Биологические функции меди

Представляет интерес еще одна сторона деятельности меди, но уже не как металла. Медь принадлежит к числу так называемых биоэлементов, необходимых для нормального развития растений и животных. В ее «обязанности» входит ускорение химических процессов, протекающих внутри клеток.

При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание хлорофилла, листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть. Не случайно, медный купорос широко применяют в сельском хозяйстве.

Из представителей животного мира наибольшие количества меди содержат осьминоги, каракатицы, устрицы и некоторые другие моллюски. В крови ракообразных и головоногих медь, входящая в состав их дыхательного пигмента—гемоцианина (0,33—0,38%),—играет ту же роль, что железо в крови других животных. Соединяясь с кислородом воздуха, гемоцианин синеет (потому-то у улиток и «голубая кровь»), а отдавая кислород тканям, — обесцвечивается. У животных, стоящих на более высокой ступени развития, и у человека медь содержится главным образом в печени. Ежедневная потребность человеческого организма — примерно 0,005 грамма этого элемента. При недостаточном поступлении меди с пищей у человека развивается малокровие, появляется слабость. Однако ее избыток также вреден и может повлечь за собой тяжелые заболевания печени. Ядовитое действие (в больших концентрациях) меди на низшие растительные организмы используют для борьбы с грибками, паразитирующими на культурных растениях. С этой целью зараженные растения опрыскивают растворами солей меди.

Многие народы приписывают меди целебные свойства. Непальцы, например, считают медь священным металлом, который способствует сосредоточению мыслей, улучшает пищеварение и лечит желудочно-кишечные заболевания (больным дают пить воду из стакана, в котором лежат несколько медных монет). Один из самых больших и красивых непальских храмов носит название «Медный».

Польские ученые установили, что в тех водоемах, где присутствует медь, карпы отличаются крупными габаритами. В прудах или озерах, где меди нет, быстро развивается грибок, который поражает карпов.

Если карпы неравнодушны к меди, то более солидные обитатели подводного мира — акулы — терпеть не могут этот элемент, точнее его серное соединение — сульфат меди. Широкие эксперименты по проверке этого антиакульего препарата были проведены в США в начале второй мировой войны, когда от торпед и бомб тонуло немало кораблей и нужда в надежном средстве защиты от акул была велика.

В решении этой проблемы приняли участие многие ученые и охотники на акул. Кстати, не остался в стороне и Эрнест Хемингуэй — он показал места, где сам не раз охотился на морских хищниц.

Успех экспериментов превзошел все ожидания: акулы с жадностью хватали приманки без сульфата меди и «за версту» обходили контрольные приманки с препаратом.

В действенности «антиакулина» поначалу усомнились австралийские специалисты. «Для наших акул (а австралийские хищницы считаются самыми кровожадными), — иронизировали они, — это вроде порошка от головной боли. Он послужит лишь острой приправой к жаркому». Однако когда в знаменитом Акульем заливе, у западного побережья Австралии, препарат был испробован, его эффективность превысила 95%.

С биологическими процессами связан и один из способов добычи меди. Еще в начале нашего века в Америке были закрыты медные рудники в штате Юта: решив, что запасы руды уже исчерпаны, хозяева рудников затопили их водой. Когда спустя два года воду откачали, в ней оказалось 12 тысяч тонн меди. Подобный случай произошел и в Мексике, где из заброшенных рудников, на которые все махнули рукой, только за один год было «вычерпано» 10 тысяч тонн меди.

Откуда же берется эта медь? Ученым удалось найти ответ. Среди многочисленных видов бактерий есть такие, для которых любимым лакомством служат сернистые соединения некоторых металлов. Поскольку медь в природе обычно связана с серой, эти бактерии неравнодушны к медным рудам. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, микробы превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Так, если при обычном химическом окислении за 24 дня из халькопирита (одного из медных минералов) выщелачивается лишь 5% меди, то в опытах с участием бактерий за 4 дня удалось извлечь 80% этого элемента. Как видите, сравнение технико-экономических показателей явно в пользу микротружеников. Оговоримся, что в описанном случае им были созданы практически идеальные условия для работы: температура среды колебалась от 30 до 35 °C, минерал был измельчен и постоянно перемешивался с раствором. Но есть немало экспериментальных данных, свидетельствующих о неприхотливости бактерий: они охотно занимались любимым делом даже в суровых условиях Севера, например, на Кольском полуострове.

Особенно полезно участие бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников: ведь в выработанных месторождениях, как правило, еще остается от 5 до 20% руды. Но добыча этих остатков не оправдывается экономически, а подчас и вовсе невозможна. А вот бактериям ничего не стоит добраться до медных кладбищ и подобрать все крохи «с барского стола».

Микроорганизмы можно использовать и для переработки отвалов. На мексиканском месторождении Кананеа возле шахт скопились огромные отвалы породы— около 40 миллионов тонн. И хотя содержание меди в них было ничтожным (0,2%), их попробовали орошать шахтной водой, которая затем стекала в подземные резервуары. Из каждого литра этой воды удалось извлечь по 3 грамма меди. Всего же только за месяц «из ничего» было добыто 650 тонн металла.

Бактерии «зачислены в штат» некоторых горнорудных предприятий и в нашей стране. Первая опытная установка по бактериальному выщела-чиванию меди начала действовать еще в 1964 году на одном из крупнейших рудников Урала—Дегтярском. Здесь около отработанных карьеров и в отвалах обогатительной фабрики за много лет образовалось новое «месторождение» бедной медной руды. Ее-то и отдали во власть микроорганизмов. На их трудолюбие жаловаться не приходилось: дополнительно была добыта не одна тонна ценного металла. Сейчас в Дегтярске сооружена уже промышленная установка. Массовое «оформление» бактерий на работу происходит и на других предприятиях Урала и Казахстана.

Исследования, проведенные в Институте микробиологии, показали, что вкусы промышленных бактерий довольно разнообразны: помимо меди, с их помощью можно извлекать из земных недр железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий и многие другие элементы, в том числе такие ценные, как уран, золото, германий, рений. Несколько лет назад ученые института доказали возможность получения путем бактериального выщелачивания редких металлов галлия, индия и таллия.

Биометаллургические процессы весьма перспективны. Уже сейчас подземное выщелачивание — самый дешевый способ получения меди: не нужно держать под землей шахтеров, отпадает необходимость в заводах по обжигу и обогащению медной руды. Всю эту сложную работу охотно выполняют миллиарды крохотных «металлургов», которые, словно сказочные гномы, днем и ночью без устали «трудятся», помогая людям получать нужный металл. «Каких-нибудь двадцать лет тому назад это казалось фантастическим, а сегодня люди научились направлять и интенсифицировать деятельность этих „металлургов“.. Нет сомнения, что использование микробов в гидрометаллургии сделает ее одной из ведущих отраслей промышленности конца нашего столетия». Имшенецкий А. А. Микробиологические процессы при высоких температурах. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1944.