硫的生物地球化學(xué)循環(huán)教學(xué)課件

第七章硫的生物地球化學(xué)循環(huán)第一節(jié)循環(huán)的基本過程第二節(jié)循環(huán)的關(guān)鍵反應(yīng)第三節(jié)工業(yè)革命前硫的循環(huán)第四節(jié)循環(huán)的現(xiàn)代庫存和通量第五節(jié)硫的甲基化機制第六節(jié)不同生態(tài)系統(tǒng)中硫的循環(huán)第一節(jié)循環(huán)的基本過程硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的過程硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的主要特征硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的過程硫的生物地球化學(xué)循環(huán)是生物圈最復(fù)雜的循環(huán)之一,它包括了氣體型循環(huán)和沉積型循環(huán)兩個重要的生物地球化學(xué)過程(見圖7.1)。這是由硫的生物地球化學(xué)基本特征所決定的、也是其地球化學(xué)與生態(tài)化學(xué)過程(包括侵蝕、沉積、淋溶、降水和向上的提升作用等)和生物學(xué)過程(包括合成、降解、吸收、代謝和排泄作用等)相互作用的結(jié)果。大氣分室大氣分室H2S〕(S02)海洋分室S02〔有機硫+S02)(S)機硫沉積物沉積物sy)(SO)海洋生物群有機硫火成巖沉積巖(s)圖7.1硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的基本方式硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的主要特征在這些復(fù)雜的過程中,硫最重要的生物地球化學(xué)作用是參與活有機體的功能。在生物能的催化作用下,硫從一種氧化態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種氧化態(tài)(圖7.2)。這樣,生物圈中的硫由于形成了各種各樣的有機和無機化合物,改變了硫化物的生物地球化學(xué)特性及其在大氣分室、土壤分室和水分室中的分配。元素硫經(jīng)過硫氧化細(xì)菌、化學(xué)氧化成入為合成作用可轉(zhuǎn)化為硫酸鹽?；畹挠袡C體特別是細(xì)菌則起著改變其地求化學(xué)環(huán)境(Eh和pH)的作刀,每一微生物執(zhí)行著特定的化學(xué)氧化或還原作用。例如HS→S→S0(無色、綠色和紫色硫細(xì)菌的功能)HsS→SO2《硫化物如氧的氧化,含硫桿菌的作用有機硫→S好氧傲生物的作用)有機硫→HS厭氧生物的作用(39.51)(-7.24)(-7.8)SO27.2硫各氯化態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化箭頭上方數(shù)據(jù)表示兩化合物之同輒化一還原半反應(yīng)平衡常數(shù)對數(shù)值硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的重要特征,還涉及到一系列由酶催化的氧化一還原作用,而酶通常含有Fe、Cu或某些其它屬。因此,硫生物地球化學(xué)循環(huán)的后果之一,是形成兩種重要的礦物:石膏和黃鐵礦。在這種意義上,硫的生物地球化學(xué)循環(huán)無疑是一類沉積型循環(huán)。此外,植物組分可以改變硫的生物地球化學(xué)循環(huán)的方向。這主要是指植物吸收土壤溶液或海水中的硫酸鹽,并將其還原為有機硫化物如半腕氨園、骯氨酸和蛋氨酸,它是許多蛋白質(zhì)的基本成分可見,硫的生物地球化學(xué)在很大程度上受植物組分的影響。因此,人類活動的目的在于如何增大這一支流的通量第二節(jié)循環(huán)的關(guān)鍵反應(yīng)循環(huán)過程中的主要反應(yīng)主要含硫礦物的形成過程循環(huán)過程中的主要反應(yīng)盡管硫是生物圈重要成分,但它最重要的生物地球化學(xué)反應(yīng),卻發(fā)生在硫的無機形態(tài)通過一2和十6氧化態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化,并在各種關(guān)鍵的氧化一還原反應(yīng)中起著電子受體或電子供體的作用。例如,在富含有機質(zhì)的缺氧水體中,硫酸還原細(xì)菌能夠利用硫酸根(SOa2)作為氧化劑,在把有機質(zhì)氧化降解為CO2的同時獲得化學(xué)能。有關(guān)的反應(yīng)如下:SO;+2“CHO”+2H→(HS)+2C02+2HO+能量(7.5)例如,乳酸鹽的呼吸代謝就是這樣一個實例SO4-+2CH3CHOHCOO-→(H2S)n+2CH3COO-+2HCO3+能量SO2-+CH3CO0→HS+2HCO3+能量還有一些微生物,例如脫硫木醋桿菌(Desu|furomonasacetoxidans),具有把元素硫氧化為H2S的功能4S°+CH3COO+2HAO+Ht4(HS)g+2CO2+能