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硫循環是指硫元素在生態系統和環境中運動、轉化和往複的過程。

1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,可形成多種無機和有機硫化合物,並對環境的氧化還原電位和酸鹼度帶來影響。

2存在範圍

自然界中硫的最大儲存庫在岩石圈,在沉積岩、變質岩和火成岩三類岩石中總含量達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。通過有機物分解釋放H2S氣體或可溶硫酸鹽、火山噴發(H2S、SO42-、SO2)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,然後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。由於有機物燃燒、火山噴發和微生物氨化及反硫化作用等,也有少量硫以H2S、SO2和硫酸鹽氣溶膠狀態存在於大氣中。近來由於工業發展,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。

3基本過程

陸地和海洋中的硫通過生物分解、火山爆發等進入大氣;大氣中的硫通過降水和沉降、表面吸收等作用,回到陸地和海洋;地表徑流又帶著硫進入河流,輸往海洋,並沉積於海底。在人類開採和利用含硫的礦物燃料和金屬礦石的過程中,硫被氧化成為二氧化硫(SO2)和還原成為硫化氫(H2S)進入大氣。硫還隨著酸性礦水的排放而進入水體或土壤。自然界中硫的分佈、硫的流動和交換見表1和表2。

4自然界的硫循環

陸上火山爆發,使地殼和岩漿中的硫以H2S、硫酸鹽和SO2的形式排入大氣。海底火山爆發排出的硫,一部分溶於海水,一部分以氣態硫化物逸入大氣。陸地和海洋中的一些有機物質由於微生物分解作用,向大氣釋放H2S,其排放量隨季節而異,溫熱季節高於寒冷季節。海洋波浪飛濺使硫以硫酸鹽氣溶膠形式進入大氣。
陸地植物可從大氣中吸收SO2。陸地和海洋植物從土壤和水中吸收硫。吸收的硫構成植物本身的機體。植物殘體經微生物分解,硫成為H2S逸入大氣。
大氣中的SO2和H2S經氧化作用形成硫酸根(SO厈),隨降水降落到陸地和海洋。SO2和SO厈還可由於自然沉降或碰撞而被土壤和植物或海水所吸收。由陸地排入大氣的SO2和SO厈可遷移到海洋上空,沉降入海洋。同樣,海浪飛濺出來的SO厈也可遷移沉降到陸地上。陸地岩石風化釋放出的硫可經河流輸送入海洋。水體中硫酸鹽的還原是由各種硫酸鹽還原菌進行反硫化過程完成的。在缺氧條件下,硫酸鹽作為受氫體而轉化為H2S。

5人類活動的干預

人類燃燒含硫礦物燃料和柴草,冶鍊含硫礦石,釋放大量的SO2。石油煉製釋放的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。

6參考書目

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

7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SO2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H2SO4,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,轉變成蛋白質等有機物,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迴路。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,被人們開採出來后,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範圍內運動,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)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H2SO4
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