Окислительно-восстановительные условия

Важнейшим окислителем в ландшафте служит свободный кислород атмосферы. Окислителями могут быть и другие химические элементы, способные принимать электроны (восстанавливаться) – трехвалентное железо, четырех валентный марганец и т.д. Важнейшими восстановителями являются органические вещества (органические кислоты и др.), двухвалентное железо и газообразный водород.

При изучении окислительно-восстановительных процессов важно учитывать величину Eh – окислительно-восстановительный потенциал, который характерен для данной природной системы с ее конкретными величинами концентрации, рН и температуры, а также Е₀ – “стандартного потенциала” данной реакции. Eh и E₀ измеряются в вольтах.

Высокий кларк железа и легкая индикация его окисленных и восстановленных соединений (смена окраски) делает удобным положить его поведение в основу выделения окислительно-восстановительных обстановок ландшафта. Выделяются три основных обстановки:

1. Окислительная – характеризуется присутствием в водах свободного кислорода, поступающего из воздуха за счет естественной растворимости или за счет фотосинтеза водных растений. Eh здесь выше 0,15, часто выше 0,4В; железо находится в форме Fe³⁺. Кислородные воды обладают высокой окислительной способностью, в них осуществляется микробиологическое окисление органических веществ до углекислого газа и воды, протекают различные реакции окисления неорганических веществ – двухвалентных железа, марганца и др. Для каждого ландшафта можно установить определенную глубину кислородной поверхности, глубже которой вода уже не содержит свободного кислорода.

2. Восстановительная глеевая обстановка (без H₂S) – создается в пресных водах, не содержащих или содержащих мало свободного кислорода и богатых органическими остатками. Микроорганизмы окисляют органические вещества за счет кислорода органических и неорганических соединений. В водах много CH₄, CO₂, Fe²⁺, H₂, Mn²⁺. В почвах, осадках и коре выветривания развивается оглеение. Этот тип восстановительной обстановки характерен для болот влажнотропической, тундровой, таежной и лесостепной зон. Eh ниже 0,4 В, местами ниже 0.

3. Восстановительная сероводородная обстановка (с Н₂S) создается в бескислородных водах, богатых SO₄^2-, где микробиологическое окисление органических веществ осуществляется частично за счет восстановления сульфатов. При этом происходит десульфуризация. Происходит осаждение минералов, образующих нерастворимые сульфиды. Величины Еh обычно ниже 0 (до –0,5 В). Такая восстановительная обстановка характерна для солончаков и илов соленых озер степей и пустынь, для глубоких горизонтов подземных вод некоторых районов.

В природных ландшафтах происходит закономерная смена окислительно-восстановительных условий, образуется окислительно-восстановительная зональность. Наиболее восстановительные условия возникают в местах энергичного разложения органических веществ (горизонты А почв, верхняя часть илов, водоносные горизонты и т.д.). В сторону от этих горизонтов Eh растет, причем более окислительные условия наблюдаются глубже восстановительных (например, в горизонте В почв).

С изменением окислительно-восстановительных условий связано формирование различных геохимических барьеров.