鐵環境化學—環境和地球化學的研究熱點

周璟文

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

關鍵詞：鐵;環境;地球化學

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，它們參與著地球化學循環，鐵與其他重金屬之間因為有著相互依賴的關系，它們在地球化學循環中占有著非常重要的地位。

1 鐵的微生物地球化學

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

1.1 微生物對鐵的吸收、溶解及穩定化

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

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生，這種情況最常出現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，它屬于化學無機自養型;生金菌（Matallogenium）最適宜的pH值為4.5左右。通過相關的研究發現生金菌在礦坑水中，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，常常出現在赭石結殼中。強還原反應向著強氧化反應轉變是常出現鞘鐵菌，該菌種適宜生存在DOC較低的環境中。盡管pH下出現的鐵細菌種類較多，但是由于中性pH下鐵非生物氧化具有很快的速度，導致使用定量的標準很難將生物和非生物過程區別開，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

通過研究發現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查中發現，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有機質的氧化，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

據相關的研究學者顯示鐵的微生物循環是在特定環境下進行的拒不循環，其中全球性鐵循環中的重要環節之一就是鐵的表生地球化學作用。

2 鐵在表生帶遷移轉化的環境學意義

2.1 捕集、釋放環境元素

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境元素。經過相關的研究發現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。因此利用這樣的現象可以有效解決湖泊富營養化的問題。這對于改善水體環境具有重要的意義。再者，鐵在地球化學中的意義還體現在土壤學中，鐵在土塊潛育化作用下可以吸附Cu、Zn、Cd等物質，利用這樣的作用可以將水和氧化鐵應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。當地下會從地表抽出時，通常情況下在氧化還原環境以及壓力等方面的變化會在井管過濾器上發生鐵氧化物、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。這對于水質的提高有著重要的影響[2]。

2.3 鐵表循環的生物地球化學意義

鐵表循環與氧循環有著重要的關系，因此針對這樣的關系可以推算出鐵在地球的表生循環中與O、C、P等有著緊密的聯系。通過相關學者研究發現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有著重要的意義[3]。

3 結語

綜上所述，鐵環境化學與地球化學之間有著重要的關系，鐵在表生地球化學環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。

參考文獻：

[1]張禮知，張偉賢.鐵環境化學-環境和地球化學的研究熱點[J].化學學報，2017（6）：519-520.

[2]岳玉妍.典型含釩礦物中釩的溶解釋放動力學和機理[D].新鄉：河南師范大學，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行為影響的研究[D].廈門：廈門大學，2015.