写的AZoM2013年8月23日
本周发表在《科学》(Science)杂志上的一项由特拉华大学(University of Delaware)研究人员领导的研究表明，锰是一种经常被忽视的元素，对许多生命过程至关重要，它在海洋环境中比之前所知的要普遍得多。欧洲杯线上买球
乔治·路德和安德鲁·麦迪逊
这一发现改变了人们对锰和其他元素(如氧和碳)在自然界中移动的化学原理的理解。锰是大多数生物必需的营养物质，帮助植物在光合作用中产生氧气。
“你不会认为锰是那么重要，但没有锰，我们就没有我们呼吸的氧分子，”研究合著者乔治·路德、麦克斯韦·p和米尔德里德·h·哈林顿说，他是特拉华大学地球、海洋和环境学院海洋科学和政策学院的海洋学教授。欧洲杯线上买球
锰以三种形式存在于环境中——锰(II)、锰(III)和锰(IV)——其差异与氧化态或存在的电子数有关。当元素失去或得到一个电子时，氧化态在“氧化还原反应”中发生变化，就像铁在空气中失去电子而生锈一样。
作为地壳中第二常见的金属，锰在与环境中的其他元素反应时，在氧化态之间迅速变化。
传统上，锰(II)和锰(IV)被认为是水生环境中的主要形式。但在2000年代中期，路德发现了一个令人惊讶的结果，锰(III)也存在于黑海的“过渡区”，这一区域的氧气水平在近表面相对较高，但在水的深处逐渐减少。
怀疑这个中介形式是更广泛的比有点黑海的独特条件,他和他的加拿大魁北克大学的同事Bjørn Sundby Rimouski和艾尔同名的麦吉尔大学,他曾与20多年,为世界上最大的河口出发:加拿大东南角的圣劳伦斯湾。
在那里，他们从海底提取了泥浆样本，在顶部几英寸的沉积物中，也有一个氧气含量减少的过渡区。《科学》杂志那篇论文的主要作者、路德的前研究生安德鲁·麦迪逊(Andr欧洲杯线上买球ew Madison)使用了一种新技术来区分锰的不同形式。
“这有点令人沮丧，我花了大约两年半的时间研究方法上的挑战和复杂性，”麦迪逊说，他去年完成了博士学位，现在在新泽西州的戈德联合公司(Golder Associates Inc.)担任地球化学家。“但当我终于找到可以工作的东西时，也很有成就感。”
他的研究结果表明，在加拿大的研究地点，锰(III)占总锰含量的90%。这意味着，这种金属是在其他有氧浓度分级的海洋环境中发现的，无论是在黑海的水柱、劳伦斯湾的沉积物还是特拉华州的盐沼中。
卢瑟说:“我们在研究的圣劳伦河口看到了这一切。”“我们在当地的盐沼里做了一些工作，发现了它。无论我们去哪里找，我们都找到了。也就是说，它应该在所有的海洋沉积物中都能找到。”
这些发现有助于解释一直困扰科学家的锰模型中的异常现象。路德说，其他研究锰的研究人员并没有对锰(II)和锰(III)进行具体的测量。相反，他们测量了溶解锰的总量，并假设是前者。
锰循环中缺失的这一环节可能会揭示海洋环境中生物学、地质学和化学之间的复杂联系，也就是所谓的生物地球化学。
海洋沉积物的生物地球化学是围绕着有机物展开的，比如一些死去的藻类，它们会从水中沉入海底。细菌消耗这些碎片，引发了一系列的反应。
麦迪逊说:“在沉积物中，细菌喜欢首先消耗分子氧和硝酸盐，因为它们能获得高能量。”“在这些物质被消耗后，细菌将有机物氧化作用与氧化锰还原作用结合，从而产生可溶性锰(III)。”
在他们的论文中，研究人员呼吁修改沉积氧化还原循环的概念模型，以包括溶解锰(III)。
路德说:“锰有助于通过光合作用在表层水中产生有机物。”“但在沉积物中，高氧化态锰被用来分解有机物。所以这是一个非常有趣的循环。”
路德，他的学生和俄勒冈健康与科学大学的合作者布拉德·泰博计划返回加拿大继续研究微生物学和化欧洲杯线上买球学过程，希望找到哪些微生物有助于锰的氧化过程。
这项题为“丰富的孔隙水Mn(III)是沉积氧化还原系统的主要组成部分”的研究发表在8月23日的《科学》杂志上。欧洲杯线上买球
该研究由国家科学基金会和加拿大自然科学与工程研究委员会资助。欧洲杯线上买球特拉华海洋资助学院计划支持了确定锰种类的技术的发展。
文章由Teresa Messmore撰写
照片由George Luther提供
来源:http://www.udel.edu/