Цикл серы в природе кратко

Обновлено: 03.07.2024

Фосфор — химический элемент, составляющий 0,9% массы земной коры. По важности для растительных организмов занимает второе место после азота. Содержится в животных тканях, входит в состав белков, является элементом жизни.

Основные запасы фосфора хранятся в горных породах, сформировавшихся в прошлые геологические периоды. В биосферу элемент попадает при подъеме этих пород на поверхность земли и последующем выветривании. В море фосфор переносится посредством эрозионных процессов в составе апатитов.

Постоянный круговорот в природе обеспечивается и за счет жизнедеятельности водорослей, животных, растений: в этих процессах вещество играет одну из главных ролей.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Круговорот серы в природной среде схож с круговоротом фосфора: растворимые соединения перемещаются при выветривании коры из литосферы в гидросферу. Однако есть и различия: в почве процессам обмена содействуют бактерии, растения. Кроме того, сера способна существовать в составе газообразных соединений.

В каждом килограмме массы человека содержится от 1,8 до 2 граммов серы.

Понятие и краткое описание, схема

Круговорот веществ в биологии — это естественный процесс перемещения химических элементов в пределах биосферы, характеризующийся определенной цикличностью.

Схема перемещения в биосфере фосфора выглядит так:

В результате выветривания элемента из горных пород образуются соединения, доступные растениям.
Растения поглощают образовавшиеся соединения, в процессе синтеза формируют из них фосфорсодержащую органику.
Органика поступает в организмы животных.
Продукты жизнедеятельности, а также останки животных становятся поставщиками фосфора для почвы.
Речные, подземные, сточные воды переносят соединения в Мировой океан, где фосфор частично оседает на дне, частично возвращается на сушу с выловленной людьми рыбой.

Важным элементом цепи является антропогенная деятельность: выпуск удобрений и моющих средств на основе фосфора, добыча горных пород с его содержанием.

Схема перемещения серы имеет свои особенности:

Из глубинных пород сера добывается серобактериями, преобразующими ее в сероводород, аналогичные газовые соединения.
Сернистые соединения накапливаются в атмосфере, возвращаются на землю с осадками.

Схожим алгоритмом обладает круговорот серы, спровоцированный человеком: добыча сульфидных руд, серосодержащих отложений и горных пород становится причиной высвобождения газообразных серных соединений, перемещения их в атмосферу.

Какую роль играет в биосфере

Фосфор является обязательным компонентом живой ткани. В человеческом организме элемент обнаруживается в мышцах, костях, нервах, мозговых оболочках. Его соединения принимают активное участие в обмене энергии.

Растения также находятся в прямой зависимости от наличия фосфорсодержащих соединений. Элемент способствует:

делению клеток;
фотосинтезу;
обмену веществ;
размножению;
выработке аденозинтрифосфорной кислоты — основного активатора энергетического обмена.

Животным фосфор необходим не меньше, чем человеку. Он входит в состав углеводов, жиров, сложных белков, опорной ткани, обеспечивает выведение кальция, сокращение мышц, эффективное использование пищи организмом.

Значение серы

В животных организмах сера является важным компонентом клеток, входит в состав нервных волокон, костей, хрящей, определяет состояние кожных покровов, ногтей, волос. Соединения на основе элемента способствуют работе мозге, принимают участие в процессе свертываемости крови, регулируют содержание холестерина.

Для растений сера — одно из 17 незаменимых питательных веществ. Она способствует образованию хлорофилла, производству белка, синтезу масел. Недостаток серы становится причиной торможения роста растения, изменения окраса листьев.

Возможные причины нарушения круговорота

Основной причиной нарушения круговорота фосфора является аграрная деятельность человека. Истории известны ситуации, когда урожай извлекался из почвы вместе с биогенами и перевозился на большие расстояния. Поскольку газовая составляющая в круговороте фосфора отсутствует, естественное восстановление содержания элемента в обедненных почвах является невозможным.

Кроме того, извлекая вещество из фосфатных руд и используя в качестве удобрения, человек постепенно истощает запасы элемента: из плодородного грунта фосфор вымывается дождевыми потоками, перемещается со сточными водами в океан, где в критически больших объемах оседает на дне.

Изучение проблемы подтолкнуло ученых к формулированию проблемы истощения запасов фосфора в природе. По их подсчетам, запасы элемента в горных породах закончатся через 40 лет.

В случае с серой причиной нарушения круговорота также является деятельность людей. Переработка сульфидных руд, сжигание ископаемого топлива приводят к повышению содержания оксида серы в атмосфере. Как результат, окисляется почва, угнетаются процессы фотосинтеза, понижается биологическая продуктивность.

Описания последствий кислотных дождей содержат свидетельства о гибели рыб в пресных водоемах, вымирании хвойных лесов, изменениях состава почв — возрастании концентрации и подвижности токсичных минералов.

В цикл серы Это набор процессов, посредством которых сера переносится природой в различных молекулах. Сера путешествует по воздуху, почве, воде и живым существам. Этот биогеохимический цикл включает минерализацию органической серы до серы, ее окисление до сульфата и восстановление до серы.

Сера поглощается микробами и образует различные органические соединения. Сера - очень распространенный элемент во Вселенной; Считается неметаллом, имеет желтый цвет и не имеет запаха. Сера выбрасывается в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, например угля.

В атмосфере сера находится в форме диоксида серы (SO2) и может поступать в нее тремя способами: в результате разложения органических молекул, в результате вулканической активности и геотермальных источников, а также в результате сжигания ископаемого топлива. Людьми.

Атомы серы - важная часть структуры белков. Сера содержится в аминокислоте цистеине и участвует в образовании типа связи, называемого дисульфидным мостиком. Эти связи необходимы для определения трехмерной структуры белков.

Этапы

Круговорот серы включает в себя движение этого элемента во многих направлениях через атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. В литосфере происходят процессы эрозии горных пород с выделением накопленной серы.

Сера претерпевает ряд химических превращений, поскольку транспортируется через различные среды. На протяжении своего пути сера проходит четыре основных химических стадии:

- Минерализация органической серы до неорганической формы, такой как сероводород, элементарная сера и другие минералы на основе серы.

- Окисление сероводорода, элементарной серы и сульфатных минералов.

- Восстановление сульфата до серы.

- Микробная иммобилизация соединений серы и последующее включение серы в органическую форму.

Поток серы

Несмотря на свою сложность, потоки серы можно разделить на три большие группы:

Сера, образующая соединения

В эту группу входят атмосферная сера, органическая сера, неорганическая сера (минералы), восстановленная сера и сера, образующая сульфаты.

Сульфат поглощается растениями и микроорганизмами, которые включают их в свои органические молекулы. Затем животные потребляют эти органические формы с пищей, которую они едят, перемещая серу по пищевой цепочке.

Сера попадает в почву

Сера попадает в почву по-разному; например, атмосферным осаждением, использованием удобрений животного происхождения, растительными остатками, применением минеральных удобрений и износом горных пород.

Сера, выходящая из земли

Сера удаляется из почвы разными способами. Например, когда растения поглощают сульфаты корнями, когда собирают урожай, и когда некоторые восстановленные соединения улетучиваются.

Другая часть серы в почве теряется из-за просачивания, стока и эрозии. Вулканы и некоторые газы, образующиеся при разложении органических веществ, являются еще одним источником серы, которая переносится непосредственно в атмосферу.

Однако большая часть серы на Земле хранится в породах, минералах и сульфатных солях, погребенных глубоко в океанических отложениях.

Важность

Главный компонент в химических соединениях

Сера является важным питательным веществом для организмов, потому что она является основным компонентом аминокислот цистеина и метионина, а также других биохимических соединений.

Растения удовлетворяют свои потребности в питательных веществах в сере путем ассимиляции минеральных соединений из окружающей среды.

Связано с продуктивностью растений

В определенных ситуациях, особенно в интенсивном сельском хозяйстве, наличие биологически полезных форм серы может быть ограничивающим фактором для продуктивности растений; следовательно, необходимо внесение сульфатных удобрений.

Признание важности сульфата для роста и жизнеспособности растений, а также питательной ценности серы для рациона человека и животных привело к большему вниманию к исследованиям процессов абсорбции, транспорта и ассимиляции сульфатов. .

Необходим для создания белков

После поступления на завод сульфат является основной формой транспортируемой и хранящейся серы. Сера необходима для построения белков, ферментов и витаминов, она также является ключевым ингредиентом в образовании хлорофилла.

Культуры с дефицитом серы обычно демонстрируют ограничения роста. Таким образом, растения с недостатком серы выглядят тоньше и меньше, их молодые листья желтеют, а количество семян уменьшается.

Коммерческое использование

Помимо производства удобрений, сера имеет и другие коммерческие применения, например: в порохе, спичках, инсектицидах и фунгицидах.

Кроме того, сера участвует в производстве ископаемого топлива из-за ее способности действовать как окислитель или восстановитель.

Связано с экологическим ущербом

Соединения серы также могут быть связаны со значительным ущербом окружающей среде, например диоксид серы, который повреждает растительность, или кислотные стоки, связанные с сульфидами, которые разрушают экосистемы.

Влияние человека на цикл серы

Деятельность человека сыграла важную роль в изменении баланса глобального цикла серы. При сжигании большого количества ископаемого топлива, особенно угля, в атмосферу выделяется большое количество сероводорода.

Когда через этот газ проходит дождь, образуются кислотные дожди, которые представляют собой коррозионные осадки, вызванные дождевой водой, которая падает на землю через диоксид серы, превращая ее в слабую серную кислоту, которая наносит ущерб водным экосистемам.

Кислотные дожди наносят вред окружающей среде из-за снижения pH в озерах, что приводит к гибели большей части фауны, обитающей там. Это также влияет на неестественные искусственные конструкции, такие как химическая деградация зданий и статуй.

Многие мраморные памятники, такие как Мемориал Линкольна в Вашингтоне, округ Колумбия, за прошедшие годы сильно пострадали от кислотных дождей.

Эти примеры демонстрируют далеко идущие последствия человеческой деятельности для окружающей среды и проблемы, которые предстоит решить нашему будущему.

Сера является одним из элементов, играющих важную роль в круговороте веществ биосферы. Сера определяет важные биохимические процессы живой клетки, является компонентов питания растений и микрофлоры. Соединения серы участвуют в формировании химического состава почвы, в значительных количествах находится в подземных водах. Сера циркулирует в экосфере в виде различных соединений.

Рис. 7.7. Схема круговорота серы

Из природных источников сера попадает в атмосферу в виде сероводорода – ядовитого газа – при извержении вулканов, при разложении органики в болотах, а также в виде диоксида серы (удушливый газ) при извержении вулканов. Подавляющая часть соединений серы попадает в атмосферу в результате технологических процессов (переработка нефти, выплавка металлов).

Промышленные процессы и перевозка уносят в атмосферу большое количество серы. Присутствие в воздухе диоксида серы поражает как высшие растения, так и лишайники. Биогеохимический цикл серы состоит из четырех стадий (рис. 7.7).

1.Усвоение минеральных соединений серы живыми организмами и включение серы в состав белков и аминокислот.

2.Превращение органической серы живыми организмами – животными и бактериями в конечный продукт Н₂S.

3.Окисление минеральной серы серобактериями и тионовыми бактериями. На этой стадии происходит окисление сероводорода, элементарной серы и её соединений.

4. Восстановление минеральной серы бактериями до Н₂S.

Под тонким деликатным слоем почвынаходится

такая же безжизненная планета, как и Луна.

ГЛАВА 8. Биокосные системы

Почва и её структура

В 1944 г. В.И. Вернадский впервые вводит в учение о биосфере определение биокосной системы. Биокосные системы состоят из живого и косного вещества, но их отличительные особенности определяются, в первую очередь, именно жизнью.

Почва – это органоминеральное образование верхнего горизонта литосферы, являющееся результатом воздействия живых организмов на минеральный субстрат и разложения мертвых организмов при одновременном влиянии климата и рельефа.Открытие В. Докучаева привело к развитию новой науки – почвоведения. В дальнейшем Докучаев открыл еще один класс подобных систем – ландшафт.

Почвоведение – это наука о почве, её строении, составе, свойствах и географическом распространении, закономерностях происхождения, развития, функционировании и роли в природе, путях и методах мелиорации, охраны и рационального использования.

По степени сложности, размерам и уровням организации биокосные системы образуют определенную иерархию. К более низкому уровню относятся почвы, илы, кора выветривания и водоносные горизонты, к более высокому – ландшафты, к еще более высокому – биосфера в целом. Все биокосные системы богаты свободной энергией, неравновесны и в них осуществляются круговороты химических элементов.В.И. Вернадский также ввел в обиход термин педосферакак понятие о тонком слое почв среди других геосфер.

В отличие от других геосфер, обладающих большой мощностью, измеряемой десятками и сотнями километров, педосфера представляет собой тончайшую оболочку, буквально пленку на поверхности земной суши толщиной всего один–два метра.Несмотря на ничтожную толщину, эта сфера играет незаменимую экологическую роль в функционировании биосферы, а следовательно, и в жизни человека.С древнейших времен земля является основой существования человеческого общества. Верхняя часть земной коры сложена в основном осадочными породами, корой выветривания, почвой и илом.

Почва представляет собой сложную смесь из неорганических (минеральных) и органических материалов. В сельскохозяйственных почвах органическая часть веществ составляет от 1 до 5%, в лесных – более 10%. Минеральные частицы почвы состоят из песка, алеврита и глин.В конечном счете, все, что содержится в любой пище, получается из растений. Для роста растений кроме солнечного света нужна почва. Почва обеспечивает создание биомассы растений.

Рис. 8.1. Структура почвы

Типичная почва включает несколько слоев или горизонтов (рис. 8.1). Самый верхний слой состоит из свежего опада. Средний слой из полуразложившихся листьев. Он пронизан нитями (гифами) грибов, которые разлагают отмершую растительность, переводят питательные вещества в форму, доступную растениям. В этом слое наблюдается максимальное скопление организмов. В процессе накопления масса листьев, погибших растений и животных подвергается действию бактерий и частично разлагается. Верхний гумусовый горизонт А образован разложившимися остатками растений и тканей животных, содержит много микроорганизмов и других живых существ, включая насекомых, червей, землероек, способствующих аэрации почвы. Этот слой имеет темный цвет и содержит до 15% по массе разложившегося органического вещества – гумуса. Ниже залегает более плотный слой, образованный минеральными частицами и содержащий органические вещества, переработанные редуцентами, а также вещества, вымытые из слоя А.

На поверхность почвы опадают отмершие части растений, а в почве остаются погибшие их корни.Считается, что масса корней травянистых растений равна зеленой массе. Общая длина корней ржи вместе с корневыми волосками составляет 11 тыс. км, а их поверхность 630 кв. м.

Почвообразование подразделяется на ряд стадий. Вначале на горной породе поселяется примитивная растительность – лишайники и мхи. По мере накопления мелкозема и перегноя появляется все более развитая растительность, которая способствует дальнейшему разрушению горной породы. На следующей стадии формируется полный профиль почвы с характерным набором слоев (горизонтов).

Обитатели почвы. Среди живых организмов в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития. Микроорганизмы практически управляют всей биосферой, используя поток солнечной и химической энергии. Все многоклеточные организмы – это лишь небольшая надстройка над миром микроорганизмов. Человек – это один из огромного множества организмов в этой надстройке.

Почва – это большой густонаселенный мир. В ней живут разнообразные организмы – бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, простейшие, черви и насекомые. Количество их огромно. На 1 кв. м верхнего слоя почвы обитает до 1,5 биллионов простейших и до 20 млн нематод. В 1 г почвы содержится десятки миллиардов бактерий (рис. 8.2).Сотнями тысяч исчисляются коловратки, клещи, тысячами насекомые и дождевые черви.Ч.Дарвин сравнивал червей с плугом. Черви буквально перепахивают почву. Под 1 кв. м почвы длина ходов червей превышает 1 км. За 10 лет весь гумусовый слой луга проходит через кишечник червей.

Рис. 8.2. Распределение по профилю подзолистой почвы (а) и чернозема (б) микроорганизмов (1) и органики (2)

Почва пронизана гифами грибов. В 1 г лесной почвы длина гифов достигает 2 км. Грибы снабжают корни растений водой, витаминами, минеральными солями, гормональными веществами. Грибы выделяют антибиотики и защищают растения от поражения корневыми болезнями. Некоторые растения не могут жить без грибов: дуб и сосна. Грибы и актиномицеты эффективно разлагают древесину. Грибной запах почвы придают именно актиномицеты, а не грибы. На долю бактерий, грибов и актиномицетов приходится до 90% всех разрушительных и минерализующих процессов в почве.

Рис. 7.7. Схема круговорота серы

1.Усвоение минеральных соединений серы живыми организмами и включение серы в состав белков и аминокислот.

2.Превращение органической серы живыми организмами – животными и бактериями в конечный продукт Н₂S.

4. Восстановление минеральной серы бактериями до Н₂S.

Под тонким деликатным слоем почвынаходится

такая же безжизненная планета, как и Луна.

ГЛАВА 8. Биокосные системы

Почва и её структура

Рис. 8.1. Структура почвы

Рис. 8.2. Распределение по профилю подзолистой почвы (а) и чернозема (б) микроорганизмов (1) и органики (2)

Содержание серы в живых организмах незначительно, но она входит в состав белка и тем самым играет существенную роль в протекании биохимических процессов.

Основная часть серы зафиксирована в литосфере в виде различных соединений. Источником серы в геологическом прошлом служили продукты извержения вулканов, содержащие SO₂ и H₂S. Растения усваивают раствор сульфатов в воде, и, таким образом, сера попадает в состав белков.

Животные получают серу, входящую в состав готовых органических соединений, с пищей. В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H₂ S.

Другие организмы и воздействие кислорода приводят к окислению этих продуктов. Круговорот серы также находится под влиянием антропогенной деятельности. В органическом топливе всегда, хотя и в малых количествах, содержится сера, при сжигании которого она переходит в диоксид серы – токсичное для живых организмов вещество.

Диоксид серы может подавлять процесс фотосинтеза, а при взаимодействии с водой атмосферы, образовывать сернистую кислоту, увеличивая кислотность осадков.

Читайте также: