Круговорот серы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Калужский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана" (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет Фундаментальных наук

Кафедра "Промышленная экология и химия"

Реферат по теме: "Круговорот серы"

Выполнил: студент Бахмаров А.А.

Проверил: Никулина С.Н

Калуга 2013 г.

Содержание

Введение

1. Круговорот серы

2. Антропогенное влияние на круговорот серы

Заключение

Список литературы

Введение

Прокариоты (бактерии и археи) имеют исключительное значение для жизни на Земле - им принадлежит основополагающая роль в циклических превращениях основных элементов, необходимых для жизни (углерод, кислород, азот, сера, фосфор).

Циклические превращения элементов, из которых построены живые организмы, в совокупности представляют круговорот веществ. В настоящее время неоспоримо доказано, что определенные этапы циклов осуществляют исключительно прокариоты, обеспечивая замкнутость циклов основных биогенных элементов в биосфере.

По В.И. Вернадскому (один из основоположников учения о биосфере), "биосфера представляет оболочку жизни - область существования живого вещества".

Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др.

Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород.

Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы.

Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать "вторичные" сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

1. Круговорот серы

Сера - биогенный элемент, необходимый компонент живой материи. Она содержится в белках в составе аминокислот, содержание серы в белках составляет 0,8-2,4%. Сера также входит в состав витаминов, гликозидов, коферментов, имеется в растительных эфирных маслах. Сера в изобилии присутствует в земной коре, в углях, сланцах, нефти, природных газах.

Сера относится к элементам с переменной валентностью. Это обеспечивает ее подвижность. В виде неорганических соединений сера бывает в окисленной форме (сульфаты, политионаты), восстановленной форме (сульфиды) и молекулярной, осуществляя активный окислительно-восстановительный цикл. В природе сера претерпевает разнообразные химические и биологические превращения, переходя из неорганических соединений в органические и обратно. При этом валентность её меняется в пределах от -2 до +6.

Циклические превращения соединений серы называются круговоротом серы.

Рисунок 1 - Схема биогеохимического цикла серы

Цикл превращения серы включает окислительные и восстановительные звенья, а также превращения серы без изменения ее валентности. Окислительная часть круговорота серы включает стадии, которые могут протекать в зависимости от условий как чисто химически, так и с участием организмов, главным образом микроорганизмов (это организмы, не видимые невооруженным глазом, включающие микроскопические эукариоты: грибы, водоросли, простейшие и все прокариоты). Восстановительная часть круговорота серы осуществляется преимущественно биологическим путем с доминирующей ролью прокариот в этом процессе, при этом осуществляется восстановление атома серы из состояния максимального окисления (+6) до максимального восстановления (-2). Однако не всегда этот процесс происходит до конца, и в среде нередко обнаруживаются не полностью окисленные продукты: элементная сера, политионаты, сульфит.

Рисунок 2 - Биохимический круговорот серы

Таким образом, цикл серы, так же как и круговорот веществ, невозможен без участия прокариот, обеспечивающих замкнутость цикла.

Сера появляется на земной поверхности как результат вулканической деятельности в виде соединений, помимо этого, вода в некоторых источниках тоже содержит сероводород. Круговорот серы проявляется биологическими процессами, которые вызываются микроорганизмами при гниении животных и растительных остатков. При разложении белков, содержащих аминокислоты, включающие серу (цистеин, цистин, метионин), и разложении эфирных масел растений образуется сероводород и меркаптан.

Сероводород выделяется при восстановлении солей сернистой, серной и серноватистой кислот при участии сульфатвосстанавливающих бактерий и также вовлекается в круговорот серы.

Вообще-то сероводород не усваивается растениями, а соответственно, и животными. Сероводород окисляет особые серобактерии, в результате чего происходит образование сернокислых солей, которые растениями усваиваются очень хорошо. Синтезируемые растениями серосодержащие соединения также включаются в круговорот серы в природе. Аммонифицирующие и сульфатредуцирующие бактерии освобождают из них сероводород. Круговорот серы происходит, с другой стороны, за счет серобактерий, окисляющих сероводород.

2. Антропогенное влияние на круговорот серы

В начале ХХ века во взаимодействии природы и общества наступила новая эра. Воздействие общества на географическую среду, антропогенное воздействие, резко возросло. Это привело к превращению природных ландшафтов в антропогенные, а также к возникновению глобальных проблем экологии, т.е. проблем, не знающих границ. Чернобыльская трагедия поставила под угрозу всю Восточную и Северную Европу. Выбросы отходов влияют на глобальное потепление, озоновые дыры угрожают жизни, происходит миграция и мутация животных.

Антропогенные факторы, т.е. результаты деятельности человека, приводящие к изменению среды обитания можно рассматривать на уровне региона, страны или глобальном уровне.

Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к глобальному изменению. Загрязнения атмосферы поступают в виде аэрозолей и газообразных веществ. Наибольшую опасность представляют газообразные вещества, на долю которых приходится около 80% всех выбросов. Прежде всего - это соединения серы, углерода, азота.

Наибольшую опасность представляет собой загрязнение атмосферы соединениями серы и, прежде всего, сернистым газом. Соединения серы выбрасываются в атмосферу при сжигании угольного топлива, нефти и природного газа, а также при выплавке цветных металлов и производстве серной кислоты. Антропогенное загрязнение серой в два раза превосходит природное. Наибольших концентраций сернистый газ достигает в северном полушарии, особенно над территорией США, зарубежной Европы, европейской части России, Украины. В южном полушарии оно ниже.

С попаданием в атмосферу соединений серы и азота непосредственно связано выпадение кислотных дождей. Механизм их образования очень прост. Двуокись серы и окислы азота в воздухе соединяются с парами воды. Затем вместе с дождями, туманами они выпадают на землю в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуют высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетают их флору и фауну, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни - от рыб до микроорганизмов. Большой вред кислотные дожди наносят и различным конструкциям (мостам, памятникам и т.д.).

Заключение

Растения получают ее из почвы в виде серной кислоты; во всяком другом виде сера для зеленых растений недоступна. В теле растения серная кислота путем сложных, пока еще не разъясненных химических преобразований служит материалом для построения белковых веществ, в которых сера находится уже в совершенно иной форме, чем в серной кислоте. В то время, как сера в виде серной кислоты соединена с кислородом, газом, находящимся в воздухе и поддерживающим всякое горение и дыхание, в белках сера уже оторвана от кислорода и соединена с другим элементом с углеродом, который сам по себе представляет обыкновенный уголь. При разложении белков после смерти животного или растения, гнилостные бактерии отрывают серу из белков и выпускают ее в соединении с новым элементом водородом. В таком соединении сера представляет собой тот отвратительный газ, обладающий запахом тухлых яиц, который всегда образуется при гниении белков и о котором уже была речь раньше. В виде сероводорода сера и попадает в почву.

Ясно теперь, что для завершения круговорота серы необходимо, чтобы в природе происходило постоянное превращение сероводорода в серную кислоту, иначе растения не будут в состоянии вновь использовать отработавшую серу. И такое превращение действительно происходит при содействии невидимых простым глазом искусных специалистов своего дела.

Сероводород часто образуется и накопляется в стоячих и текучих водах, обладающих тогда характерным запахом. Внимательное наблюдение показывает, что в присутствии сероводорода живое население вод совершенно своеобразно. Почти все водоросли и другие зеленые растения исчезают даже при небольшом содержании сероводорода, который является для них сильным ядом. Зато появляются новые обитатели, так называемые серные бактерии, которые бывают двух родов, одни бесцветны, другие же окрашены в ярко пурпурный цвет. Они не боятся сероводорода и развиваются в нем весьма пышно.

На чем основана не ядовитость сероводорода для этих существ, между тем как для всех прочих животных и растений он страшно вреден? Это одна из многих еще не разъяснённых загадок природы. Но, как бы то ни было, это оригинальное свойство серобактерий имеет огромное мировое значение. Неустанно работая с достойной изумления настойчивостью и мощью, подобно другим микробам, серные бактерии превращают огромные количества сероводорода просто в серу, которая скопляется в их теле в виде зернышек. сероводород антропогенный прокариот

Сероводород очень ядовит, даже в небольших количествах, также для всех животных и для человека.

При подходящих условиях бактерии продолжают свою работу и превращают серу в серную кислоту, причем выделяется много тепла, ради использования которого странные существа и производят всю свою работу. Оригинальность их образа жизни этим не ограничивается: оказалось, что они почти совершенно не нуждаются в органическом питательном веществе и обходятся во всех своих потребностях при помощи простейших химических соединений, непригодных для других организмов. Мало того, что они благодетельствуют все остальные живые существа, они еще не отнимают у них пищу; работают, так сказать, даром. Открытием такого любопытного и важного явления природы мы обязаны нашему соотечественнику, Виноградскому. Очень интересно наблюдать в микроскоп, как располагаются бактерии в капле сероводородной воды. Они не находятся в середине ее, потому что им нужен также кислород воздуха для их работы, но они не находятся и на самом краю, где уже слишком мало сероводорода, а занимают промежуточное положение, черпают кислород извне, сероводород изнутри, приводят их в соприкосновение и совершают свою химическую работу.

Список литературы

1. Грабович М.Ю. "Участие прокариот в круговороте серы" // Соросовский, Образовательный Журнал, 1999, №12, с. 16-20.

2. Экологические статьи http://ekologiyastati.ru

3. Вернадский В.И. "Биосфера и неосфера" - М.: Наука, 1989, 261с.

4. Реймерс Н.Ф. "Экология" - М.: Россия Молодая, 1994, 367с.

5. Вернадский В.И. "Живое вещество и биосфера" - М.: Наука, 1989, 672с.

Размещено на Allbest.ru