Dans un système aquatique et, en particulier, dans un milieu confiné (sédiments par exemple), une succession d'agents oxydants (accepteurs d'électrons) peut être décrite lors de la dégradation (oxydation bactérienne) de la matière organique.

La matière organique est en premier lieu oxydée par l'oxygène présent. En milieu confiné, la quantité d'oxygène est rapidement consommée avant que la totalité du carbone organique n'ai été oxydé. La réaction de dégradation se poursuit alors par la consommation d'autres accepteurs d'électrons comme les nitrates, les oxydes méralliques (de fer et de manganèse) et les sulfates, en l'absence de perturbations extérieures (remaniement du sédiment par exemple).

Dans cette sucession de réactions d'oxydoréductions, l'étape de la réduction des oxydes métalliques (Fe et Mn) est intéressante. En effet, dans le cas (le plus fréquent) où la réaction n'est pas limitée par la quantité de matière organique, l'oxydation de cette dernière par l'oxygène, puis par les nitrates, impose un potentiel où les oxydes métalliques se réduisent à leur tour (les métaux passent en solution au degré +2 : Fe2+ et Mn2+). À ce stade, les métaux entraînés (Me associés : Cd, Cu, Pb, Hg, etc.) lors de la formation de ces oxydes métalliques dans la colonne d'eau se trouvent libérés et deviennent éventuellement biodisponibles.

Quand les potentiels décroissent et atteignent les valeurs où les sulfates à leur tour interviennent, il y a formation de HS- et S2- qui donne lieu à la précipitation de sulfures insolubles (FeS et sulfures de métaux associés) qui peuvent rester piégés dans le sédiment ou être réoxydés s'il n'y a pas de remaniement du sédiment. Les métaux associés participent ainsi à un cycle dans lequel le fer joue un rôle central.

Représentation schématique de la dégradation biogéochimique

Représentation schématique de la dégradation biogéochimique (oxydations souvent facilitées par la présence de bactéries) de la matière organique en fonction de la profondeur (le milieu devenant de plus en plus anoxique). Les réactions se succèdent dans l'ordre suivant : consommation de l'oxygène, dénitrification, réduction des oxydes de manganèse, réduction des oxydes de fer, réductions des sulfates et enfin, méthanogénèse.