всероссийский научно-практический журнал
  • ISSN 2072-8158
  • -
  • Роспечать: 48626
  • Пресса России: 44722

Связь Fe и Mn с циклом углерода в донных отложениях

Опубликовано в журнале «Вода: химия и экология» № 11 за 2016 год, стр. 37-46.
Рубрика: Научно-аналитические обзоры

 

Мартынова М.В. доктор географических наук, ведущий научный сотрудник, ФГБУН Институт водных проблем Российской академии наук

Аннотация:
Впервые в русскоязычной литературе кратко обобщены публикации, посвященные процессам, обусловливающим связь циклов Fe и Mn с органическим и неорганическим углеродом в анаэробных условиях пресноводных и морских донных отложений. Основное внимание уделено процессам диссимиляционной Fe(III)- и Mn(IV)- редукции с окислением Сорг до СО2. Обозначены некоторые из микроорганизмов, окисляющие Сорг до СО2 .

Ключевые слова: восстановление Fe(III) и Mn(IV), донные отложения, метаногенез, родохрозит, сидерит

Ссылка для цитирования:
Мартынова М.В. Связь Fe и Mn с циклом углерода в донных отложениях // Вода: химия и экология. — 2016. — № 11. — c. 37-46. — http://watchemec.ru/article/28191/

Литература:
1. Потехина Ж.С. Метаболизм Fe(III) восстанавливающих бактерий. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2006. 225 с.
2. Capone D.G., Comparison of microbial dynamics in marine and freshwater sediments: contrasts in anaerobic carbon catabolism / D.G. Capone, R.P. Kiene // Limnol. Oceanogr. 1988. V. 33. № 4. Part 2. P. 725-749.
3. Кусачева С.А. Фундаментальные и прикладные аспекты производства биоэлектрической энергии / С.А. Кусачева, М.И. Морозенко, С.И.Черняев, Ю.М. Жукова //Фундаментальные исследования. 2015. № 6. Часть 3. С. 479-484.
4. Lovely D.R. Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction // Microbiol. Rev. 1991. V. 55. № 2. P. 259-287.
5. Lovley D.R. Dissimilatory Fe(III)- and Mn(IV)-reducing Prokaryotes // Prokaryotes. 2006. V. 2. P. 635-658.
6. Водяницкий Ю.Н. Биогеохимия железа в переувлажненных почвах (аналитический обзор) / Ю.Н. Водяницкий. А. Шоба // Почвоведение. 2013. № 9. С. 1047-1059.
7. Thamdrup B. Bacterial manganese and iron reduction in aquatic sediments // Adv. Micr. Ecol. 2000. V. 16. P. 41-84.
8. Мартынова М.В. Железо и марганец в пресноводных отложениях. М: ИВП РАН, 2014. 215 с.
9. Thamdrup B. Manganese, iron and sulfur cycling in a coastal marine sediment, Aahrus bay, Denmark / B. Thamdrup, H. Fossing, B.B. Jørgensen // Geochim. Cosmochim. Acta. 1994. V. 58. № 23. P. 5115-5129.
10. Canfield D.E. The anaerobic degradation of organic matter in Danish coastal sediments: Fe reduction, Mn reduction, and sulfate reduction / D.E. Canfield, B. Thamdrup, J.W. Hansen // Geochim. Cosmochim. Acta. 1993. V. 57. № 16. P. 3867-3883.
11. Розанов А.Г Марганец и другие окислители органического вещества донных отложений Белого моря. Геология морей и океанов // XVIII Межд. научн. конф. (Школа) по морской геологии. Т. IV. М.: ГЕОС, 2009. С. 139-143.
12. Stone A.T. The reduction and dissolution of Mn(III) and Mn(IV) oxides by organics. 1. Reduction by hydroquininen / A.T. Stone, J.J. Morgan // Environ. Sci. Technol. 1984. V. 18. № 6. P. 450-456.
13. Achtnich C. Competition for electron donors among nitrate reducers, ferric iron reducers, sulfate reducers and metanogens in anoxic paddy soil / C. Achtnich, F. Back, R. Conrad // Biol. Fert. Soils. 1995. V. 19. № 1. P.65-72.
14. Wersin P. Early diagenetic influences on iron transformations in a freshwater lake sediment / P. Wersin, P. Hӧhener, N. Giovanoli, W. Stumm // Chem. Geol. 1991. V. 90. № 3-4. P. 233-252.
15. Frankel R.B. Anaerobes pumping iron // Nature (London). 1987. V. 330, № 6145. P. 208.
16. Lovley D.R. Microbial reduction of iron, manganese, and other metals // Adv. Agron. 1995. V.54. P. 175-231.
17. Lovley D.R. Dissimilatory Fe(III) and Mn(IV) reduction / D.R. Lovley, D.E. Holmes, K.P. Nevin // Adv. Microbiol. Physiol. 2004. V. 49. P. 219-286.
18. Van Cappelin P. Cycling of iron and manganese in surface sediments: a general theory for the coupled transport and reaction of carbon, oxygen, nitrogen, sulfur, iron and manganese / P. Van Cappelin, Y. Wang // Amer. J. Sci. 1996. V. 296. № 3. P. 197-243.
19. Aller R.C. Diagenetic processes near the sediment-water interface of Long Island Sound. II. Fe and Mn // Estuarine physics and chemistry: studies in long Island Sound // Adv. Geophys. 1980. V. 22, P. 351-415.
20. Jensen M.M. Rates and regulation of microbial iron reduction in sediments of the Baltic-North Sea transition / M.M. Jensen, B. Thamdrup, S. Rysgaard, M. Holmer, H. Fossing // Biogeochem. 2003. V. 65. № 3. P. 295-317.
21. Hyun J.-H. Rapid organic matter mineralization coupled to iron cycling in intertidal mud flats of the Han river estuary, Yellow Sea / J.-H. Hyun, J.-S. Mok, H.-Y. Cho, S.H. Kim, K.S. Lee, J.E. Kostka // Biogeochemi. 2009. V. 92. № 3. P. 231-245.
22. Magen C., Reduction rates of sedimentary Mn and Fe oxides: an incubation experiment with arctic ocean sediments / C. Magen, A. Mucci, B. Sundby // Aquat. Geochem. 2011. V. 17. № 5. P. 629-643.
23. Aguilar C. Biogeochemical cycling of manganese in Oneida Lake, New York: whole lake studies of manganese / C. Aguilar, K.H. Nealson // J. Great Lakes Res. 1998. V. 24. № 1. P. 93-104.
24. Coates J.D. Desulforomonas palmitatis sp.nov., a marine disimiatory Fe(III) reducer that can oxidize long-chain fatty acids / J.D. Coates, D.J. Lonergan, E.J.P. Phillips, H. Jenter, D.R. Lovley // Arch. Microbiol. 1995. V. 164. № 6. P. 406-413.
25. Thomsen U. Pathways of organic carbon oxidation in a deep lacustrine sediment, Lake Michigan / U. Thomsen, B. Thamdrup, D.A. Stahl, D.E. Canfield // Limnol. Oceanogr. 2004. V. 49. № 6. P. 2046-2057.
26. Lovley D.R. Requirement for a microbial consortium to completely oxidize glucose in Fe(III)-reducing sediments / D.R. Lovley, E.J.P. Phillips // Appl. Environ. Microbiol. 1989. V. 55. № 12. P. 3234-3236.
27. Roden E.E. Competition between Fe(III)-reducing and methanogenic bacteria for acetate in iron-rich freshwater sediments / E.E. Roden, R.G. Wetzel // Microbiol. Ecol. 2003. V. 45. № 3. P. 252-258.
28. Cai W.-J. Carbon cycling and coupling between proton and electron transfer reactions in aquatic sediments in lake Champlain / W.-J. Cai, G.W. Luther III, J.C. Cornwell, A.E. Giblin // Aquat. Geochem. 2010. V. 16. № 3. P. 421-446.
29. Canavan R. Organic matter mineralization in sediment of a coastal freshwater lake and response to salinization / R.W. Canavan, C.P. Slomp, P. Jourabchi, P. van Cappelin, A.M. Laverman, G.A. van den Berg // Geochim. Cоsmochim. Acta. 2006. V. 70. № 11. P. 2836-2855.
30. Zehnder A.J.B. Geochemistry and biogeochemistry of an-aerobic habitats / A.J.B. Zehnder, W. Stumm // Biology of Anaerobic Microorganisms / Еd. A.I.B. Zehnder. New York. Wiley. 1988. P. 1-38.
31. Lovley D.R. Availability of ferric iron for microbial reduction in bottom sediments of the freshwater tidal Potomac River / D.R. Lovley, E.J.P. Phillips // Appl. Environ. Microbiol. 1986. V. 52. № 4. P. 751-757.
32. Brettar T. Nitrous oxide producing heterotrophic bacteria from the water column of the central Baltic: abundance and molecular identification / T. Brettar, M. Hoefle // Mar. Ecol. Prog. Ser. 1993. V. 94. № 2. P. 253-265.
33. Myers C.R. Respiration-linked proton translocation coupled to anaerobic reduction of manganese (IV) and iron (III) in Shewanella putrefaciens MR-1 / C.R. Myers, K.H. Nealson // J. Bacteriol. 1990. V. 172. № 11. P. 6232-6238.
34. Nealson K.A. Iron and manganese in anaerobic respiration: environmental significance, physiology and regulation / K.A. Nealson, D.A. Saffarini // Annu. Rev. Microbiol. 1994. V. 48. Oktober. P. 311-343.
35. Küsel K. Microbial reduction of Fe(III) in acidic sediments: isolation of Acidiphillium cryptum JF-5 capable of coupling the reduction of Fe(III) to the oxidation of glucose / K. Küsel, T. Dorsch, G. Acker, E. Stackebrandt // Appl. Environ. Microbiol. 1999. V. 65. № 8. P. 3633-3640.
36. Roden E.E. Dissimilatory Fe(II1) reduction by the marine microorganism, Desulfuromonas acetoxidans / Roden E.E., Lovley D.R. // Appl. Environ. Microbiol. 1993. V. 59. № 3. P. 734-742.
37. Дзюбан А.Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхауз, 2010. 192 с.
38. Roden E.E. Organic carbon oxidation and suppression of methane production by microbial Fe(III) oxide reduction in vegetated and unvegetated freshwater wetland sediments / E.E. Roden, R.G. Wetzel // Limnol. Oceanogr . 1996. V. 41. № 8. P. 1733-1748.
39. Van Bodegom P.M., Direct inhibition of methanogenesis by ferric iron / P.M. Van Bodegom, J.C.M. Scholten, A.J.M. Stams // FEMS Microbiol. Ecol. 2004. V. 49. № 2. P. 261-268.
40. Ветошкина О.С. Сидерит мезозойских отложений Нижневычегодской впадины. Автореф. дис. … канд. геол.-минер. наук. Сыктывкар. 2010. 25 с.
41. Bell P.E. Biogeochemical conditions favoring magnetite formation during anaerobic iron reduction / P.E. Bell, A.L. Mills, J.S. Herman // Appl. Environ. Microbiol. 1987. V. 53. № 11. P. 2610-2616.
42. Thyne G.D. Evidence for paleoaquifer from early diagenetic siderite of the Cardium Formation, Alberta, Canada / G.D. Thyne, C.J. Gwinn // J. Sediment. Res. 1994. V. 64. № 4а. P. 726-732.
43. Mozley D.S. Elemental and isotopic compositions of siderite in Kuparuk Formation, Alaska: effect of microbial activity and water/sediment interaction on early pore-water chemistry / D.S. Mozley, W.W. Carothers // J. Sed. Petrol. 1992. V. 62. № 3. P. 681-692.
44. Seguin M. Instability of FeCO3 in air // American J. Sci. 1966. V. 264. № 7. P. 562-568.
45. Cornwell J.C. The geochemistry of manganese, iron and phosphorus in an Alaskan arctic lake. Ph. D. thesis, Univ. Alaska. 1983. 28 p.
46. Huggett J. Geochemistry of early siderite cements from the Eocene succession of Whitecliff bay, Hampshire basin, U.K. / J. Huggett, P. Dennis, A. Gale // J. Sed. Res. 2000. V. 70. № 5. P. 1107-1117.
47. Mozley D.S. Relation between depositional environment and the elemental composition of early diagenetic siderite // Geology. 1989. V. 17. № 8. P. 704-706.
48. Ellwood B.B. Siderite formation in anoxic deep-sea sediments: a synergetic bacterially controlled process with important implications in paleomagnetism / B.B. Ellwood, T.H. Chzanowski, F. Hrouda, G.J. Long, M.L. Buhl // Geology. 1988. V. 16. № 11. P. 980-982.
49. Emerson S. Early diagenesis in anaerobic lake sediments: chemical equilibria in interstitial water // Geochim. Cosmochim. Acta. 1976. V. 40. № 8. P. 925-934.
50. Postma D. Pyrite and siderite formation in brackish and freshwater swamp sediments // Amer. J. Sci. 1982. V. 282, Oktober. P. 1151- 1183.
51. Hein J.R. Вacterially mediated diagenetic origin for cher-hosted manganese deposits in the Franciscan Complex, California Coast Ranges / J.R. Hein, R.A. Koski // Geology. 1987. V. 15. № 8. P. 722-726.
52. Волков И.И. Родохрозит / И.И. Волков, Н.В. Логвиненко, Е.Г. Соколова, А.Ю. Леин // Литология и геохимия осадков Тихого океана (транстихоокеанский профиль). Тр. ГИН АНСССР. Вып. 334. М: Наука, 1979. С.85-91.
53. Lepland A. Manganese authigenesis in the Landsort Deep, Baltic Sea / A. Lepland, R.L. Stevens // Mar. Geol. 1998. V. 151. № 1. P. 1-25.
54. Юдович Я.Э. Геохимия марганца в карбонатных конкрециях. Обзор / Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис // Вестник ин-та геологии Коми научного центра УрО РАН. 2013. № 4. С. 7-14.
55. Franklin M.L., The interaction of manganese (II) with the surface of calcite in dilute solutions and seawater / M.L. Franklin, J.W. Morse // Mar. Chem. 1983. V. 12. № 4. P. 241-254.
56. Wartel M. Seasonal variation of Mn2+ - adsorption on to calcareous surfaces in the English Channel, and its implication on the manganese distribution coefficient / M. Wartel, M. Skiker, Y. Auger, A. Bougchriet, E. Puskaric, P. Gueguentat // Mar. Chem. 1991. V. 36. № 1-4. P. 85-105.
57. Schaller T. Sedimentary profiles of Fe, Mn, V, Cr, As and Mo as indicators of benthic redox conditions in Baldeggersee / T.Schaller, H.Ch. Moor, B. Wehrli // Aquat. Sci. 1997. V. 59. № 3. P. 345-361.
58. Robbins J.A. Diagenesis of manganese in lake Michigan sediment / J.A. Robbins, E. Callender //Amer. J. Sci. 1975. V. 275. May. P. 512-533.