13. Krążenie żelaza w morzu

Question 1

Jakie są główne źródła Fe w oceanie?

Answer 1

• Depozycja z atmosfery
• Wietrzenie i wymywanie minerałów na lądzie i dopływ z rzek

Question 2

Czy Fe jest limitujące?

Answer 2

Tak, zapotrzebowanie biologiczne żelaza często przekracza jego dostępność, dlatego Fe jest czynnikiem ograniczającym fotosyntezę.
Cykl biogeochemiczny żelaza jest regulatorem zmiany klimatu, więc zmiany jego stężenia mogą łagodzić lub wzmacniać efekt cieplarniany

Question 3

Opisz obieg żelaza między skorupą ziemską, atmosferą i oceanami

Answer 3

Litosfera -> atmosfera pyły, aktywność wulkaniczna, działalność człowieka
Litosfera -> woda rzeki i aktywność hydrotermalna
Atmosfera -> litosfera opady
Atmosfera -> woda opady + pyły
Woda -> Litosfera Pogrzebywanie i odkładanie w osadzie

Question 4

Wymień źródła żelaza w oceanie:

Answer 4

1. Atmosfera (Depozycja pyłów)
2. Rzeki
3. Lodowce i góry lodowe
4. Kominy hydrotermalne
5. Osady

Question 5

Jak Fe trafia do oceanów z atmosfery?

Answer 5

Przez depozycję pyłów z atmosfery, które składają się głównie z glinokrzemianów, zawierające znaczne ilości Fe
Pyły pochodzą głównie z obszarów suchego klimatu, a w rejonach gęsto zaludnionych dodatkowym źródłem mogą być aerozole pochodzenia antropogenicznego

Question 6

Na co dzieli się depozycja atmosferyczna?

Answer 6

• Sucha (90% dostawy Fe do oceanów)
• Mokra (lepiej rozpuszczalne i biodostępne Fe)

Question 7

Jak Fe trafia do oceanów z rzek?

Answer 7

• Stężenie Fe w rzekach jest b. zmienne
• Większość Fe ulega agregacji i flokulacji i sedymentują w pobliżu ujścia rzek
• Dlatego do otwartych wód dociera około 5% żelaza z rzek

Question 8

Jak Fe trafia do oceanów z lodowców?

Answer 8

Poprzez wietrzenie minerałów w osadach położonych pod lodowcem, skąd są wypłukiwane przez wody wytopiskowe.
W kontakcie z powietrzem i natlenionymi wodami morskimi rozpuszczony Fe(II) szybko się utlenia do cząsteczek ferryhydrytu
(Dopływa o połowę mniej Fe niż z atmosfery - drugie największe źródło)

Question 9

Jak Fe trafia do oceanów z kominów hydrotermalnych?

Answer 9

Ciecze hydrotermalne zawierają dużo żelaza
Większość Fe(II) szybko się utlenia i strąca się wokół kominów jako minerały Fe-Mn, dlatego to źródło ma małe znaczenie

Question 10

Jak Fe trafia do oceanów z osadów?

Answer 10

W beztlenowych osadach zachodzi redukcja Fe(III) do Fe(II), który następnie dyfunfuje do wody nad osadem
- Fe jest wynoszony z wód przydennych przez upwelling
- To źródło jest szczególnie ważne na szelfie

Question 11

Ile Gg/rok żelaza dopływa z jakich źródeł?

Answer 11

1. Atmosfera 1530 - 3030
2. Góry lodowe 900 - 1380
3. Rzeki 140
4. Osady 50 - 250
5. Kominy hydrotermalne 50
   ŁĄCZNIE 2620 - 4800

Question 12

Jakie są formy występowania Fe w wodzie morskiej ze względu na utlenienie

Answer 12

Fe(III) i Fe(II)

Question 13

Scharakteryzuj Fe(III) i Fe(II)

Answer 13

Fe(III)
- dominująca forma
- łatwo ulega adsorpcji i tworzy kompleksy
- usuwane z wody przez opadające cząstki zawiesin
Fe(II)
- lepiej rozpuszczalne i bardzie biodostępne :3
- okresowo powstaje z redukcji Fe(III)
- mikrobiologicznej
- chemicznej
- spowodowanej przez promieniowanie UV

Question 14

Jak fitoplankton wpływa na obieg Fe?

Answer 14

• pobiera bezpośrednio Fe powstające z fotoredukcji
• może redukować koloidalne hydroksytlenki Fe zaadsorbowane na powierzchni komórek

Question 15

Czym są siderofory?

Answer 15

Organiczne ligandy o małej masie cząsteczkowej mające duże powinowactwo do żelaza

Question 16

W jakiej formie występuje Fe ze względu na wielkość cząsteczki (średnica)?

Answer 16

• Rozpuszczonej Fe (<0,02 μm)
• Nanocząsteczkowej (<0,1 μm)
• Koloidalnej (<1 μm)
• Zawieszonej

Question 17

Czym jest transformacja żelaza

Answer 17

Specjacja, mobilność i reaktyność Fe w środowisku morksim zależy od reakcji utleniania i redukcji
Fe(III) <-> Fe(II)

Question 18

Jakie procesy abiotyczne mogą transformować Fe?

Answer 18

1. Utlenianie przez tlen
2. Utlenianie przez związki azotu (azotyny i azotany)
3. Utlenianie przez Mn
4. Fotoredukcja
5. Redukcja przez siarkowodór

Question 19

Jakie procesy biologiczne mogą transformować Fe?

Answer 19

1. Mikrobiologiczne utlenianie Fe(II)
   
   • bakterie żelazowe (Ferrobacillus)
   • bakterie beztlenowe utleniające Fe(II) przy
     udziale NO₃^-
2. Mikrobiologiczna redukcja Fe(III)
   
   • bakterie redukujące Fe(III) (Geobacter)

Question 20

Scharakteryzuj Ocean Południowy pod względem obecności żelaza

Answer 20

• Niewystarczająca dostępność Fe
• Bardzo mały dopływ Fe z atmosfery
• Większe znaczenie w dopływie mają kominy hydrotermalne, osady szelfowe i kriosfera

Question 21

Jak zmienia się stężenie żelaza wraz z głębokością?

Answer 21

1. Bardzo mało w warstwie powierzchniowej (asymilacja przez fitoplankton)
2. Maksimum na średnich głębokościach (mikrobiologiczny rozkład materii organicznej)
3. Względnie stałe stężenie w wodach głębinowych

Question 22

Jak ze sobą oddziaływują żelazo i tlen?

Answer 22

Występowanie żelaza na stopniach utlenienia (II i III) zależy od warunków tlenowych
Na granicy środowiska tlenowego i beztlenowego Fe ulega przemianom redox.

Question 23

Podaj przykładu styku środowisk tlenowego i beztlenowego i jak zmienia się tam żelazo

Answer 23

1. Gdy skały z pirytem są wystawione na działanie atmosfery
   - Najpierw Fe²⁺ jest utleniane przez tlen do Fe³⁺
   - Potem piryt jest utleniany przez Fe³⁺
   - Utlenianie pirytu może zachodzić abiotycznie oraz przy udziale mikroorganizmów (które ten proces przyspieszają)
2. Styk natlenionych wód i beztlenowych osadów morskich z dużym stężeniem rozpuszczonego Fe(II) (ujścia kominów hydrotermalnych)
   - Fe(II) w kontakcie z O₂ jest utleniany do hydroksytlenków
   - Ten proces może zachodzić również przy udziale mikroorganizmów

Question 24

Jak ze sobą oddziaływują żelazo i fosfor?

Answer 24

Obiegi Fe i P są powiązane przez:
1. Produkcję pierwotną (asymilacja i odkładanie mat.org. w osadach)
2. Adsorpcję P na FeOOH oraz:
- powstawanie FePO₄ w watunkach tlenowych
- Uwalnianie P i Fe²⁺ w warunkach beztlenowych
3. Mineralizację materii organicznej

Question 25

Checkpoint :3

Answer 25

Bardzo dobrze Ci idzie! Tak trzymaj!
Poklep się po ramieniu za dobrą naukę i nie martw się zdasz to! Wierzę w Ciebie!

Question 26

Jak ze sobą oddziaływują żelazo i węgiel?

Answer 26

Fe i C są ze sobą związane przez:
1. Produkcję materii organicznej w procesie fotosyntezy (Fe jest czynnikiem limitującym)
2. Rozkład materii organicznej
3. Beztlenowe utlenianie metanu (Fe jest drugim po siarczanach najważniejszym utleniaczem metanu)

Question 27

Jak ze sobą oddziaływują żelazo i azot?

Answer 27

1. Obydwa są asymilowane przez fitoplankton
2. Fe jest jednym z ważniejszych kofaktorów enzymatycznych. Fe jest składnikiem nitrogenazy enzymu który umożliwia wiązanie atmosferycznego N₂ i katalizuję redukcję N₂ do jony amonowego NHN₄N⁺
3. Fe²⁺ jest donorem elektronów w bakteryjnej redukcji azotanów (sam Fe²⁺ jest przez nie utleniany)

Question 28

Jak ze sobą oddziaływują żelazo i siarka?

Answer 28

Są związane przez:
1. Beztlenowy rozkład materii organicznej, powstaje wtedy Fe²⁺ i H₂
2. Formowanie minerałów autogenicznych (W warunkach beztlenowych H₂S wytrąca Fe w postaci pirytu FeS₂, który jest następnie deponowany w osadach i usunięty z obiegu)

Question 29

Jak żelazo wpływa na ochłodzenie klimatu?

Answer 29

Zwiększony dopływ Fe -> Zwiększona PP i biologiczny transport CO₂ -> usuwanie CO₂ z atmosfery -> obniżenie temperatury na Ziemi