第七章--硫的生物地球化学循环ppt课件.ppt

第七章硫的生物地球化学循环第一节循环的基本过程硫的生物地球化学循环的过程在这些复杂的过程中，硫最重要的生物地球化学作用是参与活有机体的功能。在生物能的催化作用下，硫从一种氧化态转化为另一种氧化态（图7．2)。这样，生物圈中的硫由于形成了各种各样的有机和无机化合物，改变了硫化物的生物地球化学特性及其在大气分室、土壤分室和水分室中的分配。元素硫经过硫氧化细菌、化学氧化成入为合成作用可转化为硫酸盐。活的有机体特别是细菌则起着改变其地求化学环境(Eh和pH)的作刀，每一微生物执行着特定的化学氧化或还原作用。
例如：硫的生物地球化学循环的重要特征，还涉及到一系列由酶催化的氧化一还原作用，而酶通常含有Fe、Cu或某些其它属。因此，硫生物地球化学循环的后果之一，是形成两种重要的矿物：石膏和黄铁矿。在这种意义上，硫的生物地球化学循环无疑是一类沉积型循环。此外，植物组分可以改变硫的生物地球化学循环的方向。这主要是指植物吸收土壤溶液或海水中的硫酸盐，并将其还原为有机硫化物如半腕氨园、肮氨酸和蛋氨酸，它是许多蛋白质的基本成分。可见，硫的生物地球化学在很大程度上受植物组分的影响。因此，人类活动的目的在于如何增大这一支流的通量。第二节循环的关键反应循环过程中的主要反应例如，乳酸盐的呼吸代谢就是这样一个实例:在绿色植物光合作用以及大气圈氧气升高的阶段到来之前，经反应(7．5)产生的大部分H2S，能够被具有光合能力的紫色和绿色硫细菌重新转化为硫酸根：2(H2S)g+O2→2S0+2H2O(7.11)
2S0+2H2O+3O2→2SO42-+4H+(7.12)固7．3表明，水一沉积物系统中H2S的氧化至少存在三条路径。不过．光合自养细茵只局限于在水深小于10一20m的地方生长，因而有关这一支路的氧化只在局部范围内是重要的。

主要含硫矿物的形成过程在这个过程中，产生则不溶性化合物在海洋沉积物中逐渐积累，形成具有经济意义的赤铁矿。
当人类活动或者其它过程把赤铁矿提到地表并进行有关的风化作用，便完成了一个循环。有
关的风化反应如下：
事实上．在海洋沉积分室和土壤分室中，铁硫化物的种类很多，除了赤铁矿(FeS2)外，还存在无定形硫化铁(FeS)、马基诺矿(FeS0.9)和硫复铁矿(Fe3S4)。例如．在土壤或沉积分室中，铁氧化物如羧氧铁矿可与孔隙水中的H2S发生反应：
另一个具有全球意义的硫矿物，是石膏(CaSO4·2H2O)。它的形成反应如下:
有趣的是，这一循环对大气圈中氧气的含量，具有潜在的影响。因为，它把海洋沉积物(方解石)中固定的CO32-置换到海水中，可以为光合浮游生物利用．这等于促进了大气氧气的产生。当这些石膏沉积物被带到地球表面，并进行风化作用：
第三节工业革命前硫的循环基于我们前节的探讨．可以在全球水平上把地球分成以下5个分室：以石膏[(CaSO4·2H2O)、]沉积为持征的氧化沉积分室、以赤铁矿[FeS2]等含硫铁矿沉积为特征的还原沉积分空、大气硫分室、海洋硫分室和土壤硫分室．并基于稳定状态的硫循环，我们可得图7．4所示的硫生物地球化学循环的基本模型。
从图7．4可知，以大气分室中硫的库存量最小，仅为其它分室的1％以下，这反映了硫的污染以大气分室最为敏感。
图7．4还表明，在工业革命以前，大气分室中的硫仍然保持相对的稳定，其输入通量(包括还原释放、火山喷发和海沫飞溅等自然生物地球化学过程)基本上与输出通量(主要通过于湿沉降这一自然生物地球化学过程)相等。与大气分室中硫的库存量相一致．土壤分室和海洋分室中硫的库存增量也为零。
图7．5则为稳定状态(即输出和输人相等)条件下相对不受人为活动影响的边远诲洋环境大气分室中硫循环的一个定量模型，它的建立是基于这样一些假设：
1)大气分室的平均有效高度为2．5km；
2)作为一个封闭系统．忽略海盐硫酸盐的输出；
3)DMS是唯一一个来自海洋表面的还原性含硫化合物。

该模型表明，海洋表面以速率为1ug／(m2·h)(以S计)释放的DMS，67％转化为非海盐SO42-，以雨水的形式重新落到地面。在大气分室，DMS、MSA(CH3SO3H)和非海盐SO42-的停留时间，均为36小时。相比较而SO2的停留时间比较短，大约为17小时。第四节循环的现代库存和通量由于化石燃料的不断燃烧，大气分室中不仅硫的库存量已大大上升、而且硫的存在形态和含硫化合物也日夜增加。尽管目前在北美和欧洲及世界其它一些地方硫的释放旦有所降低，但存在于大气分室中的硫却发生一系列复杂的反应。例如，在太阳紫外线的照射O2的作用下．OCS发生以下氧化反应：
而与OCS形成有关的反应，也与太阳紫外线的照射和O2的作用有关:
进入大气分室的二甲基硫在()H自由基的作用下，可能经以下反应转化为SO2等其它含硫化合物：
形成的S02在OH自由基和03的作用下