Źródła żelaza w morzach 

Żelazo stanowi około 5% masy skorupy ziemskiej, co odpowiada w przybliżeniu 2·10²⁷ ton. Jest obecne we wszystkich komponentach środowiska – od oceanów, rzek i atmosfery, przez organizmy żywe, gleby, osady, po materiały kosmogeniczne, lodowce, skamieliny i zanieczyszczenia. Poznanie dokładnego cyklu tak wszechobecnego pierwiastka wymaga ogromnych nakładów pracy, a obecna wiedza na ten temat wciąż obarczona jest dużą niepewnością. Należy podkreślić, że większość żelaza występuje w formie utlenionej tj. Fe(III), co oznacza, że tylko niewielka jego część jest dostępna dla organizmów, które mogą pobierać wyłącznie żelazo zredukowane tj. Fe (II).

Żelazo jest niezbędne dla każdego organizmu żywego. W morskich mikroorganizmach średnie stężenie żelaza to 1 atom żelaza na 125 000 atomów węgla. Żelazo w wodach morskich występuje głównie w formie Fe(OH)3, a jego biodostępność dla organizmów jest zależna od obecności sideroforów – związków organicznych, które wiążą żelazo i pomagają w jego redukcji do formy biodostępnej. Siderofowy zawierają niektóre cyjanobakterie. Fitoplankton może również redukować żelazo (III) i pobierać żelazo (II), które jest wynikiem fotoredukcji. Pobór żelaza przez fitoplankton powoduje spadek jego stężenia w wodzie powierzchniowej, podczas gdy obumierający fitoplankton zostaje rozkładany przez bakterie, a żelazo opada na dno oceanu, gdzie jest włączane do obiegu ponownie.

Żelazo jest również związane z cyklem innych pierwiastków, jak siarka, azot i węgiel. Mikroorganizmy mogą wykorzystywać Fe(II) do redukcji azotanów, a Fe(III) może utleniać metan do wodorowęglanów, zmniejszając w ten sposób stężenie gazu cieplarnianego w wodzie. Żelazo wpływa także na wzrost fitoplanktonu, który wiąże dwutlenek węgla z atmosfery, co może pomóc w walce ze zmianami klimatycznymi. Dlatego też istnieje propozycja nawożenia regionów HNLC żelazem, aby stymulować wiązanie CO2.

Żelazo transportowane rzekami wykazuje dużą zmienność pod względem frakcji i specjacji chemicznej. W uproszczeniu można je podzielić na dwie główne formy: frakcję nieorganiczną, składającą się z nanocząsteczek ferrihydrytu o rozmiarach powyżej 3 nm, oraz frakcję organiczną, często związaną z kwasami humusowymi i występującą w rozmiarach od 0,5 do 3 nm. Szacuje się, że stężenie żelaza w wodach rzecznych wynosi około 40 nM, a roczny dopływ do oceanów to około 280 Gg.

Wiatr również odgrywa kluczową rolę w przenoszeniu materii na duże odległości, w tym żelaza, które stanowi około 3,5% składników pyłów. Wartości dotyczące ilości żelaza przenoszonego w ten sposób są zróżnicowane i zależą od metody modelowania. Szacunki mówią o depozycji żelaza do oceanów w ilości od 14,0 do 35,1 teraton rocznie. Zmienność przestrzenna tego procesu jest ogromna – nad środkowym Pacyfikiem i Oceanem Południowym występują bardzo niskie stężenia pyłów z powodu znacznego oddalenia od lądu.

Część żelaza przenoszona przez wiatr może trafiać na obszary pokryte wieczną zmarzliną, a następnie, w wyniku topnienia lodowców, wchodzić do morskiego cyklu żelaza. Szacuje się, że żelazo uwalniane w ten sposób wynosi od 900 do 1380 gigaton rocznie. Roczny dopływ żelaza z lodowców wynosi około 9 gigaton na półkuli północnej i 0,5 gigatony na półkuli południowej.

Pomimo znacznego wpływu rozpuszczonego żelaza z kominów hydrotermalnych oraz zimnych wysięków, znaczna część tego pierwiastka wytrąca się jako tlenki, hydroksytlenki i siarczki, nie trafiając bezpośrednio do dalszego obiegu. Ogólny wypływ żelaza z takich źródeł oszacowano na 1700–5000 gigaton  rocznie, z czego jedynie około 50 gigaton lub mniej niż 17 gigaton (w zależności od źródła) trafia do dalszego obiegu w formie nanocząsteczkowej związanej z materią organiczną.