Цикл серы

Цикл фосфора

Кларк фосфора 0,09 %. Неорганические соединения фосфора в гидросфере - гидрофосфаты, дигидрофосфаты, фосфаты, в литосфере - фосфаты кальция (апатиты, фосфориты). Первоначально почти весь фосфор на суше образовался вследствие выветривания апатитов.

Фосфор - необходимый компонент нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и фосфолипидных молекул клеточных мембран, а также систем переноса энергии - АДФ, АТФ (аденозиндифосфорная, аденозинтрифосфорная кислоты). Главная роль ДНК и РНК в хранении и передаче наследственной информации - синтез белков в клетке. Наряду с азотом фосфор контролирует биологическую продуктивность наземный и морских систем вследствие невысокого содержания этих элементов в экосистемах.

Цикл фосфора проще, чем у кислорода, углерода, азота, так как ограничен гидросферой и литосферой. Циркуляция фосфора зависит от его запасов в горных породах и донных отложениях океанов. Гидросфера - конечный пункт одностороннего движения фосфора.

Фосфор лучше усваивается растениями в виде гидрофосфата. Усвоение фосфора растениями в значительной степени зависит от рН почвенного раствора. По мере уменьшения рН растворимость фосфатов увеличивается.

В живых организмах растворимые фосфаты превращаются в АТФ, АДФ, НК. После отмирания живых организмов органические соединения попадают в почву и распадаются с образованием в конечном счете фосфатов.

В гидросфере часть фосфатов с отмершими органическими остатками попадает в глубинные осадки и накапливается там, выключаясь из круговорота.

Процесс естественного круговорота фосфора в современных условиях интенсифицируется применением в сельском хозяйстве фосфорных удобрений.

Кларк серы 0,048 %. Неорганические соединения серы в атмосфере - сернистый газ, сероводород, серный ангидрид; в гидросфере - сульфат- ионы, в литосфере - сульфаты ( гипс), сульфиды - пирит, цинковая обманка и др. В живых организмах сера входит в состав аминокислот: цистин, цистеин, метионин.

В круговороте серы участвуют соединения: сернистый газ, сероводород, серная кислота, сульфаты и отчасти свободная сера.

В атмосферу сера попадает в виде сернистого газа, сероводорода, которые окисляются до серной кислоты. Серная кислота вместе с осадками выпадает на землю, частично взаимодействует с аммиаком с образованием аэрозоля сульфата аммония.

В почве кислота вступает во взаимодействие с карбонатами. Значительная часть образовавшихся сульфатов уносится почвенными водами в реки, затем в океаны и накапливается в донных отложениях. Часть сульфатов извлекается растениями и превращается в белки. После отмирания растений и животных их белковые вещества разлагаются. И сера выделяется в виде сероводорода, включающего снова в круговорот. Главную роль в поступлении серы из биосферы играет диметилсульфид (СН₃)S. Сера появляется в почвах и гидросфере под действием серобактерий, получающих необходимую для их жизни энергию за счет экзотермической реакции

H₂S + O₂ = 2H₂O + 2S.

Выделяющаяся сера откладывается в телах серобактерий, достигая 95 % от их общей массы. Сера погибших бактерий окисляется кислородом воздуха до серной кислоты:

2H₂O +3O₂ +2S = 2H₂SO₄ .

Серобактерии играют положительную роль в биосфере, снижая концентрацию сероводорода в почве и гидросфере.

Цикл серы лишь частично балансируется выделяющимся сероводородом из океанов в атмосферу. Основная часть серы как и фосфора накапливается постепенно в донных отложениях океанов в виде малорастворимых сульфатов.

Из всех глобальных циклов цикл серы сильно нарушен деятельностью человека. Важнейшее антропогенное воздействие - это эмиссия сернистого газа, возникающая при сжигании горючих ископаемых, прежде всего угля.

Около 90 % мировой эмиссии этого газа характерно для Северного полушария. С 1860 г. по 1980 г. антропогенная эмиссия сернистого газа увеличилась в 35 раз. В среднем антропогенный поток в 2 раза превышает естественный поток. Современный сток соединений серы по речным системам в 2 раза превышает его первоначальную величину (в доиндустриальный период) вследствие эрозии почв.

Антропогенное нарушение цикла серы определяет или серьезно влияет на асидификацию экосистемы.