Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1656

Необходимо отметить значительное количество различных соединений серы, поступающих через гидротермы. Это количество А.Цендер и соавторы (1980) определили в 129×109 т/год серы в сульфатной форме. Эмиссия серы при собственно вулканических извержениях значительно меньше и разными авторами определяется от 2 т/год (Френд Дж., 1976) до 28 т/год (SCOPE - 21, 1983).

Как ни важна роль хемолитотрофных бактерий в системе глобального массообмена серы, значение фотосинтезирующих организмов остается весьма существенным. На основании данных о продукции наземной растительности до ее нарушения хозяйственной деятельностью человека и среднем содержании серы в сухой биомассе наземной растительности, равном 0,34 %, можно полагать, что в биологическом круговороте на суше ежегодно участвовало 0,59×109 т серы. Средняя концентрация серы в фотосинтезирующих организмах океана значительно выше, чем в растениях суши, а именно 1,2% (Боуэн X., 1966). Соответственно в биологическом круговороте в океане участвует 1,32×109 т/год серы.

Основные черты существующего массообмена серы, по-видимому, сложились более 0,5 млрд лет назад. Как показано в настоящем разделе, глобальный цикл серы в биосфере в значительной мере обусловлен биогеохимическими процессами. В тоже время структура глобального цикла и распределение масс серы изменялись по мере того, как шло преобразование окружающей среды под воздействием деятельности живых организмов.

Интересные данные получены при изучении изотопного состава серы отложений разного возраста. Установлено, что в отложениях, имеющих возраст более 2 млрд лет, существенного изменения в соотношении 32S и 34S не происходило. Это указывает на небольшой размах деятельности сульфатредуцирующих и серобактерий. Но в более поздних отложениях обнаруживаются сильные колебания в соотношении изотопов, что связано с избирательным поглощением живыми организмами легкого изотопа 32S. Около 1,7 млрд лет назад началось отложение мощных толщ морских сульфатов — гипсов и ангидритов. По-видимому, это было связано с нарастающим поступлением кислорода благодаря деятельности цианобактерий в интервале 2,8— 1,7 млрд лет назад. Согласно М. Шидловскому (1980), 38 % всего кислорода, поступившего на протяжении геологической истории, было связано в мощных толщах осажденных сульфатов (гипсов и ангидритов). Отложенные гипсы обогащены тяжелым изотопом 34S, что указывает на высокую активность бактерий, захвативших значительную массу легких изотопов, в том числе 32S. Благодаря этому гипсы оказались достаточно обогащенными тяжелым изотопом 34S.

В глобальном цикле серы ярко выражена его сильная незамкнутость, проявляющаяся в непрерывном выведении из миграционных потоков крупных «избыточных» масс серы в виде сульфидов железа и сульфатов кальция (и отчасти магния). Благодаря выведению серы в океане и атмосфере поддерживается очень невысокое содержание сернистых газов. В то же время сера — один из главных компонентов газов, выделяющихся из недр Земли. Учитывая массы серы, содержащиеся в разной форме в осадочной оболочке и Мировом океане, можно заключить, что за время существования биосферы в нее поступило не менее 10,5×1015 т серы.

Поступление соединений серы, образованных в результате хозяйственной деятельности людей, в атмосферу, педосферу и природные воды является одним из наиболее сильных проявлений воздействия человечества на окружающую среду.

Основной техногенный поток серы в атмосферу связан с эмиссией сернистых газов, образующихся при сжигании минерального топлива и выплавке металлов. Главными путями загрязнения природных вод растворимыми соединениями серы являются смыв удобрений в гидрографическую сеть и сточные воды предприятий химической промышленности.

Более 95 % выбросов техногенных сернистых газов приходится на SO2 и ее производные — SO3 и H2SO4, которые способствуют активизации коррозии металлов, оказывают поражающее действие на растения, животных и человека. Согласно И.И.Альтшулеру (1980), в середине 70-х годов прошлого столетия из разных источников в атмосферу ежегодно поступало 120×10б т SO2 и (4—5) ×106 т H2S. Это количество в начале XXI в. должно существенно возрасти. В атмосфере происходит быстрая трансформация SO2 в SO3 и затем в H2SO4. При взаимодействии с постоянно присутствующим в тропосфере аммиаком образуется сульфат аммония. В определенных условиях часть SO2 вымывается атмосферными осадками, поглощается растениями и почвой. Большая часть SO2 окисляется до [SO4]2-, который является самым распространенным ионом атмосферных осадков. Общее количество серы, поступающей в атмосферу из индустриальных источников, составляет около (100 — 110×106т/год.

Определенный вклад в движение масс водорастворимых соединений серы, в частности в водный сток с континентов, вносит смыв минеральных удобрений — около (20 — 30)×106 т/год. Примерно такое же количество серы поступает со сточными водами промышленных предприятий химической, горной и металлургической промышленности.

Как следует из данных табл. 7.3, техногенные выбросы соединений серы в окружающую среду не нарушают баланса масс, мигрирующих в глобальном цикле серы. В то же время соединения серы в индустриальных и бытовых отходах оказывают губительное воздействие на биоту обширных территорий, создавая опасность для нормального функционирования самого главного звена биосферы. Массированная эмиссия SO2 в атмосферу порождает так называемые кислотные дожди, распространяющиеся далеко за пределы индустриальных районов. Растворимые соединения серы в промышленных и бытовых стоках поражают экосистемы крупных внутриконтинентальных водоемов и шельфовых морей, не считаясь с государственными границами.

Таблица 7.3

Миграция масс серы в биосфере