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硫循環
來源:互聯網

硫循環,是生態系統的基礎循環。硫在生物體中平均含量僅為0.25%,但對大多數生物的生命過程至關重要,是許多蛋白質和酶以及其他生命物質(如硫胺素,又稱維生素B1)的構成成分。由于在自然水體和土壤中大量存在,硫很少成為生物生長的養分限制因子。

硫常見價態有-2、+2、+4、+6,會發生氧化還原反應。其化合物有固態無機鹽有機硫,以及氣態無機硫和揮發性有機硫。因來源廣、形式多,硫的生物地球化學循環成為最復雜循環之一,具有長期沉積和短期氣體型循環特點。該循環涉及地球化學和生態化學過程、生物過程。此外,硫還是酸雨和大氣氣溶膠主要成分,是全球變化科學的重要研究對象。

工業革命后,人類活動擾亂硫循環,使其速率提高近50%。硫主要來自化石燃料燃燒等活動,部分形成硫酸鹽氣溶膠,降低地球溫度,最終以雨雪或干沉降形式蓄積或排入海洋。高濃度含硫氣體產生酸雨,損害生物和自然環境。

硫、氫、磷是蛋白質的關鍵組成部分,在未受人類活動影響的生態系統中,硫與氮、磷會形成緊密的耦合循環。然而,人類活動極大地改變了硫的存在形式和含量,打破了自然狀態下硫循環的平衡以及其與氮、磷等元素的耦合關系。

硫的簡介

硫是生物必需的大量營養元素之一,含量為10-2﹪數量級水平,是蛋白質、酶、維生素B1、、蒜油、芥子油等物質的構成成分。硫因有氧化合還原兩種形態存在而影響生物體內的氧化還原反應過程。硫是可變價態的元素,價態變化在-2價至+6價之間,可形成多種無機化合物有機硫化合物,并對環境的氧化還原電位和酸堿度帶來影響。

存在范圍

自然界中硫的最大儲存庫在巖石圈,在沉積巖變質巖和火成巖三類巖石中總含量達294800×1020克。硫在水圈中的儲存量也較大,在海水中含13480×1020克,在極地冰帽、冰山和陸地冰川中含278×1020克,但在地下水、地面水、土壤圈、大氣圈中含量均較小。通過有機化合物分解釋放硫化氫氣體或可溶硫酸鹽、火山噴發(H2S、SO42-、二氧化硫)等過程使硫變成可移動的簡單化合物進入大氣、水或土壤中。

土壤中微生物可將含硫有機物質分解為硫化氫,硫黃細菌和硫化細菌可將硫化氫進一步轉變為元素硫或硫酸鹽,許多兼性或嫌氣性微生物又可將硫酸鹽轉化為硫化氫。因此,在土壤和水體底質中,硫因氧化還原電位不同而呈現不同的化學價態。土壤和空氣中硫酸鹽、硫化氫和二氧化硫可被植物吸收,每年全球植物吸收硫總量約為15×1018克,然后沿著食物鏈在生態系統中轉移。陸地上可溶價態的硫酸鹽通過雨水淋洗,每年由河流攜入海洋地硫總量達132×1032克。海水和海洋沉積物中積蓄著最大量對生物有效態硫,總量達16480×1020克。由于有機化合物燃燒、火山噴發和微生物氨化及反硫化作用等,也有少量硫以硫化氫二氧化硫和硫酸鹽氣溶膠狀態存在于大氣中。近來由于工業發展,化石燃料的燃燒增加,每年燃燒排入大氣的SO2量高達147×106噸,影響了生物圈中硫的循環。

人類活動的干預

人類燃燒含硫礦物燃料和柴草,冶煉含硫礦石,釋放大量的SO2。石油煉制釋放的H2S在大氣中很快氧化為SO2。這些活動使城市和工礦區的局部地區大氣中 SO2濃度大為升高,對人和動植物有傷害作用(見二氧化硫污染對健康的影響)。SO2在大氣中氧化成為SO厈,是形成酸雨和降低能見度的主要原因。

參考書目

J.Q.Nriagu,Sulfur in the Environment,JohnWilley &Sons,New York,1978.

硫循環與碳循環的區別

首先要明確兩個循環的概念、過程:硫循環:化石燃料的燃燒、火山爆發和微生物的分解作用是二氧化硫的來源。在自然狀態下,大氣中的SO2,一部分被綠色植物吸收;一部分則與大氣中的水結合,形成硫酸,隨降水落入土壤或水體中,以硫酸鹽的形式被植物的根系吸收,轉變成蛋白質有機化合物,進而被各級消費者所利用,動植物的遺體被微生物分解后,又能將硫元素釋放到土壤或大氣中,這樣就形成一個完整的循環回路。碳循環:綠色植物通過光合作用,把大氣中的二氧化碳和水合成為糖類等有機物。生產者合成的含碳有機物被各級消費者所利用。生產者和消費者在生命活動過程中,通過呼吸作用,又把二氧化碳釋放到大氣中。生產者和消費者的遺體被分解者所利用,分解后產生的二氧化碳也返回到大氣中。另外,由古代動植物遺體變成的煤和石油等,被人們開采出來后,通過燃燒把大量的二氧化碳排放到大氣中,也加入到生態系統的碳循環中。由此可見,碳在生物群落與無機化合物環境之間的循環主要是以二氧化碳的形式進行的。大氣中的二氧化碳能夠隨著大氣環流在全球范圍內運動,因此,碳循環具有全球性。由此比較不同:1.來源不同。化石燃料的燃燒、火山爆發和微生物的分解作用/煤和石油等燃燒把大量的二氧化碳排放到大氣中及呼吸作用去路不同。CO2主要被綠色植物吸收(被微生物吸收很少)二氧化硫一部分被綠色植物吸收;一部分則與大氣中的水結合,形成硫酸

參考資料 >

硫循環.中國大百科全書.2024-03-19

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