti, grappoli ecc.).
L’intero processo ha una durata media di 20-30 minuti e dipende dalla specie batterica presa in
esame [7].
[7][6]
6- dettaglio del momento in cui avviene la duplicazione del batterio (porzione inferiore dell’immagine).
7- colonia di batteri che ha attecchito su una superficie, detta biofilm.
Luglio 2018
5
Comunità batteriche [5]
Il tipo di crescita prevalente negli ambienti naturali è quello sessile. Quando l’apporto di nutrienti è
limitato, i batteri tendono ad aderire a supporti solidi restando così stabilmente adesi all’interfaccia
solido-liquido, dove si concentrano i nutrienti. Una volta stabiliti, i batteri secernono sostanze
esopolisaccaridiche che li circondano, garantendone la coesione al supporto e tra di loro [5,8].
L’intero processo impiega da alcuni giorni a qualche settimana [5].
Genesi dei biofilm
[8]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
8- attecchimento, espansione e riproduzione dei batteri sessili attraverso i biofilm.
Luglio 2018
6
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Legenda
9- Fotografie al SEM (microscopio
elettronico a scansione)
di biofilm sulla superficie di granuli d’oro
provenienti da:
A- Lively’s find (Australia);
B- Corrego Born Sucesso (Brazil);
C- Australia, oro in nanofasi;
D- Prophet Mine (Australia);
(Figura numero 3 da Rea et alii., 2016) [9]
Luglio 2018
7
Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro
1 b- Potenzialità del modello biotico: funzionamento dei biofilm
Legenda
10- Fotografie al SEM di biofilm sulla superficie di granuli
d’oro:
A,B- Crescita e sviluppo di biofilm su granulo d’oro dal
«black placer», Arizona (A); Lively’s find, Australia (B).
C- Sezione del rim esterno di un granulo d’oro dal
«black placer», Arizona (A); si noti la morfologia spugnosa
e il colore grigio chiaro, indicativo di minor presenza di
rame ed argento.
(Figura numero 7 da Melchiorre et alii., 2018) [10]
1 2 3 4 5 6
1. Condizioni superficiali Insediamento di specie batteriche e crescita dei biofilm 5. Mobilizzazione dell’oro 6. Dispersione delle cellule
Acinetobacter spp.
Lysobacter sp.
Duganella sp.
Solubilizzazione dell’oro (S)
Detossificazione dall’oro (G)
Resistenza all’oro (M)
4. Turnover metabolico dei
Complessi organici (O);
Xenobiotici (X);
Tossine (T);
3. Ciclo nutritivo
C- fissazione(C)
N2- fissazione (N)
Nitrificazione (NI)
Denitrificazione (D)
2. Produzione EPS (E)
Auto-aggregation (A)
Diaphorobacter sp. (S)
Sphingomonas spp. (S, M)
Methylobacterium sp. (S)
C. metallidurans (G)
D. adovorans (G)
S. maltophilia (G)
Achromobacter spp. (M)
Halomonas sp. (M)
Herbaspirillum sp. (M)
Burkholderia spp. (M)
Shewanella sp. (M)
Acinetobacter spp. (M)
Pseudomonas spp. (M)
Ideonella sp. (M)
Acinetobacter spp. (O)
Burkholderia spp. (O)
Pelomonas sp. (O)
Pseudomonas spp. (O)
Sphingobium sp. (O)
Sphingomonas spp. (O)
Arthrobacter sp. (X)
Diaphorobacter sp. (X)
Phenylobacterium sp. (X)
Xanthomonas sp. (X)
Methylobacterium sp. (T)
Rhodobacter sp. (C)
Beijerinckia sp. (N)
Rhizobium spp. (N)
Herbasiprillum sp. (N)
Pelomonas sp. (N)
Nitrobacter sp. (NI)
Diaphorobacter sp. (NI, D)
Acidovorax sp. (D)
Achromobacter sp. (D)
C. Metallidurans (D)
S. Maltophilia (D)
Pseudomonas spp. (D)
Pseudomonas spp. (E)
Burkholderia spp. (E)
Methylobacterium sp. (E)
Acinetobacter spp. (E)
Sediminibacterium spp. (A)
Rhodobacter sp. (A)
Arthrobacter spp.
Corybacterium sp.
Deinococcus sp.
Kocuria sp.
Microbacterium spp.
Micrococcus spp.
Propionibacterium spp.
Staphylococcus spp.
Oro biogenico
Oro secondario
Batteri Gram – positivi
Batteri Gram – negativi
Composti organici
Nano-particelle d’oro
Complessi auriferi
(modificato da figura numero 6 da Rea et alii., 2016) [9]
Luglio 2018
9
10- oro secondario disperso nei depositi auriferi superficiali:
A: aspetto dell’oro secondario in granuli e pagliuzze macroscopiche;
B: unico elemento d’oro in pepita (nugget), Australia;
C: unico elemento d’oro in granulo (picker) (Arrowtown, Nuova Zelanda); si notino
le tracce superficiali di ossidi di ferro e manganese, tipici indicatori di attività batterica passata.
(Figura numero 1 da Melchiorre et alii., 2018)[10]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Concentrazione
Dispersione
Riconcentrazione
Mineralizzazione aurifera primaria (DAP) (Au: 60-90 wt%)
Oro secondario e batteriogenico (Au: 99 wt%)
Biosolubilizzazione
Trasporto
Bioaccumulo
Biomineralizzazione
Biomineralizzazione
Processi geochimici
e geologici
Formazione dei silica sinter
Mineralizzazione a solfuri
Mineralizzazione riduttiva
Alterazione solfuri
Bio-ossidazione e
complessazione
Apparati radicali
vegetazione
Meccanismi abiotici
(tra cui: capillarità,
convezione, diffusione)
Precipitazione
riduttiva
Assorbimento
passivo
Nucleazione e
cristallizzazione
Fossilizzazione
Sollevamento
Diagenesi
Metamorfismo
Sedimentazione
Genesi energia
Genesi energia
Batteri termofili e ipertermofili e
Archea
Batteri termofili e ipertermofili SRB
(Thermodesulfobacterium spp.) e
Archea (Archaeoglobus spp.) (T<400°C)
Batteri ipertermofili H2 ossidanti (T.
maritime) e Archea (P. islandicum, P.
furious) (T<400C)
Fe/S ossidazione
Produzione cianuri
Produzione
amminoacidi
Produzione
tiosolfato
Interazione vegetazione –
batteri:
Essudazione radici,
metabolismo
Detossificazione
Micronutrizione
Genesi energia
Utilizzo del ligando
R. metallidurans, S. enterica, P. boryanum
M. luteus, methanotrophic bacteria (?)
G. metallireduces, R. metallidurans (?)
Fe/S ossidanti (tiosolfato d’oro) (A. thiooxidans), SRB, complessi
amminoacidi e cianurati d’oro
Batteri: P. maltophilia, B. subtilis, E. coli
Lieviti: C. utilis, S. cervisiae
Attinomiceti: S. albus, S. fradiae
Funghi: A. niger, F. oxysporum
Funghi, lieviti e batteri (Pseudomonas spp.)
C. violaceum, P. fluorescens, P. aeruginosa, P. putida, P. syringae,
P. pecoglossicida, B. megaterium
Funghi: (A. niger, F. oxysporum) e batteri (B. subtills, B. alvei, S.
marcescens, B. megaterium)
Fe/S ossidanti (A. thioparus), actinomycetes (S. fradiae), SRB (D.
desulfuricans)
Fe/S ossidanti (A. ferrooxidans, A. thiooxidans)
Evento metamorfico
Evento supergenico
Evento idrotermale
Esempio: conglomerati a ciottoli di quarzo in placer auriferi
(Witwatersrand, Africa)
(modificato da figura numero 1 da Reith et et alii., 2017) [11]
Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
11
1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro
1 c- Modello biotico e abiotico a confronto: dalla mineralizzazione primaria[12] al ritrovamento dell’oro negli ambienti
superficiali sotto forma di oro secondario[13].
.
@L’OR Deluy N17 @L’OR Deluy N17[12] [13]
12- Mineralizzazioni aurifere primarie (DAP)
di bassa temperatura (T< 300°C).
L’attività batterica potrebbe risultare
importante nella concentrazione di oro (T<400°C).
13- Oro secondario in cui contribuiscono
sia il modello biotico che abiotico.
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Luglio 2018
Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
12
Modello biotico
(LE)
Modello abiotico
(LE)
Modello abiotico
(HE)
Modello in cui le colonie batteriche (biofilm) sono
determinanti per il ciclo biogenico dell’oro.
Modello in cui la vegetazione, attraverso la capillarità, l’essudazione
dell’apparato radicale, etc permette un arricchimento localizzato di
oro.
Modello in cui gli agenti esogeni permettono un arricchimento
localizzato in oro. Inoltre nei momenti transienti tra gli eventi
ad alta energia, i rim esterni si arricchiscono passivamente in
oro (Ag-Cu leaching).
Evento
metallogenico
Modello biotico
(LE)
Evento idrotermale, metamorfico, etc che genera il
deposito aurifero primario (DAP).
Colonie batteriche ipertermofile e resistenti ad
ambienti ostili e profondi permettono un
arricchimento localizzato in oro (deep biosphere).
Arricchimento
supergenico
I granuli d’oro non solo si trovano arricchiti in
depositi superficiali (DAS) ma hanno anche
dimensioni maggiori rispetto la fonte primaria
(DAP).
Mineralizzazione
aurifera primaria
Oro
secondario
Modello biotico e abiotico[9,10] a confronto:
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Luglio 2018
13
1
2
2b
3
4
4b
5
Legenda:
1- Oro con morfologia simile alla mineralizzazione aurifera primaria (resti del DAP, DASe);
2, 2b- Oro simile morfologicamente a (1), maggiore attività agenti esogeni (DASe-c, DASf);
3- Oro appiattito in pagliuzze (flakes) in ambienti ad alta energia a causa di stress esterni (corsi d’acqua, battigia) (DASf, DASco);
4, 4b- Oro ripiegato a seguito di buckling in ambienti ad alta energia (DASf);
5- Oro di maggiori dimensioni a seguito di processi supergenici (abiotici HE s.s.).
Focus: modello abiotico HE (componente attiva in ambienti ad alta energia: corsi d’acqua, battigia) [14].
[14]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
14- granuli e pagliuzze d’oro influenzate dal processo abiotico ad alta energia (stress cinetici).
Luglio 2018
14
Granulo d’oro in cui i livelli più
esterni a contatto con l’ambiente
circostante reagiscono, disperdendo
l’argento ed arricchendosi passivamente
di oro.
Granulo d’oro in cui è attivo il processo
descritto in «b» e localmente nelle
depressioni, i biofilm agiscono fissando l’oro
presente nei complessi circostanti.
Le depressioni vengono nel tempo colmate.
a b c
Focus: Modello biotico LE[9,10,15]. (ambienti a bassa energia ed alta attività batterica, caso «a» e «c»)
Processo abiotico HE
Argento e rame estratti senza l’ausilio
dell’attività batterica.
(Ag, Cu leaching)
Processo abiotico HE e biotico LE
- Argento e rame estratti senza
l’ausilio dell’attività batterica.
- Oro biogenico presente (rim
esterno).
Processo biotico
Oro, argento e rame estratti con l’ausilio
dell’attività batterica.
(Au, Ag, Cu bioleaching)
Granulo d’oro in cui i biofilm tendono
a passare in soluzione l’oro presente
e disperderlo sotto forma di complessi
nei fluidi circostanti.
[15]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
15- schemi che riportano i principali risultati del modello biotico e abiotico sui granuli e pagliuzze d’oro.
Luglio 2018
15
Possibile depressione in cui si possono annidare
colonie batteriche
Minerali inclusi all’interno del
granulo d’oro
Nucleo interno del
granulo d’oro
Livelli esterni del
granulo d’oro
Livelli intermedi del
granulo d’oro
97% Au; 2%Ag;
1% Cu
72% Au;
27%Ag; 1% Cu
68% Au;
30%Ag; 2% Cu
Diversa
composizione
Contributo dei modelli:
- M. Biotico a bassa energia;
- M. Abiotico a bassa energia;
- M. Abiotico ad alta energia.
Contributo dei processi principali correlati all’evento metallogenico.
[16]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
16- sezione di un granulo d’oro in cui è possibile osservare in sintesi le differenze chimiche della lega oro-argento-rame e il rapporto
composizionale tra i bordi esterni (rim esterni), la porzione intermedia ed il nucleo.
15
Luglio 2018
16
Modello abiotico (a bassa ed alta energia)[9,17]:
Modello in cui i granuli e le pagliuzze d’oro aumentano di dimensione
grazie alle forze di attrazione deboli in ambienti ad alta energia, i
quali permettono una maggiore percentuale di particelle aurifere
a contatto nel tempo.
Modello biotico[9,17]:
Modello in cui i granuli e le pagliuzze d’oro aumentano
di dimensione grazie alla precipitazione di oro
biogenico nelle principali depressioni. Si genera una
pellicola protettiva dalla futura lisciviazione del rame ed
argento in lega, che riveste il granulo originario.
Pro:
- Ambienti costieri e fluviali favorevoli (ambienti ad alta energia);
- Spiega le pepite trovate nei placer costieri (DASco) e fluviali (DASf);
Contro:
- Difficoltoso il calcolo delle probabilità;
- La morfologia non mostra una chiara corrispondenza;
- Gli esperimenti di laboratorio non forniscono un chiaro risultato.
Pro:
- Ambienti tropicali, subtropicali e temperati favorevoli;
- Spiega le pepite trovate nei suoli lateritici in ambienti cratonici;
- Spiega le pepite di argento e platino;
- La morfologia è mammellonare, sferoidale, ottaedrica.
Contro:
- Difficoltosi studi interdisciplinari, strumenti di analisi avanzati;
- I batteri tendono a non lasciare traccia della loro
presenza passata nel granulo d’oro influenzato;
[17]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
17- nella seguente immagine sono riportate in sintesi i granuli d’oro risultanti da processi prevalentemente biotici (a sinistra) e abiotici (a
destra).
Luglio 2018
17
Si noti come i DAS principali vengano affiancati da quelli prodotti dagli agenti esogeni con minore influenza.
Agente esogeno
dominante genera
DAS principale
Agente esogeno meno influente rielabora il DAS principale
DASe-c
DASfr
DASfr-c
DASg
DASf
DASf-c
Canale attivo
Sistema idrotermale
aurifero
DASe
[18]
Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro:
1 d- Influenza del modello biotico ed abiotico
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
18- profilo longitudinale al versante in cui sono riportati i vari depositi auriferi secondari (DAS), generati dai prevalenti agenti esogeni locali.
L’oro presente, la sua dimensione e la sua concentrazione dipendono dal rapporto tra i processi abiotici e biotici e come variano nel tempo e
nello spazio.
Luglio 2018
18
Trasporto eolico del fogliame
Vegetazione ad alto fusto
Caduta materia organica
(fogliame, rami, frutti, semi,
pollini, fiori, etc.)
Deposito materia organica
Infiltrazione acque meteoriche
ricche in materia organica in
complessi.
Substrato roccioso con degradazione
meteorica e alterazione chimica della
mineralizzazione aurifera primaria.
Risalita capillare:
Chioma e fogliame;
Fusto;
Apparato radicale.
orizzonte O
orizzonte A
orizzonte B
orizzonte C
orizzonte R
Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro:
1 e- Il ruolo della vegetazione associata al ciclo
biogenico dell’oro[9,10,19,20];
[19]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
19- profilo del suolo in cui è possibile evidenziare localizzate
porzioni di arricchimento in oro biogenico (giallo puntinato nero).
Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018
19 Substrato con mineralizzazione primaria
affiorante
Suolo con i diversi
orizzonti
Lacqua infiltrante tende a
discendere lungo il suolo e
lungo il versante
L’albero riesce a portare verso la superficie
Infinitesime quantità di oro in soluzione.
L’albero non viene in contatto con la
mineralizzazione sottostante e la sua
dispersione.
Si genera un pennacchio di dispersione secondario
Lungo la regolite si sviluppa
il pennacchio di dispersione primario
O
A
B
C
R
[20]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
20- profilo longitudinale al versante in cui si evidenzia come la dispersione degli elementi caratteristici della mineralizzazione primaria
(pathfinder) e dell’oro stesso sono anche influenzati dalla biosfera, oltre che dall’idrosfera (direzione di flusso delle acque sotterranee).
Porzioni in cui sono dominanti la lisciviazione chimica e batterica.
Porzioni in cui sono dominanti il bioaccumulo e la
bioprecipitazione.
Luglio 2018
20
2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria
2 a- Geochimica dei sedimenti pesanti [21,22]
Nelle prime fasi speditive di prospezione è possibile eseguire uno studio sulla frazione terrigena pesante,
campionabile lungo i principali corsi d’acqua. Essa evidenzia le possibili mineralizzazioni primarie a monte.
L’oro contenuto nei solfuri viene ritrovato tipicamente libero, in quanto questi ultimi sono facilmente alterabili
e rilasciano il nobile metallo.
[21] [22]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
21- setacciamento in colonna: una serie di setacci a maglie più fini verso il basso permettono di fornire un’informazione quantitativa sulle
dimensioni dei principali minerali ricercati. Vi è anche un primo approccio qualitativo sul terreno.
22- a seguito di una campagna di prospezione geochimica dei sedimenti pesanti è possibile determinare ed ubicare il tenore calcolato dai
campioni ed avere indicazioni sulla mineralizzazione primaria.
Luglio 2018
21
2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria
2 b- Geochimica dei suoli e terreni adiacenti i DAP [23,24]
L’applicazione di una campagna di campionamento del suolo a diverse profondità con metodi standard può
portare al collocamento spaziale del deposito ricercato e all’inquadramento giacimentologico dello stesso
(minerali costituenti, probabile tenore, dimensione del deposito, etc.). Di solito questa fase di prospezione è
preceduta dalla fase di geochimica dei sedimenti pesanti [21,22];
[23] [24]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
23- sezione longitudinale al versante in cui si evidenzia l’anomalia chimica dell’oro in corrispondenza del campione più vicino alla
mineralizzazione sepolta (ore). Con il termine «wall rock» si intende la roccia incassante.
24- i campioni vengono prelevati secondo istruzioni standard ed a profondità note, secondo la tipologia di campagna geochimica richiesta.
Luglio 2018
22
Biogeochimica
Geochimica affioramenti
Geochimica dei sedimenti
pesanti
Geochimica dei sedimenti
lacustri
Geochimica dei gas dei
suoli
Mineralizzazione
primaria aurifera
(DAP)
Dispersione
secondaria
Dispersione
primaria
Geochimica acque
sotterranee
Geochimica incassante
della mineralizzazione
Alone di dispersione degli
elementi pathfinder tipici della
mineralizzazione
Geochimica dei suoli e della
regolite
Suolo residuale
Suolo non residuale
Regolite
[modificato 25]
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
25- modello tridimensionale che evidenzia le relazioni spaziali tra la dispersione primaria e secondaria rispetto un deposito aurifero sepolto.
Vi sono vari approcci di analisi geochimica applicabili.
Luglio 2018
23
2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria:
2 c- Biosensing e riconoscimento dell’associazione batterica (C. metallidurans) [9,10,11,26,27];
I biosensori sono dispositivi che utilizzano microorganismi per rilevare composti specifici; il legame del sensore, il quale di
solito è un enzima, si traduce in un cambiamento misurabile. Si potrebbero teoricamente utilizzare queste proteine
specifiche per rilevare e quantificare immediatamente le concentrazioni di oro in campioni ambientali. Si possono rilevare
valori di concentrazione dell’oro fino a 20 ppb con precisione di 2 ppb. Questa tecnica è adottabile anche sul terreno.
[26] [27]
26- sezione ultrasottile in cui si osserva Cupriavidus metallidurans con in dettaglio oro particolato nel citoplasma.
27- biofilm in cui è presente C. metallidurans nella depressione di un granulo d’oro.
Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
Luglio 2018
24
3- Potenzialità nel settore minerario
3 a- Bioprocessing (bioleaching) [9,10,11];
L’oro viene estratto dalla calaverite (AuTe2)[28], silvanite (Ag,Au)Te2, petzite (Ag3AuTe2) oltre che i solfuri [29];.
- Biolisciviazione della pirite con Thiobacillus ferrooxidans;
- Biolisciviazione dell’oro con Diaphorobacter sp.
- Bioaccumulo dell’oro con C. metallidurans;
[28] [29]
28- calaverite in matrice di quarzo, grandezza del minerale in fotografia circa un centimetro.
29- biofilm in cui è presente T. ferrooxidans, il quale ossida l’arsenopirite e libera nel tempo l’oro.
Luglio 2018
25
4- Conclusioni
L’influenza dei microorganismi (archea, batteri, funghi, lieviti) sull’aumento di dimensione dell’oro ritrovabile
in ambienti superficiali (es. placer) e profondi (es. depositi) potrebbe essere maggiore di quanto finora
ipotizzato [30]. I modelli biotici ed abiotici concorrono insieme ad aumentare sia le dimensioni che arricchire
porzioni fisiche in oro [31]. Sulla base di molti fattori (es. il clima) è possibile che i modelli prevalgano nel
tempo di importanza uno sull’altro [9,10,11].
[30] [31]
30- pepite di diversa grandezza e provenienza (Stati Uniti, Canada); si noti la differente morfologia, si riesce a distinguere l’oro biogenico?
31- collezione privata: pepite, granuli e pagliuzze di diverse dimensioni, l’azione degli agenti esogeni è importante; provenienza: Canada.
@L’OR Deluy N17 @L’OR Deluy N17
26
Grazie per l’attenzione
27
5- Bibliografia e sitografia
1. Foto di repertorio gentilmente concessa dall’autore della pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.
https://www.facebook.com/Deluyd/photos/a.945455728853375.1073741829.667599346639016/1631353413596933/?type=3&theat
er
2. Foto di repertorio di Giorgio Bogni, Negozio “Minerali e Pietre” di Sesto Calende, Piazza Mazzini. Fotografia scatta a marzo 2018,
ritrovamento nel 2017 presso rifornitore esterno.
3. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.
https://www.facebook.com/Deluyd/photos/a.945455728853375.1073741829.667599346639016/1631328336932774/?type=3&theat
er
4. Le caratteristiche della cellula batterica: http://www.chimica-online.it/biologia/batteri.htm
5. http://www.treccani.it/enciclopedia/batteri/
6. https://www.ck12.org/biology/bacteria-reproduction/lesson/Prokaryote-Reproduction-BIO/
7. http://english.mathrubhumi.com/news/columns/faunaforum/bacteria-are-everywhere%21-english-news-1.1270282
8. Ulteriori rivestimenti esterni: http://www.chimica-online.it/biologia/batteri.htm
9. Rea Maria Angelica, Zammit Carla M. & Reith Frank – Bacterial biofilms on gold grains – Implication for geomicrobial transformations
of gold. (2016). FEMS Microbiology Ecology, 92, 2016, fiw082.
10. Melchiorre Erick B., Orwin Paul M., Reith F., Rea D. Maria Angelica, Yahn J & Allison R. – Biological and geochemical dvelpment of
placer gold deposits at Rich Hill, Arizona USA (2018). Minerals 2018, 8, 56; doi:10-3390/min8020056; www.mdpi.com/journal
/minerals.
11. Reith F., Lengke M., Falconer D., Craw D., Southam G. – The geomicrobiology of gold (2007). The ISME Journal (2007) 1, 567-584 @
2007 International Society fro Microbial Ecology. All rights reserved 1751-7362/08. www.nature.com/ismej
12. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.
13. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.
14. Immagine repertorio dell’autore;
15. Immagine repertorio dell’autore;
16. Immagine repertorio dell’autore;
17. Immagine repertorio dell’autore;
18. Immagine repertorio dell’autore;
19. Immagine repertorio dell’autore;
20. Immagine repertorio dell’autore;
21. https://steemit.com/africa/@sayodele52/gold-exploration-using-stream-sediments
22. https://www.geologyforinvestors.com/geological-field-work-when-is-it-justified/
23. http://www.medellin.unal.edu.co/~rrodriguez/geologia/anatomy-of-a-mine/Anatomy%20of%20a%20Mine%20--%20Exploration%20-
%20Continued1.htm
24. https://www.ngu.no/en/topic/geochemical-prospecting
25. https://www.slideshare.net/DEEPCHANDBALAMANI/geochemical-drainage-surveys
26. https://www.internetchemie.info/news/2009/oct09/images/cupriavidus-metallidurans.jpg
27. https://en.wikipedia.org/wiki/Cupriavidus_metallidurans#/media/File:CSIRO_ScienceImage_3908_Coloured_scanning_electron_imag
e_of_bacterioform_gold_on_a_gold_grain_from_the_Hit_or_Miss_Mine_in_northern_Queensland.jpg
28. https://e-rocks.com/item/cr193577/calaverite
29. https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=610
30. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.
31. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.

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Biogenesi dell'oro - [Italian version]

  • 1. Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 1 Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 1 cm Australia (Ballarat) 279 oz (7,9 Kg) Urali (Miass, Russia) 0,42 oz (11,98 g) 1 oz (oncia) = 28,35 g 1 ozt (oncia troy) = 31,10 g @Bogni Giorgio, marzo 2018@L’OR Deluy N17 Ciclo biogenico dell’oro ed esplorazione mineraria Sintesi delle principali tematiche relative al ciclo biogenico dell’oro, genesi di pepite biogeniche, esplorazione mineraria (geochimica dei sedimenti pesanti, biogeochimica, biosensing e bioleaching). [1] [2]
  • 2. Luglio 2018 Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 2 Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria Indice dei contenuti: - 1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro: 1 a- Introduzione; 1 b- Potenzialità del modello biotico: funzionamento dei biofilm; 1 c- Modello biotico e abiotico e confronto; 1 d- Influenza del modello biotico ed abiotico; 1 e- Il ruolo della vegetazione associata al ciclo biogenico dell’oro; - 2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria: 2 a- Geochimica dei sedimenti pesanti; 2 b- Geochimica dei suoli e terreni adiacenti i DAP; 2 c- Biosensing e riconoscimento dell’associazione batterica; - 3- Potenzialità nella estrazione mineraria: 3 a- Bioprocessing (Bioleaching); - 4- Conclusioni - 5- Bibliografia e sitografia @L’OR Deluy N17 [3]
  • 3. Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 3 Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria - 1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro: 1 a- Introduzione I batteri sono microrganismi unicellulari procarioti [5], posseggono alcune caratteristiche: Attività metaboliche [5] Un certo numero esplica azione patogena, altri partecipan ai processi di degradazione enzimatica delle spoglie di animali e piante e ai cicli del carbonio, dell’ossigeno, dell’idrogeno, dell’azoto, dello zolfo, del ferro, del manganese, ecc. Morfologia [5] I batteri mostrano poche forme fondamentali [4]: sferica (cocchi), bastoncellare (bacilli), ricurva (vibrioni o spirilli). I batteri più piccoli sinora osservati (nanobatteri) hanno un diametro medio di 200-500 nm. [4]
  • 4. Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 4 Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria Riproduzione e crescita [5]. I batteri si riproducono per divisione della cellula madre in due cellule figlie[6,7]. La cellula in procinto di dividersi aumenta di volume, poi comincia a restringersi in corrispondenza dell’asse mediano, fino a separarsi in due nuove entità identiche [6]. Queste possono formare aggruppamenti caratteristici (catene, tetradi, filamenti, grappoli ecc.). L’intero processo ha una durata media di 20-30 minuti e dipende dalla specie batterica presa in esame [7]. [7][6] 6- dettaglio del momento in cui avviene la duplicazione del batterio (porzione inferiore dell’immagine). 7- colonia di batteri che ha attecchito su una superficie, detta biofilm.
  • 5. Luglio 2018 5 Comunità batteriche [5] Il tipo di crescita prevalente negli ambienti naturali è quello sessile. Quando l’apporto di nutrienti è limitato, i batteri tendono ad aderire a supporti solidi restando così stabilmente adesi all’interfaccia solido-liquido, dove si concentrano i nutrienti. Una volta stabiliti, i batteri secernono sostanze esopolisaccaridiche che li circondano, garantendone la coesione al supporto e tra di loro [5,8]. L’intero processo impiega da alcuni giorni a qualche settimana [5]. Genesi dei biofilm [8] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 8- attecchimento, espansione e riproduzione dei batteri sessili attraverso i biofilm.
  • 6. Luglio 2018 6 Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria Legenda 9- Fotografie al SEM (microscopio elettronico a scansione) di biofilm sulla superficie di granuli d’oro provenienti da: A- Lively’s find (Australia); B- Corrego Born Sucesso (Brazil); C- Australia, oro in nanofasi; D- Prophet Mine (Australia); (Figura numero 3 da Rea et alii., 2016) [9]
  • 7. Luglio 2018 7 Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro 1 b- Potenzialità del modello biotico: funzionamento dei biofilm Legenda 10- Fotografie al SEM di biofilm sulla superficie di granuli d’oro: A,B- Crescita e sviluppo di biofilm su granulo d’oro dal «black placer», Arizona (A); Lively’s find, Australia (B). C- Sezione del rim esterno di un granulo d’oro dal «black placer», Arizona (A); si noti la morfologia spugnosa e il colore grigio chiaro, indicativo di minor presenza di rame ed argento. (Figura numero 7 da Melchiorre et alii., 2018) [10]
  • 8. 1 2 3 4 5 6 1. Condizioni superficiali Insediamento di specie batteriche e crescita dei biofilm 5. Mobilizzazione dell’oro 6. Dispersione delle cellule Acinetobacter spp. Lysobacter sp. Duganella sp. Solubilizzazione dell’oro (S) Detossificazione dall’oro (G) Resistenza all’oro (M) 4. Turnover metabolico dei Complessi organici (O); Xenobiotici (X); Tossine (T); 3. Ciclo nutritivo C- fissazione(C) N2- fissazione (N) Nitrificazione (NI) Denitrificazione (D) 2. Produzione EPS (E) Auto-aggregation (A) Diaphorobacter sp. (S) Sphingomonas spp. (S, M) Methylobacterium sp. (S) C. metallidurans (G) D. adovorans (G) S. maltophilia (G) Achromobacter spp. (M) Halomonas sp. (M) Herbaspirillum sp. (M) Burkholderia spp. (M) Shewanella sp. (M) Acinetobacter spp. (M) Pseudomonas spp. (M) Ideonella sp. (M) Acinetobacter spp. (O) Burkholderia spp. (O) Pelomonas sp. (O) Pseudomonas spp. (O) Sphingobium sp. (O) Sphingomonas spp. (O) Arthrobacter sp. (X) Diaphorobacter sp. (X) Phenylobacterium sp. (X) Xanthomonas sp. (X) Methylobacterium sp. (T) Rhodobacter sp. (C) Beijerinckia sp. (N) Rhizobium spp. (N) Herbasiprillum sp. (N) Pelomonas sp. (N) Nitrobacter sp. (NI) Diaphorobacter sp. (NI, D) Acidovorax sp. (D) Achromobacter sp. (D) C. Metallidurans (D) S. Maltophilia (D) Pseudomonas spp. (D) Pseudomonas spp. (E) Burkholderia spp. (E) Methylobacterium sp. (E) Acinetobacter spp. (E) Sediminibacterium spp. (A) Rhodobacter sp. (A) Arthrobacter spp. Corybacterium sp. Deinococcus sp. Kocuria sp. Microbacterium spp. Micrococcus spp. Propionibacterium spp. Staphylococcus spp. Oro biogenico Oro secondario Batteri Gram – positivi Batteri Gram – negativi Composti organici Nano-particelle d’oro Complessi auriferi (modificato da figura numero 6 da Rea et alii., 2016) [9]
  • 9. Luglio 2018 9 10- oro secondario disperso nei depositi auriferi superficiali: A: aspetto dell’oro secondario in granuli e pagliuzze macroscopiche; B: unico elemento d’oro in pepita (nugget), Australia; C: unico elemento d’oro in granulo (picker) (Arrowtown, Nuova Zelanda); si notino le tracce superficiali di ossidi di ferro e manganese, tipici indicatori di attività batterica passata. (Figura numero 1 da Melchiorre et alii., 2018)[10] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
  • 10. Concentrazione Dispersione Riconcentrazione Mineralizzazione aurifera primaria (DAP) (Au: 60-90 wt%) Oro secondario e batteriogenico (Au: 99 wt%) Biosolubilizzazione Trasporto Bioaccumulo Biomineralizzazione Biomineralizzazione Processi geochimici e geologici Formazione dei silica sinter Mineralizzazione a solfuri Mineralizzazione riduttiva Alterazione solfuri Bio-ossidazione e complessazione Apparati radicali vegetazione Meccanismi abiotici (tra cui: capillarità, convezione, diffusione) Precipitazione riduttiva Assorbimento passivo Nucleazione e cristallizzazione Fossilizzazione Sollevamento Diagenesi Metamorfismo Sedimentazione Genesi energia Genesi energia Batteri termofili e ipertermofili e Archea Batteri termofili e ipertermofili SRB (Thermodesulfobacterium spp.) e Archea (Archaeoglobus spp.) (T<400°C) Batteri ipertermofili H2 ossidanti (T. maritime) e Archea (P. islandicum, P. furious) (T<400C) Fe/S ossidazione Produzione cianuri Produzione amminoacidi Produzione tiosolfato Interazione vegetazione – batteri: Essudazione radici, metabolismo Detossificazione Micronutrizione Genesi energia Utilizzo del ligando R. metallidurans, S. enterica, P. boryanum M. luteus, methanotrophic bacteria (?) G. metallireduces, R. metallidurans (?) Fe/S ossidanti (tiosolfato d’oro) (A. thiooxidans), SRB, complessi amminoacidi e cianurati d’oro Batteri: P. maltophilia, B. subtilis, E. coli Lieviti: C. utilis, S. cervisiae Attinomiceti: S. albus, S. fradiae Funghi: A. niger, F. oxysporum Funghi, lieviti e batteri (Pseudomonas spp.) C. violaceum, P. fluorescens, P. aeruginosa, P. putida, P. syringae, P. pecoglossicida, B. megaterium Funghi: (A. niger, F. oxysporum) e batteri (B. subtills, B. alvei, S. marcescens, B. megaterium) Fe/S ossidanti (A. thioparus), actinomycetes (S. fradiae), SRB (D. desulfuricans) Fe/S ossidanti (A. ferrooxidans, A. thiooxidans) Evento metamorfico Evento supergenico Evento idrotermale Esempio: conglomerati a ciottoli di quarzo in placer auriferi (Witwatersrand, Africa) (modificato da figura numero 1 da Reith et et alii., 2017) [11]
  • 11. Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 11 1- Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro 1 c- Modello biotico e abiotico a confronto: dalla mineralizzazione primaria[12] al ritrovamento dell’oro negli ambienti superficiali sotto forma di oro secondario[13]. . @L’OR Deluy N17 @L’OR Deluy N17[12] [13] 12- Mineralizzazioni aurifere primarie (DAP) di bassa temperatura (T< 300°C). L’attività batterica potrebbe risultare importante nella concentrazione di oro (T<400°C). 13- Oro secondario in cui contribuiscono sia il modello biotico che abiotico. Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
  • 12. Luglio 2018 Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 12 Modello biotico (LE) Modello abiotico (LE) Modello abiotico (HE) Modello in cui le colonie batteriche (biofilm) sono determinanti per il ciclo biogenico dell’oro. Modello in cui la vegetazione, attraverso la capillarità, l’essudazione dell’apparato radicale, etc permette un arricchimento localizzato di oro. Modello in cui gli agenti esogeni permettono un arricchimento localizzato in oro. Inoltre nei momenti transienti tra gli eventi ad alta energia, i rim esterni si arricchiscono passivamente in oro (Ag-Cu leaching). Evento metallogenico Modello biotico (LE) Evento idrotermale, metamorfico, etc che genera il deposito aurifero primario (DAP). Colonie batteriche ipertermofile e resistenti ad ambienti ostili e profondi permettono un arricchimento localizzato in oro (deep biosphere). Arricchimento supergenico I granuli d’oro non solo si trovano arricchiti in depositi superficiali (DAS) ma hanno anche dimensioni maggiori rispetto la fonte primaria (DAP). Mineralizzazione aurifera primaria Oro secondario Modello biotico e abiotico[9,10] a confronto: Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
  • 13. Luglio 2018 13 1 2 2b 3 4 4b 5 Legenda: 1- Oro con morfologia simile alla mineralizzazione aurifera primaria (resti del DAP, DASe); 2, 2b- Oro simile morfologicamente a (1), maggiore attività agenti esogeni (DASe-c, DASf); 3- Oro appiattito in pagliuzze (flakes) in ambienti ad alta energia a causa di stress esterni (corsi d’acqua, battigia) (DASf, DASco); 4, 4b- Oro ripiegato a seguito di buckling in ambienti ad alta energia (DASf); 5- Oro di maggiori dimensioni a seguito di processi supergenici (abiotici HE s.s.). Focus: modello abiotico HE (componente attiva in ambienti ad alta energia: corsi d’acqua, battigia) [14]. [14] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 14- granuli e pagliuzze d’oro influenzate dal processo abiotico ad alta energia (stress cinetici).
  • 14. Luglio 2018 14 Granulo d’oro in cui i livelli più esterni a contatto con l’ambiente circostante reagiscono, disperdendo l’argento ed arricchendosi passivamente di oro. Granulo d’oro in cui è attivo il processo descritto in «b» e localmente nelle depressioni, i biofilm agiscono fissando l’oro presente nei complessi circostanti. Le depressioni vengono nel tempo colmate. a b c Focus: Modello biotico LE[9,10,15]. (ambienti a bassa energia ed alta attività batterica, caso «a» e «c») Processo abiotico HE Argento e rame estratti senza l’ausilio dell’attività batterica. (Ag, Cu leaching) Processo abiotico HE e biotico LE - Argento e rame estratti senza l’ausilio dell’attività batterica. - Oro biogenico presente (rim esterno). Processo biotico Oro, argento e rame estratti con l’ausilio dell’attività batterica. (Au, Ag, Cu bioleaching) Granulo d’oro in cui i biofilm tendono a passare in soluzione l’oro presente e disperderlo sotto forma di complessi nei fluidi circostanti. [15] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 15- schemi che riportano i principali risultati del modello biotico e abiotico sui granuli e pagliuzze d’oro.
  • 15. Luglio 2018 15 Possibile depressione in cui si possono annidare colonie batteriche Minerali inclusi all’interno del granulo d’oro Nucleo interno del granulo d’oro Livelli esterni del granulo d’oro Livelli intermedi del granulo d’oro 97% Au; 2%Ag; 1% Cu 72% Au; 27%Ag; 1% Cu 68% Au; 30%Ag; 2% Cu Diversa composizione Contributo dei modelli: - M. Biotico a bassa energia; - M. Abiotico a bassa energia; - M. Abiotico ad alta energia. Contributo dei processi principali correlati all’evento metallogenico. [16] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 16- sezione di un granulo d’oro in cui è possibile osservare in sintesi le differenze chimiche della lega oro-argento-rame e il rapporto composizionale tra i bordi esterni (rim esterni), la porzione intermedia ed il nucleo. 15
  • 16. Luglio 2018 16 Modello abiotico (a bassa ed alta energia)[9,17]: Modello in cui i granuli e le pagliuzze d’oro aumentano di dimensione grazie alle forze di attrazione deboli in ambienti ad alta energia, i quali permettono una maggiore percentuale di particelle aurifere a contatto nel tempo. Modello biotico[9,17]: Modello in cui i granuli e le pagliuzze d’oro aumentano di dimensione grazie alla precipitazione di oro biogenico nelle principali depressioni. Si genera una pellicola protettiva dalla futura lisciviazione del rame ed argento in lega, che riveste il granulo originario. Pro: - Ambienti costieri e fluviali favorevoli (ambienti ad alta energia); - Spiega le pepite trovate nei placer costieri (DASco) e fluviali (DASf); Contro: - Difficoltoso il calcolo delle probabilità; - La morfologia non mostra una chiara corrispondenza; - Gli esperimenti di laboratorio non forniscono un chiaro risultato. Pro: - Ambienti tropicali, subtropicali e temperati favorevoli; - Spiega le pepite trovate nei suoli lateritici in ambienti cratonici; - Spiega le pepite di argento e platino; - La morfologia è mammellonare, sferoidale, ottaedrica. Contro: - Difficoltosi studi interdisciplinari, strumenti di analisi avanzati; - I batteri tendono a non lasciare traccia della loro presenza passata nel granulo d’oro influenzato; [17] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 17- nella seguente immagine sono riportate in sintesi i granuli d’oro risultanti da processi prevalentemente biotici (a sinistra) e abiotici (a destra).
  • 17. Luglio 2018 17 Si noti come i DAS principali vengano affiancati da quelli prodotti dagli agenti esogeni con minore influenza. Agente esogeno dominante genera DAS principale Agente esogeno meno influente rielabora il DAS principale DASe-c DASfr DASfr-c DASg DASf DASf-c Canale attivo Sistema idrotermale aurifero DASe [18] Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro: 1 d- Influenza del modello biotico ed abiotico Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 18- profilo longitudinale al versante in cui sono riportati i vari depositi auriferi secondari (DAS), generati dai prevalenti agenti esogeni locali. L’oro presente, la sua dimensione e la sua concentrazione dipendono dal rapporto tra i processi abiotici e biotici e come variano nel tempo e nello spazio.
  • 18. Luglio 2018 18 Trasporto eolico del fogliame Vegetazione ad alto fusto Caduta materia organica (fogliame, rami, frutti, semi, pollini, fiori, etc.) Deposito materia organica Infiltrazione acque meteoriche ricche in materia organica in complessi. Substrato roccioso con degradazione meteorica e alterazione chimica della mineralizzazione aurifera primaria. Risalita capillare: Chioma e fogliame; Fusto; Apparato radicale. orizzonte O orizzonte A orizzonte B orizzonte C orizzonte R Cenni teorici: ciclo biogenico dell’oro: 1 e- Il ruolo della vegetazione associata al ciclo biogenico dell’oro[9,10,19,20]; [19] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 19- profilo del suolo in cui è possibile evidenziare localizzate porzioni di arricchimento in oro biogenico (giallo puntinato nero).
  • 19. Luglio 2018Esame di Geochimica Ambientale - Oberto Matteo - 2018 19 Substrato con mineralizzazione primaria affiorante Suolo con i diversi orizzonti Lacqua infiltrante tende a discendere lungo il suolo e lungo il versante L’albero riesce a portare verso la superficie Infinitesime quantità di oro in soluzione. L’albero non viene in contatto con la mineralizzazione sottostante e la sua dispersione. Si genera un pennacchio di dispersione secondario Lungo la regolite si sviluppa il pennacchio di dispersione primario O A B C R [20] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 20- profilo longitudinale al versante in cui si evidenzia come la dispersione degli elementi caratteristici della mineralizzazione primaria (pathfinder) e dell’oro stesso sono anche influenzati dalla biosfera, oltre che dall’idrosfera (direzione di flusso delle acque sotterranee). Porzioni in cui sono dominanti la lisciviazione chimica e batterica. Porzioni in cui sono dominanti il bioaccumulo e la bioprecipitazione.
  • 20. Luglio 2018 20 2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria 2 a- Geochimica dei sedimenti pesanti [21,22] Nelle prime fasi speditive di prospezione è possibile eseguire uno studio sulla frazione terrigena pesante, campionabile lungo i principali corsi d’acqua. Essa evidenzia le possibili mineralizzazioni primarie a monte. L’oro contenuto nei solfuri viene ritrovato tipicamente libero, in quanto questi ultimi sono facilmente alterabili e rilasciano il nobile metallo. [21] [22] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 21- setacciamento in colonna: una serie di setacci a maglie più fini verso il basso permettono di fornire un’informazione quantitativa sulle dimensioni dei principali minerali ricercati. Vi è anche un primo approccio qualitativo sul terreno. 22- a seguito di una campagna di prospezione geochimica dei sedimenti pesanti è possibile determinare ed ubicare il tenore calcolato dai campioni ed avere indicazioni sulla mineralizzazione primaria.
  • 21. Luglio 2018 21 2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria 2 b- Geochimica dei suoli e terreni adiacenti i DAP [23,24] L’applicazione di una campagna di campionamento del suolo a diverse profondità con metodi standard può portare al collocamento spaziale del deposito ricercato e all’inquadramento giacimentologico dello stesso (minerali costituenti, probabile tenore, dimensione del deposito, etc.). Di solito questa fase di prospezione è preceduta dalla fase di geochimica dei sedimenti pesanti [21,22]; [23] [24] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 23- sezione longitudinale al versante in cui si evidenzia l’anomalia chimica dell’oro in corrispondenza del campione più vicino alla mineralizzazione sepolta (ore). Con il termine «wall rock» si intende la roccia incassante. 24- i campioni vengono prelevati secondo istruzioni standard ed a profondità note, secondo la tipologia di campagna geochimica richiesta.
  • 22. Luglio 2018 22 Biogeochimica Geochimica affioramenti Geochimica dei sedimenti pesanti Geochimica dei sedimenti lacustri Geochimica dei gas dei suoli Mineralizzazione primaria aurifera (DAP) Dispersione secondaria Dispersione primaria Geochimica acque sotterranee Geochimica incassante della mineralizzazione Alone di dispersione degli elementi pathfinder tipici della mineralizzazione Geochimica dei suoli e della regolite Suolo residuale Suolo non residuale Regolite [modificato 25] Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria 25- modello tridimensionale che evidenzia le relazioni spaziali tra la dispersione primaria e secondaria rispetto un deposito aurifero sepolto. Vi sono vari approcci di analisi geochimica applicabili.
  • 23. Luglio 2018 23 2- Potenzialità nell’esplorazione mineraria: 2 c- Biosensing e riconoscimento dell’associazione batterica (C. metallidurans) [9,10,11,26,27]; I biosensori sono dispositivi che utilizzano microorganismi per rilevare composti specifici; il legame del sensore, il quale di solito è un enzima, si traduce in un cambiamento misurabile. Si potrebbero teoricamente utilizzare queste proteine specifiche per rilevare e quantificare immediatamente le concentrazioni di oro in campioni ambientali. Si possono rilevare valori di concentrazione dell’oro fino a 20 ppb con precisione di 2 ppb. Questa tecnica è adottabile anche sul terreno. [26] [27] 26- sezione ultrasottile in cui si osserva Cupriavidus metallidurans con in dettaglio oro particolato nel citoplasma. 27- biofilm in cui è presente C. metallidurans nella depressione di un granulo d’oro. Ciclo biogenico dell’oro - Potenzialità nell'esplorazione ed estrazione mineraria
  • 24. Luglio 2018 24 3- Potenzialità nel settore minerario 3 a- Bioprocessing (bioleaching) [9,10,11]; L’oro viene estratto dalla calaverite (AuTe2)[28], silvanite (Ag,Au)Te2, petzite (Ag3AuTe2) oltre che i solfuri [29];. - Biolisciviazione della pirite con Thiobacillus ferrooxidans; - Biolisciviazione dell’oro con Diaphorobacter sp. - Bioaccumulo dell’oro con C. metallidurans; [28] [29] 28- calaverite in matrice di quarzo, grandezza del minerale in fotografia circa un centimetro. 29- biofilm in cui è presente T. ferrooxidans, il quale ossida l’arsenopirite e libera nel tempo l’oro.
  • 25. Luglio 2018 25 4- Conclusioni L’influenza dei microorganismi (archea, batteri, funghi, lieviti) sull’aumento di dimensione dell’oro ritrovabile in ambienti superficiali (es. placer) e profondi (es. depositi) potrebbe essere maggiore di quanto finora ipotizzato [30]. I modelli biotici ed abiotici concorrono insieme ad aumentare sia le dimensioni che arricchire porzioni fisiche in oro [31]. Sulla base di molti fattori (es. il clima) è possibile che i modelli prevalgano nel tempo di importanza uno sull’altro [9,10,11]. [30] [31] 30- pepite di diversa grandezza e provenienza (Stati Uniti, Canada); si noti la differente morfologia, si riesce a distinguere l’oro biogenico? 31- collezione privata: pepite, granuli e pagliuzze di diverse dimensioni, l’azione degli agenti esogeni è importante; provenienza: Canada. @L’OR Deluy N17 @L’OR Deluy N17
  • 27. 27 5- Bibliografia e sitografia 1. Foto di repertorio gentilmente concessa dall’autore della pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17. https://www.facebook.com/Deluyd/photos/a.945455728853375.1073741829.667599346639016/1631353413596933/?type=3&theat er 2. Foto di repertorio di Giorgio Bogni, Negozio “Minerali e Pietre” di Sesto Calende, Piazza Mazzini. Fotografia scatta a marzo 2018, ritrovamento nel 2017 presso rifornitore esterno. 3. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17. https://www.facebook.com/Deluyd/photos/a.945455728853375.1073741829.667599346639016/1631328336932774/?type=3&theat er 4. Le caratteristiche della cellula batterica: http://www.chimica-online.it/biologia/batteri.htm 5. http://www.treccani.it/enciclopedia/batteri/ 6. https://www.ck12.org/biology/bacteria-reproduction/lesson/Prokaryote-Reproduction-BIO/ 7. http://english.mathrubhumi.com/news/columns/faunaforum/bacteria-are-everywhere%21-english-news-1.1270282 8. Ulteriori rivestimenti esterni: http://www.chimica-online.it/biologia/batteri.htm 9. Rea Maria Angelica, Zammit Carla M. & Reith Frank – Bacterial biofilms on gold grains – Implication for geomicrobial transformations of gold. (2016). FEMS Microbiology Ecology, 92, 2016, fiw082. 10. Melchiorre Erick B., Orwin Paul M., Reith F., Rea D. Maria Angelica, Yahn J & Allison R. – Biological and geochemical dvelpment of placer gold deposits at Rich Hill, Arizona USA (2018). Minerals 2018, 8, 56; doi:10-3390/min8020056; www.mdpi.com/journal /minerals. 11. Reith F., Lengke M., Falconer D., Craw D., Southam G. – The geomicrobiology of gold (2007). The ISME Journal (2007) 1, 567-584 @ 2007 International Society fro Microbial Ecology. All rights reserved 1751-7362/08. www.nature.com/ismej 12. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17. 13. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17. 14. Immagine repertorio dell’autore; 15. Immagine repertorio dell’autore; 16. Immagine repertorio dell’autore; 17. Immagine repertorio dell’autore; 18. Immagine repertorio dell’autore; 19. Immagine repertorio dell’autore; 20. Immagine repertorio dell’autore; 21. https://steemit.com/africa/@sayodele52/gold-exploration-using-stream-sediments 22. https://www.geologyforinvestors.com/geological-field-work-when-is-it-justified/ 23. http://www.medellin.unal.edu.co/~rrodriguez/geologia/anatomy-of-a-mine/Anatomy%20of%20a%20Mine%20--%20Exploration%20- %20Continued1.htm 24. https://www.ngu.no/en/topic/geochemical-prospecting 25. https://www.slideshare.net/DEEPCHANDBALAMANI/geochemical-drainage-surveys 26. https://www.internetchemie.info/news/2009/oct09/images/cupriavidus-metallidurans.jpg 27. https://en.wikipedia.org/wiki/Cupriavidus_metallidurans#/media/File:CSIRO_ScienceImage_3908_Coloured_scanning_electron_imag e_of_bacterioform_gold_on_a_gold_grain_from_the_Hit_or_Miss_Mine_in_northern_Queensland.jpg 28. https://e-rocks.com/item/cr193577/calaverite 29. https://www.hzdr.de/db/Cms?pNid=610 30. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17. 31. Foto di repertorio gentilmente concessa dalla pagina Facebook: L'OR Deluy N17 - Official Gazette No. 17.