铁环境化学—环境和地球化学的研究热点

周璟文

摘 要：本文主要对铁环境化学与地球化学之间比较热点的问题进行研究，以便可以将铁环境与地球化学间的研究意义更好的展现出来。

关键词：铁;环境;地球化学

铁在自然界存在的方式可以分为两大类：可溶铁和不可溶铁，自然界中的铁无时无刻不在进行着氧化还原反应，它们参与着地球化学循环，铁与其他重金属之间因为有着相互依赖的关系，它们在地球化学循环中占有着非常重要的地位。

1 铁的微生物地球化学

铁作为组成生物体的重要元素，它在地球化学循环中并不是简单的无机循环，而是与其他各种生物之间进行着相互的配合联系，从而在满足其他生物循环的要求的同时，又促进了自己的循环。

1.1 微生物对铁的吸收、溶解及稳定化

在自然界中，微生物对于铁的吸收是通过高亲和力的、专属的系统来实现的。微生物可以产生含铁细胞的化合物，并将其排泄在其生长的介质中。然后再依靠较高的亲和力、专属性与高铁结合形成可以被吸收利用的有机螯合生物。针对这样的现象，在天然水系中存在的铁受含铁细胞的影响较大，这正是水生环境下生物对铁的争夺，才使得铁可以较为稳定的保持在相对水平。在自然水系中铁过饱和现象出现的原因与有机螯合生物有着重要的关系，而有机螯合生物的出现离不开微生物的相关生命活动。

1.2 微生物对铁的氧化集聚

嗜酸性和中性是铁氧化细菌的分类。当pH值小于5时可以促进嗜酸性铁氧化菌的产生，这种情况最常出现在酸性热泉水和酸性矿坑水中，在此情况下氧化亚铁硫杆菌（Thiobacilluferroxidans）和生金菌（Matallogenium）是主要的菌种。其中氧化亚铁硫杆菌（Thiobacilluferroxidans）最适宜的pH值为2.5左右，它属于化学无机自养型;生金菌（Matallogenium）最适宜的pH值为4.5左右。通过相关的研究发现生金菌在矿坑水中，在氧化黄铁矿的影响下因为降低了自身的pH值，从而为氧化亚铁硫杆菌提供了生存的条件。当pH值大于5时，铁细菌的种类可以快速的增多。比如可以将Fe（Ò）沉积于衣鞘上的绿衣菌以及纤发菌等等。其次Gallionella嘉式铁杆菌的生存范围很广，该菌种适宜生存的环境为高矿化度和高DOC的条件下，pH值在7左右，Gallionella嘉式铁杆菌是混合微生物群体中的一部分，常常出现在赭石结壳中。强还原反应向着强氧化反应转变是常出现鞘铁菌，该菌种适宜生存在DOC较低的环境中。尽管pH下出现的铁细菌种类较多，但是由于中性pH下铁非生物氧化具有很快的速度，导致使用定量的标准很难将生物和非生物过程区别开，因此铁的氧化作用暂时还没有定论。

1.3 细菌对铁的还原作用

通过研究发现细菌具有将铁还原的能力，我们从海相沉积物和分层胡波的调查中发现，细菌可以影响铁的还原程度。其中还原铁的菌种有许多，比如芽孢杆菌、气杆菌属等等，其中芽孢杆菌还原铁元素能力最强大。目前对于铁还原机制还不确定，其中铁被还原的过程中出现有机质的氧化，使得二氧化碳形成，这样的过程在表生带十分重要。此外通过铁氧化物可以使沉积成岩的时候，通过有机质降解为铁的还原提供动力，提高铁电子受体的作用[1]。

1.4 铁的微生物循环

据相关的研究学者显示铁的微生物循环是在特定环境下进行的拒不循环，其中全球性铁循环中的重要环节之一就是铁的表生地球化学作用。

2 铁在表生带迁移转化的环境学意义

2.1 捕集、释放环境元素

铁氧化物和铁矿物的吸附能力是非常强大的，利用这一特点可以捕集环境元素。经过相关的研究发现铁在沉积的过程中可以将束缚的磷带出水体，当铁在溶解的条件下，又会将磷带入水体。因此利用这样的现象可以有效解决湖泊富营养化的問题。这对于改善水体环境具有重要的意义。再者，铁在地球化学中的意义还体现在土壤学中，铁在土块潜育化作用下可以吸附Cu、Zn、Cd等物质，利用这样的作用可以将水和氧化铁应用到燃煤电厂废水处理中去，可以有效的去除大量的痕量元素。

2.2 地下水含铁的负面作用

铁在地下水中的含量较多，原生劣质水的一种就是地下水，生活中使用地下水时需要进行除铁的处理。当地下会从地表抽出时，通常情况下在氧化还原环境以及压力等方面的变化会在井管过滤器上发生铁氧化物、硫氧化物等的沉积，从而影响井管的出水情况。因此含铁氧化物是造成井管堵塞、腐蚀的一项重要原因。这对于水质的提高有着重要的影响[2]。

2.3 铁表循环的生物地球化学意义

铁表循环与氧循环有着重要的关系，因此针对这样的关系可以推算出铁在地球的表生循环中与O、C、P等有着紧密的联系。通过相关学者研究发现高铁氧化物可以将有机物降解形成亚铁，亚铁被氧化在土壤、水体中参与元素的循环有着重要的意义[3]。

3 结语

综上所述，铁环境化学与地球化学之间有着重要的关系，铁在表生地球化学环境中是良好的还原氧化剂，可以促进自然界元素的不断循环。

参考文献：

[1]张礼知，张伟贤.铁环境化学-环境和地球化学的研究热点[J].化学学报，2017（6）：519-520.

[2]岳玉妍.典型含钒矿物中钒的溶解释放动力学和机理[D].新乡：河南师范大学，2017.

[3]李健.根系分泌物中类黄酮对白骨壤根际镉生物地球化学行为影响的研究[D].厦门：厦门大学，2015.