Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по теме: «Соединения серы в атмосфере, гидросфере и литосфере»

Содержание

Введение

1. Геохимические классификации химических элементов

2. Общие закономерности распределения химических загрязняющих веществ в биосфере

3. Круговорот веществ в биосфере и экосистемах

4. Сера и её соединения в атмосфере, гидросфере и литосфере

5. Биогеохимический цикл серы

6. Экологические проблемы, связанные с кислородсодержащими соединениями серы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Все растения и животные являются звеньями в цепях питания своей экосистемы, а также у них происходит обмен веществами с неживой природой, этоо играет огромную роль в круговороте веществ биосферы. Химические элементы в составе различных соединений циркулируют между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и литосферой., Круговорот, начавшись в одних экосистемах, заканчивается в других. Целостность и устойчивость биосферы придаёт именно то, что вся биомасса планеты участвует в круговороте веществ. Огромное влияние на перемещение и превращение многих соединений оказывают живые организмы. В биологическом круговороте задействованы прежде всего элементы, входящие в состав органических веществ: С, N, S, Р, О, Н, а также ряд металлов (Fe, Ca, Mg и др.). Зелёные растения, аккумулируя энергию Солнца и потребляя из почвы минеральные соединения, синтезируют органические вещества. Они распространяются в биосфере по цепям питания. Редуценты разрушают растительную и животную органику до минеральных соединений, замыкая биологический цикл. В верхних слоях океана и на поверхности суши преобладает образование органического вещества, а в почве и глубинах моря - его минерализация. Миграция птиц, рыб, насекомых способствует и переносу накопленных ими элементов. Существенно на круговорот элементов влияет деятельность человека.

химический сера экологический кислородосодержащий

1. Геохимические классификации химических элементов

Одной из наиболее известных является классификация В.М. Гольдшмидта. Он выделил группы элементов, которые в значительной мере отражают их преимущественное накопление в определённых слоях (сферах) Земли:

1) сидерофильные и халькофильные характерны для центральных частей планеты;

2) литофильные - для литосферы и большей части мантии;

3) атмофильные - для атмосферы. [1,3]

Таким образом, периодичность изменения атомных объёмов элементов в первом приближении соответствует их распределению по геосферам. По классификации В.М. Гольдшмидта многие элементы могут относиться к нескольким группам одновременно. Железо, например, относится к сидерофильным и к литофильным элементам. Таких примеров очень много, это отражает их распределение в природе, но создаёт трудности при практическом использовании классификации. Определённые трудности связаны и с очень большим числом элементов в каждой из групп.

Более дробное деление характерно для классификации В.И. Вернадского (табл. 1) [1], в которой элементы разделены на 6 групп.

Таблица 1. Геохимическая классификация элементов по В.И. Вернадскому. [1]

В первую (благородные газы) и вторую (благородные металлы) группы объединены 12 элементов, для которых характерно существование преимущественно в самородном состоянии, а следовательно, они не характерны для целого ряда геохимических циклов. К третьей группе (циклические элементы) отнесено наибольшее число элементов - 43, все они участвуют в различных геохимических циклах. В четвёртую группу объединены 11 элементов, для которых в литосфере характерно состояние рассеяния. В пятой группе находятся 7 сильно радиоактивных элементов, в шестой - 15 элементов редких земель.

Классификация В.И. Вернадского удобна для использования в экологической геохимии. Однако ещё более применима и разнообразна классификация А.И. Перельмана (рис.1) [1]. В её основу положены наиболее характерные особенности миграции химических элементов в биосфере и их способность концентрироваться на определённых геохимических барьерах. Сначала все элементы Перельман разделил на две группы: мигрирующие преимущественно в газообразном состоянии и в растворах. Воздушных мигрантов всего 11 и из них только 5 относятся к активным. Водные мигранты разделяются в зависимости от интенсивности миграции, которая определяется по величине коэффициента миграции (К_х). Учитывается ещё целый ряд важнейших показателей перемещения элементов в водных растворах: способность образовывать катионы и анионы, постоянная или переменная валентность, подвижность или инертность и осаждение на барьерах в окислительной, глеевой или сероводородной обстановках, интенсивность или инертность миграции в растворах с различными щелочно-кислотными условиями, преимущественное нахождение в самородном состоянии, роль биогенного накопления в истории элемента.

Рис.1. Геохимическая классификация элементов по А.И. Перельману. [1]

2. Общие закономерности распределения химических загрязняющих веществ в биосфере

Биосфера Земли сформировалась приблизительно за 2,5 млрд. лет, благодаря воздействию таких природных энергетических факторов, как солнечная радиация, гравитационные силы, химическая и биогенная энергия.

Энергия мирового производства также относится к природным энергетическим факторам. Огромную опасность для жизни представляет собой нарушение химического равновесия в биосфере из-за высоких норм потери сырья при добыче и транспортировке, несовершенства технологических процессов и рассеяния в окружающей среде всех видов осадков, стоков и выбросов.

Загрязнение окружающей среды происходит весьма неравномерно.

Главные факторы воздействия на природу находятся в регионах с развитой промышленностью. Такие загрязнения, которые происходят вокруг какого-либо промышленного предприятия, называются локальными. Их химизм определяется отраслевой принадлежностью источника загрязнения, рельефом, климатическими особенностями и другими природными условиями места загрязнения. Например, повышенное содержание таких тяжёлых металлов, как медь, цинк, свинец, кадмий наблюдается в почве вокруг рудников полиметаллических руд и комбинатов по выплавке цветных металлов всегда. В районах с открытой добычей полезных ископаемых всегда присутствует локальное загрязнение атмосферы и почвенного покрова пылью. Смог является также примером локального загрязнения атмосферы. Он представляет собой опасное во многих отношениях облако загрязнений различного типа, характерное для некоторых городов, где сочетание загрязнения воздуха транспортными и промышленными газами, атмосферные явления и солнечное излучение создают возможности для его образования. [8,11]

Региональным загрязнением окружающей среды называют загрязнение, обнаруживаемое в пределах значительных территорий. Эксплуатационное поступление загрязняющих веществ в биосферу, если оно достаточно длительно, а выбросы поступают в подвижные компоненты биосферы - в атмосферу и природные воды, может стать причиной регионального загрязнения. Атмосферные выбросы большого города (оксиды углерода, серы, азота, углеводороды, пыль) переносятся на большие территории, создавая экологические проблемы регионального масштаба.

Существуют и глобальные загрязнения биосферы, их обнаруживают практически в любой точке планеты. Они переносятся атмосферными потоками, поскольку атмосфера является наиболее открытым компонентом природной среды, связанным процессами энерго- и массобмена с биосферой. Основными ингредиентами загрязнения атмосферы являются оксиды углерода, серы и азота, углеводороды и взвешенные частицы, а также и радиоактивные выпадения. [11]

3. Круговорот веществ в биосфере и экосистемах

В биосфере ограничены все доступные для живых организмов химические соединения. Поэтому исчерпаемость пригодных для усвоения химических веществ оказывает торможение на развитие тех или иных групп организмов в локальных участках суши или океана. Благодаря биогеохимическим круговоротам веществ и потокам энергии поддерживается устойчивость биосферы. Все химические элементы, которые используется в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии.

Биосфера Земли характеризуется определённым образом сложившимися круговоротом веществ и потоком энергии. Круговорот веществ - это многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли. [4]

В зависимости от движущей силы внутри круговорота веществ выделяют геологический, биологический и антропогенный круговороты. На Земле осуществлялись только первые два до того момента, пока не появился человек.

Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) - это круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы. Эндогенные процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т. д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Под влиянием внешней энергии Солнца протекают экзогенные процессы. Они включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. Геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а также живых организмов и человека относятся к экзогенным процессам.

Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы (горы и равнины) образовались за счёт эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, - за счёт экзогенных процессов. Таким образом, эндогенные и экзогенные процессы обратны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые - к их сглаживанию.

Под влиянием физических, химических и биологических факторов кристаллические горные породы (магматические) породы преобразуются в осадочные (рис. 2). Песок и глина - типичные осадки, продукты преобразования глубинных пород. Однако формирование осадков происходит не только за счёт разрушения уже существующих пород, но также и путём синтеза биогенных минералов - скелетов микроорганизмов - из природных ресурсов - вод океана, морей и озёр. Рыхлые водянистые осадки по мере их изоляции на дне водоёмов новыми порциями осадочного материала, погружения на глубину, попадания в новые термодинамические условия (более высокие температуры и давления) теряют воду, отвердевают, преобразуясь при этом в осадочные горные породы. [4,6]

В дальнейшем эти породы погружаются в ещё более глубокие горизонты, где происходят процессы метаморфизма, благодаря их преобразованию к новым температурным и барическим условиям.

Под воздействием потоков эндогенной энергии глубинные породы переплавляются, образуя магму - источник новых магматических пород. Под действием процессов выветривания и переноса после поднятия этих пород на поверхность Земли, снова происходит их трансформация в новые осадочные породы.

Таким образом, большой круговорот обусловлен взаимодействием солнечной (экзогенной) энергии с глубинной (эндогенной) энергией Земли. Он перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами нашей планеты.

Рис. 2. Большой (геологический) круговорот веществ (тонкие стрелки) и изменение разнообразия в земной коре (сплошные широкие стрелки - рост, прерывистые - уменьшение разнообразия). [4]

Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

Большим круговоротом называется и круговорот воды между гидросферой, атмосферой и литосферой, который движется энергией Солнца. С поверхности водоёмов и суши происходит испарение воды, которая затем вновь поступает на Землю в виде осадков. Над океаном испарение превышает осадки, над сушей наоборот. Эти различия компенсируют речные стоки. В глобальном круговороте воды большую роль играет растительность суши. Транспирация растений на отдельных участках земной поверхности может составить до 80-90% выпадающих здесь осадков, а в среднем по всем климатическим поясам - около 30%.

Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) - это круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. Малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Солнечная радиация - главный источник энергии круговорота. Она порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. Органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества в результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов). Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ. [4,6]

В биогеохимических круговоротах следует различать две части:

1) резервный фонд - это часть вещества, не связанная с живыми организмами;

2) обменный фонд - значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением.

В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

1) круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота);

2) круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

Наиболее совершенны круговороты первого типа, так как обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции. Круговороты второго типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коры в «недоступном» живым организмам виде. Различными воздействиями можно нарушить такие круговороты, и из него выйдет часть обмениваемого материала. В результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом она снова может возвратиться в круговорот. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

Температурой окружающей среды и количеством воды определяется интенсивность биологического круговорота. Так, биологический круговорот интенсивнее протекает во влажных тропических лесах, чем в тундре.

Взаимосвязь большого и малого круговорота воды показана на рис. 3. [4]

Круговороты планетарного масштаба создаются из бесчисленных локальных циклических перемещений атомов, движимых жизнедеятельностью организмов в отдельных экосистемах, и тех перемещений, которые вызваны действием ландшафтных и геологических причин (поверхностный и подземный сток, ветровая эрозия, движение морского дна, вулканизм, горообразование и т.п.). [4,5]

Рис. 3. Взаимосвязь большого геологического круговорота (БГК) воды с малым биогеохимическим круговоротом (МБК) воды. [4]

В отличие от энергии, которая однажды использована организмом, превращается в тепло и теряется, вещества в биосфере циркулируют, создавая биогеохимические круговороты. Из встречающихся в природе 90 элементов живым организмам нужно около 40. В больших количествах им требуются - углерод, водород, кислород, азот. Круговороты элементов и веществ осуществляются за счёт саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными.

На всех этапах развития биосферы существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. [5]

Человек также оказывает непосредственное влияние на биогеохимический круговорот. С его появлением возник антропогенный круговорот, или обмен веществ. Он представляет собой круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нём можно выделить две составляющие: биологическую, которая связана с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты в отличие от антропогенного круговорота. Именно незамкнутость служит причиной истощения природных ресурсов и загрязнения природной среды - экологических проблем человечества.

4. Сера и её соединения в атмосфере, гидросфере и литосфере

Сера играет важную роль в химических и биохимических почвенных процессах, служит важным элементом для формирования белков. В живых организмах содержится 0,05 % серы, в золе растений - 5%.

Сера - типичный неметалл с большим числом валентных электронов. Её реакционная способность зависит от присутствия органических веществ, окислительно-восстановительных и кислотно-основных режимов. Она относится к элементам, которые проявляют переменную степень окисления, и при образовании химической связи она может выступать как донор или как акцептор электронов. Благодаря этому сера имеет высокую химическую активность, тем самым объясняя многообразие форм соединений.

Сера - биогенный элемент, необходимый для живых организмов, и обязательный элемент питания растений. В зоне гипергенеза серы проявляет все свойственные для неё степени окисления - 2, +4, +6, из них наиболее характерны -2 и +6. Восстановленные формы серы (S⁰, H2S, сульфиды) легко окисляются до сульфатов как микробиологическим путём, так и абиотически. От растворимости сульфидов зависят темпы окисления. [3,11]

В настоящее время одним из главных источников серы стали техногенные выбросы предприятий нефтяной, металлургической и других отраслей промышленности.

Распределение масс серы в биосфере выглядит следующим образом:

Таблица 2. Распределение масс серы в биосфере. [9]

2SO2 + O2 > 2SO3

SO3 + H2O > H2SO4

В пределах озонового слоя атмосферы находятся наиболее благоприятные условия протекания этой реакции, где в процессе распада молекул озона на О и О2 генерируется атомарный кислород. Выброс техногенного диоксида серы составляет 30% от его общего поступления в атмосферу. Эмиссия значительных количеств соединений серы существенно повышает естественный уровень концентрации элемента вблизи источников выброса. В урбанизированной зоне содержание соединений серы в атмосферном воздухе обусловливается антропогенными эмиссиями. Установлено, что в развитых регионах до 60% почвенной кислотности определяется образованием в атмосфере серной кислоты. [10,11]

В виде сульфат-ионов SO4^2- сера находится в гидросфере. Циклические процессы, связанные с превращениями серы, происходят и в водной оболочке Земли. Вода проникает в разные слои почвы, в горные породы, вымывая из них растворимые соединения серы, главным образом в виде сульфат-ионов, перенося их из одного места в другое. Вода образует водоёмы, содержащие соединения серы разной концентрации. Одна из удивительных особенностей океанической и морской воды - постоянное соотношение главных ионов, к которым относится и сульфат-ион, во всём объёме Мирового океана. Это подтверждает устойчивость динамического равновесия между количеством растворённых веществ, поступающих с поверхности континентов в океан, и их осаждением.

Любая вода гидросферы может рассматриваться как естественный раствор веществ разной концентрации. Однако концентрация растворённых соединений серы в относительно мелких водоёмах может резко увеличиваться в случае их загрязнения сточными водами производств, вымыванием с полей минеральных серосодержащих удобрений, а также и выпадением «кислотных дождей». [11,14]

В виде простого вещества (самородная сера) и в составе многочисленных минералов - сульфидов и сульфатов металлов сера присутствует в литосфере. Кроме того, соединения серы есть в углях, сланцах, нефти, природном газе. Сера всегда содержится в организмах животных и растений, так как она входит в состав многих белков.

5. Биогеохимический цикл серы

Сера - один из химических элементов, необходимых для живых организмов. Она является компонентом аминокислот, предопределяет важные биохимические процессы живой клетки, является незаменимым компонентом питания растений и микрофлоры. Её соединения принимают участие в формировании химического состава почв, в значительных количествах присутствуют в подземных водах, что играет решающую роль в процессах засоления почв. [7]

Литосфера представляет собой основной резервуар, из которого сера черпается живыми организмами. Это объясняется тем, что устойчивое существование сернистых соединений в условиях современной атмосферы Земли, содержащей свободный кислород и пары Н₂О, невозможно. Сероводород H₂S в кислородной среде окисляется, а кислородные соединения серы, реагируя с Н₂О, образуют серную кислоту H₂SO₄, которая выпадает на поверхность Земли в составе кислотных дождей. Оксиды серы SO_х могут усваиваться растениями непосредственно из атмосферы, но роли в круговороте серы этот процесс не играет.

В природе известны четыре стабильных изотопа серы. Самый лёгкий из них ³²S имеет распространённость >95%, другие: ³³S - 0,74%; ³⁴S - 4,2%; ³⁵S - 0,016%. Практический интерес представляет соотношение двух изотопов: ³²S и ³⁴S. Относительную распространённость этих изотопов можно определить по формуле:

= • 1000^°/_°°

В качестве стандарта принята сера троилита из метеорита Каньон Диаболо, имеющая отношение ³⁴S : ³²S = 0,0450045. Любое соотношение двух изотопов серы в природных объектах может быть выражено через значение , которое будет иметь знак плюс в случае возрастания соотношения по сравнению с эталоном и знак минус при уменьшении этого соотношения. [9]

Установлено, что биогенные соединения серы - твёрдые и газообразные - обогащены лёгким изотопом. Наибольший эффект характерен для реакции биохимического восстановления сульфата до сероводорода, производимого бактериями Desulfovibrio desulphuricans. При этом в H₂S увеличивается содержание лёгкого изотопа ³²S, а не охваченные биогеохимическими процессами ионы SO₄^2- остаточно обогащаются изотопом ³⁴S.

В результате очень распространённого процесса микробиологической редукции сульфатов в биосфере произошло разделение серы на две части: серу биогенных сернистых газов и их производных (сульфидов), обогащённую лёгким изотопом, и серу сульфатов, в которых вследствие потери лёгкого изотопа произошло возрастание относительного содержания тяжелого изотопа ³⁴S. Таким образом, в результате биологических и биогеохимических процессов происходит изменение в соотношении этих изотопов в сторону увеличения содержаний более лёгкого изотопа и в верхних гумусовых горизонтах почв. [9] Так как сульфаты аккумулированы в морях и океанах, то в океанической воде значение равно 20, а в осадочных породах, где присутствует значительное количество биогенного сульфида железа, имеет значение -12. Сера H₂S, продуцируемого сульфатредуцирующими микроорганизмами, имеет до -43.

Сера в почвах представлена органическими и неорганическими соединениями, соотношение которых зависит от типа почвы и от глубины залегания генетического горизонта. [4,9]

В составе земной коры соединения серы существуют также, в основном, в двух минеральных формах: сульфидной (соли сероводородной кислоты) и сульфатной (соли серной кислоты).

Первичной минеральной формой нахождения серы в земной коре, является сульфидная. Сульфидные соединения в условиях биосферы практически нерастворимы, и потому сульфидная сера растениями не усваивается. Сульфиды неустойчивы в кислородной среде, поэтому на земной поверхности окисляются, и в результате этого сера входит в состав сульфатных соединений. Сульфатные соли обладают достаточно хорошей растворимостью, и сера в географической оболочке активно мигрирует в водных растворах в составе сульфат-иона SO₄^2-. Именно в этой, сульфатной форме сера, в составе водных растворов, эффективно усваивается растениями, а далее - животными организмами. Усвоению способствует то, что сульфатные соединения серы способны накапливаться в почвах, участвуя в процессах обменной сорбции и входя при этом в состав почвенного поглощающего комплекса (ППК).

Живыми организмами поглощается сульфат-ион SO4^2-, поступающий с осадками. Избыток сульфат-ионов может поглощаться путём хемосорбции на оксидах железа и алюминия, при этом выделяется ион ОН^-, нейтрализующий ион Н⁺:

2FeOOH + SO4^2- > (FeO)2SO4 + 2OH^-

S > S2O3^2- > S4O6^2- > SO3^2- > SO4^2- [11]

тиосульфат тетратионат сульфит сульфат

Окисление пирита кислородом воздуха также приводит к накоплению серной кислоты:

2FeS2 + 2H2O + 7O2 > 2FeSO4 + 2H2SO4

С помощью бактерий Thiobacillus ferrooxidans сульфат железа (II) окисляется до Fe2(SO4)3:

4FeSO₄ + O + 2H2SO4 > 2Fe2(SO4)3 + 2H2O

Особый интерес представляют реакции восстановления сульфатов сульфатредуцирующими бактериями. Сульфаты неустойчивы в анаэробных условиях и при достаточном содержании органического вещества восстанавливаются анаэробными бактериями рода Desulfovibrio, причём происходит подщелачивание среды:

Na₂SO4 + Fe(OH)3 + 9H⁺ > FeS + 2NaOH + 5H2O

Деятельность сульфатредуцирующих бактерий приводит к накоплению в почве сульфида железа и соды.

В илах, обогащённых органическим веществом, протекают следующие реакции:

Na₂SO4 > Na2S + 2O2

Na2S + 2H2O > 2NaOH + H2S

H2S + O > H2O + S

2NaOH + CO2 > Na2CO3 + H2O

2Fe(OH)2 + 2H2S > 2FeS + 4H2O

2FeS + 3O > Fe2O3 + 2S

В почвах с непромывным водным режимом и при аэробных условиях сера накапливается в виде гипса или в составе легкорастворимых солей. При умеренном содержании гипс положительно влияет на свойства почв. При высоких уровнях накопления гипс образует плотные скопления, что резко ухудшает физические свойства почв.[11]

В почвах, подверженных техногенному загрязнению, происходит значительное возрастание не только валового содержания серы, но также и водорастворимых сульфатов. При загрязнении почв серой резко увеличивается число сероокисляющих микроорганизмов Thiobacillus novellus и сероокисляющих грибов, что служит хорошим индикатором загрязнения биосферы соединениями серы.

Содержание серы в растениях зависит от физиологических особенностей вида. Растения избирательно поглощают серу. При долговременном воздействии даже низких концентраций SO2 содержание элемента в тканях растений может возрастать в 2-2,5 раза по сравнению со средним фоновым уровнем. Поэтому аккумуляция серы в растениях может служить индикатором техногенных воздействий.

Выбросы сернистого газа в биосферу, а также последующее подкисление водоёмов, почвенного и растительного покрова оказывает существенное воздействие на живые организмы, которое проявляется во влияние на земные экосистемы (например, ожоги листьев, поражение хвои) и на здоровье человека. Косвенное воздействие выражается, например, в поражении наземной растительности вследствие изменения метаболических процессов в почве и соответствующего изменения характера питания растений, в гибели гидробионтов в результате образования токсических соединений (алюминия, тяжёлых металлов) при снижении рН. [6,11]

Миграция и трансформация серы имеют большое значение в биогеохимии почв (рис. 3). [11]

Рис. 3. Трансформация и миграция серы в почве. [11]

Таким образом, биогеохимический цикл серы состоит из 4 стадий (рис. 4): [6]

1. усвоение соединений серы живыми организмами (растениями и бактериями) и включение серы в состав белков и аминокислот;

2. превращение органической серы живыми организмами (животными и бактериями) в конечный продукт - сероводород;

3. окисление минеральной серы живыми организмами (серобактериями, тионовыми бактериями) в процессе сульфатредукции. На этой стадии происходит окисление сероводорода, элементарной серы, её тио- и тетрасоединений;

4. восстановление минеральной серы живыми организмами (бактериями) в процессе десульфофикации до сероводорода. Важнейшим звеном всего биогеохимического цикла серы в биосфере является биогенное образование сероводорода.

Рис. 4. Схема биогеохимического цикла серы. [6]

Изъятие серы из биосферного круговорота происходит в результате накопления сульфатных отложений (в основном гипсовых), слои которых становятся компонентами литосферы. Компенсируются потери во-первых, в процессах вулканизма (поступление H₂S и SO_x в атмосферу, а оттуда, с атмосферными осадками - на поверхность Земли). А во-вторых, в результате деятельности термальных вод, с которыми в верхние горизонты земной коры и на дно Мирового океана поступают сульфидные соединения.

6. Экологические проблемы, связанные с кислородсодержащими соединениями серы

Техногенные выбросы соединений серы в окружающую среду не нарушают баланса масс, мигрирующих в глобальном цикле серы (табл.3). Однако соединения серы оказывают негативное воздействие на обширные территории, создавая опасность для нормального функционирования самого главного звена биосферы. Выброс SO₂ в атмосферу вызывает кислотные дожди. Растворимые соединения серы в промышленных и бытовых стоках несут угрозу экосистемам внутренних водоёмов и прибрежных областей морей. [9]

Таблица 3. Миграция масс серы в биосфере. [9]

В атмосфере оксид серы (IV) под действием солнечной энергии окисляется до газообразного оксида серы (VI), а при взаимодействии последнего с водяным паром образуются капельки серной кислоты:

Список используемой литературы

1. Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. - М.: Логос, 2000. - 627 с.

2. Акимова Т.А. Экология. Природа - Человек - Техника. - М.: Экономика, 2007. - 510 с.

3. Безуглова О.С., Орлов Д.С. Биогеохимия. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2000. - 320 с.

4. Братков В.В., Овдиенко Н.И. Геоэкология. - М.: Илекса, 2005. - 313 с.

5. Бродский А.К. Общая экология. - М.: Академия, 2010. - 256 с.

6. Войткевич Г.В., Вронский В.Л. Основы учения о биосфере / Изд. 2-е, перераб., доп. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1996. - 477 с.

7. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. - М.: Агар, 2008. - 424 с.

8. Голицын А. Н. Основы промышленной экологии. - М.: Академия, 2004. - 240 с.

9. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. - М.: Академия, 2003. - 4 с.

10. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. - М.: Ленанд, 2014. - 19с.

11. Орлов Д.С., Садовникова Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М.: Высшая школа, 2002. - 334 с.

12. Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. - М.: Финансы и статистика, 2001. - 672 с.

13. Трушина Т.П. Экологические основы природопользования. - М.: Дашков и К, 2003. - 352 с.

14. Яковлев С.В., Губий И.Г., Павлинова И.И. Комплексное использование водных ресурсов / 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2008. - 383 c.

Размещено на Allbest.ru