- ขั้นตอน
- การไหลของกำมะถัน
- กำมะถันที่พบในการสร้างสารประกอบ
- กำมะถันเข้าสู่ดิน
- กำมะถันที่ออกมาจากพื้นดิน
- ความสำคัญ
- ส่วนประกอบหลักในสารประกอบทางเคมี
- เกี่ยวข้องกับผลผลิตของพืช
- จำเป็นต่อการสร้างโปรตีน
- ใช้ในเชิงพาณิชย์
- เกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม
- ผลกระทบของมนุษย์ต่อวัฏจักรของกำมะถัน
- อ้างอิง
วัฏจักรกำมะถันเป็นชุดของกระบวนการโดยที่กำมะถันจะถูกส่งผ่านทางธรรมชาติในโมเลกุลต่างๆ กำมะถันเดินทางผ่านอากาศดินน้ำและสิ่งมีชีวิต วัฏจักรทางชีวเคมีนี้รวมถึงการสร้างแร่ธาตุของกำมะถันอินทรีย์เป็นกำมะถันการออกซิเดชั่นเป็นซัลเฟตและการลดลงเป็นกำมะถัน
กำมะถันถูกจุลินทรีย์ดูดซับและสร้างสารประกอบอินทรีย์ที่แตกต่างกัน กำมะถันเป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากมายในจักรวาล ถือว่าเป็นอโลหะมีสีเหลืองและไม่มีกลิ่น กำมะถันถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นถ่านหิน
ในบรรยากาศกำมะถันอยู่ในรูปของก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และสามารถเข้าสู่มันได้สามวิธี: จากการสลายตัวของโมเลกุลอินทรีย์จากการระเบิดของภูเขาไฟและช่องระบายความร้อนใต้พิภพและจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงฟอสซิล โดยมนุษย์.
อะตอมของกำมะถันเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างของโปรตีน กำมะถันพบในซิสเทอีนของกรดอะมิโนและมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสร้างพันธะชนิดหนึ่งที่เรียกว่าสะพานไดซัลไฟด์ พันธะเหล่านี้จำเป็นอย่างยิ่งในการกำหนดโครงสร้างสามมิติของโปรตีน
ขั้นตอน
วัฏจักรของกำมะถันเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของธาตุนี้ในหลายทิศทางผ่านชั้นบรรยากาศไฮโดรสเฟียร์พิโธสเฟียร์และชีวมณฑล ในชั้นธรณีภาคกระบวนการกัดเซาะของหินเกิดขึ้นโดยปล่อยกำมะถันที่กักเก็บไว้ออกมา
กำมะถันผ่านการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหลายรูปแบบเนื่องจากถูกขนส่งผ่านสื่อต่าง ๆ ตลอดการเดินทางกำมะถันต้องผ่านขั้นตอนทางเคมีพื้นฐานสี่ขั้นตอน:
- การทำแร่ธาตุกำมะถันอินทรีย์ให้อยู่ในรูปอนินทรีย์เช่นไฮโดรเจนซัลไฟด์กำมะถันและแร่ธาตุอื่น ๆ ที่มีกำมะถัน
- ออกซิเดชั่นของไฮโดรเจนซัลไฟด์ธาตุกำมะถันและแร่ธาตุที่เกี่ยวข้องกับซัลเฟต
- การลดซัลเฟตเป็นกำมะถัน
- การตรึงจุลินทรีย์ของสารประกอบกำมะถันและการรวมตัวในรูปกำมะถันอินทรีย์ในภายหลัง
การไหลของกำมะถัน
แม้จะมีความซับซ้อนการไหลของกำมะถันสามารถสรุปได้เป็นสามกลุ่มใหญ่ ๆ :
กำมะถันที่พบในการสร้างสารประกอบ
ในกลุ่มนี้ ได้แก่ กำมะถันในบรรยากาศกำมะถันอินทรีย์กำมะถันอนินทรีย์ (แร่ธาตุ) กำมะถันที่ลดลงและกำมะถันที่ก่อตัวเป็นซัลเฟต
ซัลเฟตถูกดูดซึมโดยพืชและจุลินทรีย์ซึ่งรวมเข้ากับโมเลกุลอินทรีย์ของพวกมัน จากนั้นสัตว์จะบริโภครูปแบบอินทรีย์เหล่านี้ผ่านอาหารที่มันกินโดยเคลื่อนย้ายกำมะถันไปตามห่วงโซ่อาหาร
กำมะถันเข้าสู่ดิน
กำมะถันรวมอยู่ในดินในรูปแบบต่างๆ ตัวอย่างเช่นโดยการสะสมในชั้นบรรยากาศโดยใช้ปุ๋ยที่มาจากสัตว์โดยเศษซากพืชโดยการใช้ปุ๋ยแร่ธาตุและการพังทลายของหิน
กำมะถันที่ออกมาจากพื้นดิน
กำมะถันถูกกำจัดออกจากดินด้วยวิธีต่างๆ ตัวอย่างเช่นเมื่อพืชดูดซับซัลเฟตทางรากเมื่อพืชเก็บเกี่ยวและเมื่อสารประกอบที่ลดลงบางส่วนจะระเหย
อีกส่วนหนึ่งของกำมะถันในดินจะสูญเสียไปจากการซึมน้ำไหลบ่าและการกัดเซาะ ภูเขาไฟและก๊าซบางชนิดที่เกิดจากการสลายตัวทางอินทรีย์เป็นอีกแหล่งหนึ่งของกำมะถันที่ถ่ายโอนไปยังชั้นบรรยากาศโดยตรง
อย่างไรก็ตามกำมะถันส่วนใหญ่บนโลกถูกเก็บไว้ในหินแร่ธาตุและเกลือซัลเฟตที่ฝังอยู่ลึกลงไปในตะกอนในมหาสมุทร
ความสำคัญ
ส่วนประกอบหลักในสารประกอบทางเคมี
กำมะถันเป็นสารอาหารที่สำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตเนื่องจากเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของกรดอะมิโนซีสเทอีนและเมไทโอนีนรวมทั้งสารประกอบทางชีวเคมีอื่น ๆ
พืชตอบสนองความต้องการทางโภชนาการสำหรับกำมะถันโดยการดูดซึมสารประกอบแร่ธาตุจากสิ่งแวดล้อม
เกี่ยวข้องกับผลผลิตของพืช
ในบางสถานการณ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเกษตรแบบเร่งรัดความพร้อมของกำมะถันที่มีประโยชน์ทางชีวภาพอาจเป็นปัจจัย จำกัด สำหรับผลผลิตของพืช ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใส่ปุ๋ยที่มีซัลเฟตเป็นหลัก
การตระหนักถึงความสำคัญของซัลเฟตสำหรับการเจริญเติบโตและความแข็งแรงของพืชตลอดจนความสำคัญทางโภชนาการของกำมะถันสำหรับอาหารของมนุษย์และสัตว์ได้นำไปสู่การให้ความสำคัญกับการวิจัยเกี่ยวกับกระบวนการดูดซึมซัลเฟตการขนส่งและการดูดซึม .
จำเป็นต่อการสร้างโปรตีน
หลังจากเข้าสู่โรงงานแล้วซัลเฟตเป็นรูปแบบหลักของกำมะถันที่ขนส่งและจัดเก็บ กำมะถันจำเป็นต่อการสร้างโปรตีนเอนไซม์และวิตามินนอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้างคลอโรฟิลล์
พืชที่ขาดกำมะถันมักจะแสดงข้อ จำกัด ในการเจริญเติบโต ดังนั้นพืชที่ขาดกำมะถันจะมีขนาดบางลงและเล็กลงใบที่อายุน้อยกว่าจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองและจำนวนเมล็ดจะลดลง
ใช้ในเชิงพาณิชย์
นอกเหนือจากการผลิตปุ๋ยแล้วกำมะถันยังมีประโยชน์เชิงพาณิชย์อื่น ๆ อีกเช่นในดินปืนไม้ขีดไฟยาฆ่าแมลงและยาฆ่าเชื้อรา
นอกจากนี้กำมะถันยังเกี่ยวข้องกับการผลิตเชื้อเพลิงฟอสซิลเนื่องจากความสามารถในการทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์
เกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อม
สารประกอบกำมะถันยังสามารถเกี่ยวข้องกับความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมที่สำคัญเช่นซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ทำลายพืชพันธุ์หรือท่อระบายกรดที่เกี่ยวข้องกับซัลไฟด์ที่ทำให้ระบบนิเวศเสื่อมโทรม
ผลกระทบของมนุษย์ต่อวัฏจักรของกำมะถัน
กิจกรรมของมนุษย์มีส่วนสำคัญในการเปลี่ยนแปลงความสมดุลของวัฏจักรกำมะถันของโลก การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมากโดยเฉพาะถ่านหินจะปล่อยก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์จำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศ
เมื่อก๊าซนี้ไหลผ่านโดยฝนฝนกรดจะถูกผลิตขึ้นซึ่งเป็นการตกตะกอนที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่เกิดจากน้ำฝนที่ตกลงสู่พื้นโดยผ่านก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ทำให้ก๊าซนี้กลายเป็นกรดซัลฟิวริกอ่อน ๆ ที่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศในน้ำ
ฝนกรดทำลายสิ่งแวดล้อมโดยการลด pH ของทะเลสาบซึ่งฆ่าสัตว์จำนวนมากที่อาศัยอยู่ที่นั่น นอกจากนี้ยังส่งผลกระทบต่อโครงสร้างที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ผิดธรรมชาติเช่นการย่อยสลายทางเคมีของอาคารและรูปปั้น
อนุสาวรีย์หินอ่อนหลายแห่งเช่นอนุสรณ์สถานลินคอล์นในวอชิงตันดีซีได้รับความเสียหายอย่างมากจากฝนกรดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่กว้างขวางของกิจกรรมของมนุษย์ที่มีต่อสิ่งแวดล้อมของเราและความท้าทายที่ยังคงมีอยู่สำหรับอนาคตของเรา
อ้างอิง
- คนขายเนื้อ, S. , Charlson, R. , Orians, G. & Wolfe, G. (1992) วงจรชีวเคมีทั่วโลก สำนักพิมพ์วิชาการ.
- คันนิงแฮม W. & Cunningham, M. (2009). วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม: ความกังวลระดับโลก (ฉบับที่ 11) McGraw-Hill
- Jackson, A. & Jackson, J. (1996). วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม: สิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติและผลกระทบของมนุษย์.
- โลการาฐี, PA (1987). วัฏจักรของซัลเฟอร์ นิเวศวิทยาของโลก, (1899), 3424–3431
- เมเยอร์, บี. (2013). ซัลเฟอร์พลังงานและสิ่งแวดล้อม
- โอนีล, P. (1998). สาขาวิชาสิ่งแวดล้อม (ฉบับที่ 3) CRC Press.