Круговорот серы в природе
Автор Олег Барсков задал вопрос в разделе Школы
Какие основные этапы круговорота серы? и получил лучший ответ
Ответ от Ѝльвира[активный]
Глобальный цикл серы.
Сера –характерный представитель группы активно дегазируемых элементов. В то же время поступление серы в атмосферу по сравнению с инертными газами или СО2 сильно затруднено. Это связанно со следующими обстоятельствами . Среди газообразных соединений серы, выделяющихся с вулканическими газами, наиболее обычными являются диоксид серы IV и сероводород. В процессе активного дегазирования мантии и прохождения через толщи горных пород растворяются в подземных водах. При этом Н2S активно восстанавливает тяжелые металлы, образуя трудно растворимые сульфиды, главным образом дисульфид железа (пирит) , а SО2 частично связывается в составе также плохо растворимых сульфатов кальция, бария, стронция. В результате указанных реакций значительная часть дегазируемых соединений серы трансформируется в твердые минералы, среди которых наиболее распространен пирит FeS2.
Часть диффундирующих через земную кору газообразных соединений серы, а также сернистые газы вулканических выбросов и газово-жидких выделений наземных и подводных гидротерм поступает в систему Мирового океана и педосферу. При этом значительная часть газов захватывается бактериями в своеобразный микробиологический круговорот.
Сера – обязательный компонент живого вещества в силу того, что она входит в состав белков, в молекулярной структуре которых играет важную роль. В составе живого вещества Мировой суши, образованного в основном высшими растениями, концентрация серы невелика – по данным Х. Боуэна 0,34% сухой биомассы. В животных и бактериях из-за большого содержания в биомассе белков концентрация серы значительно выше. Отношение С: S в белках около 16, в углеродах – 80, в наземных растениях – более 200, в животных - около 70. Количество серы, находящейся в биомассе суши, равно 8,5*109т, в фотосинтетиках океана – 0,07*109т, в консументах океана – 0,05*109т. Концентрация серы в неживом органическом веществе суши (лесных подстилках, торфе, гумусе почв) , по видимому, близка к 0,5% сухого вещества. Если эта цифра верна, то масса серы, находящаяся в органическом веществе педосферы, равна 15,5*109т.
Как следует из изложенного, своеобразие глобального цикла серы в биосфере обусловлено следующими тремя причинами. Во первых, способностью этого элемента под влияниями микробиологических процессов образовывать газообразные соединения (SO2, H2S и некоторые другие) и благодаря этому активно участвовать в массообмене между сушей и океаном, с одной стороны, и атмосферой – с другой. Во вторых, трансформацией сернистых газов в хорошо растворимые сульфаты и заменой газовой миграцией серы на водную. Это происходит благодаря быстрому окислению восстановленных и недокисленных сернистых газов кислородом атмосферы и образованием хорошо растворимых сульфатов, легко вымывающихся из атмосферы и включающихся в водную миграцию. В третьих, широким развитием сульфатредуцирующих бактериальных процессов в водных бассейнах и гидроморфных ландшафтах, в которые поступают с водой растворенные сульфаты. Образующийся при разрушении сульфатов сероводород переводит растворенные в воде железо и другие металлы в форму труднорастворимых сульфидов, которые уходят в осадки морей и надолго прочно связывают крупные массы серы.
Так, фототрофные пурпурные серные бактерии окисляют сероводород с образованием в качестве метаболита сульфата:
H2S+СО2 = СН2О+ SО42-
Условием для продолжения деятельности серных бактерий является удаление главного продукта обмена – сульфат - ионов; удаление обеспечивается деятельностью вторичных бактерий, для которых субстратом служит сульфат, а метаболитом – сероводород. Этой реакцией заканчивается малый цикл серы.
Поступление соединений серы, образованных в результате хозяйственной деятельности людей, в атмосферу, педосферу и природные воды являются одним из наиболее сильных проявлений воздействия человечества на окружающую среду.
Основной техногенный поток серы в атмосферу связан с эмиссией сернистых газов, образующихся при сжигании минерального топлива
Круговорот серы тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2, SO3,H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, - в состав эфирных масел и т. д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.