Bacterially-induced dissolution of calcite: the role of bacteria in limestone weathering

Abstract

The interaction between microorganisms and the calcite mineral surface in aqueous solutions, under earth surface conditions, was the focus of this study. More specifically, we investigated if bacterial attachment and metabolism increase the dissolution rates of calcite crystals and alter their surfaces in solution. A natural microbial consortium, rather than model organisms, was used in the experiments. Weathered samples from the Trenton carbonates were collected on the flanks of Mount Royal in Montréal (Québec, Canada). The associated bacteria were identified using molecular biology DNA fingerprinting techniques. This information was used to determine the nutrient requirements of suitable growth media. Samples contained typical soil dwelling organisms from the phylum Actinobacteria, gram-positive heterotrophs. Bacteria were combined with cleaved Iceland Spar calcite rhombohedra in a low-ionic strength (10−2 M) NaCl solution at ambient pCO2 , 25°C and 1 atm pressure. The effect of solution chemistry (e.g. the presence of phosphate) on the calcite dissolution kinetics was also investigated. The dissolution rates in the presence of bacteria, did not vary significantly from abiotic conditions, but decreased notably in the presence of phosphate.Cette étude porte sur les interactions entre des micro-organismes et la surface de la calcite en solution aqueuse sous des conditions équivalentes à celles de la surface de la terre. Plus précisément, nous avons étudié si l'attachement des bactéries et leur métabolisme augmentent la vitesse de dissolution des cristaux de calcite et altérent leur surface en solution. Des communautés microbiennes naturelles ont été privilégiées à des organismes types pour les expériences. Des échantillons altérés provenant de carbonates de Trenton ont été récoltés sur les flancs du Mont Royal à Montréal (Québec, Canada). Les bactéries associées ont été identifiées par des techniques de biologie moléculaire utilisant leurs empreintes génétiques d'ADN. Ces informations ont servi à déterminer les besoins en nutriments des milieux de croissance. Les échantillons contenaient des organismes typiques de sols, hétérotrophes, à gram positif, du phylum Actinobacteria. Les bactéries ont été combinées avec des rhombohèdres clivés de calcite provenant de spaths d'Islande dans une solution de NaCl de faible force ionique (10−2 M) à pCO2 ambiante, 25°C et 1 atm de pression. L'effet de la composition chimique de la solution sur la cinétique de dissolution des calcites (en particulier, la présence de phosphates) a également été étudié. Les vitesses de dissolution augmentent en présence de bactéries ne varient pas de façon significative aux échantillons exposés aux conditions abiotiques. En revanche, la présence de phosphate das le milieu de culture masque l'effet des bactéries sur la vitesse de dissolution