Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1649

Относительную распространенность этих изотопов можно определить по формуле

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 d34S, которое будет иметь знак плюс в! случае возрастания соотношения по сравнению с эталоном и знак минус при уменьшении этого соотношения.

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

В результате очень распространенного процесса микробиологической редукции сульфатов в биосфере произошло разделение серы на две части: серу биогенных сернистых газов и их производных (сульфидов), обогащенную легким изотопом, и серу сульфатов, в которых вследствие потери легкого изотопа произошло возрастание относительного содержания тяжелого изотопа 34S. Так как сульфаты аккумулированы в моряхи океанах, то в океанической воде и эвапоритах значение d34S равно соответственно 20 и 17, а в осадочных породах, где, как отмечено ранее, присутствует значительное количество биогенного сульфида железа, d34S имеет значение -12. Сера H2S, продуцируемого сульфатредуцирующими микроорганизмами, имеет d34S до -43.

Оценка масс серы, участвующих в массообмене в системах суша —тропосфера —суша и океан—тропосфера—океан, у разных авторов сильно различается. Так, выделение серы с поверхности океана в виде биогенных сернистых газов Дж.Френд (1976) и А.Цендер (1980) оценивают в 48×106 т/год, а А. Ю.Лейн и соавторы (1988) — в 7×106 т/год. Это связано с большими трудностями экспериментального определения масс сернистых газов, поступающих из разных источников. В то же время сернистые газы в атмосфере быстро окисляются и переходят в сульфатную форму, легко вымываемую атмосферными осадками. Следовательно, определив массу сульфатов, выпадающих на протяжении года с атмосферными осадками на поверхность океана, можно получить представление о суммарном количестве серы, поступающей в атмосферу в разных формах и из разных источников. Аналогичный прием можно применить по отношению к Мировой суше.

Исходя из годового количества атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Мирового океана (411×1015 л), и их средней минерализации (10 мг/л), можно считать, что на поверхность океана выпадает растворенных солей 4,1×109 т/год плюс 20 % от этой массы солей в форме сухих осаждений — 0,8×109 т/год S, всего 4,9×109 т солей в год, в том числе серы 0,28×109 т/год. Кроме того, как отмечено в разд. 3.3, 10 % от всей массы солей, находящихся над акваторией Земли, переносится с воздушными массами на сушу. Следовательно, можно считать, что разными путями (захват брызг морской воды, испарение, выброс пленок газовых пузырьков, выделение биогенных и вулканических SO2 и H2S) в атмосферу над океаном поступает около 0,31×109 т/год S, которая переходит в сульфатную форму и в количестве 0,83×109 т/год [SO4]2" или 0,28×109 т/год S выпадает на поверхность океана, а немногим менее 0,08×109 т/год [SO4]2-  или 0,03×109 т/год S переносится на сушу.

Большая часть Мировой суши (117×106 км2) дренируется реками, стекающими в систему Мирового океана. С этой территории испаряется 62×1015л/год воды, которая вновь выпадает в виде атмосферных осадков. Средняя концентрация [SO4]2~ в атмосферных осадках суши около 5 мг/л. Следовательно, с поверхности рассматриваемой территории ежегодно поступает в атмосферу и вновь возвращается 0,310×109 т [SO4]2- или 0,103×109 т S с осадками плюс 20 % в форме сухих осаждений серы 0,02- 109 т, всего 0,123×109 т S. Кроме того, на поверхность суши выпадает 44×1015л атмосферных осадков, принесенных воздушными массами с акватории, а вместе с этими осадками 0,03×109 т/год S.

Территория площадью 32×106 км2 не имеет стока в океан. Здесь происходит замкнутый круговорот 7,5×10|5 л воды в год со средней концентрацией [SO4]2- около 30 мг/л. В этом круговороте принимает участие 0,225×109 т/год [SO4]2-, в том числе 0,75×109 т S.

Итак, с поверхности Мировой суши на протяжении года поступает 0,198×109 т серы, а выпадает на 0,03×109 т больше за счет переноса с океана. В то же время с речным стоком выносится в океан в форме растворимых сульфатов 0,163×109 т S в год.

На дне морей и океанов происходят интенсивные процессы редукции сульфатов, содержащихся в морской воде, и образование сульфидов железа. Количественная оценка образующихся масс сульфидов проблематична, данные авторов различаются в 100 раз: от 7×106 т S в год (Цендер А., 1980) до 100×106 т S в год и более. Согласно данным А.Ю.Лейн и соавторов (1988), осаждения сульфидной серы в океане составляют 0,111×109 т/год, сульфатной серы значительно меньше — 0,028×109 т/год. Интенсивность бактериальной сульфатредукции в явно восстановленных морских и океанических донных осадках изменяется в очень широких пределах — от 0,001 до 1,8 мг H2S на килограмм осадка в сутки.

Возвращаясь к оценке различных источников поступления сернистых газов в биосфере, отметим, что выделение H2S с поверхности суши и океана измеряется десятками миллионов тонн серы в год. Эмиссия сероводорода особенно активно происходит на участках морских прибрежных мелководий и в ландшафтах болот. Как уже отмечалось, H2S и SO2 в атмосфере быстро окисляются и трансформируются в сульфатную форму. Но имеются сведения о том, что некоторая часть SO2 может растворяться в морской воде, а также поглощаться наземными растениями и почвой.