Антропогенний вплив на бгх цикл азату.

Істотним порушенням циклу азоту є сильне збільшення відходів тваринництва, відходів і стоків великих міст, надходження в атмосферу NH₃ і оксидів азоту при спалюванні вугілля, нафти, мазуту й т.д.

Небезпечне проникнення оксидів азоту в стратосферу (ядерні вибухи, вихлопи надзвукових літаків, ракет), тому що це може бути причиною руйнування озонового шару.

Підвищений вміст у воді нітратів приводить до цвітіння водойм, надмірному розмноженню ціанобактерій, що прискорюється заболочуванню природних водойм, погіршенню якості води й т.д.

Технофільність азоту (відношення маси азоту, залученого в антропогенні процеси, у порівнянні з його запасами в земній корі) висока.

Це супроводжується нагромадженням зв'язаного азоту в багатьох середовищах, у першу чергу в ґрунтових водах і сільськогосподарській продукції, що приводить до надлишкового надходження нітратів в організм людини й тварин.

Встановлено канцерогенний, мутагенний та тератогений вплив надлишкового надходження азоту.

Якщо нітрати в надлишку містяться в питній воді або ґрунті, то надходячи в організм людини з рослинною їжею або водою, у травний тракт людини нітрати трансформуються в нітрити. Токсичність більших доз нітритів пов'язана із впливом на ССС, а в малих дозах - з формуванням метгемоглобіну (відновлений гемоглобін, що не може виконувати функцію перенесення кисню) і захворюванням метгемоглобінеміею - задухою.

Найбільш небезпечний підвищений вміст нітратів для дітей, тому що фермент , що розкладає метгемоглобін, у дітей малоактивний, а висока величина рН у шлунку дитини сприяє бактеріальному відновленню нітратів, що надходять із молоком матері, у нітрити.

Існує небезпека надходження в організм людини солей нітритів і із продуктами харчування (копченості, ковбаси), де ці солі використовуються для збільшення строків зберігання продуктів.

Інша екотоксикологічна проблема надлишкового споживання нітратів пов'язана з тим, що при одночасному надходженні нітратів в організм із амінами (наприклад, при прийманні ліків), висока ймовірність виникнення ракових пухлин, що викликаються нітрозоамінами, які є підтвердженими канцерогенами як в експериментах на тваринах, так і в епідеміологічних дослідженнях захворюваності людей.

Рис. 5 Кругообіг азоту.

Кругообіг сірки.

Існують гіпотези, що в ранні геологічні епохи Землі нестача О₂ передбачала існування S в основному у вигляді Н₂S і солей (головним чином, сульфідів, наприклад FeS₂).

З появою О₂ починаються окисні процеси.

Зараз сірка на планеті присутня у вигляді Н₂SО₄, Н₂S (і їхніх солей), частини вільної S, SО₂, а також у вигляді органічних речовин у живих організмах.

Існує три основних природних процеси, що регулюють біогеохімічний цикл сірки:

1. Процес мікробної трансформації газоподібних сполук сірки, що визначає обмін сірки між атмосферою й біосферою.

2. Процес трансформації газоподібних сполук сірки в легкорозчинні сульфати, які є переважною формою річкового стоку сірки.

3. Процес формування відкладень нерозчинних сульфідів металів у болотних й водних екосистемах при реакції H₂S з розчинними металами.

Основні запаси зосереджені в літосфері - близько 94% глобальної маси сірки.

Джерелом сірки є гниття відмерлих організмів, болота, з яких виділяються SO₂ і H₂S, дегазація мантії Землі, вулканічна активність.

Частина сірковмісних газів надходить в атмосферу, але більша їхня частина при дегазації при проходження через товщі гірських порід частково розчиняється в підземних водах. При цьому Н₂S активно відновлює важкі метали, утворюючи важкорозчинні сульфіди (головним чином пірит FeS₂), а SО₂ частково зв'язується в складі також погано розчинних сульфатів кальцію, барію, стронцію.

Ще частина дегазованих сполук сірки трансформується на більших глибинах і бере участь у формуванні горючих природні копалини (вугілля, вуглеводні), відкладаються сланці й інші осадові породи, що містять сірку.

У результаті гіпергенеза малорозчинні сульфіди гірських порід під дією гідролізу й мікроорганізмів трансформуються в сірчану кислоту й сульфати.

Деякі бактерії, використовуючи енергію хемосинтезу, можуть синтезувати органічні речовини.

Під дією особливого виду бактерій (сіркобактерії) іде окислювання Н₂S до сірки: 2Н₂S + О₂  2Н₂О + 2S + Е

При цьому сірка відкладається в «тілах» сіркобактерій, складаючи до 95 % їхньої загальної маси, тим самим усуваючи можливу шкідливу дію Н₂S на рослини й тварин.

Це неповний процес окислювання сірки, він іде й далі до Н₂SО₄ під дією О₂ повітря, а також пурпурних бактерій, для яких дихання заміняється процесом: Н₂S + 2О₂  Н₂SО₄ + 189 ккал.

Сірка окисляється на повітрі, а також в організмах сіркобактерій, якщо вони будуть позбавлені сірководневого середовища:

2S + 3О₂ + 2Н₂О = 2Н₂SО₄ + 251 ккал:

(2S + 2О₂ + 2Н₂О = 2Н₂SО₃ + 157 ккал

2Н₂SО₃ + Н₂О + O₂ = 2Н₂SО₄ + 94 ккал)

SО₂ або Н₂SО₃ – практично не утворяться, а утвориться Н₂SО₄, т.до друга реакція протікає швидше.

Вільна Н₂SО₄ у природі зустрічається рідко (хіба що при кислотних дощах), вона дуже активна, тому реагує із речовинами, що містяться в ґрунті й воді або з гірськими породами з утворенням сульфатів, наприклад:

СаСО₃ + Н₂SО₄ = СаSО₄ + СО₂ + 2Н₂О.

У вигляді солей сірка надходить в організми рослин. Переробка сульфатів рослинами, у тому числі й з використанням бактерій, дуже складний процес, що приводить до синтезу рослинами сірковмісних білкових речовин.

Тварини, що харчуються рослинами, також шляхом біохімічних процесів синтезують сірковмісні речовини, характерні для їх організмів. При відмиранні тварин і рослин, їхні білкові речовини розкладаються до Н₂S і деяких інших сірковмісних продуктів, і кругообіг сірки триває.

Малий біологічний круговорот сірки.

Більша частина сульфатів, що не включилася в малий колообіг, а саме природні легкорозчинні сульфати, сульфати, що утворилися при вивітрювання мінералів, сульфати вимиті з агрокомплексів, привнесені антропогенною діяльністю у вигляді добрив або з кислотними опадами, зносяться водами рік у моря.

У морські екосистеми сірка потрапляє окрім того і з кислотними дощами й при дегазації мантії. Середній вміст SO₄^2- у морських водах становить 2,7 г на літр, це другий по кількості після хлору аніон у морській воді.

Частина сульфатів розчиняється в океанічних водах і включається в морські харчові ланцюги, а частина, відкладаючись на дні у вигляді нашарувань і утворюючи мінерали, особливо природного гіпсу СаSО₄*2Н₂О, переміщається у глибини літосфери, а потім через тисячеліття повертається на поверхню й т.д.

Потрапляючи в глибокі шари літосфери, той же СаSО₄, перетерплює відновний процес, наприклад, за участю органічних речовин:

СаSО₄ + СН₄  СаS+ СО₂ + 2Н₂О  СаСО₃ + Н₂S + Н₂О.

Таким чином, виникають сірководневі («сірчані») джерела (наприклад, Мацеста, Пятигорськ).

У водоймах існують сульфатвідновлюючі бактерії, які використовують сульфати для одержання енергії.

Так, на глибині нижче 150 м, наприклад, у Чорному морі, сульфати під дією цих бактерій відновлюються до сірководню, що, піднімаючись наверх, знову може піддаватися дії сіркобактерій, окислятися до SО₄^2-, а частина Н₂S іде в атмосферу. Частина Н₂S може зв'язуватися з металами (залізом) і утворювати донні відкладення, вилучаючи, таким чином, велику кількість сірки із круговороту.

При видобутку сіркосовмісних копалин, їхньому спалюванні або хімічній переробці, а також їхньому природному розкладанні в атмосферу викидаються SО₂ і Н₂S, які окисляються до Н₂SО₄ і, поряд із природними джерелами, потім випадають на землю у вигляді опадів – кислотних дощів. Таким чином, коло замикається.

Через окисну здатність повітря в сучасний час, і особливо через діяльність людини, кругообіг сірки здійснюється із збільшенням вмісту сульфатів, а в минулому - переважали сульфіди.

H₂SO₄

Рис. 6. Кругообіг сірки