2. Круговорот серы

2.1 Общие положения

Значение живой материи для глобальной геохимии серы в биосфере не менее значимо, чем для углерода, хотя проявляется совершенно иначе. Если в биогеохимическом цикле углерода на суше главную роль играет сопряженная жизнедеятельность высших растений и почвенных микроорганизмов, то в биогеохимическом цикле серы основное значение имеет взаимодействие разных видов бактерий. Бактерии, синтезирующие органическое вещество, могут рассматриваться как продуценты, а разлагающие — как деструкторы (Заварзин Г.А., 1984). Взаимодействие таких групп способствует функционированию малых биогеохимических циклов.

Слайд №15. Сера, необходимый компонент живой материи, в большом количестве присутствует в земной коре. Для живых организмов сера доступна в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений. В результате микробного метаболизма и, в незначительном количестве, за счет вулканической деятельности в биосфере встречается также восстановленная сера в виде сероводорода (H₂S). Однако концентрация сероводорода в атмосфере очень низкая, так как в присутствии кислорода сероводород быстро окисляется либо спонтанно, либо с помощью бактерий.

Слайд №16. Во всех живых организмах сера представлена главным образом сульфгидрильными (-SH) или сульфидными (-S-S-) группами аминокислот: метионина, цистеина и гомоцистеина. При анаэробном разложении белков сульфгидрильные группы отщепляются ферментами- десульфуразами, при этом выделяется сероводород. Этот процесс напоминает аммонификацию азотсодержащих органических соединений. Наибольшее количество сероводорода образуется при диссимиляционном восстановлении сульфатов (диссимиляционная сульфатредукция, или «сульфатное дыхание»), осуществляемом облигатно анаэробными бактериями (бактерии родов Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema). Последние используют сульфат для окисления низкомолекулярных органических соединений или молекулярного водорода. Диссимиляционное восстановление элементарной серы в анаэробных условиях способны осуществлять бактерии рода Desulfuromonas. Сульфатредуцирующие (или десульфатирующие) бактерии в круговороте серы играют роль, сопоставимую с ролью нитратредуцирующих бактерий в круговороте азота. Их деятельность заметна на дне прудов, вдоль побережья моря по чёрному цвету ила (связан с образованием сульфида двухвалентного железа) и запаху (за счёт выделения сероводорода). Из-за токсического действия сероводорода некоторые береговые области иногда практически безжизненны.

С лайд №17. Циклические превращения соединений серы называются круговоротом серы. Биологические аспекты этого круговорота показаны на рисунке 3. Во многих отношениях он обнаруживает большое сходство с уже рассмотренным круговоротом азота.

Кроме биологического круговорота серы в земной атмосфере происходят важные небиологические превращения газообразных форм серы. Подсчитано, что в атмосферу ежегодно выделяется около 90млн. тонн серы в форме сероводорода(H₂S), который образуется биологическим путем, еще 50млн. тонн в форме сернистого газа (SO₂ ) образуется при сжигании топлива и около 0,7млн. тонн в форме сероводорода (H₂S) и сернистого газа (SO₂ ) возникает в результате вулканической деятельности. В атмосфере сероводород быстро окисляется до сернистого газа (S0₂) атомарным кислородом (О), молекулярным кислородом (0₂ или озоном (О₃) . Сернистый газ (SO₂) может растворяться в воде с образованием сернистой кислоты (H₂SO₃), или окисляться в медленно текущих реакциях (требующих нескольких часов или дней) до серного газа (SO₃) При растворении в воде SO₃ превращается в серную кислоту (H₂SO₄) . Часть серной кислоты нейтрализуется небольшим количеством аммиака, присутствующего в атмосфере, однако основная ее часть возвращается вместе с неокисленной сернистой кислотой (H₂SO₃) на землю в форме кислоты, вызывающей значительное разрушение различных каменных сооружений. Количество образовавшихся кислых соединений серы ежегодно увеличивается по мере увеличения количества сжигаемого топлива. Эта проблема стоит особенно остро в районах с высокой плотностью населения — здесь уже в наше время происходит быстрое разрушение многих каменных скульптур (особенно страдают мраморные скульптуры).