14. Круговорот азота

Азот в атмосферном воздухе является энертным компонентом и образует молекулу N2. Для использования азота в биологических циклах используют метод называемый фиксация.

Фиксация атмосферного азота в природе происходит по двум основным направлениям— абиогенному и биогенному.

Первый путь включает главным образом реакции азота с кислородом. Так как азот химически весьма инертен, для окисления требуются большие количества энергии (высокие температуры). Эти условия достигаются при разрядах молний, когда температура достигает 25000 °C и более. При этом происходит образование различных оксидов азота. Существует также вероятность, что абиотическая фиксация происходит в результате фотокаталитических реакций на поверхности полупроводников или широкополосных диэлектриков (песок пустынь).

Однако основная часть молекулярного азота (около 1,4×108 т/год) фиксируется биотическим путём

Методы фиксации азота:

1. Клубеньковые бактерии бобовых

2. Почвенные азотирующие бактерии

В результате биологической фиксации образуется аммиак NH3, который подвергается 2-х ступенчатому окислению.

На 1-ой стадии аммиак превращается в нитрит

На 2-ой стадии окисление нитрита в нитрат при участии нитробактерий

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов (этот процесс носит название нитрификации). Последние, не связанные тканями растений (и далее по пищевой цепи травоядными и хищниками), недолго остаются в почве.Большинство нитратов и нитритов хорошо растворимы, поэтому они смываются водой и в конце концов попадают в мировой океан (этот поток оценивается в 2,5—8×107 т/год).

У азота на внешнем слое должны находится 5 элементов 2 спаренных 3 неспаренных.

Азот, включённый в ткани растений и животных, после их гибели подвергается аммонификации (разложению содержащих азот сложных соединений с выделением аммиака и ионов аммония) и денитрификации то есть выделению атомарного азота, а также его оксидов. Эти процессы происходят благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

15. Сера и ее круговорот

В атмосферном воздухе сера находится в виде 2-х оксидов SO2 и SO3

Сера – биогенный элемент, который почти не бывает в дефиците. В живых организмах сера – основной компонент некоторых аминокислот (цистеин, метионин).

Основные звенья круговорота серы:

1) сера усваивается в виде сульфатов растениями и грибами. При этом сера переходит в двухвалентное состояние (S2-) и встраивается в белковые молекулы;

2) сера окисляется до сульфатов (SO₃^2-) микроорганизмами при распаде мертвых тел. Меньшая часть сульфатов снова усваивается растениями, большая часть за счет подвижности сульфат-ионов вымывается в океан;

3) на дне океана бактерии из рода Десульфовибрио отбирают у сульфатов кислород и, тем самым, восстанавливают серу до сероводорода (H₂S). Сероводород выносится к поверхности, а затем часть его выносится в воздух;

4) в воздухе сероводород (H2S) быстро окисляется до сернистого газа (SO2), а затем серного ангидрида (SO3), последний соединяется с парами воды и образует серную кислоту (H2SO4);

5) H2SO4 с дождями возвращается на сушу. Таким образом на сушу попадает две трети серы, смытой в океан;

6) происходит приток серы через извержение вулканов;

7) происходит приток сульфидов (S2-) через разрушение горных пород (пирит – серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2);

приток сероводорода происходит через аэробное разложение органики в болотах.