Gradiente redox - Redox gradient

Para una cobertura más amplia de este tema, consulte: Redox .

Diagrama de la distribución general de los principales aceptores de electrones en sedimentos marinos con profundidad. Desde la interfaz del agua que se mueve hacia sedimentos más profundos, el orden de estos aceptores es oxígeno, nitrato, manganeso, hierro, sulfato y metanal.
Favorecimiento relativo de reacciones redox en sedimentos marinos basadas en energía. Los puntos de inicio de las flechas indican la energía asociada con la reacción de media celda. Las longitudes de las flechas indican una estimación de la energía libre de Gibb (ΔG) para la reacción en la que un ΔG más alto es energéticamente más favorable (Adaptado de Libes, 2011).
Representación de reacciones redox comunes en el medio ambiente. Adaptado de figuras de Zhang y Gorny. Los pares redox se enumeran con el oxidante (aceptor de electrones) en rojo y el reductor (donador de electrones) en negro.

Un gradiente redox , también conocido como escalera redox , es un concepto que explica cómo las reacciones redox se clasifican en el entorno a lo largo de una distancia, a menudo en profundidad. En otras palabras, un gradiente redox es la clasificación biogeoquímica de reductores y oxidantes según el potencial redox , con las condiciones más reductoras en profundidad. El término "redox" significa Reducción-Oxidación, y el término "gradiente" se refiere a la forma en que la serie de reacciones químicas ocurren en un orden específico sobre una distancia espacial conocida, generalmente profundidad. En un gradiente redox, la reacción química energéticamente más favorable ocurre en la superficie (la "cima" de la escalera redox). La reacción menos favorable energéticamente (la más cara energéticamente) ocurre en la profundidad más profunda (el "fondo" de la escalera).

El gradiente siempre comienza con el agotamiento de oxígeno y luego continúa en pasos con el agotamiento sucesivo de otros reactivos con profundidad. Los gradientes redox se forman en entornos estratificados donde el oxígeno no penetra más profundamente que el entorno de la superficie inmediata. Los ejemplos incluyen suelos anegados , humedales , sedimentos marinos pelágicos y hemipelágicos y cuencas profundas cerradas como el Mar Negro .

El término gradiente redox generalmente describe un gradiente sobre la profundidad en agua, sedimentos o suelos, pero a veces implica un gradiente sobre otro tipo de distancia. También se puede usar para describir un gradiente redox global que mira de manera integral la superficie de la tierra, ya que la Tierra como planeta tiene un ambiente oxidante en la superficie con algún tipo de gradiente redox que ocurre con profundidad debajo de la superficie en todos los suelos, sedimentos y cuerpos de agua. . Además, puede describir un gradiente redox sobre el espacio en dirección horizontal, como a lo largo de un río o arroyo. Por ejemplo, existe un gradiente tanto en el pH como en el potencial redox con la distancia desde la fuente de agua en el canal de salida de las aguas termales de Bison Pool en el Parque Nacional Yellowstone en los Estados Unidos.

En los cuerpos de agua que experimentan hipoxia en aguas profundas, los gradientes redox ocurren en un rango específico de profundidades de agua. Por ejemplo, en las aguas profundas del Mar Báltico, los científicos han observado un gradiente redox distintivo de 65 a 173 metros de profundidad de agua, basado en mediciones de la química de los sedimentos en la capa superior del lecho marino ( interfaz sedimento-agua ) a muchas profundidades de agua. .

Los gradientes redox en los sedimentos marinos pueden limitar la profundidad a la que pueden morar los animales excavadores , ya que el ambiente anóxico de los sedimentos más profundos restringe su respiración y supervivencia.

Ambientes donde ocurren gradientes redox
  • La mano derecha de un investigador sostiene un descorazonador de sedimentos de metal delgado que contiene suelo de humedal de Morrow Mountain. La mano izquierda sostiene pequeños trozos de tierra en el primer plano de la imagen.

    Los suelos de los humedales a menudo experimentan gradientes redox.

  • Diagrama esquemático científico de una plataforma continental que experimenta una zona de mínimo de oxígeno. La zona mínima de oxígeno está coloreada de rojo. Las flechas indican procesos como surgencia, vientos del norte y corrientes superficiales hacia el mar. Los puntos verdes indican una floración de fitoplancton en aguas superficiales.

    En regiones oceánicas productivas y cuencas cerradas, las zonas de mínimo de oxígeno y las zonas hipóxicas pueden experimentar gradientes redox en aguas profundas.

  • Un investigador con camisa y sombrero beige se arrodilla en un humedal con pastos altos y charcos de agua oscura. Está metiendo la mano en los suelos del humedal con un brazo.

    En los humedales, los suelos ricos en materia orgánica se acumulan con el tiempo, y estos suelos a menudo experimentan gradientes redox.

  • Una imagen de un corte vertical de suelo que tiene diferentes colores en capas, desde el marrón claro en la superficie hasta el rojo en la profundidad.

    Algunos suelos experimentan gradientes redox.

  • Las manos enguantadas de un buzo sostienen un núcleo de sedimento cilíndrico. El núcleo está dentro de un tubo de plástico a través del cual se pueden ver sedimentos oscuros y agua turbia. El texto de la imagen dice "McCormick & Baxter Portland Harbor, OR Sediment Core Sampling". Al fondo hay la cubierta de un barco, agua, un puente y una cresta boscosa.

    Los núcleos de sedimentos como este recolectado de estuarios, ríos, lagos y bahías a menudo tienen gradientes redox con profundidad hacia el núcleo.

  • Un palo de rayas rojas y blancas se apoya contra un banco de tierra cortado. El suelo tiene capas de colores que van del gris al marrón y muchas raíces de plantas. En la parte superior de la imagen hay plantas con grandes hojas verdes.

    Los suelos gleysoles o gley como este en el sur de la Selva Negra en Alemania a menudo experimentan gradientes redox.

Reacciones químicas a lo largo de un gradiente redox.

Las reacciones químicas en un gradiente redox siguen un orden específico desde la reacción energéticamente más eficiente en la “parte superior” o superficie hasta la reacción energéticamente más cara en el “fondo” o profundo en el agua, suelo o sedimento. La siguiente es una lista de reacciones en orden de arriba hacia abajo (organismos que realizan la reacción entre paréntesis):

  1. Respiración aeróbica (aerobios, también conocidos como organismos aeróbicos )
  2. Desnitrificación (desnitrificadores, también conocidos como bacterias desnitrificantes )
  3. Reducción de manganeso (reductores de manganeso)
  4. Reducción de hierro (reductores de hierro, también conocidos como bacterias reductoras de hierro )
  5. Reducción de sulfato (reductores de sulfato, también conocido como bacterias reductoras de azufre )
  6. Metanogénesis ( Metanógenos )

Ver también

Referencias

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