Железо по распространенности занимает четвертое место. Оно может выступать в 2-х и 3-х валентной форме. Именно по этой причине железо входит в составе гемоглобина – вещества, переносящего по кровеносным сосудам кислород от легких к тканям тела.
Особенностью геологического цикла является постепенный сток железа в недра Земли. На ранней стадии развития планеты гравитационная дифференциация вещества привела к образованию «железного» ядра. В докембрийскую эпоху шло окисление закисного железа. При переходе из двухвалентной (растворимой) формы – FeO в трехвалентную (нерастворимую) форму – Fe2O3 железо выпадало в осадок, образуя огромные отложения джеспилитов – железистых кварцитов. Определенную роль в этом сыграли бактерии, окислявшие железо. В основе их жизненного цикла лежали реакции
2FeO + H2O = Fe2O3 + H2 и далее СО2 + 2Н2 = СH2О + Н2О.
Поведение железа в современной биосфере в решающей степени зависит от увлажнения, окислительно-восстановительной реакции среды, степени аэрации почвы. В кислых средах оно активно мигрирует с боковым внутрипочвенным стоком, образуя скопления конкреций в болотах, луговых и глеевых почвах, мелководных озерах и лагунах. В аккумулятивных ландшафтах – осаждается в виде карбонатов, окислов разной степени гидратированности, а также фосфатов и гуматов. В условиях щелочной среды мигрирует слабо. Влияние бактерий в круговороте этого элемента проявляется в образовании железомарганцевых конкреций на дне водоемов.
Железо активно вовлекается в биологический круговорот, так как входит в состав многих ферментов и гемоглобина крови. Для немногих гетеротрофов характерно использование соединений железа в качестве источника питания. В этом отношении уникальны железобактерии, окисляющие двухвалентное железо с образованием лимонита. Диатомовые водоросли способны усваивать железо из коллоидов. После отмирания организмов и их минерализации часть железа закрепляется в почве и может вновь включаться в биологический круговорот. Растворимые формы выносятся в океаны.
Биогеохимический цикл железа существенно нарушается техногенными процессами, несмотря на значительное содержание железа в земной коре.