周璟文

摘 要：本文主要對鐵環(huán)境化學(xué)與地球化學(xué)之間比較熱點的問題進行研究，以便可以將鐵環(huán)境與地球化學(xué)間的研究意義更好的展現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞：鐵;環(huán)境;地球化學(xué)

鐵在自然界存在的方式可以分為兩大類：可溶鐵和不可溶鐵，自然界中的鐵無時無刻不在進行著氧化還原反應(yīng)，它們參與著地球化學(xué)循環(huán)，鐵與其他重金屬之間因為有著相互依賴的關(guān)系，它們在地球化學(xué)循環(huán)中占有著非常重要的地位。

1 鐵的微生物地球化學(xué)

鐵作為組成生物體的重要元素，它在地球化學(xué)循環(huán)中并不是簡單的無機循環(huán)，而是與其他各種生物之間進行著相互的配合聯(lián)系，從而在滿足其他生物循環(huán)的要求的同時，又促進了自己的循環(huán)。

1.1 微生物對鐵的吸收、溶解及穩(wěn)定化

在自然界中，微生物對于鐵的吸收是通過高親和力的、專屬的系統(tǒng)來實現(xiàn)的。微生物可以產(chǎn)生含鐵細胞的化合物，并將其排泄在其生長的介質(zhì)中。然后再依靠較高的親和力、專屬性與高鐵結(jié)合形成可以被吸收利用的有機螯合生物。針對這樣的現(xiàn)象，在天然水系中存在的鐵受含鐵細胞的影響較大，這正是水生環(huán)境下生物對鐵的爭奪，才使得鐵可以較為穩(wěn)定的保持在相對水平。在自然水系中鐵過飽和現(xiàn)象出現(xiàn)的原因與有機螯合生物有著重要的關(guān)系，而有機螯合生物的出現(xiàn)離不開微生物的相關(guān)生命活動。

1.2 微生物對鐵的氧化集聚

嗜酸性和中性是鐵氧化細菌的分類。當pH值小于5時可以促進嗜酸性鐵氧化菌的產(chǎn)生，這種情況最常出現(xiàn)在酸性熱泉水和酸性礦坑水中，在此情況下氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacilluferroxidans）和生金菌（Matallogenium）是主要的菌種。其中氧化亞鐵硫桿菌（Thiobacilluferroxidans）最適宜的pH值為2.5左右，它屬于化學(xué)無機自養(yǎng)型;生金菌（Matallogenium）最適宜的pH值為4.5左右。通過相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)生金菌在礦坑水中，在氧化黃鐵礦的影響下因為降低了自身的pH值，從而為氧化亞鐵硫桿菌提供了生存的條件。當pH值大于5時，鐵細菌的種類可以快速的增多。比如可以將Fe（ò）沉積于衣鞘上的綠衣菌以及纖發(fā)菌等等。其次Gallionella嘉式鐵桿菌的生存范圍很廣，該菌種適宜生存的環(huán)境為高礦化度和高DOC的條件下，pH值在7左右，Gallionella嘉式鐵桿菌是混合微生物群體中的一部分，常常出現(xiàn)在赭石結(jié)殼中。強還原反應(yīng)向著強氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變是常出現(xiàn)鞘鐵菌，該菌種適宜生存在DOC較低的環(huán)境中。盡管pH下出現(xiàn)的鐵細菌種類較多，但是由于中性pH下鐵非生物氧化具有很快的速度，導(dǎo)致使用定量的標準很難將生物和非生物過程區(qū)別開，因此鐵的氧化作用暫時還沒有定論。

1.3 細菌對鐵的還原作用

通過研究發(fā)現(xiàn)細菌具有將鐵還原的能力，我們從海相沉積物和分層胡波的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，細菌可以影響鐵的還原程度。其中還原鐵的菌種有許多，比如芽孢桿菌、氣桿菌屬等等，其中芽孢桿菌還原鐵元素能力最強大。目前對于鐵還原機制還不確定，其中鐵被還原的過程中出現(xiàn)有機質(zhì)的氧化，使得二氧化碳形成，這樣的過程在表生帶十分重要。此外通過鐵氧化物可以使沉積成巖的時候，通過有機質(zhì)降解為鐵的還原提供動力，提高鐵電子受體的作用[1]。

1.4 鐵的微生物循環(huán)

據(jù)相關(guān)的研究學(xué)者顯示鐵的微生物循環(huán)是在特定環(huán)境下進行的拒不循環(huán)，其中全球性鐵循環(huán)中的重要環(huán)節(jié)之一就是鐵的表生地球化學(xué)作用。

2 鐵在表生帶遷移轉(zhuǎn)化的環(huán)境學(xué)意義

2.1 捕集、釋放環(huán)境元素

鐵氧化物和鐵礦物的吸附能力是非常強大的，利用這一特點可以捕集環(huán)境元素。經(jīng)過相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)鐵在沉積的過程中可以將束縛的磷帶出水體，當鐵在溶解的條件下，又會將磷帶入水體。因此利用這樣的現(xiàn)象可以有效解決湖泊富營養(yǎng)化的問題。這對于改善水體環(huán)境具有重要的意義。再者，鐵在地球化學(xué)中的意義還體現(xiàn)在土壤學(xué)中，鐵在土塊潛育化作用下可以吸附Cu、Zn、Cd等物質(zhì)，利用這樣的作用可以將水和氧化鐵應(yīng)用到燃煤電廠廢水處理中去，可以有效的去除大量的痕量元素。

2.2 地下水含鐵的負面作用

鐵在地下水中的含量較多，原生劣質(zhì)水的一種就是地下水，生活中使用地下水時需要進行除鐵的處理。當?shù)叵聲牡乇沓槌鰰r，通常情況下在氧化還原環(huán)境以及壓力等方面的變化會在井管過濾器上發(fā)生鐵氧化物、硫氧化物等的沉積，從而影響井管的出水情況。因此含鐵氧化物是造成井管堵塞、腐蝕的一項重要原因。這對于水質(zhì)的提高有著重要的影響[2]。

2.3 鐵表循環(huán)的生物地球化學(xué)意義

鐵表循環(huán)與氧循環(huán)有著重要的關(guān)系，因此針對這樣的關(guān)系可以推算出鐵在地球的表生循環(huán)中與O、C、P等有著緊密的聯(lián)系。通過相關(guān)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)高鐵氧化物可以將有機物降解形成亞鐵，亞鐵被氧化在土壤、水體中參與元素的循環(huán)有著重要的意義[3]。

3 結(jié)語

綜上所述，鐵環(huán)境化學(xué)與地球化學(xué)之間有著重要的關(guān)系，鐵在表生地球化學(xué)環(huán)境中是良好的還原氧化劑，可以促進自然界元素的不斷循環(huán)。

參考文獻：

[1]張禮知，張偉賢.鐵環(huán)境化學(xué)-環(huán)境和地球化學(xué)的研究熱點[J].化學(xué)學(xué)報，2017（6）：519-520.

[2]岳玉妍.典型含釩礦物中釩的溶解釋放動力學(xué)和機理[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2017.

[3]李健.根系分泌物中類黃酮對白骨壤根際鎘生物地球化學(xué)行為影響的研究[D].廈門：廈門大學(xué)，2015.