соединений серы

Сера, как азот и фосфор, является одним из основных элементов питания растений и животных. Она в изобилии присутствует в земной коре, в углях, сланцах, нефтях и природных газах. В виде органических и неорганических соединений сера постоянно присутствует во всех живых организмах и является важным биогенным элементом. Основными серосодержащими органическими соединениями являются аминокислоты (цистеин, цистин, метионин), белки, растительные эфирные масла и алкалоиды, тиомочевина, коферменты, витамины. Богатым источником серосодержащих органических веществ являются остатки растений, животных и микроорганизмов. Подсчитано, что в органической фракции почвы содержится от 50 до 70 % запасов серы.

В эпоху образования земной коры неорганические соединения серы присутствовали преимущественно в виде сульфидов металлов. Этому способствовали высокая температура и недостаток кислорода в атмосфере. В дальнейшем появление свободной воды и углекислого газа привело к выделению сероводорода, который при взаимодействии с кислородом и под влиянием серобактерий окислялся до свободной серы. При избытке кислорода образуется серная кислота, взаимодействующая с карбонатами с образованием сульфатов. Известно более 150 минералов серы, среди которых доминируют сульфаты.

Сера относится к элементам с переменной валентностью, что обеспечивает ее химическую подвижность. В современной биосфере неорганические соединения серы присутствует в окисленной форме (сульфаты, сульфиты), восстановленной форме (сероводород, сульфиды) и в виде запасов молекулярной серы. Все эти соединения осуществляют в биосфере разнообразные химические и биологические превращения, переходя из неорганических соединений в органические и обратно.

Минеральная сера попадает в почву в результате естественного разложения серного и медного колчеданов. Она переносится с атмосферными осадками и попадает в наземные и водные экосистемы. Поэтому для круговорота серы характерен обширный резервный фонд в почве и отложениях. В меньших количествах сера содержится в атмосфере.

В основе биогеохимического цикла соединений серы лежат процессы окисления сульфидов до сульфатов, которые обратно восстанавливаются до сероводорода и сульфидов. Эти реакции происходят при активном участии микроорганизмов (серобактерий) и плесневые грибов.

В аэробных условиях процесс разложения органических веществ сопровождается образованием сероводорода, сульфатов и молекулярной серы. В анаэробных условиях белки и аминокислоты растений и животных разлагаются с образованием сероводорода и летучих соединений типа меркаптанов.

В процессе минерализации органических соединений серы часть серы усваивается и фиксируется самой микробной клеткой. Этот процесс получил название иммобилизации. Окисление сероводорода, молекулярной серы и других недоокисленных соединений серы получило название сульфофикации.

Процесс восстановления сульфатов и сульфитов до сероводорода осуществляется микроорганизмами в анаэробных условиях и носит название десульфофикации. В природе десульфофикация широко распространена в затопляемых почвах, торфяных болотах, лиманах, морях и пластовых водах.

В естественном круговороте серы окислительные и восстановительные процессы сбалансированы. В техногенных системах превалируютокислительныепроцессы, и большая часть антропогенного поступления серы в биосферу приходится на атмосферу. Около трети всех соединений серы и 99% оксида и диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть приходится на долю автотранспорта, химико-технологических процессов переработки нефти, выплавки металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд, производства серной кислоты.

Время пребывания в атмосфере диоксида серы не превышает двух недель, поэтому он не распространяется в глобальном масштабе. Но последствиями локального переноса диоксида серы и его дальнейших превращений являются изменения климата и образование кислотных дождей.

Оксид серы в атмосфере превращается в сульфат-ион. Последний образует серосодержащие аэрозоли, которые обуславливают кислый характер атмосферных осадков. Кислотные дожди вызывают коррозию металлоконструкций, разрушение каменных строений и повреждение растительности. Помимо этого, диоксид серы и продукты его превращения действуют непосредственно на листовую часть растений, вызывая повреждения мембран клеток, обесцвечивание хлорофилла и нарушение фотосинтеза.

Выбросы соединений серы в атмосферу связаны с мелиорацией земель, увеличением площади пахотных земель, выпасом животных. Эти факторы привели к увеличению почти в два раза эмиссии в атмосферу серосодержащих частиц почвенной пыли. Также удвоилось количество серы, приносимой речным стоком в моря и океаны, благодаря сточным промышленным водам и сельскохозяйственным удобрениям.

Таким образом, хозяйственная деятельность человека изменила цикл серы в глобальном масштабе. Это привело нарушению кислотно-основного равновесия в окружающей среде на локальном и региональном уровнях, и явилось одной из причин появления кислотных дождей.