Железо в воде, как и все другие элементы, присутствует в виде различных соединений, а также в комплексе с рядом других соединений. То же самое и с марганцем. Нужно иметь это в виду при рассмотрении источники возникновения и возможности удаления железа из воды.
Вода под землей находится в скальных породах, могут содержать железо и марганец. Железо является одним из основных компонентов земного шара (~45%). В разных породах его содержание является переменной величиной - от нескольких процентов железа в воде в карбонатных породах, где содержание железа иногда очень мал, к песков, содержащих железо в количестве до 10%.
Существенным для содержания железа является возраст пород, к которым может мигрировать железо. Как правило, старше пески обычно содержат больше соединений железа.
Марганец в подземной воде присутствует в меньших количествах, чем железо. Ориентировочно в 10-15 раз ниже. Как и в случае с железом, содержание марганца больше в осадочных породах большей фрагментации. Следует отметить, что определенные количества железа и марганца содержатся в пыли, который присутствует в атмосфере и попасть к воде.
В грунтовых водах железо и марганец присутствуют в виде ионов, меньше - в виде коллоидной суспензии. Основного количества железа содержится в виде растворенного бикарбоната железа Fe (HCO3)2. Марганец - легкорастворимого бикарбоната марганца Mn (HCO3)2 и сульфата MnSO4.
Некоторое влияние на миграцию железа и марганца в воде имеют железистые бактерии (например. Gallionella ferruginea), марганцевые (например, Crenothrix), а также те растения, которые имеют потенциальную концентрацию этих элементов. Деятельность бактерий и растений могут особенно наблюдаться в плодородных почвах.
В истории Земли изменились причины и способы попадания железа из горных пород в воду. Принято считать, что в отдаленных геологических эпохах в атмосфере и гидросфере кислорода было меньше, чем СО2, способствовало миграции железа. Кроме того, изменилось содержание железа в породах. В старших песках обычно больше соединений железа, и, таким образом, вода может растворить большее количество этих соединений. Поэтому представляется весьма вероятным, что чем старше становилась Земля, тем меньше железа находилось в воде. Подтверждением этого может служить тот факт, что большинство известных железорудных месторождений обнаружены в отдаленных геологических эпохах (докембрия, силура, карбона и юры).
Марганец присутствует в земной коре в значительно меньших количествах, чем железо, около 0,12% по массе в виде марганцевой руды пиролюзита. В отличие от железа в осадочных породах более марганца, чем в магматических породах. Большое накопление марганца происходит в почвах и на дне моря. Как и в случае содержания железа, марганца больше в осадочных породах большей фрагментации. Интенсивность миграции железа и марганца зависит от гидрогеохимического среды, под которым имеется в виду часть литосферы, характеризующаяся идентичными или аналогичными комплексами физиографических факторов. Важные особенности среды определяются, в частности: петрографический состав водоносных пластов, процессы окисления и восстановления минеральных и органических веществ, скорость потока воды, химического состава газов и других примесей в воде.