FIERUL

Fierul face parte din grupa VIIIB a sistemului periodic al elementelor, fiind un metal tranzițional. Are o comportare geochimică siderofilă. Abundența crustală estimată pentru fier, exprimată ca FeOT este de 6,71% . În partea superficială a solului există o corelație puternică cu Co, Al, Ga, In, Ti, Mn, Cu, Zn și unele dintre REE, o corelație bună cu Nb, Ni și Te și o corelație negativă cu SiO2 . Ca abundență, fierul este al 4-lea element de pe Pământ, fiind al 2-lea metal după aluminiu. Prezintă atât proprietăți litofile cât și calcofile, formând câteva minerale comune, inclusiv pirita, magnetitul, hematitul și sideritul. De asemenea este prezent în multe minerale formatoare de roci precum mica, amfibolul, piroxenii și olivina. Fierul devine concentrat în timpul proceselor magmatice și este imbogățit în general in roci mafice și felsice, intermediare sau ultrabazice. Abundența fierului din rocile sedimentare se datorează unor anumiți factori, precum proveniența, condițiile de pH, extinderea alterării diagenetice și mărimea granulelor.

Fierul este un element major prezent în sol cu o valoare medie de 2,1%. Este prezent în mare parte sub formă de Fe2+ în silicați fero-magnezieni precum olivina, piroxeni, amfiboli și biotit, și sub formă de Fe3+ în oxizi de Fe și hidroxizi. Reacțiile fierului în procesele de dezagregare sunt dependente în mare parte de pH și de stările de oxidare ale compușilor fierului implicați. În general, condițiile oxidante și alcaline dezvoltă precipitați ai fierului, în timp ce acizii favorizează soluția compușilor ferici. Prin urmare, solurile acide tind să aibă un nivel mai mare de compuși ferici anorganici solubili decât solurile neutre și calcaroase. Când solul este îmbibat cu apă Fe3+ devine Fe2+ , iar acest lucru se reflectă în creșterea solubilității fierului.

Geochimia fierului este foarte complexă în mediul terestru și este determinat în principal de schimbul ușor al stării sale de oxidare ca răspuns la condițiile fizico-chimice. Fe este foarte reactiv din punct de vedere chimic și este similar în comportamentul chimic cu alte metale, în special Co și Ni. Comportamentul său este strâns legat de ciclul O, S și C. În condiții variabile de mediu Fe arată diverse caracteristici și poate fi siderofil, calcofil și litofil.

Se cunosc două cicluri ale fierului: - Ciclul exogen - are loc la suprafața crustei terestre și implică acțiunea apei și a aerului ;- Ciclul endogen – are loc în interiorul crustei și include procese geologice precum topirea și metamirfismul.

Menirea fierului in procesele de dezagregare este în mare parte dependentă de sistemul Eh-pH, iar, în etapa de oxidare, de compușii fierului implicați. Principalele reguli pentru determinarea comportamentului fierului sunt acelea că, condițiile alcaline și oxidante ajuta la precipitarea fierului, în timp ce reducerea și condițiile acide ajută la mobilizarea compușilor fierului. Comportamentul geochimic complex al fierului, asociat cu participarea sa în procesele de oxido-reducere,rezultă, ca în cazul Mn, în formarea numărului mare de oxizi și hidroxizi.

Fierul în sol

Conținutul de Fe din sol variază între 0,1 și 10% iar distribuția sa în soluri este controlată de numeroși parametri. Textura solului pare a fi in mare parte corelată cu concentrația de Fe care rezultă din creșterea conținutului de Fe cu creșterea valorilor fracțiunior granulometrice (<0,02 mm). Valoarea medie a conținutului de Fe de la suprafața stratului de soluri nisipoase din Polonia a fost determinată ca fiind 0,57% iar în solurile foarte argiloase, 1,2%.

În soluri, Fe apare în principal sub formă de oxizi și hidroxizi ca niște componenți amorfi, umpluturi în fisuri și filoane și straturi de alte minerale sau particule. Acumularea fierului în noduli și în concrețiuni sunt adesea observate.

Transformările biotice și abiotice ale mineralelor și compușilor fierului joacă un rol important în timpul dezagregării și formării solului. Translocarea fierului pe verticală influențați în principal de liganzii organici reprezintă un proces numit podzolizare.

Mineralele feroase prezente în sol, asociate cu procesele pedogenetice sunt: - Hematitul : α-Fe2O3 , apare în solurile din regiunile tropicale, aride și semiaride și provin adeseori din rocile parentale ; - Maghemit : γ- Fe2O3 ,sunt formate în solurile foarte erodate din zonele tropicale și, de asemenea, apar ca și concentrații asociate cu hematit, magnetit și goethit ; - Magnetit : Fe3O4 , provine în principal din materialele parentale, și este însoțit de obicei de maghemit ; - Goethit : α- FeOOH, este mineralul cel mai comun din soluri din regiunile temperate și tropicale. Cristalinitatea și compoziția acestui mineral variază și reflectă mediul în care s-a format ; - Lepidocrocit : γ- FeOOH, apare în solurile sărace și uscate și în solurile din regiunile temperat-umede. Valoarea scăzută a pH-ului, temperatura scăzută și absența Fe3+ sunt condiții favorabile pentru formarea acestui mineral ; - Ferrihydrit : Fe2O3 *nH2O, nu este stabil dar apare relativ în soluri minerale. Se transformă ușor în hematit în zonele calde și în goethit în zonele temperat- umede ; - Ilmenit : FeTiO3 , nu prea apare de obicei în soluri. Este rezistent la acțiunea factorilor de mediu și provine de obicei din materialele parentale ; - Pirita: FeS2 , sulfura de fier: FeS și jarositul: KFe3 (SO4 )2 (OH)6 , sunt distribuiți peste tot în solurile scufundate .

Distribuția mineralelor feroase și compușii din profilurile solurilor sunt în mare parte variabile și reflectă multe procese din sol. Culoarea solurilor este asociată cu valorile și formele compușilor fierului.

Multe reacții sunt implicate în solubilitatea fierului din soluri, dar hidroliza și formarea speciilor complexe par a fi cele mai importante. Solubilitatea Fe3+ și Fe2+ controlează în special mobilitatea fierului din sol.

Fierul este un excelent material metalic pentru remedierea mediului înconjurător pentru că este un reducător puternic și nontoxic pentru că absoarbe poluanții anorganici.

Fierul în apă

Fierul joacă un rol important în mediul marin ca un micronutrient pentru microorganisme iar bioaviabiliateta scăzută poate limita creșterea fitoplanctonilor, care sunt importanți pentru producția primară a oceanelor.

Concentrația fierului de la suprafața apelor poate fi pe deplin variabliă sub impactul diferiților factori. McKnight și Duren (2004) au semnalat că Fe2+ oxidează reacții în ape curgătoare incluzând reacții fotochimice.

Majoritatea fierului transportat de către râuri ajunge în ocean, dar, este de asemenea o parte care precipită în sedimente pe fundul oceanului. Fluxul riveran al fierului din ocean a fost calculat de către Kitano (1992) ca fiind 7 Mt yr-1, în timp ce valoarea estimată de Gaillardet et al. (2003) este 2,47 Mt yr-1 .

Comportamentul și chimismul fierului în sistemele apoase sunt foarte complexe și controlate de câțiva parametri dintre care potențialul redox este cel mai important. Formele predominante ale fierului sunt coloizii, dar și câțiva ioni de Fe3+ și Fe2+ pot fi de asemenea prezenți. Mulți dintre compușii fierului sunt ușor solubili în apă la pH<7, dar, în condiții oxidante, ei precipită în diverse forme. Datorită proprietăților reactivilor de la suprafață, oxizii ferici apoși sunt cel mai important factor în controlarea comportamentului metalelor dizolvate în apă. Oxizii ferici coloidali joacă un rol dominant în coagularea altor substanțe coloidale și ioni.

Concentrația fierului în depozitele de deșeuri levigate și în apele curgătoare poate crea multe probleme tehnologice și de mediu. Condițiile redox din depozitele de deșeuri sunt foarte complexe, dar diminuarea condițiilor poate predomina.

Fierul în aer

Originea fierului din atmosferă provine din sursa terestră și cea industrială. Concentrația Fe din aer variază de la 0,5-1,2 ng/m-3 la Polul Sud, la 13-40 ng/m-3 în Spitsbergen și 17-166 ng/m-3 în Groenlanda. Conținutul de Fe din atmosferă din diverse orașe, de pe continente diferite, variază în mare de la 50 la 14000 ng/m-3 , fiind clar asociat cu activitatea industrială. În zonele izolate ale lumii, concentrația medie de Fe variază între 60-70 ng/m -3 , în timp ce în zonele poluate concentrația variază între 130-14000 ng/m-3 , cu o medie de 2500 ng/m-3 .

Praful atmosferic din regiunile urbane este compus din 33-38% Fe.