Гипрока: Чем отличается гипрок от гипсокартона? Что лучше?

18.10.2021 автор alexxlab

Содержание

Чем отличается гипрок от гипсокартона? Что лучше?

Gyproc, это торговая марка.

Компания была основана в Англии, затем её приобрела группа компаний Сен-Гобен со штаб квартирой во Франции.

Гипрок

под этим брендом этот материал известен в России, и кстати в РФ есть несколько заводов выпускающих гипсокартон по их технологии.

В общем-то гипсокартон от гипсокартона ни чем не отличается.

Гипрок, это тот же гипсокартон.

Сравнивать можно лишь определённых производителей.

Например гипсокартон Кнауф

и Гипрок.

Или же можно сравнивать виды гипсокартона, ГКЛ с ГКЛВ, или стеновой и потолочный гипсокартон и.т.д.

Гипрок дешевле гипсокартона от Кнауф.

По техническим и эксплуатационным характеристикам Кнауф лучше гипрока, хотя и дороже.

Листы гипрока при тех же размерах весят меньше листов гипсокартона от Кнауф.

Причина, Кнауф (это немецкая компания) для придания прочности ГКЛ использует стекловолокно, а гипрок специальные добавки.

Кнауф проще и легче гнуть в отличие от гипрока (гипрок не отличается повышенной гибкостью).

У гипсокартона больше выбор связанный с размерами листов, у гипрока он более ограниченный.

Гипрок проще устанавливать, при тех же размерах вес листа меньше.

Из личного опыта могу добавить, если есть выбор и цена не останавливает, покупаю гипсокартон от Кнауф, а не гипрок, гипсокартон от Кнауф лучше по всем позициям, кроме цены и веса.

Если речь о потолочном гипсокартоне, то и тут лучше Кнауф, они выпускают тонкие листы в отличие от гипрока, это (отсутствие тонких листов связано с особенностью производства гипрока, а так же с его составом.

Всё остальное зависит от условий эксплуатации, так к примеру во влажных помещениях используется влагостойкий гипрок или же ГКЛВ от Кнауф.

Если сравнивать гипрок с гипсокартоном иных производителей (не Кнауф), то гипрок ни чем не хуже гипсокартона к примеру ГКЛ от «Волма».

Бита Ph3 50мм 2шт д/гипрока ограничитель Практика Профи в Хабаровске | Интертул

Код товара:
103692

Артикул производителя:
776-539

Вы можете приобрести этот товар в Хабаровске по розничной цене с учетом Дисконтной карты: 286,00 pуб.

285,00 pуб.

Добавить в корзину

Предварительная дата выдачи: Сегодня — пн. — 18 окт.

&leftarrow;	Октябрь 2021	&rightarrow;
27	28	29	30	1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30	31

Цена дисконтного клуба Интертул с Логистического склада

195,50 pуб.

Предварительная дата выдачи с Логистического склада: пн. — 15 нояб.

&leftarrow;	Октябрь 2021	&rightarrow;
27	28	29	30	1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30	31

&leftarrow;	Ноябрь 2021	&rightarrow;
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30	1	2	3	4	5

Добавить к сравнениюУдалить из сравнения

Добавить в закладкиУдалить из закладок

Российская торговая марка ПРАКТИКА создана в 2003 году и за короткий срок завоевала признание, как любителей, так и профессионалов, работающих с различными видами электроинструмента.

Ассортимент продукции, будь то алмазные диски или пилки для лобзика, оптимально подобран для использования с существующими на данный момент моделями электроинструмента. Применяя современные технологии, достигнуто отличное соотношение цена/потребительские свойства. Используя продукцию торговой марки ПРАКТИКА при работе электроинструментом, Вы решаете все свои задачи по строительству и ремонту в кратчайшие сроки, с наименьшими усилиями и денежными затратами, получая при этом удовольствие от работы.

Продукция торговой марки ПРАКТИКА за 11 лет заняла лидирующие позиции на рынке принадлежностей для электроинструмента.

Приверженцами торговой марки стали как профессиональные строители, так и любители, как опытные мастера своего дела, так и начинающие пользователи. Количество мастеров использующих продукцию торговой марки ПРАКТИКА год от года растет.

ПРИМЕНИ ТЕОРИЮ НА ПРАКТИКЕ!

Описание

При работе аккумуляторными и сетевыми дрелями не имеющими специальных ограничителей поглубине завинчивания часто происходит чрезмерное утапливание головки шурупа. При монтаже ГКЛ это приводит к существенному ослаблению крепления листа, или порче деревянной поверхностипри работе с мягкой древесиной. При отсутствии шуруповерта с муфтой расцепления оптимально использовать насадки с ограничителем завинчивания саморезов заподлицо с поверхностью. При этом даже пользователь с небольшим опытом работы сэкономит много времени при массовом завинчивании шурупов. Также существенно повышается качество и внешний вид соединения.

Тип бит — односторонние

Вес, кг: 0,05

Длина, мм: 131
Ширина, мм: 58
Высота, мм: 16

Тип	Бита Ph3
Длина	50. 00 мм
Особенности	Ограничитель
Хвостовик	Е1/4″
Тип	бита с ограничителем
Колличество	2.00 шт
Наконечник	Ph3
Длина (мм)	46-50 мм
Набор	нет

Отзывы
Пока нет ни одного отзыва.
+ Добавить отзыв
Доставка

Внимание! Фирма-производитель может по своему усмотрению изменять комплектацию, конструкцию и дизайн товара. Поэтому, чтобы не возникло недоразумений, перед покупкой советуем уточнять у менеджера нашей компании информацию о комплектации и технических характеристиках конкретной модели.

Цена на сайте действует только при оформлении заказа через интернет-магазин и может отличаться от цены в магазинах.

Гипрок это обычный гипсокартон

Затевая ремонтные или отделочные работы, вы, скорее сего, будете рассматривать различную информацию о существующих материалах, их свойствах, плюсах и минусах. Не исключено, что вам на глаза попадется такой загадочный материал, как гипрок. О нем есть множество статей в интернете, он довольно популярен и часто рекомендуется для отделки стен и обустройства перегородок.

Но, что это?

Никакой загадочности на самом деле здесь нет. Гипрок – это обычный гипсокартон. Это название имеет питерские корни (там же есть традиция называть бордюры поребриками). Связано оно не с претензиями на самобытность Культурной Столицы, а с тем, что первые поставки гипсокартона в страну в лихих девяностых шли, в основном, через Финляндию. «Gyproc» — название одной из самых популярных на тот момент марок гипсокартона (впрочем, она достаточно популярна и поныне). Таким образом, нарицательное название гипрок образовано от наименования марки, аналогично ксероксу или аквалангу.

Зная, что гипрок – это обычный гипсокартон, мы можем предположить, что состоит он из гипсового листа, обшитого прочным картоном. И будем правы.

В настоящее время, выпускаются несколько типов гипсокартона, имеющих отличия в конструкции и потребительских свойствах.

Виды гипрока

Стандартный лист. Используется для отделки стен, потолочных покрытий и при формировании межкомнатных перегородок. Поверхность листа может быть обработана любыми типами декоративной отделки (штукатурка, покраска, оклейка обоями).
Лист с повышенной водостойкостью. В состав гипса для данного типа материала добавляются особые добавки, которые делают его устойчивым к воздействию влаги. Кроме того, картон имеет антибактериальную и антигрибковую пропитку. Листы такого типа используются в помещениях с высоким уровнем влажности (кухня, ванная).
Усиленный лист. При производстве этих листов используется высококачественный гипс повышенной прочности с добавлением стекловолокна. Гипсовая панель покрывается многослойным картоном. Применяется в помещениях, где существуют высокая вероятность интенсивных механических воздействий. Впрочем, и для обычных жилых помещений, при изготовлении перегородок, рекомендуется использовать именно такой тип гипсокартона.
Усиленная инструкция обеспечивает хороший бонус в виде износоустойчивости.
Ветрозащитный лист. Отличается особым составом гипса и типом картона. Как следствие – способность пропускать избыточную влагу. Используется для работы на открытом воздухе, так как обеспечивает надежную защиту от климатических факторов.
Специальный лист. Его главное свойство – повышенная гибкость. Материал данного типа используется для формирования изогнутых поверхностей. Кроме того, он отлично подходит в тех случаях, когда панели должны быть установлены непосредственно на стену, без каркаса.
Напольный лист. При его производстве используют более толстый слой гипса с центральной частью из материала повышенной прочности. Для покрытия используется многослойный, износоустойчивый картон. Применяется для обустройства напольных покрытий.
Огнестойкий лист. Его главное свойство – повышенная пожарная безопасность.

Как видите, благодаря разнообразию типов, гипрок – гипсокартон позволяет решать самые разные задачи в самых разных условиях.

Инструкция по монтажу гипрока.

На сегодняшний день гипсокартон является одним из самых популярных строительных материалов. Его можно применять для многих отделочных работ, его удобно монтировать, а кроме того, он практически не ограничивает фантазию дизайнеров. Одноуровневый потолок из гипрока обычно используют для дополнительной шумоизоляции. Многоуровневые потолки имеют более сложную конструкцию, за счет которой их можно оснащать подсветкой, вырезать в них различные фигурные ступени и отверстия.

Монтаж многоуровневого потолка своими руками может произвести даже тот, кто ни разу не сталкивался с подобными работами. Гипрок нужно крепить на алюминиевый профиль с направляющими. Это позволяет создать каркасное пространство, которое даёт возможность спрятать в него все инженерные коммуникации и проводку.

За счет каркаса помещение можно утеплить или дополнительно изолировать от шума. Каркасное крепление наиболее востребовано и удобно для возведения одноуровневых и ступенчатых потолков из гипрока.

Сегодня мы рассмотрим простой пример крепления двухуровневого потолка. Монтаж гипрока по силам любому, у кого есть хотя бы минимальные строительные навыки.

Для работы вам понадобятся следующие инструменты:

Перфоратор
Шуруповёрт
Уровень (лучше лазерный)
Строительный угольник
Ножовка
Плоскогубцы
Ножницы по металлу
Карандаш.

Материалы:

Листы гипрока
Металлические профиля для сборки каркаса
Дюбеля и саморезы.

Монтаж многоуровневого потолка своими руками

Для начала разметим потолок по периметру помещения. Лучше для этого использовать лазерный уровень. Правильно выполненные замеры позволят сэкономить гипрок и профиль. Ставим отметки в тех местах, где будут закреплены направляющие.

В местах отметок сверлим отверстия перфоратором.

Потолок из гипрока монтируется при помощи двух типов профилей: направляющего и потолочного (каркасного).

Крепим горизонтальный алюминиевый профиль по линии разметки. В отверстия вставляем дюбеля и закручиваем саморезы.

В получившиеся направляющие устанавливаем стоечный профиль, закрепляем его саморезами. При необходимости между каркасом и потолком нужно уложить материал для шумоизоляции или утеплитель.

Как только каркас будет установлен, приступаем к креплению листов. Монтаж гипрока лучше всего выполнять вдвоем, так как листы не столько тяжелые, сколько большие и неудобные.

Прикладываем лист гипрока к каркасу и начинаем крепить его. Используем специальную насадку для шуруповерта, чтобы саморезы не «тонули» в гипроке.

Если лист гипрока немного выпирает, подрезаем его ножовкой.

На листах гипсокартона, уложенного на первом уровне, карандашом рисуем границы второго.

Направляющие и профили второго «слоя» крепим непосредственно к потолку первого уровня. Для прямого многоуровневого потолка можно использовать специальный двухуровневый соединитель, с помощью которого профиль фиксируется строго один под другим.

Монтаж многоуровневого потолка своими руками — вполне реальная задача, с которой справится даже непрофессионал. Естественно, приступать к установке сложного многоуровневого потолка лучше после того, как вы освоили монтаж простого одноуровневого.

Гипсокартон, ГКЛ, гипрок- весь перечень работ с гипсокартоном, отделка ГКЛ потолка, обшивка гкл стен, монтаж перегородок из гипсокартона в Санкт-Петербурге и ленинградской области.

Использование гипсокартона(ГКЛ, гипрок) в отделке позволяет нам добиваться отличных результатов, еще в более короткие сроки.

Гипсокартон (гипрок, ГКЛ) — универсальный материал, позволяющий экономить время и средства при производстве отделочных работ. Гипсокартон предназначен для внутренней отделки, эксплуатация гипсокартонных конструкций в уличных условиях едва ли возможна. Во внутренней отделке помещений гипсокартон(гипрок) может быть использован в различных целях. Хотя в основном гипсокартон применяется для получения ровных плоскостей под дальнейшую отделку.

Мы выполним для вас работы с гипсокартоном любой сложности:

Отделка потолка гипсокартоном (одноуровневые потолки, многоуровневые, комбинированные).
Отделка стен гипсокартоном (монтаж гипрока по металлическому каркасу, монтаж ГКЛ на клей)
Отделка оконных откосов гипсокартоном
Монтаж перегородок из гипсокартона (межкомнатные перегородки из гипрока, декоративные полуперегородки)
Монтаж декоративных конструкций из гипсокартона (короба, ниши, арки из гипрока, полки, камины, фальшстены из гипрока)

Гипсокартон выпускается нескольких видов, с разными техническими характеристиками. Гипрок может быть стандртным и влагостойким, различным по длине и толщине листа, ширина гипсокартона, за исключением реставрационного гипсокартона 900мм, составляет стандартные 1200мм. Так же выпускается армированный гипсокартон(ГКЛВ) и огнестойкий толстый гипсокартон. Гипсокатронные плиты поставляются на обьекты в полетах по 50 штук, при меньших обьемах доставка осуществляется штучно.

Стандартный гипсокартон(гипрок) — используют для отделки сухих помещений, комнат, кухонь и так далее. После монтажа стандартный гипсокартон(гипрок) шпаклюется и отделывается по желанию заказчика. Гипрок может быть покрашен, на него возможно наклеить обои, нанести декоративные штуктурки, отделать пластиковыми панелями и многое другое.

Влагостойкий гипсокартон(ГКЛ) — используется для отделки влажных помещений, лоджий, сан.узлов, кухонных зон, а так же при утеплении балконов и отделке фасадных(холодных) стен и отделки оконных откосов. Отделываться влагостойкий гипрок может так же как и стандартный, так же воможна укладка кафельной плитки или природного камня, на цементные клеевые составы.

Крепление гипсокартона может быть так же различно, и зависит от назначения конструкции из гипрока. В основном мы используем в работе две технологии крепления гипсокартона. 1) Монтаж гипрока с помощью специального монтажного клея для гипсокатона, наклеивая гипрок на стены или потолок помещения, с фиксацией саморезами в основу. 2) Монтируем гипсокартон (гипрок) на собранный заранее металлокаркас, позволяющий создавать любые формы (арки, ниши, уровни), а так же дающий возможность эффективно использовать межкаркасное пространство.

Гипсокартон незаменим в производстве ремонтных и отделочных работах, а так же в работах по воплощению дизайнерских замыслов заказчика. С помощью гипсокартона можно полностью перевоплотить любой привычный интерьер не только в красивый, но и в функциональный.

Специалисты «СВР» умеют выполнять работы с гипсокартоном любой сложности.

Гарантии на работы по ГКЛ(гипроку) от 1года.

Ориентировочная стоимость работ с гипроком:

Гипрок прайс
	Монтаж металлокаркаса для гкл	м2	160
	Монтаж металлокаркаса для стен неправильной формы	м2	190
	Монтаж ГКЛ по металлокаркасу	м2	140
	Укладка минеральной ваты	м2	40
	Устройство коробов из гипрока	м. п.	350
	Устройство арок из ГКЛ	шт	1600

Строительство и отделка в Санкт-Петербурге Просмотров: 61067

Гипс как сельскохозяйственный продукт

6 февраля 2019 — Сьюзен В. Фиск

Уоррен Дик работает с гипсом более двух десятилетий. Можно подумать, что он специалист по гипсокартону и штукатурке, потому что и то, и другое сделано из гипса. Но использование гипса, которое изучает Дик, может быть вам незнакомо: на сельскохозяйственных угодьях.

«Гипс является хорошим источником кальция и серы, которые необходимы культурам для получения хороших урожаев», — говорит Дик. «Мы также обнаружили, что он улучшает многие другие характеристики почвы.Гипс помогает почве лучше впитывать воду и снижает эрозию. Он также сокращает перемещение фосфора из почвы в озера и ручьи и, помимо других преимуществ, улучшает качество различных фруктов и овощей ».

Гипс — это минерал, который в естественных условиях концентрируется в различных местах и может быть добыт из земли. Но исследования Дика сосредоточены на гипсе, извлеченном из угольных электростанций.

Гипс, получаемый на угольных электростанциях, называется гипсом для десульфуризации дымовых газов, поскольку он образуется в результате процесса «очистки» серы из дымовых труб для уменьшения загрязнения воздуха.«Восстановленный гипс имеет хорошее качество», — говорит Дик. «Частицы гипса маленькие и однородные по размеру, что делает их достаточно химически активными. Это может принести реальную пользу сельскому хозяйству. Мы также определили, что он безопасен для использования в сельском хозяйстве, благодаря многочисленным исследованиям. Повторное использование его в сельскохозяйственных целях вместо того, чтобы вывозить его на свалки, дает множество преимуществ ».

Гипс богат кальцием и серой. Кроме того, химическая формула гипса делает эти питательные вещества более доступными для растений, чем некоторые другие распространенные источники этих питательных веществ. С химической точки зрения гипс — это сульфат кальция . Его часто путают с известью, которая представляет собой карбонат кальция .

Гипс очень незначительно изменяет pH почвы, но может способствовать лучшему развитию корневой системы сельскохозяйственных культур, особенно в кислых почвах, даже без значительного изменения pH. Это связано с тем, что гипс противодействует токсическому воздействию растворимого алюминия на развитие корней. Алюминий содержится в почве естественным образом и часто не является проблемой для сельскохозяйственных культур. Но когда почва становится кислой, алюминий становится доступным для растений и может остановить или убить их.

Еще один плюс гипса в том, что это умеренно растворимый минерал. Это означает, что кальций может проникать в почву глубже, чем кальций из извести (карбонат кальция). Это может препятствовать поглощению алюминия на глубине и способствовать более глубокому укоренению растений. Когда корни более многочисленны и могут углубляться в профиль почвы, они могут потреблять больше воды и питательных веществ даже в более засушливые периоды вегетационного периода.

Хотя гипс умеренно растворим, он может быть отличным источником серы в течение нескольких вегетационных сезонов.Исследования показали, что сера доступна не только в год внесения, но может продолжать поставлять серу в течение одного или двух лет после, в зависимости от начальной нормы внесения. Гипс в качестве серного удобрения полезен для кукурузы, сои, канолы и люцерны.

Гипс также помогает улучшить структуру почвы. Многие из нас смотрят на почву как на однородное статичное вещество. В действительности почва представляет собой смесь неорганических частиц, органических частиц и сложную смесь поровых пространств, воды и почвенных микробов.Его состав изменяется из-за погодных явлений, таких как ливни, обработка почвы или когда растения извлекают питательные вещества для роста. Фермеры должны хорошо ухаживать за своей почвой, чтобы год за годом поддерживать высокие урожаи.

Улучшение структуры почвы помогает фермерам решить некоторые общие сельскохозяйственные проблемы. Добавление гипса в почву снижает эрозию за счет увеличения способности почвы впитывать воду после осадков, тем самым уменьшая сток. Применение гипса также улучшает аэрацию почвы и просачивание воды через почвенный профиль.Недавнее исследование показало пользу применения гипса для улучшения движения воды через профиль к водостоку. Это также уменьшает перемещение фосфора за пределы поля.

Какие бы решения ни пытались реализовать фермеры при использовании гипса, у них есть несколько вариантов применения. Разумеется, способ нанесения будет определяться причинами использования гипса. Мелко измельченный гипс можно растворить в поливной воде и таким образом нанести. Фермеры могут взять гипс и нанести его на верхний слой почвы перед посадкой или сразу после сбора урожая.Может также применяться на сенокосных полях после скашивания сена. Если необходима обработка почвы (опять же, в зависимости от условий почвы), гипс можно обрабатывать почвой с помощью почвообрабатывающего оборудования.

Хотя гипс используется в сельском хозяйстве более 250 лет, его преимущества все еще изучаются. Кроме того, повторное использование побочных продуктов гипса на угольных электростанциях снижает потребность в добыче гипса из геологических месторождений. Это также экономит место на свалке. Гипс не может решить все проблемы сельского хозяйства, но это проверенный ресурс для добавления питательных веществ и улучшения структуры почвы.

«Это отличный пример утилизации отходов и их полезного использования», — говорит Дик.

Дик, почетный профессор Университета штата Огайо, представил «Урожай и экологические преимущества гипса как почвенной поправки» на собрании Американского агрономического общества и Американского общества растениеводства в ноябре 2018 года. Тезисы встречи и записанную презентацию можно найти здесь. Финансирование исследований было получено из различных федеральных, государственных и коммерческих источников.

Национальный парк Уайт-Сэндс (Служба национальных парков США)

Что такое гипс?

Гипс — распространенный минерал, который используется в различных продуктах. От гипсокартона до зубной пасты этот связующий минерал универсален во многих сферах применения. Гипс — это водный мягкий сульфатный минерал, в частности дигидрат сульфата кальция, что означает, что в его химическом составе есть две молекулы воды. Это видно из его химической формулы: CaSO ₄ 2H ₂ 0.Когда гипс нагревается и вода внутри минерала испаряется, гипс превращается в мел или штукатурку, известную как гипс Парижа. Когда вода снова добавляется к этому известковому гипсовому порошку, он регидратируется и снова становится гипсом, образуя твердое вещество. Гипс также является испаряющимся минералом. Это означает, что он растворяется в воде и перекристаллизовывается при испарении жидкости, как и соль. Это интересное свойство имеет решающее значение для образования самого большого в мире гипсового дюнного поля.

Дюнное поле расположено в бассейне Туларозы, который окружен горами Сан-Андрес и Сакраменто. Эти горы сложены слоями гипса. Дождь и таяние снега с этих гор растворяют гипс и смывают его до дна бассейна. Здесь ему некуда деваться, как в ванну или раковину без слива. Вода оседает на дне бассейна в самой нижней точке, называемой озером Лусеро. При оптимальных погодных условиях вода испаряется. Когда это происходит, растворенные минералы перекристаллизовываются и образуют кристаллы селенита.Селенит — это кристаллическая форма гипса. Эти кристаллы очень хрупкие и хрупкие. Селенит может образовывать большие кристаллы, некоторые размером с велосипедные шины! Посетители парка могут увидеть кристаллы селенита во время походов к озеру Лусеро.

Есть еще три разновидности минерального гипса: атласный шпат, роза пустыни и гипсовый цветок. Эти разные названия относятся к различным внутренним структурам и внешнему виду, которые могут иметь типы кристаллического гипса, каждый из которых обладает своей уникальной красотой. Редкий гипсовый песок и красивые кристаллы селенита — самые распространенные формы минерального гипса, обнаруженного здесь, в национальном парке Уайт-Сэндс.

гипс

ГИПС

В палеозойскую эру, начавшуюся примерно 600 миллионов лет назад и закончившуюся примерно 230 миллион лет назад морская вода вторгалась в бассейн Мичигана по крайней мере шесть раз. Как моря отступившие и испарившиеся, горные породы и минеральные отложения, такие как галит (каменная соль), гипс (сульфат кальция с водой), жидкие рассолы, нефть, известь, глина, песчаник и уголь остались позади. Пятое из этих морей, Миссисипское, отвечало за Месторождения гипса в Мичигане — одни из самых богатых в мире.
Гипс — неметаллический минерал, встречающийся в горной породе. Он состоит из 79,1% сульфата кальция и 20,9% воды по весу. Химики называют это водным кальцием. Сульфат, а так как есть одна молекула сульфата кальция в сочетании с двумя молекулами воды. Имеет химическую формулу CaSO ₄ 2H ₂ 0. По объему это работает. до почти 50% воды в минеральной структуре. Однако эта вода совершенно сухая, и известна как «вода кристаллизации».Его можно было сравнить со льдом, который, вода тоже находится в кристаллической форме, но есть важное отличие; лед растает, или сменить на воду, когда она подвергается воздействию температуры выше 32 F. Кристаллизационная вода в гипсе не изменяется до тех пор, пока не подвергнется воздействию тепла выше 212 F, но при этой температуре вода кристаллизации меняет форму, превращается в водяной пар и удаляется из гипса так же, как пар уехал из воды на 212 F.Гипс, эвапоритовая порода, образовавшаяся в основании неглубокой впадины Мичиган, когда она высыхала, оставляя CaSO ₄ H ₂ O отложения сзади, как гипс.
В абсолютно чистом виде гипс бывает белого цвета. Однако гипс обычно содержит примеси, из-за которых порода выглядит серой, коричневой, розовой или даже почти чернить.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ГИПСОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Гипс встречается во многих частях мира. Гипсовые отложения залегают плоскими слоями примерно по шесть штук. до восьми футов в толщину и часто прослоены известняком или сланцем.Гипс отложения образовались миллионы лет назад, когда океаны с соленой водой покрывали большую часть земли, и по мере того, как они отступали, могли образоваться внутренние «мертвые» моря, которые, как испарение продолжалось, становилось все более соленым. По мере осаждения этих солей они в свою очередь образовывали различные соединения, одним из которых был гипс. Прошли миллионы лет, эти солевые отложения в сочетании с гнилой растительностью и другими минералами, и в конечном итоге В результате образовалась многослойная порода с чередующимися слоями гипса и известняка, все это покрыто многогранными ледниковыми отложениями.
Гипс коммерчески добывается из карьеров вблизи г. Тавас-Сити и Алебастр в графстве Иоско и из подземных шахт возле Гранд Пороги. Гипсовые месторождения расположены в центре штата Мичиган. бассейн. Его добывают только в местах, где гипс находится у поверхности, а на другие — похоронены более чем на 1200 футов скалы (см. карту ниже). Гипсовые кровати бывают редко более 20 футов в толщину. Рядом с Гранд-Рапидс, гипс Мичигана Формы разрабатываются широко, так как они находятся очень близко к поверхности в этой области.На карте ниже показано расположение некоторых гипсовых отложений в формации Мичиган. расположено, а стратиграфическая колонка ниже показывает, где формация Мичиган вписывается в каменная насыпь в бассейне Мичигана.

Источник: Л.М. Соммерс, Мичиган: география (1984).

На картах ниже показано, где находится формация Мичиган (темно-серый) с ее богатыми отложениями гипс, встречаются как самая верхняя порода.

Источник: Мичиганский государственный университет, географический факультет

Источник: Л.М. Соммерс, Мичиган: география (1984).

ОГНЕЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ГИПСА
Тот факт, что гипс содержит так много воды, которая выделяется при воздействии сильного тепла. это основная причина того, почему строительные материалы из гипса обеспечивают огнезащиту.Когда стена или потолок, покрытые гипсовой обрешеткой или штукатуркой, выставлены на обычное помещение температуры, ничего не происходит, но если содержимое комнаты загорится, тепло будет быстро превышает 212 F. Однако, как бы сильно ни был жарко огонь, температура гипсовых стен и потолков не превысит 212 F потому что при этой температуре вода в гипсе начнет испаряться и выделяться как пар. Пока вся содержащаяся кристаллизованная вода не будет удалена, гипс будет оставаться на 212 F, защищая деревянный каркас конструкции или любых легковоспламеняющихся материалов, которые может покрывать гипс.
Конечно, эта защита длится ограниченное время, в зависимости от толщина гипса, также гипс разрушается в процессе прокаливания это имеет место. Однако бесчисленное количество зданий было спасено от разрушения огнезадерживающее действие гипса, которое позволяет огню выгореть без повреждение конструкции или получение драгоценного времени для принятия мер по тушению пожара и спасти жизни или имущество.

РАННЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГИПСА
Гипс и изделия из него были известны и использовались с давних времен. Древний Ассирийцы назвали эту красивую скалу Алебастром и использовали ее для лепки. Пять тысяч много лет назад египтяне научились делать гипс из гипса; они выстроились вдоль стен их дворцы и их гробницы с ним, и некоторые из этих первых гипсовых штукатурок были найденный внутри великих пирамид, не изменившийся после 50 веков.Это были древние греки который назвал этот волшебный минерал «Гипсос», от которого мы и получили название Гипс. Существует еще одна форма гипса, прозрачная и многослойная, например слюда. Это использовалось за много веков до изобретения стекла в качестве окон в старых храмы. Греки назвали его в честь своей богини Луны «Селена», и сегодня мы до сих пор называют его «Селенит».
Никто не знает, кто открыл уникальное свойство, которое делает гипс. так ценно.Однако один из первых экспериментаторов обнаружил, что гипсовую породу можно измельчить. превращается в порошок и нагревается в котле (прокаливается) до тех пор, пока большая часть воды не будет удалена. Когда к полученному белому порошку добавляется вода, он образует пластичную пластичную массу. (Гипс), которому можно придать любую желаемую форму, после чего он затвердеет. и сохраните эту форму. По окончании закалки вещество перекристаллизовывается. и технически был затем восстановлен до своего первоначального каменного состояния.

РОК, КОТОРЫЙ НИКТО НЕ ЗНАЕТ
Если вам дали шанс выиграть джекпот, правильно назвав материал, который был использован в пирамидках и в зубной пасте; это помогает арахису расти и делает снег из фильмов; а также который используется в грибных клумбах и стенах вашего дома, шансы составляют не менее 100 к 1 что ведущий кричит: «Извините, ваше время истекло», прежде чем вы успеете сказать «водный сульфат кальция».
Но не расстраивайтесь.
Несмотря на то, что более 12 1/2 миллионов тонн гипса было использовано в США в прошлом году, и хотя средний человек окружен гипсовыми изделиями из от рассвета до заката, от колыбели до могилы люди мало что знают о гипсе.
Гипс можно измельчать и «варить» (прокаливать) при сравнительно низкая температура до тех пор, пока не испарится 75% его влажности. Когда это Когда случается, камень превращается в мелкий порошок, широко известный как Парижский гипс.Вернувшись вода в порошок, можно сделать гибкий раствор, которому можно придать любую форму и затвердел. Гипс — единственное натуральное вещество, которое можно восстановить до исходного состояния. каменистое состояние только за счет добавления воды.
Когда эта великая тайна природы стала общеизвестной, она не потребовалось много времени, чтобы заставить его работать. Как хорошо он служил нам на протяжении веков можно увидеть из списка нескольких способов, которыми вы вступаете в контакт с гипсом в течение среднего дня.Большинство светильников в вашей ванной были сделаны из глины, отлитой в форма гипсовой штукатурки и есть вероятность, что плитка на стене установлена в другой тип штукатурка. За столом для завтрака вы используете тарелки, чашки и блюдца в форме или в гипсовой форме. Как и ручки ваших ножей, вилок и ложек из чистого серебра. Когда вы устраиваетесь после завтрака, чтобы выпить вторую чашку кофе, вы прикуриваете сигарету. спичкой, в головке которой гипс.Конечно же, стены и потолки в вашем доме почти наверняка сделаны из гипсокартона и гипсокартона или гипсокартона. Это гарантирует Ваш комфорт и безопасность, потому что гипс — материал прочный и, к тому же, огнестойкий. Выходя из дома на работу, вы ступаете на тротуары из портландцемента, который содержит гипс для регулирования времени схватывания. Может быть, ваша прогулка испещрена меловыми отметками от игра, в которую дети играли накануне вечером. Но, конечно же, они не были сделаны «мел» совсем не то, но лепной палкой из, как вы уже догадались, мягкой гипсовой штукатурки.Многие улицы и шоссе, по которым вы ежедневно путешествуете, также содержат гипс. Окна вашей машины изготовлены из листового стекла, которое в процессе полировки удерживалось в гипсовом слое. Многие мелкие металлические шестерни, подставки для инструментов и другие металлические детали вашего автомобиля были отлита в гипсовых формах с помощью процесса, в значительной степени усовершенствованного во время Второй мировой войны. Если это бывает ваш день пойти к дантисту, он скажет вам, что он использует гипс гипсовая форма для отливки мостовидного протеза.Ваш врач использует гипс, когда строит шины на переломы конечностей из марли, пропитанной ортопедическим пластырем.
Все используют рок, которого никто не знает. Бенджамин Франклин, великий экспериментатор, одним из первых представил его в этой стране, когда использовал молотый сырой гипс, называемый наземной штукатуркой, на его ферме. Сегодня в строительстве использовано 188000 тонн штукатурки. США каждый год (см. объявление ниже).

Источник: Изображение любезно предоставлено Рэнди Шетцлом, профессором географии, штат Мичиган. Государственный университет

Голливуд использует гипс для изображения снега.Будь то белое Рождество или бушующий метель. Большинство зрелищных фильмов и телевизоров тоже сделаны из гипса. В конце шкалы гламура гипс смешивают с навозом, из которого делают грядки грибов.
Безусловно, большая часть гипса, используемого в этой стране, идет на стеновая плита и обрешетка для нашего дома. Эти гипсовые «доски» образованы прослойка мокрой штукатурки между двумя листами плотной бумаги. Когда ядро устанавливается и высыхая, сэндвич становится прочным, жестким, огнестойким строительным материалом.Произведено в невероятных количествах на машинах непрерывного действия почти на четверть мили в длина, гипсокартон и обрешетка — одни из самых важных материалов, используемых в жилищном строительстве.

ЧУДО ГИПСА
В основном гипс используется в строительстве в качестве стеновых плит или «гипсокартона». «Гипсокартон» выпускается в больших листах и используется для покрытия стен многих, много жилых домов и офисных зданий. Гипсокартон состоит из примерно четверти дюйма гипс между двумя листами бумаги («рейка»).Но что делает гипс гипс приклеить к бумаге и дереву (так называемая «гипсовая рейка»)? В поверхность планки кажется относительно гладкой, но когда влажная штукатурка смешана с вдвое превышающий вес песка и приложенный к планке, тяговое усилие почти в полтонны на квадратный фут. требуется для его удаления. Примерно 1/5 веса гипсовой породы состоит из воды, химически объединены в своей кристаллической структуре. При изготовлении гипса камень варят или прокаливают до тех пор, пока содержание воды в нем не уменьшится до 1/4 от исходного.Ответ на вышеизложенное Итак, вопрос в следующем: когда штукатурка накладывается на планку, раствор штукатурки впитывается в поры планчатой бумаги, а при росте кристаллов гипса они зафиксируйте планкой / бумагой, чтобы создать прочную связь.

По состоянию на 1978 год пять крупных компаний добывали гипс в Мичигане; они показаны ниже. Обратите внимание на расположение этих компаний / шахт — многие из них расположены у воды, так что малоценный гипс можно перевозить наливом на судах.

Источник: Неизвестно

Хотя приведенные ниже данные немного устарели, они дают представление о ценности гипса для Экономика Мичигана и показывает, что производство гипса в Мичигане неуклонно растет. в течение 20 века. Если какой-либо камень или минеральный продукт можно рассматривать как «Безлимитный», это будут месторождения гипса в США. Это один материал, в котором у нас никогда не будет недостатка.Депозиты находятся в двух (2) основных поясах. — первый старт в Юго-Западном Техасе, пролегающий через Центральный Канзас, через Айову и в Южный Мичиган, затем повернув на юго-восток вдоль северной окраины Огайо и пересекает реку Ниагара в штат Нью-Йорк. Второй пояс начинается в Империале. Долина Калифорнии, проходит через Неваду и тонким продолжением уходит в Юту. в Монтану. Местами ширина этих отложений составляет от 150 до 200 миль.

Источник: Неизвестно

ИСТОРИЯ ГИПСА В GRAND RAPIDS, Мичиган
В 1827 году, когда Гранд-Рапидс был немногим больше, чем крошечное поселение, индеец Оттавы обнаружил выход горной породы в месте впадения Штукатурного ручья (подходящее название, а?) в Гранд Ривер и взял образец мягкого, сладкого материала, который в конечном итоге был идентифицирован как гипс.Немного больше внимания уделялось до 1838 года, когда Дуглас Хоутон, штат Мичиган, первый государственный геолог прибыл в Гранд-Рапидс, чтобы выбрать место для соляного колодца и позже сообщил о большом количестве гипса. В то время соль считалась как перспективная отрасль для деревни, но большие трудности с ее добычей свет быстро потускнел, и интерес к гипсу усилился.
Первое промышленное производство гипса в этом районе началось в 1841 году, когда Дэниел Болл и Уоррен Грейнджер построили мельницу на Гипсовом ручье и выпустили 40 тонн изделие (гипс) за одну неделю.Восемь лет спустя Ричард Баттерворт открыл карьер. на западном берегу реки, и создание еще двух карьеров, простирающихся в быстро последовали склоны холмов у реки. В 1860 году эти холдинги были включены в в другую компанию, Grand Rapids Plaster Company, и объединенное предприятие стал известен как завод Eagle Mills. В итоге было 13 отдельных гипсовых шахт. операторов в районе Гранд-Рапидс, и к 1890 году жители Гранд-Рапидса увидели гипсовые карьеры как «кладезь явно неисчерпаемых богатств нашего города».»

Источник: The Grand Rapids Press

С самого начала спрос на гипс был большим. В первые дни добычи гипса, фермеры возили своих лошадей и повозки на расстояние 100 миль, чтобы купить поставки «наземной штукатурки» для использования в качестве удобрения или «подсластителя» почвы как это называлось в то время. В этот период гипс в основном использовался в качестве земли. штукатурка и удобрения примерно до 1880 года. 1865 год расширил рынок местного гипса до Калифорнии.Постепенно, использование гипса увеличилось, включая лепнину и украшения для фасадов зданий и штукатурка для внутренних стен. К 1889 году 2/3 продукции было использовано на отделку интерьеров. стены и декоративные работы. Первая операция по производству стеновых панелей была запущена примерно в 1900 г. — компания Sackett Wallboard Company, производящая ручную затирку каменной обрешетки. К 1890 г. Мичиган был одним из ведущих производителей гипса и за последние 40 лет занимает второй среди штатов по отечественному производству.
Хотя позже было обнаружено, что гипсовые плиты, используемые в качестве строительных облицовка быстро разрушалась после воздействия элементов, именно эта мягкость сделала для легкой резьбы по чашам, вазам и скульптуре.
В 1893 году это могло побудить Уильяма Пауэрса начать добычу гипса на его собственность на западной стороне Гранд-Рапидс. В отличие от других операторов того времени, которые туннелировали для Mineral Powers открыл первую в городе шахтную шахту.Пока его затея в 12-футовый слой, на 60 футов ниже уровня русла реки, просуществовал недолго, точный место его «раскопок» вызвало большой интерес почти 75 лет спустя, когда город стал участвовать в обновлении и реконструкции городов на берегу реки.
С годами многие из небольших гипсовых шахт в этом районе были консолидировались в более крупные холдинги, и вскоре после начала века оставшиеся индивидуальные предприятия были приобретены крупными компаниями, которые привезли с собой современное оборудование и методы.К концу 1920-х годов конные карьерные вагоны предыдущего поколения эпохи прошли. Исчезла и связанная с этим грибная промышленность, которая процветала в темная сырость под слоем удобрений, внесенных лошадьми.
В 1946 году рудник Alabastine Mining Company в Вайоминге, недавно закрылся, дал начало совершенно новому предприятию. Видя большой потенциал в постоянная температура (54-55 ° F) и влажность 95-97 процентов, Берт Крагт и его семья купил старую шахту, очистил некоторые из шести миль заброшенных туннелей и основал Michigan Natural Storage Company на глубине 80 футов под землей.Первоначально использованный для хранения таких продуктов, как яйца, орехи, сыр и картофель, сегодня этот объект вырос до 45000 квадратных футов и оснащены устройствами контроля температуры и влажности для специализированных потребности в хранении, обеспечивает безопасный и удобный дом для микрофильмов и компьютерных записей, так как ну и еда. Камеры глубокой заморозки также временно принимают большинство грандиозных Индюки на День благодарения, прежде чем отправиться в местные супермаркеты.
Метод горных работ с использованием камер и колонн оставляет на месте значительную часть горных пород, так как естественная опора.Помещения и туннели, вентилируемые вентиляторами, обеспечивающими циркуляцию свежего воздуха, закрыты. примерно на 100 футов ниже поверхности. Дизельные станки просверливают определенную схему взрывные скважины в конце каждого рабочего бокового туннеля или «скамейки». Фронтальные погрузчики транспортировать взорванную породу в главный туннель для доставки на гипсовую мельницу, где она обработанный. Текущая добыча шахты около 600 тонн в сутки требует только двух работ по техническому обслуживанию. рабочих и производственная бригада из пяти человек.
На протяжении многих лет Мичиган стабильно занимал первое или второе место в рейтинге Соединенные Штаты производят гипс, и месторождения огромны. Этот универсальный минерал затрагивает нашу жизнь каждый день и обещает стать важной частью нашего будущего.

Источник: The Grand Rapids Press

В 1838 году Бела Хаббард вместе с доктором Дугласом Хоутоном обнаружили гипс в устье реки Аус-Грес в округе Аренак на западной стороне Сагино Залив.В 1862 году в Алебастре, штат Мичиган, была построена первая мельница. Крупная добыча в Район залива в Алебастре зародился в 1860-х годах и с тех пор стал самым важным гипсовым районом. горнодобывающий район в Мичигане.

Этот материал скомпилирован только для образовательных целей и не могут быть воспроизведены без разрешения. Один копия может быть распечатана для личного использования. Пожалуйста, свяжитесь с Рэндаллом Шетцлом ([email protected]) для получения дополнительной информации или разрешений.

Другие виды применения гипса — Гипсовая ассоциация

В качестве почвенной добавки для улучшения сельскохозяйственных культур, таких как люцерна, кукуруза, хлопок, пшеница и арахис.
Гипс используется при пивоварении, а также для контроля терпкости и прозрачности вина.

Гипс — нетоксичный минерал, который может быть полезен для людей, животных, растений и окружающей среды. Хотя большая часть гипса, производимого в Северной Америке, используется для производства изделий из гипсовых панелей или строительных штукатурок, гипс также может использоваться:

В качестве почвенной добавки (иногда называемой наземной штукатуркой) для улучшения обрабатываемости почвы и ее восприимчивости к влаге, а также для преодоления коррозионного воздействия щелочности.Гипс особенно полезен для таких культур, как люцерна, кукуруза, хлопок, пшеница и арахис, где требуется значительное количество сульфатной серы.
В качестве добавки к мутной воде, особенно в прудах, для осаждения грязи и частиц глины, не причиняя вреда водным организмам.
В качестве пищевой добавки. Гипс (сульфат кальция) признан Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США приемлемым для употребления людьми для использования в качестве диетического источника кальция, для кондиционирования воды, используемой при пивоварении, для контроля терпкости и прозрачности вина, а также в качестве ингредиента в консервированные овощи, мука, белый хлеб, мороженое, сыр с плесенью и другие продукты.
В качестве красящей добавки к лекарствам и косметике.
Основной ингредиент зубной пасты.

Исторически гипс играл важную роль в индустрии развлечений. До наступления эры компьютеров и высокотехнологичных спецэффектов продюсеры фильмов и телевидения сбрасывали «ливень» из гипса перед камерами, чтобы имитировать снег.

Гипс — обзор | Темы ScienceDirect

Гипс

Гипс — это наиболее часто используемая добавка для мелиорации натриевых почв и для снижения вредного воздействия оросительных вод с высоким содержанием натрия из-за его растворимости, низкой стоимости и доступности.Гипс, добавленный в натриевую почву, может вызвать изменения проницаемости за счет увеличения ЕС и эффектов катионного обмена. Относительная значимость двух эффектов интересна по нескольким причинам. Если эффект электролита достаточно высок, чтобы предотвратить диспергирование и набухание почвенных глин, может оказаться целесообразным поверхностное нанесение гипса. В этом случае необходимое количество гипса зависит от количества применяемой высококачественной воды и скорости растворения гипса. Это в некоторой степени не зависит от количества обменного Na в почвенном профиле.И наоборот, в почвах, где эффект ЕС недостаточен из-за высокого уровня ESP или для получения постоянного улучшения, необходимое количество гипса зависит от количества обменного Na в выбранной глубине почвы.

Польза гипса для рекультивации натриевых почв зависит не только от инфильтрационных характеристик почвы, но и от свойств растворения гипса. Основным механизмом, с помощью которого гипс влияет на ИК-излучение почв, подвергающихся воздействию дождевой воды, является его растворение и выделение электролитов в почвенный раствор.Скорость растворения гипса является важным фактором инфракрасного излучения из-за короткого времени контакта между дождевой водой и частицами гипса на поверхности почвы. Некоторые из факторов, влияющих на скорость растворения гипса, — это площадь поверхности частиц гипса, скорость воды в почве во время выщелачивания и состав электролита в почвенном растворе.

Источник гипса, норма внесения и размер частиц — все это влияет на образование корки и ИК (рис. 2). Хотя IR для почвы без гипса резко снижается по мере увеличения кумулятивного количества осадков, IR остается относительно высоким в присутствии фосфогипса (PG), тогда как эффективность добытого гипса (MG) в отношении IR значительно ниже.Более высокая эффективность PG в поддержании высокого IR объясняется его высокой скоростью растворения (Таблица 1). Применение гипса на натриевых известковых почвах очень эффективно для снижения поверхностного стока в полевых условиях (Таблица 2). Распространение гипса по почве более эффективно, чем его перемешивание в верхних 10 см почвы. Хотя гипс очень мало влияет на ЭСВ почвы в верхнем слое 0-15 см (Таблица 3), он имеет большое влияние на IR (Рисунок 2). Гипс оказывает значительное влияние на степень эрозии почвы.Эффективность выше, когда частицы гипса распределяются по почве, а не смешиваются с верхними 10 см почвы. Присутствие гипса на поверхности почвы увеличивает стабильность почвы за счет увеличения EC в перколированном растворе и уменьшения ESP. Такое влияние гипса на эрозию почвы связано с двумя причинами: (1) уменьшение стока за счет увеличения IR и (2) изменение коэффициента эрозии. Разлагаемость почвы в основном связана со стабильностью почвенных агрегатов и силами сцепления, удерживающими агрегаты вместе.

Рис. 2. Влияние промышленного и добытого гипса (в количествах и размерах фрагментов, как указано) на скорость инфильтрации лессовой почвы в зависимости от совокупного количества осадков. (По материалам Керен Р. и Шайнберг I. (1981) Эффективность промышленного и добытого гипса при рекультивации натриевой почвы — скорость растворения. Журнал Американского общества почвоведов 45: 103–107, с разрешения.)

Таблица 1. Коэффициенты растворения промышленного гипса K _(PG) и добытого гипса K _(MG) с различными размерами фрагментов

Коэффициенты растворения (s ^-1)	Размер частиц (мм)
Коэффициенты растворения (s ^-1)	1.0–2,0	4,0–5,7
K _(PG) × 10 ⁴	198	58
K _{( ⁴}	19	6
K _(PG)/ K _(MG)	10,4	9,7

На основе Keren R и Shain 1981 ) Эффективность промышленного и добытого гипса при рекультивации натриевого грунта — скорость растворения. Журнал Американского общества почвоведения 45: 103–107, с разрешения.

Таблица 2. Поверхностный сток с лессовых почв при двух уровнях процентного содержания обменного натрия (ESP) во время ливней под воздействием фосфогипса (PG)

^в

№ бури.	Количество осадков (мм)	Время между ливнями (дни)	Поверхностный сток (% от осадков) ^a
			ESP 4.6		ESP 19,3
			Control	PG ^b с распределением по	Control	Распространение
			Control	PG ^b с распределением по	Control	1	16	—	0	0	23,1	2,6	0
20161
	.5	0	13,3	3,0	0,7
3	19	20	1,3	0,5	27,3	10,5	3,8

20 6 21,5 3,8 41,0 21,2 17,2 5 44 9 13,4 2,1 45,0 22,5 12.4 6 12 1 12,5 2,5 40,0 25 12,5 7 12 15 10,1 13,7 10,1 2,5 10,1 6,7

По материалам Keren R, Shainberg I, Frenkel H, and Kalo Y (1983) Влияние обменного натрия и гипса на поверхностный сток из лессовых почв. Журнал Американского общества почвоведения 47: 1001–1004, с разрешения.

Таблица 3. Процент обменного натрия (ESP) в профиле натриевой лессовой почвы под воздействием обработки гипсом

2 Управление ^b1 Весна .8 ± 5,0

51 17,0 ± 5,8

51 17,0 ± 5,8 ± 6,0

Обработка	ESP ^a
	Глубина слоя почвы 9011 (см)
	0–15	15–30	30–45	45–60	60–90
Осень	19.3 ± 4,8	19,0 ± 4,9	16,4 ± 5,1	16,4 ± 4,8	14,2 ± 3,9
Пружина	16,9 ± 2,9	19,4 ± 4,0	19,0 ± 2,8	19,3 ± 3,4	19,6 ± 4,0
Гипс смешанный
Осенний	17,4 ± 5,0	20,1 ± 4,6	20,3 ± 6,0	20,8 ± 6,0		21,3 ± 6,7

17,7 ± 3,6	19,6 ± 3,8	17,4 ± 2,9	18,0 ± 2,3
Гипс наложенный
Осень	16,9 ± 5,8	20,9 ± 4,5	21,1 ± 4,5
Пружина	11,5 ± 4,1	16,3 ± 3,6	19,4 ± 3,5	19,3 ± 7,0	20,4 ± 4,3
CEC (смоль _c кг ⁻¹ грунт)	18.2 ± 1,5	17,8 ± 1,3	18,5 ± 2,0	18,9 ± 2,2	18,1 ± 1,1

ЕКО, катионообменная емкость.

По материалам Keren R, Shainberg I., Frenkel H, and Kalo Y (1983) Влияние обменного натрия и гипса на поверхностный сток с лессовых почв. Журнал Американского общества почвоведения 47: 1001–1004.

Однако для достижения постоянного улучшения наиболее важен эффект катионного обмена.Количество обменного натрия, подлежащего замене во время рекультивации, зависит от исходного ESP (ESP _и), емкости катионного обмена (CEC; в молях заряда катионов на мегаграмм), объемной плотности почвы ( ρ _b; дюйм мегаграмм на кубический метр), желаемой конечной обменной фракции натрия (ESP _f) и глубины почвы, подлежащей рекультивации ( L ; в метрах). После определения вышеуказанных параметров количество заменяемого Na, подлежащего замене на единицу площади земли ( Q _Na; в молях заряда катионов на гектар), можно рассчитать по следующей формуле:

[2] QNa = 104Lρb (CEC) (ESPi − ESPf)

Значение ESP _f зависит от реакции почвы с точки зрения ее физических условий.

Количество гипса, необходимое для рекультивации натриевой почвы, в метрических тоннах на гектар, можно рассчитать по формуле [3]:

[3] GR = 8,61 × 10-5QNa

Эффективность и скорость обмена, а именно процент нанесенного Ca, который обменивается на адсорбированный Na, изменяется в зависимости от ESP, будучи выше при высоких значениях ESP. Удаление Na при уровнях ESP ниже 10 происходит медленно, а часть нанесенного Ca вытесняет обменный Mg, так что эффективность снижается примерно до 30%. Эффективность также может быть низкой (20–40%) в мелкозернистых почвах из-за медленности обмена Na внутри структурных единиц.

Как правило, проникновение воды в почву слишком низкое, чтобы обеспечить рекультивацию натриевых почв за одну промывку. Например, вода на глубине 50 см, применяемая для выщелачивания, может растворить только около 12 Мг / га ^-1 гипса (достигая раствора насыщения по отношению к гипсу). Следовательно, применение более крупного гипса не будет эффективным, если проникновение влаги в почву не будет достаточным для более крупных поливов. Таким образом, натриевая почва обычно может быть восстановлена только на небольшую глубину в первый год (в зависимости от глубины воды, используемой для выщелачивания), но это часто позволяет выращивать мелкокорневую культуру после выщелачивания (Рисунок 3).Впоследствии можно применять ежегодные поправки и объемы выщелачивания для восстановления всего профиля в течение нескольких лет.

Рис. 3. Окончательное распределение уровней обменного Na в зависимости от глубины почвы в результате мелиоративных обработок для (a) обработки без возделывания и (b) обработки сельскохозяйственных культур. LSD, наименее значимая разница; NS, значения не имеет. (Адаптировано из Robbins CW (1986) Мелиорация натриевых известняковых почв под воздействием различных поправок и культур. Agronomy Journal 78: 916–920, с разрешения.)

При оценке количества наносимого гипса мало внимания уделялось возможности того, что включение большого количества гипсового порошка в почву может вызвать временное снижение содержания углеводородов, поскольку избыток мелких частиц гипса может блокировать проводящие поры на ранней стадии. стадия процесса растворения.

Почвенный раствор в слое гипса достигает равновесия (при наличии избытка гипса) только тогда, когда время контакта между элементарным объемом раствора и поверхностью частиц гипса достаточно велико, или когда площадь поверхности фрагментов гипса на объем вода достаточно большая.Некоторые из факторов, влияющих на скорость растворения гипса, — это площадь поверхности частиц гипса, скорость воды в почве во время выщелачивания и состав электролита в почвенном растворе.

Скорость растворения гипса записывается как:

[4] (dC / dt) = k (Cs − C)

, где d C / d t — чистая скорость растворения, k — коэффициент растворения, а C _s и C представляют собой концентрацию раствора при насыщении и в момент времени t , соответственно.Увеличение скорости потока раствора увеличивает коэффициент скорости растворения, но уменьшает время контакта между гипсом и текущим раствором; чистый эффект — уменьшение скорости растворения с увеличением скорости потока почвенного раствора.

Интегрирование уравнения [4] дает:

[5] −ln (1 − CCs) = kt

Поскольку толщина неподвижной пленки раствора вокруг частиц гипса изменяется в зависимости от скорости грунтовой воды, коэффициент скорости растворения для данная поверхность частицы гипса также изменяется.Таким образом, линии, полученные из уравнения [5], не являются линейными. Левая часть уравнения [5] эмпирически связана с квадратным корнем из времени:

[6] −ln (1 − CCs) = αt1 / 2 + β

, где α и β равны наклон и пересечение, соответственно, и t — это время, за которое приращение раствора покидает заданную глубину почвы:

[7] t = LV

, где L — длина слоя грунта-гипса смеси, а V — скорость воды в почве.Комбинируя уравнения [6] и [5] и вводя уравнение [7], получаем:

[8] k = (V / L) 1/2 [α + (V / L) 1 / 2β]

Коэффициент скорости растворения как функцию скорости потока воды можно оценить для данной площади поверхности гипса. Поскольку проницаемость натриевого грунта низкая, скорость растворения на начальном этапе рекультивации относительно высока. Однако в процессе регенерации проницаемость увеличивается, а скорость растворения снижается. Таким образом, почва регулирует скорость растворения гипса при рекультивации.Когда можно контролировать скорость потока воды в почвах (например, при орошении дождеванием), предпочтительны пониженные скорости для увеличения скорости растворения гипса и большей эффективности реакции катионного обмена за счет увеличения времени контакта между водой и частицами гипса (Рисунок 4 ).

Рис. 4. Распределение процентного содержания обменного натрия в зависимости от глубины почвы в зависимости от скорости движения воды в почве для данного количества растворенного гипса. (По материалам Керен Р. и О’Коннор Г.А. (1982) Растворение гипса и рекультивация натриевой почвы в зависимости от скорости потока воды. Журнал Американского общества почвоведения 46: 726–732, с разрешения.)

Для моделирования рекультивации натриевых почв гипсом использовались несколько хроматографических моделей. Модели включают многие известные химические реакции, происходящие в естественных почвах в результате растворения CaCO ₃ и CaSO ₄, выщелачивания солей и реакций ионного обмена. Эти модели прошли полевые испытания на данных участков мелиоративного выщелачивания натриевых почв. Разница между измеренными и вычисленными результатами — это не более чем горизонтальные вариации, обычно встречающиеся на засоленных землях.Эти модели предоставляют мощные инструменты для количественного прогнозирования воды и гипса, необходимых для восстановления профилей почвы до заданных уровней засоления и ЭСП.

В другом подходе, источник растворения гипса был введен в стационарную модель переноса растворенного вещества. Однако при согласовании рассчитанных кривых концентрация-время с экспериментальными данными колонки возникли значительные трудности. Модели смешиваемого вытеснения в сочетании с моделями химических реакций дают представление о процессах рекультивации.Однако они не нашли широкого применения в этой области, поскольку для их решения требуются обширные данные, специфичные для конкретного объекта.

Из литературы ясно, что предположение о химическом равновесии растворения гипса может быть неприменимо к моделированию мелиорации почв. Другой подход заключается в объединении кинетики растворения гипса и обменно-катионных реакций с моделью переноса соли.

ГИПС (гидратированный сульфат кальция)

Химический состав: CaSO4-2 (h3O), гидратированный сульфат кальция
Класс: сульфаты
Область применения: штукатурка, стеновая плита, некоторые цементы, удобрения, шпатлевка, поделочный камень и т. Д..
Образцы

Гипс — один из наиболее распространенных минералов в осадочных средах. Это основной породообразующий минерал, образующий массивные пласты, обычно в результате осадков из сильно соленых вод. Поскольку гипс легко образуется из соленой воды, он может иметь много включений других минералов и даже пузырьков воздуха и воды.

У гипса есть несколько наименований, которые широко используются в торговле минералами.

«Селенит» — бесцветная и прозрачная разновидность, которая имеет жемчужный блеск и была описана как имеющая лунное свечение.Слово селенит происходит от греческого слова Луна и означает лунный камень.
Другой разновидностью является компактный волокнистый заполнитель, называемый «атласный лонжерон». Эта разновидность имеет очень атласный вид, который дает игру света вверх и вниз по волокнистым кристаллам.
Мелкозернистый массивный материал, называемый «алебастр», представляет собой поделочный камень, используемый в тонкой резьбе на протяжении веков, даже эонов.

Кристаллы гипса могут быть чрезвычайно бесцветными и прозрачными, что сильный контраст по сравнению с наиболее распространенным использованием гипсокартона.Кристаллы также могут быть довольно большой. Гипс — это натуральный изолятор, он теплый на ощупь, когда по сравнению с более обычным горным или кварцевым кристаллом. Листы прозрачных кристаллов могут легко отделиться от более крупного образца.

Кристаллы гипса могут быть очень большими — одними из самых больших на всей планете. Пещера в Найке, Мексика, содержит кристаллы, которые затмевают людей внутри. По всей видимости, идеальные условия для медленного роста гипса сохранялись в течение тысячи лет, позволив нескольким кристаллам вырасти до огромных размеров.Нажмите на фотографии для больших изображений, и посмотреть этот реферат для статья в апрельском журнале Geology 2007 года, в которой описывается, как рост эти гипсовые мегакристаллы произошли.

Парижская штукатурка изготавливается путем нагревания гипса примерно до 300 градусов по Фаренгейту, вытеснение 75% воды из минерала. Эта реакция поглощает энергию, позволяя листу гипсокартона некоторое время противостоять огню. Нагрев далее примерно до 350 градусов по Фаренгейту вытесняет оставшуюся воду и приводит к преобразованию в минеральный ангидрит.

ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

Цвет обычно белый, бесцветный или серый, но также может иметь оттенки красного, коричневого и желтого.
Lustre от стекловидного до жемчужного, особенно на поверхностях спайности.
Прозрачность Кристаллы от прозрачного до полупрозрачного.
Crystal System моноклинная; 2 / м
Crystal Habits включает пластинчатые, плоские или блочные кристаллы с наклонным контуром параллелограмма.На гранях пластинчатых кристаллов преобладают грани пинакоидов с выступающими гранями призм. На длинных тонких кристаллах видны изгибы, а некоторые образцы изгибаются по спирали, называемой «селенит из бараньего рога». Распространены два типа двойникования: один дает «двойника с наконечником копья» или «двойника ласточкин хвост», а другой тип дает «двойника с рыбьим хвостом». Также массивный, твердый, зернистый, землистый и волокнистый.
Спайность хороша в одном направлении и различима в двух других.
Перелом неровный, но встречается редко.
Твердость равна 2, и его можно поцарапать ногтем.
Удельный вес примерно 2,3+ (легкий)
Штрих белый.
Сопутствующие минералы — это галит, кальцит, сера, пирит, бура и многие другие.
Другие характеристики: тонкие кристаллы гибкие, но не эластичные, то есть их можно сгибать, но они не сгибаются сами по себе.Также некоторые образцы являются флуоресцентными. Гипс имеет очень низкую теплопроводность (поэтому его используют в гипсокартоне в качестве изоляционного наполнителя). Кристалл гипса будет заметно теплее, чем такой же кристалл кварца.
Примечательные события включают Найка, Мексика; Сицилия; Юта и Колорадо, США; и многие другие города по всему миру.
Индикаторы наилучшего поля — это размер кристаллов, гибкие кристаллы, спайность и твердость.

Механизм извлечения воды из гипсовой породы микроорганизмами, колонизирующими пустыню

Значимость

Это исследование представляет собой углубленный анализ того, как микроорганизмы могут выжить в самом засушливом неполярном месте в мире, пустыне Атакама, Чили. Мы показываем, что эти организмы извлекают воду из гипсовых пород в этой пустыне, позволяя этим колонизирующим микроорганизмам поддерживать жизнь в этой экстремальной среде. Мы полагаем, что результаты этой работы могут не только пролить свет на то, как микроорганизмы могут получать воду в суровых ксерических условиях, но также дать представление о потенциальной жизни в еще более экстремальных условиях, таких как Марс, а также предложить стратегии для передовых методов хранения воды. .

Abstract

Микроорганизмы, обитающие в самых засушливых пустынях мира, обитают внутри скал в качестве стратегии выживания. Вода необходима для жизни, а способность каменного субстрата удерживать воду важна для его обитаемости. Здесь мы сообщаем о механизме, с помощью которого гипсовые породы из пустыни Атакама, Чили, обеспечивают водой свои колонизирующие микроорганизмы. Мы показываем, что микроорганизмы могут извлекать кристаллизационную воду (т.е. структурно упорядоченную) из породы, вызывая фазовое превращение гипса (CaSO ₄ · 2H ₂ O) в ангидрит (CaSO ₄).Чтобы исследовать и подтвердить механизмы извлечения воды и фазового превращения, обнаруженные в естественной геологической среде, мы культивировали изолят цианобактерий на образцах гипсовой породы в контролируемых условиях. Мы обнаружили, что цианобактерии, прикрепленные к плоскостям кристаллов с высокой поверхностной энергией ({011}) образцов гипса, образуют тонкую биопленку, которая вызывает растворение минералов, сопровождающееся экстракцией воды. Этот процесс привел к фазовому превращению в безводный сульфат кальция, ангидрит, который образовался в результате переосаждения и последующего присоединения и выравнивания нанокристаллов.Результаты этой работы не только проливают свет на то, как микроорганизмы могут получать воду в суровых ксерических условиях, но также дают представление о потенциальной жизни в еще более экстремальных условиях, таких как Марс, а также предлагают стратегии для передовых методов хранения воды.

Вода играет множество ролей в функциях организма: она не только важна для метаболических процессов, но также действует как структурный компонент в материалах и тканях (1, 2). Вопреки всему, даже в самых засушливых местах на Земле, где ничего не растет, было обнаружено, что микроорганизмы колонизируют каменные (горные) субстраты в качестве последнего убежища для жизни (3, 4).Отфильтровывая УФ-излучение и улучшая доступ к воде, порода обеспечивает защиту и стабильность для неожиданного разнообразия микробных таксонов, включая цианобактерии, актинобактерии, Chloroflexus и протеобактерии (4, 5). Такие скопления эндолитических (внутри горных пород) микроорганизмов были обнаружены в пустыне Атакама в Чили, одной из самых засушливых и древнейших пустынь на Земле (6⇓ – 8) и аналогичной среде Марса (9). Индекс засушливости (AI) пустыни Атакама, соотношение среднего водоснабжения и потенциальной эвапотранспирации, может составлять всего 0.0075 (10), тогда как пороговое значение AI 0,05 используется для определенных гипераридных пустынь (11). В гипераридной центральной части пустыни записи об относительной влажности воздуха (RH) показывают обширные периоды ниже 60% RH ( SI Приложение , рис. S1), что свидетельствует о нехватке воды. Важно отметить, что 0,585 активности воды (_w; 58,5% относительной влажности) является нижним пределом, при котором была обнаружена метаболическая активность (12). Таким образом, понимание того, как микроорганизмы приобретают воду в условиях экстремального ксерического стресса, может дать представление о потенциальной жизни на Марсе в прошлом или настоящем, а также помочь в разработке новых технологий для хранения и сбора воды (13, 14).Ксерический стресс определяется здесь как нехватка воды (высыхание), которая вызывает биохимический, метаболический, физический и физиологический стресс (1). Диапазон активности воды для возникновения ксерического стресса колеблется от 0,91a _w до 0,585a _w в зависимости от микроорганизмов (1, 12).

Одним из видов минералов, обычно встречающихся в пустыне Атакама, является гипс (7), гидратированный сульфат кальция (CaSO ₄ · 2H ₂ O). В то время как этот субстрат содержит другие минералы, такие как сепиолит, которые потенциально могут уменьшить ксерические напряжения из-за своей пористой структуры и способности абсорбировать и удерживать воду (8, 15), вода, находящаяся в гипсе, является кристаллической, с содержанием до 20.8% от общей массы хранится в его решетке. Таким образом, можно предположить, что гипс может служить источником воды для организмов, живущих в условиях экстремального ксерического стресса (16). Фактически, было установлено, что растение с мелкими корнями, Helianthemum squamatum , живет на гипсе и извлекает воду из скал в сухое лето на северо-востоке Испании (17). Однако механизм, с помощью которого эта вода извлекается из гипса, а также ее результирующее воздействие на горную породу, остаются неустановленными.

Изучены переходы между различными фазами геологических минералов сульфата кальция — гипсом, бассанитом и ангидритом (15, 18–20).Известно, что гипс может частично или полностью потерять свою структурную или «кристаллическую» воду и впоследствии превратиться либо в фазу полугидрита, бассанит (CaSO ₄ · 1 / 2H ₂ O), либо в безводную фазу, ангидрит ( CaSO ₄), в различных средах (18, 22). Кроме того, гипс, который был обнаружен в эвапоритовых минералах в верхней коре Земли, может претерпевать обратимое превращение в ангидрит после цикла дегидратации-гидратации при определенных геохимических условиях (18).Фазовые диаграммы CaSO ₄ и воды были разработаны, чтобы показать влияние температуры и давления на растворимость и стабильность различных фаз (15, 19). Гипс является термодинамически стабильной фазой ниже 40 ° C, но при повышении температуры он нестабилен, переходя в фазу ангидрита (19). Кинетика этих фазовых превращений гипс-ангидрит контролируется дополнительными условиями окружающей среды, такими как кислотность и ионная сила, которые потенциально могут влиять на водородные связи между молекулами воды и сульфат-ионами внутри кристаллов гипса.Например, присутствие H ⁺ может облегчить извлечение кристаллизационной воды (т.е. структурно упорядоченной) внутри кристаллов гипса за счет образования H ₃ O ⁺, что увеличивает растворимость минерала (20).

Здесь мы используем комбинацию микроскопии и спектроскопии, чтобы охарактеризовать образцы гипса как из геологической, так и из лабораторной среды, выявляя процессы, с помощью которых колонизирующие микроорганизмы получают воду из своего субстрата, и результирующее воздействие на породу.Мы сообщаем, что гипсовые породы превращаются в ангидриты из-за потери кристаллизационной воды в процессе, вызванном микроорганизмами. Результаты этого исследования дадут представление о механизмах выживания организмов, живущих в экстремальных условиях, и, таким образом, имеют потенциал для использования при определении источников хранения воды для внеземных исследований или обитания.

Микроорганизмы, обитающие в гипсовых скалах

Наблюдение за гипсовыми породами, собранными в пустыне Атакама, показало зеленую зону колонизации под поверхностью (белая стрелка на рис.1 A ), что свидетельствует о наличии фотосинтетических микроорганизмов (7). Изображения микрокомпьютерной томографии (µ-CT) (рис. 1 B ) обнаружили микробные колонии внутри породы. Кроме того, компьютерная томография выявила поры, присутствующие в матрице породы, и микроорганизмы, колонизирующие их, как сообщалось ранее (6-8). Дальнейшие наблюдения, проведенные с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (фиг. 1 C и D ), показали, что микроорганизмы имели предпочтительное прикрепление к определенным кристаллическим граням гипса.Рамановская спектроскопия и картирование ( SI Приложение , Рис. S2) и микрофотографии SEM ( SI Приложение , Рис. S3) подтвердили, что микробные клетки собраны в основном на плоскостях {011} гипса. Вероятно, что эти конкретные плоскости имеют более шероховатую поверхность (23), что обеспечивает более сильную адгезию, но также может способствовать ускоренному доступу воды (т.е. за счет улучшенной кинетики растворения) (24, 25). Клетки, подобные цианобактериям, идентифицировали по морфологическим признакам в микробных колониях (рис.1 D ). В качестве обобщения наших наблюдений за гипсовыми породами представлена схема (рис. 1 E ) микроорганизмов, заселяющих породы при ксерических напряжениях (1).

Рис. 1.

Микроорганизмы обитают в гипсовых породах пустыни Атакама. ( A ) Фотография образцов гипсовых пород. Зеленый цвет, обозначенный белой стрелкой, показывает область, колонизированную микроорганизмами. ( B ) Микро-КТ изображения гипсовых горных пород, выделяющие микроорганизмы, живущие внутри.Желтый и красный цвета представляют собой колонии микроорганизмов внутри породы. ( C и D ) СЭМ изображения гипса. Внеклеточный матрикс, окружающий клетки цианобактерий в образцах гипса, обозначен зеленым цветом в D . ( E ) Схема колонизации микробов и их расположения в гипсовой породе. УФ, ультрафиолет.

Для дальнейшего исследования границы раздела микроб-субстрат мы применили комбинацию элементного и структурного анализов к колонизированным гипсовым породам.В частности, информация об элементах породы была получена с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) и картирования. Помимо основных элементов в гипсе (S, Ca, O и C) также были обнаружены Si, Al, Mg, Na и Fe (рис. 2 A — C ), скорее всего из сепиолита, глинистый минерал, ранее обнаруженный в гипсе из пустыни Атакама ( SI Приложение , рис. S4) (6, 8). Структурная информация, в частности фазы, существующие в гипсовых породах, была идентифицирована с помощью дифракции рентгеновских лучей (XRD) на участках с микроорганизмами и без них (рис.2 D ). Интересно, что ангидрит наблюдался на участках, населенных микроорганизмами, тогда как участки субстрата без микроорганизмов состояли только из гипса. Карты инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) были получены в областях с микроорганизмами для дополнительной проверки существования ангидритной фазы (21, 26). Результирующий спектр показывает уменьшение интенсивности пиков, представляющих кристаллизационную воду (фиг. 2 E , выделено оранжевым), что указывает на преобразование в ангидрит в этой области.Картирование FTIR (рис. 2 F и G ) дополнительно подтвердило существование ангидритной фазы вокруг гипсовой фазы. Эти результаты показывают, что микроорганизмы, вероятно, ответственны за преобразование гипса в ангидритную фазу. В предыдущих исследованиях было показано, что гипс может превращаться в ангидрит, теряя кристаллизационную воду при отжиге при 440 К (27). Таким образом, вполне вероятно, что микроорганизмы также могут управлять этой трансформацией, извлекая воду, необходимую для выживания.Чтобы проверить эту гипотезу, в лаборатории в контролируемых условиях были проведены эксперименты с культурой.

Рис. 2.

Структура и химический состав образца гипсовых пород пустыни Атакама. ( A ) Оптическая микроскопия тонкого поперечного сечения образца гипса с черными примесями в скальной матрице. ( B ) Энергодисперсионное рентгеновское картирование (EDX) образцов гипсовых пород. Область отображения обозначена красным прямоугольником в A . Белая область — это гипс, а черная область — Si, Al, Mg, O и Fe.( C ) Средний спектр (количество импульсов в секунду [cps] в зависимости от энергии) отображения EDX в B . ( D ) XRD образцов гипса на участках с микробами и без них. Ангидритная фаза наблюдается на участках с микробами. ( E ) FTIR-картирование и спектры микробов в гипсовых породах. Выделенная область, также показанная на вставке , от 3000 см ^-1 до 3 800 см ^-1 указывает на присутствие пиков кристаллизационной воды в кристаллах гипса.( F ) Изображение, полученное при оптической микроскопии, показывает область картирования. (Масштабная шкала, 100 мкм.) ( G ) FTIR-карта пиковой интенсивности при 3400 см ^-1, указывающая на кристаллизационную воду в кристаллах гипса. Синяя область представляет собой фазу ангидрита, а зеленый и желтый цвета указывают на наличие гипса.

Гипс как источник воды для микроорганизмов

Образцы гипсовых пород, собранные в пустыне Атакама, были использованы в качестве субстрата в экспериментах по культивированию штамма цианобактерий, ранее выделенного из аналогичных образцов (рис.3 А ). Гипсовые купоны (кусочки гипса со средним размером 0,5 × 0,8 × 0,5 мм) были подвергнуты двум различным условиям культивирования: 1) цианобактерии в «сухих условиях» (определяемых как добавление инокулята к субстрату и его высыхание во время инкубации. период) и 2) цианобактерии во «влажных условиях» (определяемых как добавление культуральной среды к субстрату во время периода инкубации в дополнение к посевному материалу). Через 30 дней инкубации клетки на и внутри гипсовых купонов имели ярко-зеленый цвет, что указывало на присутствие фотосинтетических пигментов (рис.3 В ). Присутствие и распределение цианобактерий в субстрате было дополнительно подтверждено сосуществованием углерода и азота с помощью EDS-картирования (фиг. 3 C ) и изображений SEM (фиг. 3 D ). Все гипсовые купоны содержали клетки цианобактерий; однако из-за разницы в условиях культивирования окончательный состав гипсовой основы был другим. XRD показывает, что ангидрит присутствовал в гипсовых купонах, культивируемых в «сухих условиях», но не был обнаружен в гипсе без микроорганизмов (отрицательный контроль) или в тех, которые культивировались в гидратированных условиях (т.е.е., в жидкой среде; Рис.3 E ). Это говорит о том, что «сухие условия» способствовали извлечению воды цианобактериями из гипсовой породы, что приводит к ее превращению в ангидрит. Эти результаты подтверждают наши наблюдения за гипсовыми породами, собранными в пустыне Атакама. Что еще более важно, мы обнаружили, что интенсивность пика XRD фазы ангидрита была больше в купонах, культивируемых с большим количеством клеток цианобактерий, что дополнительно подтвердило нашу гипотезу о роли микроорганизмов в фазовых превращениях, наблюдаемых в гипсе.

Рис. 3.

Культура цианобактерий на образцах гипса. ( A ) Схема цианобактерий, культивируемых в сухой и жидкой средах. ( B ) Изображение образцов гипса, полученное с помощью оптической микроскопии, показывающее колонии цианобактерий (зеленый цвет) на гипсе после культуральных экспериментов. ( C ) EDS-картирование цианобактерий, культивируемых на гипсе. ( D ) СЭМ-изображения образца гипса после культивирования, показывающие пористую структуру и прикрепление цианобактерий (зеленый цвет) к поверхности.Биопленка окружает цианобактерии. ( E ) XRD контрольного гипсового камня (черная кривая; т.е. не подвергнутого воздействию микробов), образцов, культивированных с низкой концентрацией (LC) и высокой концентрацией (HC) цианобактерий как в сухой, так и в жидкой среде. Пики дифракции, помеченные черными квадратами, представляют фазу ангидрита, а отмеченные звездочками — от гипса. ( F ) FTIR образцов контрольной группы и культур цианобактерий при низких и высоких концентрациях.Специфические полосы поглощения, представляющие собой органические кислоты, обнаруживаются на поверхности образцов гипса с культурами цианобактерий. ( G ) Рамановская спектроскопия образцов гипса, культивированных с высокой концентрацией цианобактерий. На поверхности образца обнаруживаются как гипс, так и ангидрит. Красный и синий спектры представляют две разные области, указанные в I . Абсорбция воды в гипсе отмечена желтой полосой. ( H и I ) Картирование фаз гипса и ангидрита с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния.( H ) Оптическая микрофотография показывает область отображения (черный ящик), используемую в I . ( I ) Фазовая карта гипса (красный) и ангидрита (синий).

SEM-анализ культивированного гипса также показал присутствие внеклеточного материала, образующего биопленочный матрикс, покрывающий цианобактерии (рис. 3 D и SI Приложение , рис. S5) (28). FTIR-анализ гипсовых купонов, культивированных с высокими концентрациями цианобактерий, показал значительно более интенсивные полосы поглощения для C = O и O-H, что указывает на существование более высоких концентраций органического материала.Здесь, вероятно, эта органика богата фрагментами карбоновых кислот (рис. 3 F ) (26, 29, 30). Присутствие органических кислот в биопленке, окружающей клетки цианобактерий, было также подтверждено рамановской спектроскопией (рис. 3 G ) (31–33). Кроме того, последующие карты комбинационного рассеяния подчеркивают фазовое превращение гипса в ангидрит (рис. 3 H , чистый гипс и рис. 3 I , смесь гипса и ангидрита). Основываясь на этих результатах, вполне вероятно, что органические кислоты в биопленке вступили в реакцию и протравили гипсовую породу, высвобождая воду в ее решетке для цианобактерий.По мере роста бактерии производят больше органической кислоты и, таким образом, извлекают дополнительную воду, которая вызывает дальнейшее преобразование гипса. Аналогичным образом было подтверждено, что бактериальные биопленки на поверхности зубов содержат кислоты (то есть молочную кислоту), которые могут привести к растворению фосфата кальция и разрушению зубной эмали (34, 35).

Механизмы фазового превращения гипса в ангидрит

Чтобы лучше понять превращение гипса в ангидрит этими микроорганизмами, были получены микрофотографии кристаллов гипса и ангидрита на разных стадиях трансформации, полученные с помощью СЭМ и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).На основании наших наблюдений мы описываем фазовое превращение гипс – ангидрит в четыре последовательных этапа (рис. 4). Первоначально микроорганизмы прикрепляются и образуют биопленку на плоскостях {011} частиц гипса (Рис. 4 A и SI Приложение , Рис. S1). До любого взаимодействия с микробами частицы гипса являются монокристаллическими (как показывает ПЭМ на фиг. 4 B ). Биопленка, покрывающая гипс (Рис.4 A и C и SI Приложение , Рис.S4) содержит органические кислоты (19), которые вызывают растворение минералов, позволяя извлекать воду, которая может быть поглощена микроорганизмами. Наблюдение за поверхностью образцов гипса показывает пористую структуру, украшенную перемычками из биопленки, что указывает на движущую силу растворения минералов (рис. 4 C ). Электронная дифракция (SAED) с высоким разрешением (ПЭМ) высокого разрешения (рис. 4 D и H , , вставка , соответственно) показывает нанокристаллы ангидрита, случайно осаждающиеся вблизи поверхности растворяющегося гипса, что позволяет предположить, что происходит фазовое превращение гипс-ангидрит.Фазовое превращение гипса в ангидрит имеет два процесса: растворение гипса и осаждение ангидрита, который можно описать как CaSO4⋅nh3O↔Ca (aq) 2 ++ SO4 (aq) 2- + nh3O, где n — гидратация номер (19, 36, 37). Таким образом, фазовое превращение определяется растворимостью различных фаз в этой конкретной среде, и было доказано, что ангидрит является более стабильной фазой и имеет более низкую растворимость (19, 20). Кислая среда, создаваемая микроорганизмами, а также извлечение воды могут усилить и облегчить фазовое превращение.По мере образования дополнительного ангидрита эти «первичные» нанокристаллы присоединяются посредством ближнего выравнивания с образованием иерархически собранных мезокристаллов (рис. 4 E и F ). Наблюдается рассогласование кристаллических плоскостей двух соседних нанокристаллов, образованных в процессе ориентированного прикрепления ( SI Приложение , рис. S6). Дополнительная сборка (рис. 4 G и H ) этих первичных частиц дает более крупные частицы ангидрита. Наблюдается дальняя ориентация этих нанокристаллов вдоль направления [002] (рис.4 H ), причем границы раздела этих выровненных первичных частиц четко присутствуют (см. Микрофотографию HRTEM на фиг. 4 H , вставка ).

Рис. 4.

Механизмы фазового превращения гипс-ангидрит. Процесс описывается в четыре этапа. I этап: микроорганизмы прикрепляются к кристаллам гипса и образуют биопленку. ( A и B ) СЭМ и ПЭМ изображения выделяют кристаллы гипса. Подтверждение наличия монокристаллического гипса, полученного посредством TEM и SAED (, вставка ), показано в B .Этап II: ( C и D ) растворение гипса и водная экстракция с последующим осаждением нанокристаллов ангидрита. ( C ) На периферии частиц гипса наблюдается пористая структура, указывающая на их растворение. ( D ) Зарождение ангидрита на поверхности кристаллов гипса. Анализ SAED (, вставка ) свидетельствует о случайном распределении нанокристаллов ангидрита. Этап III: ( E и F ) Рост кристаллов ангидрита.( E ) СЭМ-изображение показывает большие ограненные частицы ангидрита на поверхности гипса. ( F ) ПЭМ в светлом поле демонстрирует ближнее выравнивание нанокристаллов ангидрита, предполагая прикрепление частиц. Рисунок SAED (, вставка ) указывает на выравнивание нанокристаллов во время процесса прикрепления. Этап IV: ( G и H ) Завершение фазового превращения гипс-ангидрит. ( G ) СЭМ-изображение частиц ангидрита, выделяющее огранку поверхности.( H ) Светлопольное изображение ПЭМ и SAED указывают на предпочтительное выравнивание в направлении [002]. Синий прямоугольник (, вставка ) показывает границы раздела между нанокристаллами, наблюдаемые с помощью ПЭМВР, отмеченные желтыми кружками. (Масштаб, 5 нм.) ( I ) Резюме и схема индуцированного микроорганизмами фазового превращения гипс-ангидрит. Микроорганизмы прикрепляются и образуют биопленки на плоскостях {011} кристаллов гипса; гипс растворяется, и происходит водное извлечение. Исходя из кристаллической структуры гипса, кристаллизационная вода подвергается воздействию плоскостей {011}, но не плоскостей {010}.Когда монокристаллический гипс растворяется и теряет кристаллизационную воду, он трансформируется путем осаждения нанокристаллического ангидрита. Эти нанокристаллы ангидрита осаждаются на поверхности кристаллов гипса. Наблюдается ближняя ориентация нанокристаллов ангидрита. Крупные кристаллы ангидрита микрометрового размера образуются в результате присоединения и выравнивания частиц.

Схема механизма индуцированного цианобактериями механизма фазового превращения гипс-ангидрит проиллюстрирована на рис. 4 I .Микроорганизмы прикреплялись преимущественно к плоскостям {011} в исходных образцах гипса, обнаруженных в пустыне Атакама (рис. 1 C и SI, приложение , рис. S5). Это также наблюдается в контролируемых экспериментах по культивированию цианобактерий (рис. 4 A ). Изучение кристаллической структуры гипса ( SI Приложение , рис. S7) показывает, что вода внутри минерала была обнажена в плоскостях {011}, но защищена плоскостями {010} (38), что может объяснить предпочтительный колонизация этих организмов.При потере кристаллизационной воды моноклинные кристаллы гипса становятся нестабильными и превращаются в кристаллы орторомбического ангидрита. Относительно нерастворимый ангидрит (т.е. в кислых условиях) впоследствии осаждается в виде нанокристаллов ангидрита вблизи поверхностей гипса (20). По мере того, как происходит это фазовое превращение, нанокристаллы ангидрита, по-видимому, выстраиваются и прикрепляются друг к другу упорядоченным образом, образуя мезокристаллы, что позволяет предположить, что дополнительный рост происходит неклассическим путем (39, 40).Этот механизм роста отличается от классических путей роста кристаллов, которые обычно происходят путем добавления мономера к мономеру (40). Это ориентированное прикрепление первичных частиц обеспечивает средства для уменьшения свободной энергии системы без созревания Оствальда, что дает более крупные кристаллы. Этот процесс также наблюдался в механизмах роста кристаллов гипса в синтетических средах (41). Поверхность конечных кристаллов ангидрита шероховатая, отмечена многочисленными границами раздела от нанокристаллов (42, 43).

Выводы

Эндолитные микроорганизмы в пустыне Атакама приспособились к своей чрезвычайно сухой среде, используя свой каменистый субстрат, такой как гипс, не только для защиты от сильного солнечного излучения, но и в качестве источника воды. Микроорганизмы, такие как цианобактерии, которые населяют эти породы, извлекают воду, включенную в решетку гипса (кристаллизационную воду), что приводит к одновременному фазовому превращению в ангидрит. Органические кислоты были обнаружены в биопленках, окружающих эти микроорганизмы.Последующее травление происходило на высокоэнергетических кристаллических плоскостях гипса, высвобождая воду для микроорганизмов. Эксперименты в контролируемых условиях с культурами цианобактерий, выращенными на образцах естественных гипсовых пород, также собранных в пустыне Атакама, подтвердили вышеупомянутые наблюдения геологической среды. В частности, культивирование цианобактерий на гипсовых породах в сухой среде привело к фазовому превращению гипса в ангидрит, причем степень фазового превращения напрямую коррелировала с количеством клеток в культуре.В условиях гидратированной культуры фазового превращения не наблюдалось, что указывает на то, что извлечение воды из породы происходит только в средах, где воды мало. Анализ этого фазового превращения выявил специфический путь, который включает растворение гипсовой фазы органическими кислотами в микробных биопленках с последующим осаждением нанокристаллов ангидрита, которые затем растут за счет прикрепления частиц. Результаты текущего исследования не только дают представление о конкретных взаимодействиях между микроорганизмами и минералами, но также могут предложить потенциальные стратегии для технологий хранения воды в экстремальных условиях, включая внеземные среды обитания.

Материалы и методы

Коллекция гипсовых пород.

Колонизированные гипсовые породы были собраны в пустыне Атакама, Чили (координаты GPS: 20 ° 43 ‘ю.ш., 069 ° 58’ з.д., 944 м над уровнем моря) в марте 2018 г. Образцы хранились в стерильных пакетах Whirlpack в темноте и в комнате температура (∼25 ° C) перед дальнейшей обработкой.

Характеристики материалов.

SEM и EDS.

Образцы гипса, собранные в пустыне Атакама, размораживали на воздухе в течение 24 часов перед определением характеристик с помощью SEM / EDS.Гипсовые породы дробили долотом, а затем напылением покрывали Pt / Pd. Затем были визуализированы поверхности трещин с помощью автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа (MIRA3 GMU; TESCAN), работающего при 20 кВ. Для анализа EDS образцы гипса сначала заливали эпоксидной смолой (Epofix Cold-Setting Embedding Resin; Electron Microscopy Sciences), шлифовали и оценивали с помощью SEM (MIRA3 GMU; TESCAN), работающего при 20 кВ, и системы Quantax 400 EDS, оснащенной двойные SSD-детекторы xFlash 6 (Bruker).

Порошковая XRD.

Участки с зелеными колониями в гипсовых породах и без них были изолированы и измельчены в мелкие порошки.Использовали рентгеновский дифрактометр (Empyrean; PANalytical) с Cu-Kα-излучением с напряжением генератора 45 кВ и током трубки 40 мА. Диапазон сканирования (2θ) от 10 ° до 70 °.

FTIR.

Образцы гипсовых пород залиты эпоксидной смолой. Ультрамикротом (RMC MT-X; Boeckeler Instruments) использовался для получения гладких поверхностей образца для FTIR-картирования. Карта размером 70 × 70 мкм была создана с использованием FTIR-спектрометра (серия Cary 600; Agilent Technologies) с кристаллом германия с ослабленным полным отражением.

Рамановская спектроскопия.

Гипсовые купоны после культивирования с цианобактериями с высокой концентрацией были исследованы с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, выполненной с помощью конфокального рамановского микроскопа WITec, оснащенного термоэлектрически охлаждаемой камерой устройства с заряженной связью и широкополосным спектрометром UHTS300 в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. в сочетании с MIRA3-TESCAN SEM. Спектры регистрировали с помощью объектива Zeiss 100 × в камере SEM в вакууме с помощью лазера с длиной волны 532 нм. Карта размером 40 × 40 мкм была получена на поверхности гипсового купона.

ТЕМ.

Образцы встроенного гипса, разрезанные на ультрамикротоме (RMC MT-X; Boeckeler Instruments), чтобы получить прозрачные для электронов срезы (~ 70 нм). Компания Field Electron and Ion Company (FEI) Tecnai12 (работала при 120 кВ) и FEI Titan Themis 300 (работала при 300 кВ; Thermo Fisher Scientific) использовались для получения изображений TEM и HRTEM в светлом поле соответственно.

Выделение, культивирование и анализ цианобактерий.

Изолят цианобактерий был получен путем инкубирования наземного колонизированного гипса, собранного в пустыне Атакама (6), в жидкой среде BG11 (44, 45) в течение 5 недель при 25 ° C, под 24 мкмоль фотонов m ⁻² ⋅s ⁻¹ белого света.Колонии выделяли из 1% агаровой (вес / объем) среды BG11, и изолят G-MTQ-3P2 был идентифицирован как Chroococcidiopsis sp. с использованием секвенирования гена рибосомной РНК 16S.

Гипсовые купоны (0,5 мм × 0,8 мм × ∼0,5 мм толщиной) были приготовлены с использованием алмазной пилы. Для культуральных экспериментов купоны стерилизовали автоклавированием (20 мин при 121 ° C) и помещали в 96-луночные планшеты. Сто микролитров культуры цианобактерий (изолят G-MTQ-3P2), выращенной в среде BG11, использовали для инокуляции каждого купона гипса при двух плотностях клеток: 10 ⁵ клеток / мл или 10 ⁸ клеток / мл.Контроли инокулировали в стерильную среду BG11; 96-луночные планшеты инкубировали при 25 ° C под 24 мкмоль фотонов · м ^-2 мкс ^-1 белого света или в темноте в течение 30 дней, либо в «влажных», либо в «сухих» условиях. В «влажных условиях» периодически добавляли среду BG11 для сохранения тонкого жидкого слоя поверх каждого купона. В «сухих условиях» во время инкубационного периода не добавляли никакой дополнительной среды. По одному образцу из каждого условия измельчали в тонкий порошок для XRD (Empyrean; PANalytical).Для остальных образцов была проведена характеристика SEM, TEM и FTIR на основе вышеупомянутых методов.

Доступность данных.

Все данные, подтверждающие выводы этого исследования, являются самоокупаемыми.

Благодарности

Мы благодарим доктора Красимира Божилова из Калифорнийского университета в Риверсайде за помощь в анализе ПЭМ. Эта работа была поддержана финансированием от NASA (грант NNX15AP18G) для J.D. и Управления армейских исследований (ARO) (грант W911NF-18-1-0253) для Д.K. и J.D. Также, D.K. выражает признательность за финансирование от ARO (гранты W911NF-16-1-0208 и W911NF-17-1-0152).

Сноски

Авторы: W.H., J.D., and D.
No related posts.

&leftarrow;	Октябрь 2021					&rightarrow;
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
27	28	29	30	1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30	31

&leftarrow;	Октябрь 2021					&rightarrow;
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
27	28	29	30	1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30	31

&leftarrow;	Ноябрь 2021					&rightarrow;
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19	20	21
22	23	24	25	26	27	28
29	30	1	2	3	4	5