RFBUMEN EL SISTEMA DE AZUFRE EN EL AMBIENTE MARINO

RFBUMEN EL SISTEMA DE AZUFRE EN EL AMBIENTE MARINO

Bol.
Depto.
Geol.
Uni-Son,
1986, Vol.
3, No.2,
p. 23-29.
PEDRO ORTEGA R.
ARTURO VILLALBA A.
Centro de llWestigacionesCientlficas y Tecnol6gicas.
Universidad de Sonora, Hermosillo, Sonora, Me%ico.
RFBUMEN
El estudio
bibliogra~ico
deta1lado
sobre
el mecanismo
del cicIo
del azufre
se
localiza
en el campo de la bacteriologia.
Sin embargo para poder entender
los resultados
del analisis
de sedimentos
es necesario
presentar
un esbozo del panorama
tal
como se entiende
boy en dia.
Este breve analisis
omite
bastante
de 10 que deberia
incluirse
sobre
el metabolismo
de los microorganismos
involucrados
en el tema;
sin embargo,
si se discute
sobre la interpretaci6n
geoquimica
del mismo.
ABSTRAcr
The detailed
bibliographic
study
of the mechanism
of the sulfur
cycle
lies
in
the field
of bacteriology,
but in order
to understand
the facts
obtained
from the
analysis
of sediments
it
is necessary
to present
a summary of the scheme as it
is
now understood.
Such a brief
account
omits
much that
belongs
to the metabolism
of
the involved
organisms,
but the details
necessary
for
the geochemical
interpretation
are included.
EL SISTEMA DE AZUFRE EN EL AMBIENTE
MARINO
Dentro
del
proceso
general
diagenetico,
10s compuestos
de azufre
han
sido estudiados
debido
a su importancia
como indicadores
de 6xido-reducci6n
en
1a formaci6n
de minera1es
autigenicos
(Price,
1976;
Berner,
1980)
y en 1as
variaciones
de 1as condiciones
fisicoquimicas
(Cohen,
yotros.,
B.B. y otros
1979; Parkin
J0rgensen,
y Brock,
1981:
yestas
a su vez en 10s cambios
de 10s
cic10s
geoquimicos
y sistemas
bio16giCOB. En 10s primeros
intervienen
1a movi1izaci6n
de meta1es
pesados
como e1
Cu, Ni, Ph, Co, Zn, Cd, Fe y Mn. La so1ubi1idad
de
10s
su1furos
meta1icos
juega un importante
pape1 en 1a actividad de estos
meta1es.
Numerosos
traba-
jOB
han
demostrado
tal
aseveraci6n
24
P. Ortega
(Murray,
1975 a, b yEaton,
1979).
Respecto a 10s sistemas bio16gicos
10s compuestos
de azufre
se ban estudiado
intensamente
en 10s u1timos
30
anos,
sobre
todo en 10s procesos
de
sulfatos-reducci6n
bacteriana,
de minera1izaci6n
y en 10s mecanismos que median 1as transformaciones
de 1as especies quimicas
de azufre
en e1 sistema
marino
(Kem y Thode, 1968, Fenche1 y
Rie1d, 1970; J$rgensen y Fenche1, 1974;
Howart y Teal,
1979; Howart, 1979; Ortega, 1983; entre otros).
En el ambiente marino las especies
de azufre
se encuentran generalmente
- 2en forma de sulfatos
(CaSO_.HSO_.SO- )en la columna de agua. a excepci6n de
ciertas
areas y cuencas deficientes
en
oxigeno donde predominan las especies
como sulfuros
(FeS. H2S, HS-, S2-).
En los organismos se halla como azufre
organico formando parte de aminoacidos
y otros compuestos nitrogenados
(Lehninger, 1981). En los sedimentos podemos tener la presencia
de minerales
como la mackinawita, greigita
y pirita.
de
Existen
diversas
1as especies
de
vias
de entrada
azufre
a1 media
marino,
entre
1as cua1es
se pueden mencionar:
r!os,
atm6sfera,
vu1canismo
marino
y descargas
residua1es.
De estas,
e1 aporte
fluvial
es e1 de mayor importancia.
Berner
(1972)
ha estimado
que
10s rios
aportan
360 megaton
a1 ano de
sulfato,
e1 cua1 viene
a ser 1a especie del azufre
mas abundante.
ser
calcio.
pueden basicamente
par doB procesos:
l}.- Proceso
2).- Reducci6n
de
precipitaci6n
de
bacteriana
de sullata
a H2S, el cual posteriormente
es
precipitado
como pirita
dependiendo
de
las condiciones del media.
A. Villalba
A.
La precipitaci6n
de sulfato
de
calcio
presente
en el sistema
marino
no es muy significativa,
de ahi que el
sulfato
disuelto
sea removido
principalmente a traves de su reducci6n
basta
la formaci6n
de pirita,
FeS2 en sedimentos marinas (Berner,
1970 a).
Resumiendo,
de 10s procesos par
media de 10s cua1es 1a pirita
es formada, puede decirse
que 1a materia
organics
en 10s sedimentos
es destru!da
dependiendo
de factores
tales
como actividad
bacteriana,
tipo
de
sustrato,
disponibi1idad
de nutrientes,
bioturba-
ci6n
y
condiciones
redox
(Stanley,
1976).
Una vez que e1 ambiente
de dep6sito
presents
condiciones
anaer6bicas,
e1 acido
su1fhidrico
es producido
par
1a acci6n
de 10s procesos
de su1fatoreducci6n
bacteriana.
Este
acido
su1fhidrico
reacciona
parcialmente
con
hierro
detritico
del
sedimento
dando
1ugar
a1 monosu1furo
de hierro
(mackinawita,
FeS2'
greigita,
Fe3 Sit ).
Otra
parte
del acido
su1fh!drico
es oxidada
a azufre
elemental
a traves
de bacterise
y una porci6n
del azufre
elemental
producido
reacciona
con 10s monosu1furOB de hierro,
formando
pirita.
E1 azuire
elemental
remanente
puede ser ox idado bacterio16gicamente
a su1fato.
Para 1a remoci6n
de sulfato
de agua de
mar,
as! como en su etapa
de fijaci6n
como pirita,
se tienen
1as siguientes
limitaciones:
1)
2)
Los Bulfatos
transformados
R.,
3)
4)
Disponibilidad
de materia
organics
metabolizable.
Actividad
de bacterias
sulfato-reductoras.
Presencia
de compuestos
de hierro
detritico.
Aporte
de sulfato
al sedimento
a
traves
de su difusi6n
en la interfase sedimento-agua.
Las
diferentes
transformaciones
quimicaB de lOB compuestos de azufre
P. OrtegaR..
desde
cabo,
y las
A. Villalba
A.
25
sulfato
a pirita
se llevaran
a
Begun las
limitaciones
citadas
condiciones
reducidas
del siste-
ma.
E1 sistema
de azufre
en sedimentos
marinas
es un ambiente
anaerobio
de
gran
comp1ejidad
y amp1iamente
distribuido.
Esta
estab1ecido
genera1mente
bajo
una zona oxidada
de sedimentos
de
espesor
variable,
constituyendo
un medio
aerobio
y quimicamente
en estado
reducido.
Se ban
rea1izado
estudios
diversos
acerca
de 1a formaci6n
de pe-
tr61eo
y dep6sitos
de azufre
(Zobe11
,
1946;
Emery y Rittenberg,
1952;
Smith,
1954;
Berner,
1967;
Hallberg,
1968;
Sokol ova y Iaravaiko,
1968)
asi
como
sabre 1a distribuci6n
y abundancia
isot6pica
de azufre
en sedimentos
marinas
(Thode
y otros,
1960;
Kaplan,
Emery y
Rittenberg,
1963)
y e1 tipo
de pob1aciones
que existen
en estructuras
eco16gicas
reducidas
(Fenche1
y Riedl,
1970).
Mecanismos de formacion de oirita
(FeSt) en lag,unas costeras.
Sulfato
disuelto
y pirita
son las
formas
mas oxidadas
y reducidas
en que
el azufre
existe
en los ambientes
marinos.
Considerando
a sulfato
disuelto
y pirita
como las
formas principales
en que el azufre
existe
en el ambiente
sedimentario
de una laguna casters,
se
puede decir que el sulfato
proporcionado par el sistema
marino adyacente
a
la laguna
es la fuente
principal
de
azufre
para la formacion
de pirita
en
el media.
E1 posib1e
mecanismo del proceso
reductor
SO~-~eS2 ha sido
estudiado
par diversos
autores
y es considerado
bastante
complejo.
Se puede decir
que
10s su1fatos
son reducidos
a sulfuros
en condiciones
an6xicas.
Esta reducci6n
puede llevarse
a cabo en la capa adyacente
a la interfase
sedimento-agua
0
en espacios
intersticiales
del
sedimenta a traves
de bacterias
que utilizan carbona
como fuente
de energia.
De
eats
maDera la producci6n
de sulfuros
eats muy relacionada
a la disponibilidad de materia
organica.
c) HS- + FeO.OH -+- Fes8d) Fes8,
0
+ 28 -+-3Fe82
greigita
piri.ta
pirita
De los sulfuros
de hierro
acido
volatil
los
mas importantes
en los
sedimentos
son
la
mackinawita,
y la greigita,
Fe S , este ultimo
considerado
como el principal
intermediario
en la formaci6n
de pirita.
Los
compuestos FeS y Fe S estan presentes
en abundancia en el sedimento de lagos,
marismas
y
Staaten,
1954;
Berner,
1970b).
lagunas
Love,
costeras
1967;
Doyle,
(Van
1968;
En el sedimento.
una reacci6n
que
probablemente
sucede
es la transformaci6n de mackinawita
en greigita:
3FeS+
~
Fe3S~ (Berner.
1971);
P. Ortega
26
Fig.
1:
°2
1
:
Vias de oxido-reducci6n en el mecanismo50:-
-+-
so1-
posibilidad.
FeS2
R.t
A. Villalba
FeS2 en sedimento
A
P. Ortega
R.t
A. Villalba
A.
La greigita
se transforms
posteriormente
en pirita
a traves
de su
reacci6n
con azufre elemental.
E1 mecanismo par e1 cua1 1a mackinawita
y 1a
greigita
se
transforman
en pirita
no es bien entendido,
pero pueden rea1izarse
reacciones
que invo1ucran
e1
azufre
elemental
(Ostroumov
et
a1.,
1959; Vo1kov, 1961; Berner,
1970b).
Autores como Roberts et a1. (1969),
Richard (1975),
Berner (1970b),
Sweeney
y Kaplan
(1980)
estudiaron
experimentalmente
1a formaci6n
de FeS2 y ban
conc1uido
que, como 10 muestra 1a reacci6n
e),
no se rea1iza
11\) formaci6n
de FeS2 sin 1a presencia
de S.
For 10 tanto,
1a presencia
de S
es de gran interes
y tiene
un pape1
importante
en 1a transformaci6n
de 1as
taBes de su1furo
de hierro
por 10 que
S pod ria ser 1imitante
para e1 su1furo
acido
vo1atil
en su transformaci6n
a
pirita
(Berner,
1970b).
Un eosible
mecanismo en la formaci6n de S ep- lo~ sedimentos
es,la
oxidaci6n de S a S par la reaccion
siguiente:
2H2S+ O2,,,2g + 2820
Este mecanismo
eats
la hip6tesis
de Harmens
Begun la cual
las formas
par
la reacci6n
directa
lita
y azufre
elemental:
FeSo + ~
-+-
en acuerdo
con
et al.
(1954)
pirita
se daD
de hydrotroi-
21
HS' + 2Fe3+
-+ ~
+ 2Fe2+ + H+
La
procesos
figura
1 iluatra
la
aerie
de
de 6xido-reducci6n
que envuelven el ~ecanismo ( SO~- + FeS~ ) en los
sedimentos.
Se aprecian
las
diferentes
vias
y terminos
intermedios
que, en los
sistemas
lagunares,
la
reducci6n
de
SO~- a Fe~ implica
( GoLdhaber y Kaplan
1974 ).
EI
Centro
de Investigaciones
Cientificas
y Tecnol6gicas
de la Universidad de Sonora,
en su programa
de Ecologia
de Sistemas
Costeros,
estudia
la
regi6n
costera
desde
varios
puntos
de
vista.
Del
punto
de vista
geoquimico
se estudia
la fase
s6lida
de la columna sedimentaria.
En particular
se estam
estudiando
diversos
compuestos
de azuire ( S2-,
~, SO:-, FeS2)
en las lagunaB de Guasimas,
Lobos
y Algodones
en
el estado~
Sonora.
Se haD encontrado
areas
que represent an ambientes
altamente
reductores
y en donde,
de acuerdo
al comportamiento de las especies
de azufre,
se podria
considerar
la
pirita
como un mineral
autigenico
y como un indicador
de un
medic
anaerobic
y de procesos
diageneticos
del azufre.
FeS2
BIBLICXRAFIA
La formaci6n de § se realiza
tampar oxidaci6n
fotosintetica
de
sulfuros,
ya sea en condiciones an6xicas u 6xicas. Eso puede ocurrir
en 1'8
columna de agua par media e cyanobacterias (J~rgensen et al.,
1979), 0 par
acci6n de los fanes Fe 3- y NO; que
pueden actuar como aceptores de electrones (Berner, 1970b):
bien
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