XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Особенностью наземно-воздушной среды жизни является то, что организмы, которые здесь обитают, окружены газообразной средой, характеризующейся низкими влажностью, плотностью и давлением, высоким содержанием кислорода.

Сера (Sulfur, S) – химический элемент и макроэлемент для организма, участвующий в синтезе коллагена, кератина, а также входящий в состав меланина. Таким образом, сера непосредственно поддерживает формирование и здоровье соединительной ткани, хрящей, сухожилий, волос, ногтей, кожного покрова. В связи с этим, главными признаками дефицита серы является частые переломы и другие травмы опорно-двигательного аппарата, ухудшение внешнего вида и здоровья волос, ногтей, развитие различных дерматитов и дерматозов.

Наиболее известным применением серы в быту является – спички, благодаря которой они, собственно, и зажигаются.

Не изучена - суточная потребность в серы до конца, изучение - свойства серы и ее соединений.

Цель

Исследование состояло в теоретическом обосновании экосистемы воздушной среды, в описании особенностей содержания и миграции серы в природном сообществе.

В Задачи исследования входит:

1) Провести литературный обзор и определить степень изученности темы.

2) Теоретически обосновать описание состава экосистемы воздушной среды, ифакторов, оказывающие влияние на природное сообщество.

3) Найти методики исследования серы для природного сообщества.

4) Изучить геологический и биологический круговорот серы в природе.

5) Выявить проблемы дефицита и недостатка серы у растений и животных.

Методы исследования

Наблюдение, анализ, эксперимент.

Теоретическая значимость

Проведено теоретическое описание состава экосистемы воздушной среды ифакторов, оказывающие влияние на природное сообщество.

Разработаны биогеохимические круговороты серы в природе.

Практическая значимость

Полученные исследованиявыражаются в том, что при высоких концентрациях сероводорода во вдыхаемом воздухе, клиническая картина интоксикации развивается очень быстро, в течение нескольких минут возникают судороги, потеря сознания, остановка дыхания.

Структура работы.

Работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы. В работе содержится четыре рисунка и одна таблица – «обитатели наземно-воздушной среды», «абиотические факторы наземно-воздушной среды обитания организмов», «таблица содержание воды в различных организмах, % к массе тела (из КубанцеваБС, 1973г.)», «большого геологического круговорота элемента», и «биологического круговорота серы»

Глава 1. Экосистема воздушной среды

Состав экосистемы воздушной среды

Воздушная экосистема это сообщество живых организмов в сочетании с неживыми компонентами их среды обитания в воздухе, взаимодействующими как система. Экосистема может быть любого размера, но обычно ограничена несколькими видами[1].

Эти биотические и абиотические компоненты распознаются путем взаимосвязи между питательными циклами и потоками энергии. Экосистема определяется цепочкой взаимодействий между организмами, а также между организмами и их окружающей средой[2].

В случае с воздушными экосистемами организмы, из которых они состоят, могут жить в воздухе. Преимущество этого средства в том, что у него мало хищников, нет препятствий для перемещения, и легко определяется добыча.

Многие виды прибывают в эту воздушную среду благодаря ветру. Многие из насекомых, водорослей и артемии, которым удается достичь каких-то других средств, например, леса, тянутся ветром.

Кроме того, первая колонизация растений на Земле произошла благодаря тому, что ветер служил переносчиком мхов и их спор. Ветер действует как средство для транспортировки семян, поэтому его используют многие растения, в том числе орхидеи.

Особенность среды - растения способны укореняться в земле, а животные могут передвигаться в просторах воздуха и почвы. У всех растений появился устойчивый аппарат, с помощью которого сухопутные организмы мира могут принимать кислород напрямую из воздуха. Небольшая влажность воздуха и преимущественное наличие в нем кислорода привели к появлению у животных органов дыхания - трахеи и легких. Хорошо развитое скелетное строение обеспечивает независимое передвижение по земле и служит сильной опорой для тела и органов, учитывая небольшую плотность окружающей среды.

Примеры организмов, обнаруженных в воздушной экосистеме.

Стервятники - это птицы, которые играют важную роль в поддержании экосистемы. Есть около 23 видов, классифицированных в Стервятниках Старого Света и Стервятниках Нового Света.

Виды Старого Света, обитатели Африки, Азии и Европы, прибегают к своему прекрасному зрению, чтобы найти мертвых животных, чтобы поесть. С другой стороны, виды Нового Света, жители Америки, имеют отличное обоняние, чтобы иметь возможность найти свою еду.

Сокол. Они присутствуют на всех континентах, кроме Антарктиды. Они являются наиболее распространенными хищными птицами. Они обычно предпочитают открытые пространства; иногда они встречаются у берегов, где обитают прибрежные птицы.

Благодаря размеру 15-20 дюймов и весу 1,25-3,75 фунтов ястребы предназначены для путешествий на высоких скоростях. Это необходимо, чтобы иметь возможность атаковать свою добычу.

Ястребы охотятся почти исключительно на других птиц, включая голубей и мелких певчих птиц. Иногда они могут потреблять рептилий и мелких животных. У ястребов есть два способа поймать свою добычу. Некоторые виды ловят животных когтями, другие убивают их большими клювами.

Ястребы пострадали из-за их высокого положения в пищевой цепи. Пестициды могут накапливаться в смертельных количествах для хищных птиц, как у ястребов. Много раз они также могут быть стерильными, что влияет на их способность к размножению.

Бабочки можно найти на всех континентах, кроме Антарктиды. Эти животные играют важную роль в экосистеме; они действуют как опылитель и как источник пищи для других видов. Они играют важную роль в соединении экосистемы.

Бабочки чувствуют вкус в ногах. Позируя на цветок, вы можете знать, как он на вкус. В основном, бабочки могут питаться всем, что растворяется в воде.

Рисунок 1. Обитатели наземно-воздушной среды¹

Существование растений. Растения, которые присутствуют в условиях низкой влажности, обладают более развитой корневой системой. Это позволяет стволу корня глубоко проникать в почву и достигать подземных источников. При этом листья у растений них мелкие, что помогает им дольше удерживать влагу. Длительная зима здесь переходит в короткое лето. За малый промежуток времени земля не успевает оттаять. Чтобы выжить, растения приобрели способность цвести даже при небольших морозах.

Факторы, оказывающие влияние на экосистему воздушной среды

Наземно-воздушная среда обитания — это биологическая среда жизни растений и организмов на поверхности земли и в нижних слоях атмосферы. Большинство эукариот живут в этой особой среде. Большинство животных, растений, некоторых грибов, простейших и бактерий распространены здесь.

Рисунок 2. Абиотические факторы наземно-воздушной среды обитания организмов.²

Общая характеристика. Особенностью наземно-воздушной среды обитания является то, что организмы, живущие здесь, окружены воздухом - газообразной средой, которая характеризуется низкими влажностью, плотностью и давлением, и высоким содержанием кислорода. Почти все животные в этой среде передвигаются по твердой почве, а растения укореняются в ней. Действующие в наземно - воздушной среде экологические факторы отличаются рядом специфических особенностей: свет здесь сравнительно с другими средами интенсивнее, температура претерпевает более сильное колебание, влажность значительно изменяется в зависимости от географического положения, сезона и времени суток. У обитателей наземно - воздушной среды в процессе эволюции вырабатывались специфические анатомо-морфологические, физические, поведенческие и другие адаптации. У них появились органы, обеспечивающие непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие и трахеи животных); сильное развитие получили скелетные образования, поддерживающие тело в условиях незначительности плотности среды (механические и опорные ткани растений, скелет животного); выработались сложные приспособления для защиты от неблагоприятных факторов (периодичность и ритмика жизненных циклов, сложное строение покровов, механизмы терморегуляции и др.); установилась тесная связь с почвой (корни растений, конечности животных); выработалась большая подвижность животных в поисках пищи; появились летающие животные и переносимые воздушными течениями плоды, семена, пыльца растений. Основными абиотическими факторами наземновоздушной среды являются свет, температура, влажность.

Свет. Всем живым организмам для осуществления процессов жизнедеятельности необходима энергия, поступающая снаружи. Основным источником ее является солнечная радиация (свет), на которую приходится 99,9% в общем балансе энергии земли.

Состав лучистой энергии, достигающей земной поверхности в ясный день

— Видимый свет 45%

— Инфракрасное излучение 45%

— Ультрафиолетовое излучение 10%

Диаграмма 1. Состав лучистой энергии

Действие разных участков спектра солнечного излучения на живые организмы различно. Среди ультрафиолетовых лучей до поверхности Земли доходят только длинноволновые (290 - 380 НМ), а коротковолновые, губительные для всего живого, практически полностью поглощаются на высоте около 20 - 25 км озоновым экраном - тонким слоем атмосферы, содержащим молекулы Оз.

Видимый свет для фототрофных и гетеротрофных организмов имеет разное экологическое значение.

Биологическое действие солнечного излучения (функции и примеры):

— Фотосинтез. В среднем 1-5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез -источник энергии для всей остальной пищевой цепи. Свет необходим также для синтеза хлорофилла;

—Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию; это важно в связи с проблемой сохранения воды;

—Фотопериодизм. Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно размножения) с временами года;

—Движение. Фототропизм и фотонастия у растений; важны для того, чтобы обеспечить растению достаточную освещенность. Фототаксис у животных и одноклеточных растений; необходим для нахождения подходящего местообитания;

—Зрение у животных. Одна из главных сенсорных функций;

— Прочие процессы. Синтез витамина D у человека.

Экологические группы растений по отношению к свету.

— Светолюбивые, или гелиофиты — растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;

— Тенелюбивые, или сциофиты, - растения тенистых лесов, пещер и глубоководные растения; они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;

— Теневыносливые, или факультативные гелиофиты, - могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету. Для животных свет не является таким необходимым фактором. Свет для животных необходимое условие видения, зрительной ориентации в пространстве. Различают виды животных: светолюбивые, или фотофилы; теплолюбивые, или фотофобы.

Температура - это один из наиболее важных факторов, определяющих существование, развитие и распространение организмов по земному шару. Растения не имеют собственной температуры тела и по отношению к тепловому фактору обладают определенной спецификой. Их анатомоморфологические и физиологические механизмы терморегуляции направлены на защиту организма от вредного воздействия неблагоприятных температур. Отбор растений в зонах низких температур шел в течение тысячелетий в направлении максимального выживания низкорослых и стелющихся форм. В зонах высоких температур при пониженной влажности исторически сформировался морфологический тип растений с незначительной листовой поверхностью или с полным отсутствием листов (саксаул). К физиологическим приспособлениям растений, сглаживающим вредное влияние высоких и низких температур, могут быть отнесены интенсивность транспирации, накопление в клетках солей, изменяющих температуру свертывания плазмы, свойств хлорофилла препятствовать проникновению наиболее горячих солнечных лучей. У животных влияние теплового режима на строение прослеживается еще более четко.

Важнейшим экологическим фактором в жизни организмов наземно-воздушной среды обитания является вода. Она служит основной частью протоплазмы клеток, тканей, растительных и животных клеток. Только при наличии воды в организме могут осуществляться биохимические процессы ассимиляции и диасимиляции, газообмен. Содержание воды в организме животных и растений в период их активной жизнедеятельности довольно высокое.

Таблица 1. Содержание воды в различных организмах, % к массе тела (из КубанцеваБС, 1973г.)

Растения	Содержание воды	Животные	Содержание воды
Водоросли	96-98	Губки	84
Корни, моркови	87-91	Моллюски	80-92
Листья трав	83-86	Насекомые	46-92
Листья деревьев	79-82	Ланцетник	87
Клубни картофеля	74-80	Земноводные	до 93
Стволы деревьев	40-55	Млекопитающие	68-83

По отношению к водному режиму наземные организмы подразделяются на три основные экологические группы:

— гигрофильные (влаголюбивые),

— ксерофильные (сухолюбивые) и 

— мезофильные, предпочитающие умеренную влажность.

Наиболее четко особенности приспособления к тому или иному водному режиму выражены у растений , так как они не могут передвигаться и активно отыскивать необходимую среду.

Экологические группы растений по отношению к воде.

— Гидатофиты - водные растения, целиком или почти целиком погруженные в воду.

— Гидрофиты - растения наземно-водные, частично погруженные в воду, растущие по берегам водоемов, на мелководьях, на болотах.

— Гигрофиты - наземные растения, живущие в условиях повышенной влажности воздуха и часто на влажных почвах.

— Мезофиты - могут переносить продолжительную и не очень сильную засуху.

— Ксерофиты - растут в местах с недостаточным увлажнением и имеют приспособления, позволяющие добывать воду при ее недостатке, ограничивать испарения воды или запасать ее на время засухи.

Воздух. Сухой воздух на высоте уровня моря состоит (по объему) из 78% азота, 21% кислорода, 0,03% углекислого газа; не менее 1% приходится на инертные газы.

Диаграмма 1.Воздух

Кислород необходим для дыхания абсолютного большинства организмов, углекислый газ используется растениями при фотосинтезе. Перемещение воздушных масс (ветер) изменяет температуру и влажность воздуха, оказывает механическое воздействие на организмы. Ветер вызывает изменение транспирации у растений. Это особенно сильно проявляется при суховеях, иссушающих воздух и часто вызывающих гибель растений. Значительную роль ветер играет в опылении анемофилов (anemos - это ветер) - ветроопыляемых растений. Ветры определяют направление миграций таких насекомых, как луговой мотылек, пустынная саранча, малярийные комары[3].
Выводы:

Как видим, эти биотические и абиотические компоненты распознаются путем взаимосвязи между питательными циклами и потоками энергии. Экосистема определяется цепочкой взаимодействий между организмами, а также между организмами и их окружающей средой. Основным потоком энергии считается ветер.

Глава 2. Роль серы в природе и для социума

2.1. Значение серы для человека

Серу часто называют «минералом красоты»[4]. Этот необходимый для организма макроэлемент обеспечивает  здоровое состояние кожи, волос и ногтей. Сера составляет 0,25% веса человеческого тела, является составной частью клеток, тканей органов, нервной, костной и хрящевой ткани, а также волос, кожи и ногтей человека. Участвует в обменных процессах в организме и способствует их нормализации; является составным элементом ряда аминокислот, витаминов, ферментов и гормонов (в том числе инсулина); играет важную роль в поддержании кислородного баланса; улучшает работу нервной системы; стабилизирует уровень сахара в крови; повышает иммунитет; оказывает противоаллергическое воздействие. Также оказывает ранозаживляющий и противовоспалительный эффект, уменьшает суставные, мышечные боли и судороги, способствует нейтрализации и вымыванию шлаков и токсинов из организма, стабилизирует уровень сахара в крови, помогает печени выделять желчь, повышает устойчивость к радиоизлучению.

Рекомендуемая суточная потребность взрослого здорового человека в сере официально не нормирована. Согласно разным источникам, составляет 0,5–6 г в день[5].

Симптомы недостатка и избытка серы в организме. В крови сера содержится в виде белков, ионов SO4, нейтральной серы, аминокислот, роданистых соединений и других биологически активных веществ. Оценку дефицита и избытка минерала в крови дают по содержанию остаточной серы, вычленяя из данных анализа белковые серосодержащие компоненты. Нормальным показателем для плазмы крови считается концентрация остаточной серы 7% от общего количества минерала в организме. Обычно анализируют концентрацию аминокислот — таурина, биотина и цистеина. Исследование называется скринингом аминоацидопатий, т. е. нарушений метаболизма аминокислот. Забор материала проводят натощак, стараясь минимизировать физическую и эмоциональную активность пациента. За 30 минут до забора крови нельзя курить, лекарственные препараты исключают минимум за сутки (после согласования с лечащим врачом). Исследование проводят методом высокоэффективной жидкостной хромотографии. Однако не каждая лаборатория берётся выполнять столь привередливую диагностику, да и необходимость в этом возникает крайне редко. Это связано с тем, что на данный момент не проводилось официальных исследований о влиянии дефицита нутриента на функционирование отдельных систем организма.

2.2. Значение серы для растений, животных, природного сообщества.

Роль в жизни растений. Сера является одним из источников построения протеинов клеток. Она необходима для нормального роста и развития растения. Сера входит в состав аминокислот, участвует в образовании ферментов и витаминов, улучшает усвоение соединений азота, она участвует в процессе поглощения кислорода и выделения СО2. Сера требуется для протекания важных метаболических процессов и окислительно-восстановительных реакциях, т. к. является переносчиком водорода. Сера влияет на образование хлорофилла, способствует усиленному развитию корней растений, формированию семян. А так же сера является молекулой вкуса и запаха[6].

Сера также повышает устойчивость культур к сниженным или повышенным температурам, засухе, а также к радиации. Серу за своим многогранным значением невозможно заменить другими элементами минерального питания.

Дефицит серы проявляется крайне редко. Однако нехватка серы в питании растений приводит к снижению фотосинтеза на 40%!

Нехватка серы проявляет себя как поверхностный хлороз (пожелтение листьев) на молодых листьях и в точках роста, т.к. сера почти не двигается с нижних ярусов к молодым листьям и повторно не усваивается растением. Причем дефицит серы начинается у основания листа и перемещается к их кончикам. При недостатке серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья на вытянутых стеблях, ухудшаются рост и развитие растений. Части под листьями могут принимать розовато-красный или оранжевый оттенок. В целом картина напоминает симптомы дефицита азота, с той лишь разницей, что дефицит азота сначала проявляется на нижних старых листьях. Но в отличие от азотного голодания при серном голодании листья растений не опадают, хотя имеют бледную окраску.

Для устранения дефицита серы подойдут любые неорганические и органические питательные вещества, которые содержат в своем составе серу. Например, английская соль (Epsomsalts) – 1-2 чайные ложки на литр воды; садовая сера (GardenSulfur), сульфат калия (SulfateofPotash), гипс (Gypsum).

При переизбытке серы листья постепенно желтеют с краев и скукоживаются, подворачиваясь внутрь. Затем буреют и отмирают. Иногда листья принимают не желтый, а сиреневато-бурый оттенок. Наблюдается общее огрубение растений, листья мельчают[7].

Общие рекомендации по устранению избытка серы такие же, как и при избытке любого другого питательного элемента. При почвенном выращивании рекомендована смена субстрата (возможно частичная), либо промывка субстрата чистой водой с отрегулированным рН. В гидропонике рекомендована смена раствора на чистую воду на 2-3 дня, далее 50% от концентраций рекомендованной производителем.

Роль в жизни животных. Сера – это незаменимый белковый компонент, который обеспечивает качественные обменные процессы и участвует в построении клеточной структуры организма[8]. Это вещество попадает в организм животного в основном в составе белка, аминокислот, соединений органического характера. Сера находится в теле животного в процентном соотношении — 0,12-0,15%, концентрируясь в шерсти, роговом башмаке, кожных покровах. В инсулине, который вырабатывается поджелудочной железой, также присутствует сера в небольших количествах. Белковые корма (бобовые, молодой клевер, обрат, мясокостная мука) содержат больше серы, чем корма с низким содержанием или отсутствием белковых элементов[9].

Для чего нужна сера в организме животного:

вещество участвует в окислительно-восстановительных реакциях;

обеспечивает полноценный процесс тканевого дыхания;

способствует выработке дополнительной энергии;

обеспечивает сворачиваемость крови;

синтезирует коллаген и кератин;

с ее помощью передается необходимая генетическая информация;

оказывает антибактериальное воздействие;

способствует росту копыт и шерсти;

с ее помощью образуются необходимые ферменты;

повышает тонус вегетативной иннервации;

усиливает защитные свойства организма животного;

увеличивает образование антител;

связывает тяжелые металлы и выводит их из организма.

Если коровам скармливать вместе с грубыми кормами добавки с серой, это позволит повысить уровень белка в организме, в результате чего удои увеличиваются на 15-20% и повышается жирность молока. Шерсть и оперение у животных и птиц, которые получают препараты с серой в оптимальном количестве, всегда отличается здоровым видом.

Как сказывается дефицит серы на животных:

стремительное снижение веса, анорексия;

вялость и слабость;

истощение;

обильное слюноотделение;

ухудшение аппетита, снижение усвояемости пищи;

подавление синтеза протеинов микрофлорой;

микрофлора кишечника перестает функционировать в нормальном режиме.

Содержание серы в теле взрослого человека - около 0,16% (110 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность здорового организма в сере составляет 4-5 г.

Повышенное содержание серы в организме. Данные о токсичности серы, содержащейся в пищевых продуктах, в литературе отсутствуют[10].

Однако существуют описания клиники острых и хронических отравлений соединениями серы, такими как сероводород, сероуглерод, сернистый газ. Так, при высоких концентрациях сероводорода во вдыхаемом воздухе, клиническая картина интоксикации развивается очень быстро, в течение нескольких минут возникают судороги, потеря сознания, остановка дыхания. В дальнейшем последствия перенесенного отравления могут проявляться стойкими головными болями, нарушениями психики, параличами, расстройствами функций системы дыхания и желудочно-кишечного тракта[11].

Основные причины дефицита:

нарушение регуляции обмена серы;

Основные проявления дефицита серы:

симптомы заболеваний печени;

симптомы заболеваний суставов;

симптомы заболеваний кожи;

разнообразные и многочисленные проявления дефицита в организме и нарушения метаболизма биологически активных серосодержащих соединений.

Основные причины избытка серы:

избыточное поступление;

нарушение регуляции обмена серы. Основные проявления избытка серы:

кожный зуд, сыпи, фурункулез;

покраснение и опухание конъюнктивы;

появление мелких точечных дефектов на роговице;

ломота в бровях и глазных яблоках, ощущением песка в глазах;

светобоязнь, слезотечение;

общая слабость, головные боли, головокружение, тошнота;

катар верхних дыхательных путей, бронхит;

ослабление слуха;

расстройства пищеварения, поносы, снижение массы тела;

малокровие;

судороги и потеря сознания (при острой интоксикации);

психические нарушения, понижение интеллекта.

Значение серы для природного сообщества. Сера в свободном состоянии - твёрдое вещество жёлтого цвета.Как элемент входит в состав соединений: ZnS(цинковая обманка), FeS2 (пирит), Cu2S (медный блеск), Na2SO4*10H2O (глауберова соль), CaSO4 * 2H2O (гипс), MgSO4 * 7H2O (горькая соль).

  Применение: производство спичек, бумаги,резины, красок, взрывчатых веществ, лекарственных веществ, пластмассы, косметики, и производство серной кислоты[12].

Выводы:

Таким образом, сера составляет 0,25% веса человеческого тела, является составной частью клеток, тканей органов, нервной, костной и хрящевой ткани, а также волос, кожи и ногтей человека. Рекомендуемая суточная потребность взрослого здорового человека в сере официально не нормирована. Согласно разным источникам, составляет 0,5–6 г в день.

Важно отметить что, сера требуется для протекания важных метаболических процессов и окислительно-восстановительных реакциях, т. к. является переносчиком водорода. Сера влияет на образование хлорофилла, способствует усиленному развитию корней растений, формированию семян. А так же сера является молекулой вкуса и запаха.

Глава 3. Круговорот серы

3.1. Большой геологический круговорот серы

Рисунок 3. Большой геологический круговорот серы³

Литосфера. В форме сульфидов сера образует горные породы, руды и минералы - железный колчедан или пирит FeS2, ZnS — цинковая обманка или сфалерит (вюрцит), PbS — свинцовый блеск или галенит, HgS — киноварь, Sb2S3 — антимонит, а в форме сульфитов и сульфатов - кальцит, доломит, гипс, ангидрит, целестин, кварц, халцедон, опал, глинистые минералы, алунит. В виде органических соединений сера содержится в нефти, каменном угле. Среднее содержание серы в земной коре 4,7•10-2% (по массе), при этом основное её количество сосредоточено в осадочных горных породах (0,3% по массе); содержание серы в ультраосновных горных породах 10-2%, в основных — 3•10-2%, в средних — 2•10-2% и в кислых — 4•10-2% (по массе)[13].

Атмосфера. Сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Диоксид серы — это бесцветный газ с характерным резким запахом (запах загорающейся спички), дымится на воздухе. В чистом виде вещество ядовитое. Оно растворяется в воде, при минусовой температуре переходит в жидкое состояние и образует сернистую кислоту. В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие из них — окисление и образование кислоты. В результате возможны кислотные осадки, которые губят растения, закисляют почву, увеличивают кислотность озер. Даже при среднем содержании оксидов серы в воздухе порядка 100 мкг/м3 растения приобретают желтоватый оттенок[14].

Гидросфера. В виде сульфат-ионов SO42- сера находится в гидросфере. Циклические процессы, связанные с превращениями серы, происходят и в водной оболочке Земли. Вода проникает в разные слои почвы, в горные породы, вымывая из них растворимые соединения серы, главным образом в виде сульфат-ионов, перенося их из одного места в другое. Вода образует водоёмы, содержащие соединения серы разной концентрации. Одна из удивительных особенностей океанической и морской воды - постоянное соотношение главных ионов, к которым относится и сульфат-ион, во всём объёме Мирового океана. Это подтверждает устойчивость динамического равновесия между количеством растворённых веществ, поступающих с поверхности континентов в океан, и их осаждением[15].

Естественная концентрация растворённых соединений серы в относительно мелких водоёмах может резко увеличиваться в случае их загрязнения сточными водами производств, вымыванием с полей минеральных серосодержащих удобрений, а также и выпадением «кислотных дождей».

3.2. Биологический круговорот серы

Рисунок 4. Биологический круговорот серы⁴

В почве сера в основном находится в составе органического вещества. Сульфаты легко растворимы в воде и содержатся в почвенном растворе большинства типов почв. Это основной источник серы для растений[16]. Сульфат-ионы активно поглощаются корнями, особенно в зоне корневых волосков, и поступают в растительные клетки с помощью белков-переносчиков сульфат-ионов. Внутри растения сульфат-ионы перемещаются с транспирационным током, а затем аккумулируются в вакуолях растительных клеток либо участвуют в ряде биохимических реакций. Кроме того, листья растений поглощают диоксид серы (SO2) из атмосферы, но обычно в количествах, не превышающих 1 кг S/га/год. Листья растений могут выделять сероводород (H2S), и, предположительно, это служит механизмом детоксикации при воздействии высоких концентраций SO2[17].

Газообразные потери серы из почвы. В анаэробных условиях сульфаты восстанавливаются почвенными бактериями до целого ряда соединений, которые по большей части не могут поглощаться растениями. Указанные соединения включают сероуглерод, карбонилсульфид, диметилдисульфид, метилмеркаптан и сероводород – летучий газ. Обычно образуются сульфиды двухвалентного железа – минералы группы пирита[18].

При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Животные получают серу, входящую в состав готовых органических соединений, с пищей. В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H2S.

Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь, сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию[19]. Сероводород сам по себе не усваивается растениями, а, следовательно, и животными, напротив, он ядовит для них. Особая группа серобактерий окисляет сероводород. В результате этого окисления образуются сернокислые соли. Сернокислые соли хорошо усваиваются растениями. В растениях сера этих солей вновь идет на синтез соединений, содержащих серу.

Таким образом, в круговороте серы принимают участие, с одной стороны, аммонифицирующие бактерии (рассмотренные нами в круговороте азота) и сульфатредуцирующие бактерии, освобождающие сероводород из соединений, и, с другой стороны, серобактерии, окисляющие сероводород.

3.3. Экологические проблемы

Загрязнение, кислотные дожди. С развитием человеческой деятельности появились антропогенные процессы, стремительно возрастающие и наносящие быстро растущий экологический ущерб окружающей среде. Общая масса выноса антропогенной серы в атмосферу достигла ныне 170-180 млн.т в год за счет сжигания твердого топлива (90 млн.т) и жидкого и газообразного (50-60 млн.т), а также за счет металлургических процессов (20 млн.т). Выносимая в атмосферу сера представлена в основном сернистым ангидридом, который, соединяясь с атмосферной влагой, возвращается на поверхность Земли в виде пресловутых «кислотных дождей». С ними возвращается примерно третья часть вынесенной в атмосферу антропогенной серы. Эти дожди — хотя и очень слабо концентрированная, но химически весьма активная серная кислота — наносят огромный ущерб: коррозируют металлические крыши, различные сооружения, провода, разрушаются архитектурные мраморные и известняковые памятники культуры. В городах и промышленных районах их губительное воздействие на здоровье населения усиливается повышенными концентрациями тяжелых металлов, выхлопных газов автотранспорта.

Кислотные дожди особенно вредоносны для почвенного покрова — педосферы, для обитающих в почве организмов, которые составляют 90% всей биомассы Земли. Возрастающая кислотность больших массивов сельхозугодий снижает плодородие почв и урожайность полей.

В России из 186 млн.га сельхозугодий почти половина — 73 млн.га — с кислыми почвами. В целях снижения их кислотности ведется крупномасштабное известкование почв. Еще недавно в России вносилось около 100 млн.т известковой муки. Но примечательно, что в ряде районов кислотность почв не снизилась; воздействие кислотных дождей превышало действие известкования.

Особенностью серы, выделившейся в атмосферу, является способность перемещаться с воздушными потоками на большие расстояния. Установлено, что выбросы Германии, Великобритании выпадают на территории скандинавских стран. В Европе в воздушных потоках с запада на восток через границы бывшего СССР переносится серы в четыре раза больше, чем в обратном направлении[20].

Заболевания. Воздействие диоксида серы в концентрациях выше ПДК может вызвать нарушение функций дыхания и существенное увеличение различных болезней дыхательных путей, отмечается действие на слизистые оболочки, воспаление носоглотки, трахеи, бронхиты, кашель, хрипота и боль в горле. Особенно высокая чувствительность к действию диоксида серы наблюдается у людей с хроническими нарушениями органов дыхания, с астмой[21].

Экологические аспекты. Содержание сульфат-ионов в питьевой воде не регулируется правительственными постановлениями, однако, согласно рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США, данный показатель не должен превышать 250 мг/л из-за ухудшения вкуса и запаха питьевой воды при более высоких концентрациях сульфат-ионов[22]. Содержание сероводорода в воде из артезианских скважин в количестве лишь нескольких мг/л ухудшает вкус и запах воды. Концентрация сульфат-ионов в природных поверхностных водах редко служит лимитирующим фактором, ограничивающим развитие водных организмов. В данном случае возможно косвенное влияние.

Истощение ресурса. Нерациональное использование серосодержащих соединений в земной коре, может привести к истощению недр. А причинами тому может выступать:

1. неравномерное размещение ресурсов;

2. увеличение объема добычи, вследствие роста населения;

3.потери полезных ископаемых при добыче, транспортировке, в результате неправильной технологи либо ее отсутствии, по извлечению сопутствующих компонентов из горной породы.

Если происходит истощение недр, то возникают экологические последствия разработки недр:

1. изменение рельефа (возникают отвалы и карьеры);

2. происходит активация опасных геологических процессов (карсты, оползни), оседание и сдвиг горных пород;

3. газохимическое загрязнение и механическое разрушение почв;

4. загрязнение атмосферного воздуха пылью, выбросами метана, серы, оксидов углерода из горных выработок;

5. нарушение мест обитания животных и произрастания растений.

Выводы:

Проведя анализ можно сказать что, литосфера - в форме сульфидов сера образует горные породы, руды и минералы; сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу; сера находится в гидросфере виде сульфат-ионов SO42.

Основной источник серы для растений это сульфаты легко растворимы в воде и содержатся в почвенном растворе большинства типов почв.Таким образом, в круговороте серы принимают участие, с одной стороны, аммонифицирующие бактерии (рассмотренные нами в круговороте азота) и сульфатредуцирующие бактерии, освобождающие сероводород из соединений, и, с другой стороны, серобактерии, окисляющие сероводород.

Итоговый результат показал что, с развитием человеческой деятельности появились антропогенные процессы, стремительно возрастающие и наносящие быстро растущий экологический ущерб окружающей среде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сера (Sulfur, S) – химический элемент и макроэлемент для организма, участвующий в синтезе коллагена, кератина, а также входящий в состав меланина. Таким образом, сера непосредственно поддерживает формирование и здоровье соединительной ткани, хрящей, сухожилий, волос, ногтей, кожного покрова. В связи с этим, главными признаками дефицита серы является частые переломы и другие травмы опорно-двигательного аппарата, ухудшение внешнего вида и здоровья волос, ногтей, развитие различных дерматитов и дерматозов.

Как видим, эти биотические и абиотические компоненты распознаются путем взаимосвязи между питательными циклами и потоками энергии. Экосистема определяется цепочкой взаимодействий между организмами, а также между организмами и их окружающей средой. Основным потоком энергии считается ветер.

Для человека сера составляет 0,25% веса человеческого тела, является составной частью клеток, тканей органов, нервной, костной и хрящевой ткани, а также волос, кожи и ногтей человека. Рекомендуемая суточная потребность взрослого здорового человека в сере официально не нормирована. Согласно разным источникам, составляет 0,5–6 г в день.

Важно отметить что, сера требуется для протекания важных метаболических процессов и окислительно-восстановительных реакциях, т. к. является переносчиком водорода. Сера влияет на образование хлорофилла, способствует усиленному развитию корней растений, формированию семян. А так же сера является молекулой вкуса и запаха.

Проведя анализ можно сказать что, литосфера - в форме сульфидов сера образует горные породы, руды и минералы; сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу; сера находится в гидросфере виде сульфат-ионов SO42.

Основной источник серы для растений это сульфаты легко растворимы в воде и содержатся в почвенном растворе большинства типов почв. Таким образом, в круговороте серы принимают участие, с одной стороны, аммонифицирующие бактерии (рассмотренные нами в круговороте азота) и сульфатредуцирующие бактерии, освобождающие сероводород из соединений, и, с другой стороны, серобактерии, окисляющие сероводород.

Для устранения дефицита серы подойдут любые неорганические и органические питательные вещества, которые содержат в своем составе серу. Например, английская соль (Epsomsalts) – 1-2 чайные ложки на литр воды; садовая сера (GardenSulfur), сульфат калия (SulfateofPotash), гипс (Gypsum).

Также если коровам скармливать вместе с грубыми кормами добавки с серой, это позволит повысить уровень белка в организме, в результате чего удои увеличиваются на 15-20% и повышается жирность молока. Шерсть и оперение у животных и птиц, которые получают препараты с серой в оптимальном количестве, всегда отличается здоровым видом.

Итоговый результат показал что, с развитием человеческой деятельности появились антропогенные процессы, стремительно возрастающие и наносящие быстро растущий экологический ущерб окружающей среде.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Биология / Что такое воздушная экосистема? (с примерами) - URL:https://ru.thpanorama.com/articles/biologa/qu-es-un-ecosistema-areo-con-ejemplos.html (дата обращения 16.12.2020).

Структура экосистемы (биотические и абиотические компоненты) - URL:https://lektsii.net/2-90309.html (дата обращения 16.12.2020).

ЭКОЛОГИЯ / С.В.Алексеев, Спб. — 1997. (дата обращения 16.12.2020).

Сера. Микроэлементы для красоты и здоровья волос - URL:https://www.morevolos.ru/news/stati/sera-mikroelementy-dlya-krasoty-i-zdorovya-volos/ (дата обращения 16.12.2020).

Значение серы для организма человека - URL:https://www.medweb.ru/infohubs/stress/encyclopedias/elementy-i-vitaminy/article/sera (дата обращения 17.12.2020).

О дефицитах и избытках питательных веществ в растении - URL:https://dzagi.club/index.php?/articles//growers/problemy-rastenij/o-deficitah-i-izbytkah-pitatel39nyh-veshchestv-v-rastenii (дата обращения 17.12.2020).

Признаки недостатка или избытка элементов - URL:https://www.gidroponika.su/gidroponika-teorija.html/44-bolezni-vrediteli-i-prochie-problemy/91-nedostatok-izbytok-pitatelnyh-elementov.html (дата обращения 18.12.2020).

Для чего нужен витамин сера - URL:https://9k72.ru/voprosy-o-vitaminax/dlya-chego-nuzhen-vitamin-sera/ (дата обращения 18.12.2020).

Минеральные вещества и сера – какую роль они играют в питании животных? - URL:http://agropartner-vrn.ru/articles/mineralnye-veshhestva-i-sera-kakuyu-rol-oni-igrayut-v-pitanii-zhivotnyx/ (дата обращения 18.12.2020).

Сера|Общие сведения - URL:http://mirror.smed.ru/guides/190/ (дата обращения 20.12.2020).

Биогенные элементы в организме человека.html- URL:http://samzan.ru/19961(дата обращения 20.12.2020).

Значение и применение серы в природе - URL:https://znanija.com/task/15886091(дата обращения 20.12.2020).

Сера • Химия, Элементы VIA группы –халькогены- URL:https://foxford.ru/wiki/himiya/sera(дата обращения 20.12.2020).

Круговорот серы - URL:https://ozlib.com/870342/ekologiya/krugovorot_sery(дата обращения 23.12.2020).

Сера и её соединения в гидросфере - URL:https://studwood.ru/995854/ekologiya/sera_soedineniya_atmosfere_gidrosfere_litosfere(дата обращения 24.12.2020).

Сера в почве - URL:https://direct.farm/post/1699(дата обращения 25.12.2020).

Значение серы в питании растений - URL:http://eeca-ru.ipni.net/article/EECARU-2255(дата обращения 26.12.2020).

Все о растениях и цветах! | Сера в почвах серосодержащие удобрения - URL:http://prilesie.net/sera_v_pochve(дата обращения 26.12.2020).

Круговорот химических элементов в биосфере - URL:https://foxford.ru/wiki/biologiya/krugovorot-himicheskih-elementov-v-biosfere(дата обращения 27.12.2020).

Проблемы серы и содержащего сырья - URL:http://abacuscomp.narod.ru/sulfur/sulfur1.html(дата обращения 27.12.2020).

Влияниедиоксида серы и диоксида азота на человека - URL:http://www.ecomagnitka.org/health/47-2010-06-23-09-46-38(дата обращения 27.12.2020).

Сера в почвах и серосодержащие удобрения - URL:http://eeca-ru.ipni.net/article/EECARU-2256(дата обращения 27.12.2020).

Код для цитирования: Скопировать