Potencial redox
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Potencial redox es una medida de la actividad de los electrones. Está relacionado con el pH y con el contenido de oxígeno. Es análogo al pH ya que el pH mide la actividad de protones y el potencial redox mide la de los electrones.
Sumario
Se calcula
Eh = 1, 234 - 0,058 pH + 0,0145 log (10) Po, siendo Po la presión parcial de oxígeno expresada en atmósferas.
En las aguas si el oxígeno está en equilibrio con el atmosférico y el pH es de 7, el valor es de + 0, 86 mv a 0 ºC y de + 0,80 mv a 25 ºC. En las aguas dulces y marinas raramente baja de + 0,3 mv excepto cuando hay gran escasez de oxígeno.
En el perfil del sedimento marino se aprecian tres zonas distinguibles por el color: la zona oxidada de color amarillo y cuyo potencial redox es de más de 200 mv, la discontinuidad de redox de color gris con potencial entre 0 y 200 mv y la zona reducida con potencial negativo. El oxígeno, dióxido de carbono y nitrato son reemplazados por el sulfuro de hidrógeno, metano y amoniaco en los sedimentos reducidos. El ión férrico pasa a ión ferroso en la discontinuidad de redox y en la zona reducida.
Hay límites en los que la vida no puede desarrollarse en el potencial redox. Pero también hay zonas intermedias en las que los organismos utilizan unos pares redox u otros.
En los suelos encharcados hay problemas para la difusión del oxígeno, el sulfhídrico y el metano se producen en ambientes reductores como pantanos a grandes profundidades.
En los potenciales oxidantes la materia tiende a oxidarse y descomponerse y en reductores tiende a reducirse. La sustancia con potencial de reducción más negativo es la que se oxida. Por ello es importante conocer los valores normales de los potenciales redox. Hay distintos medios acuáticos debido a ésto: el agua ácida de minas es muy oxidante, el agua atmosférica, el agua de río y la de mar también, en un punto intermedio están las aguas pantanosas y el agua subterránea, y como las más reductoras están el agua de suelos inundados y el agua en contacto con sedimentos marinos reductores.
En zonas someras es donde mayor variación del potencial de reducción hay. El agua marina es reductora a un pH de 8 y las aguas subterráneas tienen concentraciones de carbonatos que desvían el pH.
El oxígeno se difunde mal en aguas completamente quietas pero en los ecosistemas suele haber viento y hay oxígeno que puede provenir de plantas fotosintéticas. De día y debido a la fotosíntesis, en las capas más próximas a la superficie, se produce una pérdida de oxígeno hacia la atmósfera ya que se supera la saturación de oxígeno, en las profundidades el oxígeno disminuye debido a las bacterias, animales y materia orgánica en sedimentación; de noche se produce un paso limitado de oxígeno desde la atmósfera al agua y es consumido por la respiración y las bacterias. Así se da una situación en la que el agua está estratificada. Cuando hay un agua turbulenta, se produce un paso acelerado del oxígeno al agua y se produce una mezcla que uniformiza el gradiente vertical de oxígeno.
En la respiración aeróbica, el aceptor último de electrones es el oxígeno que produce agua, en un medio anaeróbico se produce la oxidación anaeróbica en la que se reducen nitratos, sulfatos...
Ciclo de azufre
Primero se realiza la producción primaria por las plantas (biomasa) consumiendo sulfatos. Los siguientes pasos los realizan los seres vivos y los microorganismos especializados. Se produce la descomposición por microorganismos heterótrofos que da sulfuro de hidrógeno, y la excreción de animales que produce sulfatos. Las sulfobacterias incoloras, verdes y púrpuras pasan el sulfuro de hidrógeno a azufre y a sulfatos. El paso de sulfuro a sulfato se produce por bacterias oxidantes y al revés se produce por bacterias reductoras de azufre anaerobias. Todo esto se produce en pozas biológicamente disponibles en rápida circulación de agua y sedimentos someros. También hay pozas de flujo muy lento en sedimentos profundos en los que se produce disulfuro de hierro que forma el lodo negro anaerobio.
Potencial redox como condición ecológica
En el sedimento del fondo de los ecosistemas acuáticos encontramos una zona superior oxidada y a medida que se agota el suministro de oxígeno en profundidad aparece una zona reducida. El potencial es positivo en la zona oxidada y negativo en la zona reducida o del sulfuro.
En la zona reducida la actividad microbiana recupera hacia arriba los nutrientes en forma de gases. La mayor parte de los animales del bentos están en la zona oxigenada como son los poliquetos, lamelibranquios, copépodos, platelmintos, ciliados y nematodos.
La zona oxidada puede ser delgada y si el agua por encima del fondo se vacía de oxígeno la zona reducida se va extendiendo hacia arriba como ocurre en el Mar Negro. En la zona de transición existen bacterias quimiointéticas y fotosintéticas en el caso de que haya luz.
En la zona reducida sólo las bacterias anaerobias como las reductoras del sulfato y las del metano, protozoos anaerobios que se nutren de bacterias y algunos nematodos.
Fotosíntesis
En un agua estratificada sin oxígeno, con sulfhídrico y con un valor de potencial muy bajo, en la zona superior iluminada hay bacterias fotosintetizadotas que funcionan mediante el fotosistema I. El fotosistema I no puede utilizar agua como dador de electrones, la reducción del citocromo y la del NADP conducen a la reducción del dióxido de carbono. Las bacterias que utilizan el hidrógeno como dador de electrones (libre o de la materia orgánica) y no descomponen el agua sólo tienen un fotosistema similar al I. En el fotosistema II se produce la oxidación del agua, la liberación de oxígeno a través de los correspondientes citocromos y del NADP conducen a la reducción el dióxido de carbono.
Descomposición
Cuando no hay oxígeno, la oxidación de la materia orgánica se hace a expensas de la reducción de otros compuestos: de sulfato a sulfito, de nitrato a [nitrito]]. Si no hay compuestos a reducir se acumula materia orgánica en el sedimento.
