人类活动引起的二氧化碳 (CO₂)浓度升高导致的环境和气候变化等已获得全球的广泛关注。岩石圈作为自然界中最重要的无机碳库，在应对CO₂浓度升高引起的局部或广泛环境酸化时，其包含的不同天然矿物、微生物和CO₂的反应程度、速率和产物可能存在显著差异，直接或间接影响CO₂在固-液-气界面的分布和稳定性。但是，目前对于微生物与不同天然矿物共存时调节CO₂归趋的机制还缺乏系统了解。
为理解铁还原微生物与不同天然矿物共存环境条件下调节CO₂封存的规律和机制，本工作以天然矿物玻璃珠 (SiO₂)作为对照，选取自然界中广泛分布的方解石 (CaCO₃)和硅灰石 (CaSiO₃)作为代表性矿物，模式异养铁还原微生物Orenia metallireducens strain Z6 (菌株Z6)作为广泛存在于自然界的铁代谢微生物代表，探讨共存时在不同CO₂浓度 (0-100 %, v/v)引起的环境酸化下菌株Z6生长代谢能力以及反作用于水化学条件的过程，分析CO₂转化和在不同界面转化的效应和机理。结果显示：
1）三种矿物的酸中和能力 (acid neutralizing capacity, ANC)呈现硅灰石>方解石>玻璃珠的趋势。随着CO₂浓度升高，菌株Z6的生长延滞期增加。而缓冲能力最弱的玻璃珠则无法调节CO₂浓度升高带来的环境胁迫作效应，因此在100 % CO₂条件下Z6的铁还原活性被完全抑制，而其他矿物对Z6的活性保持有不同程度促进作用；与玻璃珠和方解石相比，ANC更强的硅灰石与CO₂的化学反应最为显著，但是菌株Z6的铁还原活性最低。
2）随着CO₂浓度升高，水化学条件趋于酸化，由于三种矿物ANC的差异，他们分别与不同浓度CO₂酸化的培养基反应，pH值呈现硅灰石>方解石>玻璃珠的规律。有趣的是，在含玻璃珠和方解石的生物活性条件下，随着生物反应的进行pH值随时间逐渐升高。但是，在硅灰石的生物活性条件下，pH值则呈现相反的趋势，随时间逐渐降低；
3）XRD、SEM和XAFS分析显示微生物进行异养铁还原过程中产生不同含Fe(II)次生铁矿物组合 (如：蓝铁矿、菱铁矿、赤铁矿、绿锈等)，次生矿物的种类和组合受到共存天然矿物种类、微生物铁代谢活性和水化学条件的影响。在ANC更强的硅灰石条件中，较高的pH部分抑制微生物的异养铁还原能力，但是矿物更容易直接与溶解在水中的CO₂ (H₂CO₃)反应形成CaCO₃，因此含铁次生矿物含量较低。相反，在方解石和玻璃珠存在条件下形成含铁次生矿物的过程则更具优势。
本研究多元证据表明矿物和微生物共存条件下，不同天然矿物种类影响CO2在水-气-液界面的迁移、转化及赋存形态。该工作对认识矿物-微生物协同碳封存生物和非生物过程的相互作用和影响机制提供了理论基础，为理解岩石圈碳通量、碳稳定性和在不同界面分布提供了新思路和方法。
 

地质二氧化碳封存、天然矿物、异养铁还原微生物、二氧化碳固定