چرخه گوگرد

چرخه گوگرد یک چرخه بیوژئوشیمیایی متشکل از فرآیندهای مختلف است که با هم امکان حرکت گوگرد را از طریق مخازن مختلف مانند جو، بیوسفر و لیتوسفر فراهم می کند.

گوگرد یک ماده معدنی مهم در موجودات زنده است که در مولکول های زیستی مانند پروتئین ها یافت می شود.

علاوه بر این، گوگرد یک ماده معدنی ضروری است که در سنگ ها و خاک یافت می شود زیرا لیتوسفر مخزن اصلی ترکیبات گوگردی است.

چرخه گوگرد یک چرخه بیوژئوشیمیایی نامیده می شود زیرا عنصر در حالت های مختلف اکسیداسیون از طریق اکوسیستم های مختلف روی زمین حرکت می کند و بر فرآیند بیولوژیکی و زمین شناسی تأثیر می گذارد.

گوگرد دهمین عنصر فراوان در سطح زمین است که به اشکال مختلف در سنگ ها و خاک یافت می شود.
چرخه گوگرد از هر دو فرآیند زمینی و جوی تشکیل شده است. با این حال، بیشتر آن در لیتوسفر باقی می ماند.

تمام ذخایر گوگرد در لیتوسفر وجود دارد که به آرامی توسط فرآیندهای هوازدگی از آن آزاد می شود.

ترکیبات گوگردی تشکیل شده در طول چرخه بسته به حالت اکسیداسیون ترکیبات می توانند به عنوان اکسیدان یا احیا کننده عمل کنند.
میکروارگانیسم ها نقش مهمی در چرخه گوگرد ایفا می کنند زیرا این موجودات دارای سیستم های آنزیمی و مکانیسم های تخصصی برای تشکیل ترکیبات گوگردی مختلف هستند.
گوگرد موجود در طبیعت حتی ممکن است به صورت ترکیبی با عناصر دیگری مانند فسفر و نیتروژن وجود داشته باشد.
غلظت گوگرد روی زمین ممکن است تحت تأثیر فعالیت های انسانی مانند افزودن کودهای حاوی گوگرد به خاک باشد.
بر خلاف ترکیبات غیر آلی فسفر، مولکول‌های گوگرد معمولاً در آب محلول‌تر هستند که دسترسی آنها به گیاهان و میکروارگانیسم‌های موجود در خاک را افزایش می‌دهد.

مراحل چرخه گوگرد

چرخه گوگرد شامل فرآیندهای مختلف زمینی و جوی است که از واکنش های اکسیداسیون و کاهش مختلف تشکیل شده است.

مراحل زیر در چرخه گوگرد آمده است:

1. در اتمسفر

گوگرد در جو بیشتر به صورت SO2 وجود دارد. بیشتر SO2 موجود در جو از فعالیت های انسانی مانند احتراق سوخت های فسیلی ناشی می شود.
فرآیندهای طبیعی مانند فوران های آتشفشانی نیز نقش اساسی در افزایش غلظت SO2 در جو دارند.
SO2 به دنبال H2S قرار می گیرد که نشان دهنده گاز مهم دیگری است که در جو وجود دارد.
منبع اصلی H2S در اتمسفر، گازی است که از اثر میکروبی روی موجودات زنده در حال پوسیدگی مرده آزاد می شود.
میکروب های موجود در زیستگاه های خشکی و آبزی اشکال آلی و معدنی را به صورت بی هوازی تجزیه می کنند.
تجزیه بی هوازی منجر به آزاد شدن H2S می شود که سپس در هوا اکسید می شود و SO2 را تشکیل می دهد.
میکروارگانیسم های کاهنده سولفات که در فرآیند تجزیه نقش دارند معمولاً بی هوازی هستند و در آنجا H2S را از فرم اکسید شده گوگرد تولید می کنند.
برخی از باکتری های کاهنده سولفات عبارتند از Desulfovibrio desulfuricans، Desulfovibrio vulgaris، Thermodesulfovibrio yellowstonii، Desulfotomaculum nigrificans، Desulfobacula toluolica و غیره.

2. چرخه گوگرد در بیوسفر

گوگرد موجود در بیوسفر به یکی از دو روش وارد بیوسفر می شود:

1.  جو
2. هوازدگی سنگ

در هر یک از این دو راه، گوگرد در نهایت راه خود را به خاک و سپس اقیانوس باز می کند.
گوگرد موجود در جو با افزایش تعداد قطرات ابر و کاهش اندازه قطرات به تشکیل ابر کمک می کند.
ذرات گوگرد که آئروسل نیز نامیده می شوند، از جو به بیوسفر می ریزند.
SO2 موجود در جو با حل شدن گاز در آب باران و تشکیل قطرات ضعیف اسید سولفوریک به بیوسفر می رسد.
علاوه بر این، هوازدگی شیمیایی در فرآیند پدوژنز همچنین منجر به حرکت گوگرد از سنگ ها به خاک و آب می شود.
هوازدگی همچنین باعث آزاد شدن گوگرد در هوا می شود زیرا مقداری از آن به سولفات تبدیل می شود.

3. جذب گیاهان و حیوانات

هنگامی که گوگرد به بیوسفر زمینی و آبی می رسد، توسط گیاهان و میکروارگانیسم ها جذب می شود.
گروهی از باکتری ها به نام باکتری های گوگرد سبز، به عنوان باکتری های فوتواتوتروف عمل می کنند و از گوگرد به عنوان نوعی انرژی استفاده می کنند.
سایر میکروارگانیسم های موجود در خاک نیز به در دسترس قرار دادن گوگرد برای گیاهان کمک می کنند تا بتوان آن را با آب از خاک جذب کرد.
گوگرد جذب شده توسط موجودات زنده سپس در تشکیل مولکول های زیستی مانند پروتئین ها و نوکلئوتیدها استفاده می شود.
در اکوسیستم اقیانوسی، میکروارگانیسم‌های شیمیایی اتوتروف از گوگرد برای تولید ترکیبات آلی به شکل سولفات استفاده می‌کنند.

4. Lithification and Release

سپس گوگرد موجود در بیوسفر از طریق زنجیره غذایی به گردش در می آید زیرا مصرف کنندگان از تولیدکنندگان تغذیه می کنند و سپس به زنجیره های میکروبی می رسند.
گوگردی که گردش نمی کند به اعماق زیستگاه های خشکی و دریایی می افتد و به شکل ترکیبی (FeS) در سنگ ها باقی می ماند.
گوگرد موجود در زنجیره غذایی تحت فرآیند تجزیه قرار می گیرد و سولفات را به سولفید تبدیل می کند تا بتوان آنها را به جو بازگرداند.
باکتری های کاهنده گوگرد بر روی اشکال آلی گوگرد عمل می کنند و اشکال معدنی مانند سولفید هیدروژن (H2S) را تشکیل می دهند که بیشتر به S کاهش می یابد.
گوگرد موجود در لیتوسفر نیز در نتیجه فعالیت های آتشفشانی به جو باز می گردد.

نمونه های چرخه گوگرد

در زیر نمونه هایی از مخازن گوگرد که در چرخه گوگرد دخیل هستند آورده شده است.

1. اتمسفر

• جو یکی از مخازن گوگرد است که گوگرد در آن به شکل دی اکسید گوگرد و سولفید هیدروژن یافت می شود.
• گوگرد موجود در اتمسفر یا از فعالیت های انسان روی زمین یا فرآیندهای طبیعی مانند هوازدگی شیمیایی و فعالیت های میکروبی به دست می آید.
• گوگرد موجود در اتمسفر یا از طریق بارش یا به صورت ریزش به بیوسفر می رسد.
• با ادامه چرخه گوگرد، گوگرد از جو به بیوسفر گردش می کند و به جو باز می گردد.

2. در بیوسفر

بیوسفر از موجودات زنده شامل گیاهان، حیوانات و میکروارگانیسم ها تشکیل شده است. از این میان، میکروارگانیسم ها نقش مهمی در چرخه گوگرد دارند.
گوگرد در بیوسفر به دو شکل آلی و معدنی وجود دارد، جایی که شکل معدنی در خاک باقی می ماند در حالی که شکل آلی در زنجیره غذایی حرکت می کند.
چرخه گوگرد شامل چرخه گوگرد از جو به بیوسفر و بازگشت به جو است.
فعالیت های انسانی، مانند افزودن کودهای مصنوعی غنی از گوگرد، بر چرخه گوگردی که در بیوسفر اتفاق می افتد نیز تأثیر می گذارد.
با این حال، زیست کره ممکن است به عنوان یک مخزن برای گوگرد نیز عمل کند، زیرا بسیاری از موجودات زنده می توانند گوگرد را به عنوان یک ماده معدنی برای رشد و نمو خود جذب کنند.

اهمیت چرخه گوگرد

گوگرد یک عنصر ضروری است که جزء مهم مولکول های زیستی مانند پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک است. بنابراین، درک چرخه گوگرد، درک مولکول های زیستی و عملکرد آنها را امکان پذیر می کند.
چرخه گوگرد ضروری است زیرا غلظت گوگرد را در مخازن مختلف متعادل می کند تا زمین را به مکانی مهمان نواز برای زندگی تبدیل کند.
گوگرد در طبیعت به صورت ترکیبی با عناصر دیگر مانند نیتروژن، آهن و فسفر یافت می‌شود، بنابراین چرخه گوگرد بر در دسترس بودن عناصر دیگر نیز تأثیر می‌گذارد.
باکتری های گوگردی موجودات شیمیائی اتوتروف هستند که می توانند انرژی شیمیایی را از طریق زنجیره غذایی به اشکال دیگر تبدیل کنند که باعث افزایش زیست توده در سیاره می شود.
کانی سازی گوگرد به عنوان یک سیستم زباله طبیعی عمل می کند که به بازیافت ترکیبات گوگرد کمک می کند.
فرآیندهای بیولوژیکی که در اکوسیستم زمینی در چرخه گوگرد رخ می دهند، مسئول افزایش دسترسی به گوگرد برای گیاهان و میکروارگانیسم ها هستند.
درک مکانیسم چرخه گوگرد به درک فیزیولوژی میکروارگانیسم های مختلف درگیر در این فرآیند کمک می کند.
مسیرهای متابولیک گوگرد در باکتری‌های مختلف پیامدهای پزشکی مهمی دارد زیرا برخی از میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا مانند مایکوباکتریوم توبرکلوزیس از گوگرد به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند.

تاثیرات انسان بر چرخه گوگرد

1. سوزاندن سوخت های فسیلی و سایر اشکال احتراق باعث افزایش غلظت SO2 در جو می شود که باعث عدم تعادل در غلظت گوگرد در زمین می شود.
2. افزودن کودهای مصنوعی به خاک می تواند بر حاصلخیزی خاک، رشد گیاهان و فعالیت های میکروبی در خاک تأثیر بگذارد.
3. پالایش نفت و فرآوری صنعتی نیز باعث آزاد شدن اسید سولفوریک و دی اکسید گوگرد در جو می شود.
4. دی اکسید گوگرد باعث افزایش دمای زمین می شود زیرا قطرات گاز باعث افزایش ذرات موجود در ابرها می شود. افزایش دی اکسید گوگرد در ابرها باعث افزایش وسعت باران اسیدی روی زمین می شود.
5. جامعه صنعتی، همراه با افزایش سریع جمعیت جهان و افزایش مکانیزاسیون کشاورزی و جنگلداری، مناطق وسیعی از مناظر دست نخورده قبلی را تغییر می دهد که سپس بیوسفر زمینی را تغییر می دهد.

“کیمیا زیست گستر نوین” در راستای ارتقاء تولیدات و سطح علمی کشور مبادرت به واردات و توزیع مواد شیمیایی و مصرفی آزمایشگاهی کرده است. هدف مجموعه ما تأمين مواد و تجهيزات مورد نياز در بخش هاى مختلف آزمايشگاهى، تحقيقاتى، بيمارستانى، صنعتى و … مي باشد.

مطالب مفید: