Биологические источники

В отличие от геологических источников биологические не явля­ются крупным прямым источником поступления частиц в ат­мосферу, за исключением лесных пожаров. Лесные пожары служат значительным источником углерода, в виде частиц сажи.

Кроме того, живой лес играет большую роль в обмене газон с атмосферой. Основные газы атмосферы О₂ и СО₂ вовлечены в процессы дыхания и фотосинтеза. Однако лесами выделяются также огромные количества следовых органических соединений. Такие терпены, как пинен и лимонен, придают лесам их чудесный аромат. Леса являются также источниками органических кислот, альдегидов и других органических соединений.

Несмотря на очевидность того, что леса представляют мощный источник газов, особенно важную роль в генерации атмосферных следовых газов играют микроорганизмы. Метан — газ, который накапливается вследствие протекания реакций в анаэробных системах. Влажные почвы и болота, рисовые поля служат средой для микроорганизмов так же, как и пищеварительный тракт жвачных животных, например крупного рогатого скота.

Почвы Земли богаты соединениями азота, дающими начало всему спектру активных химических процессов с участием азота, в результате которых накапливаются многие азотсодержащие следовые газы. Можно взять мочевину (NH₂CONH₂), присутствующую в моче животных, как типичное азотное соединение почв, накапливаемое биологическим путем. В результате гидролиза NH₂CONH₂ разлагается до аммиака и СО₂:

NН₂СОNН₂ + Н₂0  2NH₃+ СО₂.

Если почва, где произошел этот гидролиз, имела щелочную реакцию, то выделяется газообразный NH₃, тогда как в условиях кислой среды он прореагирует с образованием иона аммония NH₄⁺

NH₃ + Н⁺  NH₄⁺

Растения могут поглощать почвенные NH₃ или NH₄⁺ прямым путем, а некоторые микроорганизмы, окисляют NH₄⁺, используя его в качестве источника энергии в процессе дыхания так же, как другие клетки используют восстановленные соединения углерода. Одной из возможных является реакция

2NH₃ + 2О₂  N₂О + 3Н₂О

Это биологический источник закиси азота (N₂O), важного и достаточно устойчивого газа тропосферы. В природе протекают многие другие реакции с участием соединений азота, в процессе которых образуются газы NH₃, N₂, N₂О и оксид азота (NO).

Деятельность микроорганизмов в океанах также является мощным источником следовых газов. Морская вода обогащена растворенными сульфатами и хлоридами (и в меньшей степени солями других галогенов: фтора (F), брома (Вг), йода (I)). Морские микроорганизмы используют эти элементы в метаболизме, в результате чего образуют серу (S) и галогенсодержащие следовые газы. Однако содержание азота в поверхностных морских водах настолько низкое, что в действительности океаны являются азотной пустыней. Это означает, что морская вода не служит достаточно большим источником азотсодержащих микрокомпонентных газов.

Органические сульфиды, продуцируемые морскими микроорганизмами, вносят особо существенный вклад в накопление серы в атмосфере. Наиболее типичным соединением является диметилсульфид - ДМС - (CH₃)₂S. Это летучее соединение образуется морским фитопланктоном, в верхних слоях океана в процессе гидролиза бетадиметилсульфопропионата (CH₃)₂S⁺CH₂CH₂COO^- до ДМС и акриловой кислоты (CH₂=CHCOOH):

(CH₃)₂S⁺CH₂CH₂COO^-  (CH₃)₂S + СН₂=СНСООН

Другим важным соединением серы, выделяемым океанами, является карбонилсульфид (COS). Он может образоваться в результате реакции между дисульфидом углерода (CS₂) и водой:

CS₂ + H₂O  COS + H₂S

и, несмотря на то что поток его в атмосферу меньше, чем ДМС, из его устойчивости следует, что он будет накапливаться в больших концентрациях. Эти серосодержащие газы малорастворимы в воде, что способствует их выходу из океанов в атмосферу.

Хорошо известно существование органических галогенпроизводных в атмосфере. Несмотря на очевидную зависимость от антропогенного источника - жидкостями, применяемыми для химчистки, в огнетушителях и распыляемыми аэрозолями, существует также множество биологических источников. Метилхлорид (СН₃С1), наиболее распространенный в атмосфере галогенуглеводород, происходит в первую очередь из плохо изученных морских источников; некоторый вклад вносят также микробиологические процессы на суше и сгорающая биомасса. Содержащие бром и йод органические соединения также выделяются океанами, а распределение морского йода по поверхности суши служит значительным источником этого необходимого следового элемента для млекопитающих. Можно сказать, что базедова болезнь, возникающая в результате дефицита йода, особенно распространена в областях, удаленных от океана.