硫的生物地球化学循环.ppt

《硫的生物地球化学循环.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章硫的生物地球化学循环第一节循环的基本过程第二节循环的关键反应第三节工业革命前硫的循环第四节循环的现代库存和通量第五节硫的甲基化机制第六节不同生态系统中硫的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硫的生物地球化学循环的主要特征硫的生物地球化学循环的过程硫的生物地球化学循环是生物圈最复杂的循环之一，它包括了气体型循环和沉积型循环两个重要的生物地球化学过程(见图7．1)。这是由硫的生物地球化学基本特征所决定的、也是其地球化学与生态化学过程(包括侵蚀、沉积、淋溶、降水和向上的提升作用等)和生物学过程(包括合成、降解、吸收、代谢和排泄作用

2、等)相互作用的结果。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。硫的生物地球化学循环的主要特征例如：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

3、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主要含硫矿物的形成过程循环过程中的主要反应尽管硫是生物圈重要成分，

4、但它最重要的生物地球化学反应，却发生在硫的无机形态通过一2和十6氧化态之间的相互转化，并在各种关键的氧化一还原反应中起着电子受体或电子供体的作用。例如，在富含有机质的缺氧水体中，硫酸还原细菌能够利用硫酸根(SO42-)作为氧化剂，在把有机质氧化降解为CO2的同时获得化学能。有关的反应如下：例如，乳酸盐的呼吸代谢就是这样一个实例:还有一些微生物，例如脱硫木醋杆菌(Desulfuromonasacetoxidans)，具有把元素硫氧化为H2S的功能：在较浅的水体中，上述反应产生的H2S气体，常常从水分室中逸出而输人大气分室，并导致类似“鸡蛋腐败”的

5、奥味。这是盐沼和湿地生态系统的特征。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：过程(7．9)往往比过程(7．10)要快，致使生物一非生物复合系统中常常有元素硫的积累。然而，在当今条件下，由于大气圈和水圈的氧化条件改善，大部分H2S只是经简单的一系列氧化反应．就可转化为硫酸根。主要的反应式如下：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

6、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厌氧微生物把硫酸根还原为硫化氢，以及硫化氢的氧化作用，构成了硫的一个极其封闭式的循环。它酷似光合作用与呼吸作用构成的循环。正是由于这个特点，以及在全球尺度上只涉及光合作用所产生肋一小部分碳，因而它的这一循环在全球水平上并不特别重要。但是．当含有赤铁矿的海洋沉积物中出现上述硫酸根的厌氧微生物还原，则意味着开始了具有全球意义的生物地球化学循环。在这些沉积物中，所谓的“无色细菌”在对有机化合物进行氧化的同时，把赤

7、铁矿中的铁(Fe)以及硫酸根中的硫(s)进行还原：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：和其结果是形成无定形硫化铁。无定形硫化铁逐渐结晶，可转化为马基诺矿。另一个具有全球意

8、义的硫矿物，是石膏(CaSO4·2H2O)。它的形成反应如下:由于该反应需要结晶核的形成，因而是一个相对缓慢的过程。通常，SO42-，’通过取代方解石