Gradiente redox - Redox gradient

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Diagrama da distribuição geral dos principais aceptores de elétrons em sedimentos marinhos com profundidade. Da interface da água em direção aos sedimentos mais profundos, a ordem desses aceptores é oxigênio, nitrato, manganês, ferro, sulfato e metanal.
Favorabilidade relativa das reações redox em sedimentos marinhos com base na energia. Os pontos iniciais das setas indicam a energia associada à reação de meia célula. Os comprimentos das setas indicam uma estimativa da energia livre de Gibb (ΔG) para a reação onde um ΔG mais alto é mais energeticamente favorável (Adaptado de Libes, 2011).
Descrição de reações redox comuns no ambiente. Adaptado de figuras de Zhang e Gorny. Os pares redox são listados com o oxidante (aceitador de elétrons) em vermelho e o redutor (doador de elétrons) em preto.

Um gradiente redox , também conhecido como escada redox , é um conceito que explica como as reações redox se classificam no ambiente ao longo de uma distância, geralmente em profundidade. Em outras palavras, um gradiente redox é a classificação biogeoquímica de redutores e oxidantes de acordo com o potencial redox , com as condições mais redutoras em profundidade. O termo "redox" significa Redução-Oxidação, e o termo "gradiente" se refere à maneira como a série de reações químicas ocorre em uma ordem específica ao longo de uma distância espacial conhecida, geralmente profundidade. Em um gradiente redox, a reação química mais favorável do ponto de vista energético ocorre na superfície (o “topo” da escada redox). A reação menos favorável do ponto de vista energético (mais cara do ponto de vista energético) ocorre na profundidade mais profunda (o “fundo” da escada).

O gradiente sempre começa com o esgotamento do oxigênio , e então continua em etapas com o esgotamento sucessivo de outros reagentes com profundidade. Gradientes redox se formam em ambientes estratificados onde o oxigênio não penetra mais profundamente do que o ambiente de superfície imediato. Os exemplos incluem solos alagados , pântanos , sedimentos pelágicos e hemipelágicos marinhos e bacias fechadas profundas, como o Mar Negro .

O termo gradiente redox geralmente descreve um gradiente em profundidade na água, sedimentos ou solos, mas às vezes implica em um gradiente em outro tipo de distância. Também pode ser usado para descrever um gradiente redox global olhando holisticamente para a superfície da Terra, uma vez que a Terra como um planeta tem um ambiente oxidante na superfície com algum tipo de gradiente redox ocorrendo com profundidade abaixo da superfície em todos os solos, sedimentos e corpos d'água . Além disso, pode descrever um gradiente redox sobre o espaço na direção horizontal, como ao longo de um rio ou riacho. Por exemplo, há um gradiente tanto no pH quanto no potencial redox com distância da piscina de origem no canal de saída da fonte termal Bison Pool no Parque Nacional de Yellowstone, nos Estados Unidos.

Em corpos d'água passando por hipóxia em águas profundas, os gradientes redox ocorrem em uma faixa específica de profundidades. Por exemplo, nas águas profundas do Mar Báltico, os cientistas observaram um gradiente redox distinto de 65 metros a 173 metros de profundidade de água, com base em medições da química dos sedimentos na camada superior do fundo do mar ( interface sedimento-água ) em muitas profundidades .

Gradientes redox em sedimentos marinhos podem limitar a profundidade na qual os animais podem morar em escavações, já que o ambiente anóxico de sedimentos mais profundos restringe sua respiração e sobrevivência.

Ambientes onde ocorrem gradientes redox
  • A mão direita de um pesquisador estende um fino descaroçador de sedimentos de metal contendo solo pantanoso da montanha Morrow. A mão esquerda segura pequenos pedaços de solo no primeiro plano da imagem.

    Os solos de zonas húmidas frequentemente apresentam gradientes redox.

  • Diagrama esquemático científico de uma plataforma continental experimentando uma zona de mínimo de oxigênio. A zona de mínimo de oxigênio é colorida em vermelho. As setas indicam processos como ressurgência, ventos do norte e correntes de superfície em direção ao mar. Pontos verdes indicam floração de fitoplâncton em águas superficiais.

    Em regiões oceânicas produtivas e bacias fechadas, zonas de mínimo de oxigênio e zonas hipóxicas podem experimentar gradientes redox em águas profundas.

  • Um pesquisador vestindo uma camisa bege e um chapéu se ajoelha em um pântano com grama alta e poças de água escura. Ele está alcançando os solos do pantanal com um braço.

    Em áreas úmidas, os solos ricos em orgânicos se acumulam com o tempo, e esses solos costumam apresentar gradientes redox.

  • Uma imagem de uma fatia vertical de solo que tem diferentes cores em camadas, desde o marrom claro na superfície até o vermelho na profundidade.

    Alguns solos apresentam gradientes redox.

  • As mãos com luvas azuis de um mergulhador seguram um núcleo de sedimento cilíndrico. O núcleo está dentro de um tubo plástico através do qual podem ser vistos sedimentos escuros e água turva. O texto da imagem diz "McCormick & Baxter Portland Harbor, OR Sediment Core Sampling." Ao fundo, vê-se o convés de um barco, água, uma ponte e uma crista arborizada.

    Núcleos de sedimentos como este coletados de estuários, rios, lagos e baías costumam ter gradientes redox com profundidade até o núcleo.

  • Um graveto listrado de vermelho e branco se apóia em um banco cortado de terra. O solo possui camadas em cores que vão do cinza ao marrom e muitas raízes de plantas. No topo da imagem existem plantas com grandes folhas verdes.

    Gleissolos ou solos de gley como este no sul da Floresta Negra na Alemanha costumam apresentar gradientes redox.

Reações químicas ao longo de um gradiente redox

As reações químicas em um gradiente redox seguem uma ordem específica desde a reação mais energeticamente eficiente no “topo” ou superfície até a reação mais energeticamente cara no “fundo” ou profundamente na água, solo ou sedimento. A seguir está uma lista de reações em ordem de cima para baixo (organismos realizando a reação entre parênteses):

  1. Respiração aeróbica (aeróbios, também conhecidos como organismos aeróbicos )
  2. Desnitrificação (desnitrificadores, também conhecidos como bactérias desnitrificantes )
  3. Redução de manganês (redutores de manganês)
  4. Redução de ferro (redutores de ferro, também conhecidos como bactérias redutoras de ferro )
  5. Redução de sulfato (redutores de sulfato, também conhecidos como bactérias redutoras de enxofre )
  6. Metanogênese ( metanogênios )

Veja também

Referências

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