Новости химической науки > Во льдах оксид железа восстанавливается в биодоступную форму

Результаты исследования демонстрируют, что микрочастицы оксида железа, внедренные в ледяные кристаллы, например, антарктических льдов, могут быстро восстанавливаться в форму, необходимую для жизнедеятельности фитопланктона. Такая биологически доступная форма железа является «топливом» для фотосинтеза водорослей.

Нерастворимые частички оксида железа, находящиеся в регионах между кристаллами льда под микроскопом. (Рисунок из Environ. Sci. Technol. DOI: 10.1021/es9037808)

Железо входит в состав активных центров белков фитопланктона, отвечающих за фотосинтез и фиксацию атмосферного азота. Фитопланктон не усваивает малорастворимые модификации оксида железа(III), однако эти организмы могут захватывать и перерабатывать отличающиеся большей растворимостью оксиды железа(II).

Большая часть соединений железа, содержащихся в водах мирового океана, попадают в составе неорганической пыли, которая выдувается ветрами с поверхности пустынь. Железо в такой пыли в основном представлено производными железа(III), однако железа(III) может переходить в железо(II) в результате процессов фотохимического восстановления, «недостающий» электрон может, например, перейти на железо с лиганда, стабилизирующего железооксидный кластер.

Результаты совместного исследования, руководителем которого является специалист по фотохимических процессам, протекающим в окружающей среде, Вонйонг Чой (Wonyong Choi), позволяют предположить, что на процесс фотохимического перехода железо (III) – железо(II) может оказывать влияние лед.

Он отмечает, что в полярных регионах Земли Солнце постоянно освещает поверхность по шесть месяцев, в этих же регионах поверхность суши или океана покрыта слоем льда или снега, такие условия стимулировали корейского исследователя выяснить – какие необычные химические реакции могут протекать в таких условиях.

В лабораторных условиях Чой с коллегами сравнил фотохимическое восстановление частиц оксидов железа(III), включенных в зерна льда и таких же частиц, но взвешенных в жидкой воде. Как контрольный, так и опытный образцы облучали ультрафиолетом в течение 48 часов в присутствии муравьиной кислоты, органического соединения, часто входящего в состав жидких капель воды, находящихся в составе облаков. По окончанию облучения было обнаружено, что в образцах льда образовалось в 10 раз больше соединений железа(II), чем в жидкой воде. Подобные эксперименты, проводившиеся при облучении обычным солнечным светом в районе полярной станции Нью-Олессун (Шпицберген) показали, что и при естественном облучении восстановление трехвалентного железа во льду происходит в пять раз быстрее, чем в жидкой воде.

Исследователи предполагают, что ускорение фотохимического восстановление во льду объясняется эффектом концентрирования. При замерзании воды частички оксида железа и органические кислоты «выталкиваются» из упорядоченной кристаллической решетки и концентрируются в узких каналах, разделяющих зернышки льда – межзеренных границах, которые остаются жидкими даже при температуре замерзания льда. Такое концентрирование позволят сблизить восстанавливающиеся частицы оксида железа(III) и органические вещества, являющиеся их восстановителями.

Специалист по биохимии морских организмов, Уильям Сунда (William G. Sunda) отмечает, что до настоящего времени роль льда в фотовосстановлении железа до настоящего времени не изучалась. Он полагает, что более детальное изучение влияния льда на протекание таких процессов может создать новую модель влияния фотосинтеза водорослей на изменение климата, особенно в областях, на которые влияет акватория Южного океана, отличающегося дефицитом железа, добавляя, что таяние полярных льдов может привести к уменьшению концентрации биологически доступного железа и замедлению роста и воспроизводства фитопланктона.

Источник: Environ. Sci. Technol. DOI: 10.1021/es9037808

метки статьи: #биохимия, #неорганическая химия, #физическая химия, #химия поверхности