Giả thuyết này tập trung vào sự khử hòa tan sắt oxit có chứa As bị hấp thu. Đầu tiên các hạt trầm tích mang theo nhiều vật chất hữu cơ được lắng đọng và vùi lấp nhanh chóng. Tất cả đã tích tụ lại theo thời gian và tạo nên lớp trầm tích trẻ châu thổ. Theo thời gian, các lớp trầm tích này càng ngày càng dày lên tạo thành nhiều lớp khác nhau. Chúng có thể có độ sâu hàng trăm mét so với mặt đất hiện nay. Hiện tượng này thường xảy ra ở lưu vực các con sông, đặc biệt là các lưu vực rộng với các nhánh sông quanh co khúc khủy, tải nặng phù sa. Các châu thổ rộng, phát triển nhanh là một ví dụ điển hình. Hàm lượng cacbon hữu cơ trong các trầm tích bị chôn vùi quyết định tốc độ hình thành điều kiện khử. Dưới tác dụng của các vi sinh vật, các tác nhân oxi hóa như O2 hòa tan, NO3, và SO4 bị tiêu thụ để phân hủy các vật chất hữu cơ và hình thành môi trường yếm khí. Điều kiện này sẽ được duy trì nếu sự khuếch tán và đối lưu của oxi hòa tan và các tác nhân oxi hóa khác từ bề mặt chậm hơn sự tiêu thụ chúng. Dưới tác dụng của điều kiện khử và các vi sinh vật, oxit Fe(III) - dạng kết tủa trong quặng sẽ chuyển thành sắt (II) - dạng dễ tan trong nước. Quá trình này đồng thời làm cho As rời khỏi quặng sắt và tan trong nước ngầm. Sau đây là chuỗi phản ứng ôxi hoá khử minh họa cho cơ chế này:
Vi sinh vật khử oxit sắt
Vi khuẩn khử sunfat Vật chất hữu cơ
Vi khuẩn lên men
Vi khuẩn Methanogenic
1. Hô hấp hiếu khí: CH2O + O2 → H2O + CO2
2. Sự khử Nitơ: CH2O + H2O + N2 + H+ → Amoni (NH4+) + CO2 5CH2O + 4NO3- → 2N2 + 4HCO3- + CO2 + 3H2O 3. Sự khử Mn: CH2O + 2 MnO2 + 3CO2 + H2O 2Mn2+ + HCO3- 4. Sự khử Sắt:
4FeOOH (As(V)) + CH2O + 7H2CO3 → 4Fe2+ + 8HCO3- + 6H2O + As(III) 2Fe2O3.xH3AsO3 + CH2O +7H+ → 4Fe2+
+ HCO3- + 4H2O + 2xH3AsO3 5. Sự khử sunphat: 2CH2O + SO42- → 2HCO3- + H2S
Trong điều kiện môi trường có nhiều Fe2+, quá trình diễn ra như sau: 8Fe2++ SO42- + 20H2O 8Fe(OH)3 + HS- + 15H+
6. Sự hình thành metan: 2CH2O → CH4 + CO2 (CH2O là công thức biểu diễn cho vật chất hữu cơ)
Kết quả là tầng chứa nước ở điều kiện khử thường có nồng độ As tăng cao kèm theo nồng độ sắt hòa tan cao, độ kiềm (bicacbonat) cao.
Thông thường, As có mặt trong nước ngầm với nồng độ khoảng 1-2 µg/L, trừ các khu vực có núi lửa, có quặng sulfit thì có thể lên tới 3 mg/L. Nước ngầm tại các vùng đồng bằng trầm tích trẻ có thể chứa As tới vài trăm µg/L [20].
Trên thế giới, các nhà khoa học đã phát hiện ra rất nhiều vùng nước ngầm có môi trường khử giàu As. Điển hình là vùng châu thổ Băng-la-đét và Tây Bengal, nồng độ As trong nước ngầm ở đây nằm trong một khoảng rộng từ < 0.5 đến 3200 µg/L, với 27% giếng nông <150m thuộc tầng Holocene ở Băng-la-đét có chứa nồng độ As hơn 50 µg/L. Ngoài ra các vùng như Đài Loan, Bắc Trung Quốc và Việt Nam cũng là những vùng có nước ngầm có môi trường khử chứa nồng độ As cao [20].
Trầm tích các tầng chứa nước có nồng độ As hòa tan cao thường có màu xám, chỉ thị cho sự bao phủ bởi một hỗn hợp các oxit Fe có hóa trị khác nhau Fe(II+III). Trong khi đó ở các tầng chứa nước có trầm tích màu vàng cam chỉ thị cho sự tồn tại các oxit Fe(III) thường chứa nước ngầm có hàm lượng As thấp càng làm cho giả thuyết này thêm vững chắc (hình 1.16) [7].
Hình 1.16. Màu sắc của cát trong các tầng chứa nước là một chỉ thị hữu dụng về trạng thái oxi hóa khử. Màu cát đen chỉ thị cho môi trường khử còn màu cát vàng chỉ thị cho môi trường oxi hóa [7].