Сера

Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений.

Кроме того, сера входит в состав некоторых биологически активных веществ: витаминов, а также ряда веществ, выступающих в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов в организмах и активизирующих некоторые ферменты.

Сера представляет собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях в зависимости от окислительно-восстановительных условий среды. Среднее содержание серы в земной коре оценивается 0,047%. В природе сера образует свыше 420 минералов, главным образом сульфидов.

В литосфере сера встречается в виде простого вещества (самородная сера) и в составе многочисленных минералов. В изверженных горных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита (FeS2), пирротина (Fe7S8), халькопирита (FeCuS2).

В осадочных породах содержится в глинах в виде гипса (CaSO4 2H2O), в ископаемых углях в виде примесей пирита (серного колчедана) и, реже, в виде сульфатов. Кроме того, соединения серы есть в углях, сланцах, нефти, природном газе. Сера входит в состав многих белков, поэтому она всегда содержится в организмах животных и растений.

Выделяясь из глубин Земли, газообразные соединения серы (преимущественно диоксид серы и сероводород) растворяются в подземных водах. Здесь они образуют малорастворимые сульфиды (главным образом пирит – дисульфид железа FeS2) и сульфаты (в частности, сульфат кальция CaSO4).

Образуется также самородная сера:

2H2S + SO2 = 3S + 2H2O

Газообразные соединения серы попадают в почву, атмосферу и Мировой океан, где их поглощают серные бактерии. Поглощение соединений серы бактериями происходит и в почве.

В некоторых морских организмах сера достигает крупных концентраций. Так, пищеварительные железы ряда моллюсков, обитающих в северных морях, выделяют жидкость, содержащую до 4% серной кислоты.

Возникший таким образом сероводород диффундирует в верхние горизонты бассейна, где подвергается действиям свободного кислорода, который окисляет его как непосредственно, так и с участием аэробных сернистых бактерий.

Малорастворимые сульфиды, содержащиеся в горных породах, в результате жизнедеятельности некоторых бактерий частично окисляются, превращаясь в легко растворимые сульфаты:

FeS + 2O2 = FeSO4

Водорастворимые сульфаты выносятся с поверхности суши с речным стоком, поставляя сульфат-ионы в Мировой океан.

В результате активного связывания серы в земной коре, гидросфере и живых организмах, содержание сероводорода и диоксида серы в атмосфере мало и непостоянно. Под действием кислорода и озона эти вещества постепенно превращаются в серную кислоту:

2SO2 + О2 2SО3

SO2 + О3 = SО3 + О2

SО3+ H2О = H2SO4

H2S + 2О3 = H2SO4 + О2

Серная кислота возвращается на землю с атмосферными осадками (рис. 2.12). На суше после отмирания растений сера возвращается в почву и захватывается некоторыми микроорганизмами.

Некоторые из них восстанавливают органическую серу до H2S и до минеральной серы. Другие бактерии окисляют эти продукты разложений до сульфатов.

Хозяйственная деятельность людей приводит к увеличению содержания соединений серы в атмосфере и гидросфере. В результате изменений в методах животноводства и земледелия (выпас, вспашка, мелиорация) увеличились выбросы серосодержащих соединений в виде пыли.

Таким образом, человеческая деятельность существенно изменила круговорот серы между атмосферой, океанами и поверхностью суши. Эти изменения сильнее, чем воздействие человека на цикл углерода. Как и в случае глобального цикла углерода, техногенные выбросы серы в окружающую среду мало влияют на распределение масс этого элемента на поверхности Земли.

Однако повышенное содержание серы в промышленных и бытовых отходах создают опасность для жизни на обширных территориях. Массированный выброс диоксида серы в атмосферу приводит к выпадению кислотных дождей, которые могут выпадать далеко за пределами индустриальных районов.

Загрязнение природных вод растворимыми соединениями серы несет угрозу живым организмам внутренних водоемов и прибрежных областей морей.