9) Круговорот серы

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 (S^2-) 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 (S^2-) через разрушение горных пород (пирит – серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2);

8) приток сероводорода происходит через аэробное разложение органики в болотах.

При сжигании топлива, выплавке металлов, при получение элементарной серы из сероводорода горючих газов в атмосферу в виде оксидов попадает ежегодно около 10 млн. т серы. Это превышает природный сток серы. Количество серной кислоты в атмосфере сейчас вдвое больше, чем 150 лет назад. Кислотность (рН) чистой воды равна 7, рН дождевой – 5,6 за счет растворенного в ней СО2 , рН кислотных дождей может достигать 2,5 (концентрация столового уксуса).

Круговорот серы имеет ряд характерных особенностей:

• обширный резервный фонд в почвах и меньший – в атмосфере;

• ключевая роль в быстро обменивающемся фонде микроорганизмов, выполняющих определенную работу в окислении или восстановлении;

• микробная регенерация из глубоководных отложений, в результате которой вверх движется газовая фаза (H2S);

• взаимодействие геохимических и метеорологических процессов с биологическими процессами;

• взаимодействие воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота в глобальном масштабе.

Основная доступная форма серы – SO4^2-– восстанавливается автотрофами и включается в белки. Для растений серы требуется меньше, чем азота и фосфора, поэтому лимитирующим фактором она бывает реже. Тем не менее круговорот серы – ключевой в общем процессе продуцирования и разложения биомассы.

Круговороты различных элементов могут оказывать взаимное влияние друг на друга. Например, при образовании в осадках сульфидов железа фосфоров из нерастворимых соединений переходит в растворимые.

В последнее время на круговороты азота и серы все большее влияние оказывает промышленное загрязнение атмосферы. Особенно токсичны соединения азота в форме оксидов NO2 и N2O и серы – в форме SO2 которые являются промежуточными продуктами круговоротов этих элементов. В большинстве местообитаний их концентрация невелика, но в связи с неумеренным сжиганием топлива содержание в воздухе этих соединений, особенно в крупных промышленных центрах, увеличилось до такой степени, что они представляют опасность для важных биотических компонентов экосистемы.

Основным источником соединений азота являются выхлопные газы и другие промышленные выбросы, сернистого газа – продукты сжигания угля.

Особенно большой вред наносит SO2 растениям. Реагируя с водяным паром, он образует слабую серную кислоту, которая выпадает с осадками, известными как «кислотные дожди». Попав на листовую поверхность, H2SO4 вызывает химические ожоги, что снижает фотосинтезирующую поверхность растений.