Kénciklus - Sulfur cycle
| Egy sorozat része |
| Biogeokémiai ciklusok |
|---|
 |
A kén ciklus van biogeokémiai ciklus , amelyben a kén mozog sziklák között, a vízi utak és az élő rendszerek. Ez fontos a geológiában , mivel sok ásványi anyagot és az életet érint, mivel a kén nélkülözhetetlen elem ( CHNOPS ), sok fehérje és kofaktor alkotóeleme , és a kénvegyületek oxidálószerként vagy redukálószerként használhatók a mikrobiális légzésben. A globális kénciklus magában foglalja a kénfajok átalakulását különböző oxidációs állapotokon keresztül, amelyek fontos szerepet játszanak mind a geológiai, mind a biológiai folyamatokban. Lépései a kén ciklus van:
- A szerves kén ásványosítása szervetlen formákba, például hidrogén -szulfid (H 2 S), elemi kén, valamint szulfid ásványok .
- Hidrogén -szulfid, szulfid és elemi kén (S) oxidációja szulfáttá (SO 4 2− ).
- A szulfát redukálása szulfiddá.
- Szulfid beépítése szerves vegyületekbe (beleértve a fémtartalmú származékokat is).
Ezeket gyakran a következőképpen nevezik:
- Aszimilációs szulfát redukció (lásd még a kén asszimilációt ), amelyben a szulfátot (SO 4 2− ) növények , gombák és különböző prokarióták redukálják . A kén oxidációs állapota +6 a szulfátban és –2 az R – SH -ban.
- Kéntelenítés , amelyben a kéntartalmú szerves molekulák kénteleníthetők, kén -hidrogén gázt képezve (H 2 S, oxidációs állapot = –2). A szerves nitrogénvegyületek analóg eljárása a dezaminálás.
- Oxidációja hidrogén-szulfid termel elemi kén (S 8 ), oxidációs állapot = 0. Ezt a reakciót a fotoszintetikus zöld és lila kén baktériumok és néhány chemolithotrophs . Gyakran az elemi kén poliszulfidok formájában tárolódik .
- Az elemi kénben kén oxidálószerekkel történő oxidáció során szulfát keletkezik.
- Disszimilációs kén redukció , amelyben az elemi kén hidrogén -szulfiddá redukálható.
- Széteső szulfát redukció , amelyben a szulfát redukálószerek hidrogén -szulfidot termelnek szulfátból.
Kén oxidációs állapota
A kénnek négy fő oxidációs állapota van a természetben: -2, +2, +4 és +6. Az egyes oxidációs állapotok közös kénfajtái a következők:
S 2- : H 2 S, Fes, FeS 2 , réz-szulfidot
S 0 : natív vagy elemi kén
S 2+ : IGEN
S 4+ : SO 2 , szulfit (SO 3 2- )
S 6+ : SO 4 2- (H 2 SO 4 , CaSO 4 ), SF 6
Kénforrások és elnyelők
A kén oxidációs állapotokban fordul elő, a SO 4 2−2 -től a szulfidokban -2 -ig terjedő tartományban . Így az elemi kén a környezetétől függően elektronokat adhat vagy fogadhat. Az anoxikus korai Földön a legtöbb kén olyan ásványokban volt jelen, mint a pirit (FeS 2 ). A Föld története során a mobil kén mennyisége nőtt a vulkanikus tevékenység , valamint a kéreg oxigénezett atmoszférában való időjárása miatt . A Föld fő kénnyelője az óceánok SO 4 2− , ahol ez a fő oxidálószer .
| Élelmiszer típusok | Savanyító kibocsátás (g SO 2 ekv. 100 g fehérjére) |
|---|---|
| Marhahús |
343,6
|
| Sajt |
165,5
|
| Sertéshús |
142,7
|
| Bárány és birka |
139,0
|
| Tenyésztett rákfélék |
133.1
|
| Baromfi |
102,4
|
| Tenyésztett hal |
65,9
|
| Tojás |
53.7
|
| Földimogyoró |
22.6
|
| Borsó |
8.5
|
| Tofu |
6.7
|
Amikor a SO 4 2− szervezetek asszimilálják, redukálódik és szerves kénné alakul, amely a fehérjék alapvető alkotóeleme . A bioszféra azonban nem a kén fő elnyelője, hanem a kén nagy része tengervízben vagy üledékes kőzetekben található, beleértve: piritban gazdag palát , párolgó kőzeteket ( anhidrit és baryte ), valamint kalcium- és magnézium-karbonátokat (azaz karbonáttal asszociált) szulfát ). A szulfát mennyiségét az óceánokban három fő folyamat szabályozza:
- 1. bemenet a folyókból
- 2. szulfát redukció és szulfid reoxidáció a kontinentális talapzatokon és lejtőkön
- 3. anhidrit és pirit temetése az óceáni kéregben.
A légkör elsődleges természetes kénforrása a tengeri permet vagy a szélben fúvott kénben gazdag por, amelyek egyike sem él hosszú ideig a légkörben. Az utóbbi időben a szén és más fosszilis tüzelőanyagok égetéséből származó nagy éves kénbevitel jelentős mennyiségű SO 2 -ot adott hozzá, ami légszennyezőként hat . A földtörténeti múltban, vulkáni behatolás szén intézkedések okoztak nagy léptékű égő ezen intézkedések, illetve következményes kibocsátás kén légkörbe. Ez az éghajlati rendszer jelentős megzavarásához vezetett, és ez a permi – triász kihalási esemény egyik javasolt oka .
A dimetil -szulfidot [(CH 3 ) 2 S vagy DMS] a dimetil -szulfoni -propionát (DMSP) bontásával állítják elő az elpusztuló fitoplankton -sejtekből az óceán fotózikus övezetében , és ez a fő biogén gáz, amelyet a tenger bocsát ki, és amely felelős a megkülönböztető „ tenger illata ”a partvonalak mentén. A DMS a legnagyobb természetes kéngázforrás, de még mindig csak körülbelül egy napos tartózkodási időt biztosít a légkörben, és többsége az óceánokban helyezkedik el, nem pedig leszáll. Ez azonban jelentős tényező az éghajlati rendszerben, mivel részt vesz a felhők képződésében.
Biológiai és termokémiai hajtású szulfát redukció
(kulcsfontosságú köztitermék a kénciklusban)
A különböző szulfátredukciós úton a szulfát vagy bakteriálisan (bakteriális szulfát redukció), vagy szervetlenül (termokémiai szulfát redukció) redukálható. Ez az út magában foglalja a szulfát szerves vegyületekkel történő redukcióját hidrogén -szulfid előállítására, ami mindkét folyamatban előfordul.
A bakteriális szulfát redukció (BSR) és a termokémiai szulfát redukció (TSR) fő termékei és reaktánsai nagyon hasonlóak. Mindkettő esetében különböző szerves vegyületek és oldott szulfát a reagensek, a termékek vagy melléktermékek pedig a következők: H 2 S , CO 2 , karbonátok , elemi kén és fémszulfidok. Azonban a reaktív szerves vegyületek a BSR és a TSR tekintetében különböznek egymástól kizáró hőmérsékleti rendszerek miatt. A szerves savak a BSR fő szerves reagensei, és az elágazó/n- alkánok a TSR fő szerves reaktánsai. A BSR és TSR szervetlen reakciótermékei a H 2 S (HS - ) és a HCO 3 - (CO 2 ).
Ezek a folyamatok azért fordulnak elő, mert két nagyon különböző hőmérsékleti rendszer létezik, amelyekben a szulfát csökken, különösen alacsony és magas hőmérsékletű környezetben. A BSR általában alacsonyabb, 0-80 ° C hőmérsékleten fordul elő, míg a TSR sokkal magasabb hőmérsékleten, 100-140 ° C körül. A TSR hőmérsékletei nincsenek pontosan meghatározva; a legalacsonyabb megerősített hőmérséklet 127 ° C, a legmagasabb hőmérséklet pedig 160-180 ° C körüli környezetben fordul elő. Ez a két különböző rezsim azért jelenik meg, mert magasabb hőmérsékleten a legtöbb szulfátcsökkentő mikroba már nem tud metabolizálódni a fehérjék denaturációja vagy az enzimek deaktiválása miatt, így a TSR veszi át az irányítást. A hidrotermikus szellőzőnyílások körüli forró üledékekben azonban a BSR akár 110 ° C hőmérsékleten is előfordulhat.
A BSR és a TSR különböző mélységekben fordul elő. A BSR alacsony hőmérsékletű környezetben zajlik, amelyek sekélyebb beállítások, például olaj- és gázmezők. A BSR a modern tengeri üledékes környezetekben is lejátszódhat , mint például a rétegzett belvizek, a kontinentális talapzatok, a szerves anyagokban gazdag delták és a hidrotermális üledékek, amelyek intenzív mikrobiális szulfát redukcióval rendelkeznek a tengervízben lévő oldott szulfát magas koncentrációja miatt. Ezenkívül az olaj- és gázmezőkben található nagy mennyiségű kén -hidrogént feltehetően a kőolaj -szénhidrogének szulfát általi oxidációja okozza. Ismeretes, hogy az ilyen reakciók mikrobiális folyamatokkal fordulnak elő, de általánosan elfogadott, hogy a TSR felelős a legtöbb ilyen reakcióért, különösen mély vagy forró tározókban. Így a TSR mély tározókban fordul elő, ahol a hőmérséklet sokkal magasabb. A BSR a legtöbb geológiai környezetben geológiailag pillanatnyi, míg a TSR több százezer éves nagyságrendben fordul elő. Bár sokkal lassabb, mint a BSR, még a TSR is geológiailag meglehetősen gyors folyamatnak tűnik.
A BSR sekély környezetben és a TSR a mély tározókban kulcsfontosságú folyamat az óceáni kénciklusban. A H 2 S megközelítőleg 10% -a (a teljes gáz) BSR környezetben termelődik, míg a H 2 S 90% -a TSR környezetben. Ha a mély tárolóban néhány százaléknál több H 2 S található, akkor feltételezzük, hogy a TSR átvette az irányítást. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a termikus krakkolás szénhidrogének nem nyújt több, mint egy pár százaléka H 2 S. A mennyisége H 2 S több tényező befolyásolja, mint például, a rendelkezésre álló szerves reagensek és a szulfát és a jelenléte / az alap- és átmeneti fémek elérhetősége.
Kén-oxidáló baktériumok hidrotermikus szellőzőnyílásokban
A hidrotermikus szellőzők hidrogén -szulfidot bocsátanak ki, amelyek támogatják a kemolitotróf baktériumok szénrögzítését, amelyek hidrogén -szulfidot oxigénnel oxidálnak, hogy elemi kén vagy szulfát keletkezzen. A kémiai reakciók a következők:
- CO 2 + 4 H 2 S + O 2 → CH 2 O + 4 S 0 + 3 H 2 O
- CO 2 + H 2 S + O 2 + H 2 O → CH 2 O + SO 4 2– + 2 H +
A modern óceánokban a Thiomicrospira , a Halothiobacillus és a Beggiatoa elsődleges kén -oxidáló baktériumok, és kemoszintetikus szimbiózisokat képeznek az állatgazdákkal. A gazdaszervezet metabolikus szubsztrátokat (pl. CO 2 , O 2 , H 2 O) biztosít a szimbiontnak, míg a szimbiiont szerves szenet termel a gazdaszervezet metabolikus aktivitásának fenntartásához. A képződött szulfát általában a kilúgozott kalciumionokkal egyesül, és gipszet képez , amely széles körben lerakódásokat képezhet az óceán közepén elterülő központok közelében.
δ 34 S
Bár 25 ismert kénizotóp ismert , csak négy stabil és geokémiai jelentőségű. E négy közül kettő ( 32 S, könnyű és 34 S, nehéz) teszi ki (99,22%) S -t a Földön. A túlnyomó többség (95.02%) S fordul elő 32 S csak 4,21% a 34 S. ezek aránya két izotóp van rögzítve a mi Naprendszerünk , és azóta annak kialakulását. Úgy gondolják, hogy a kén izotópok aránya megegyezik a Canyon Diablo troilite (CDT), meteorit 22,22 arányával . Ezt az arányt fogadják el nemzetközi szabványként, ezért δ0,00 -ra határozzák meg. A 0,00 -tól való eltérést δ 34 S -ként fejezzük ki, ami milliméterenkénti arány (‰) . A pozitív értékek korrigálnak a megnövekedett 34 S szinttel , míg a negatív értékek a 32 S nagyobb mintával.
A kén ásványok képződése nem biogén folyamatok révén lényegében nem tesz különbséget a könnyű és a nehéz izotópok között, ezért a gipszben vagy a baritban lévő kénizotóp aránynak meg kell egyeznie a vízoszlop teljes izotóparányával a csapadék idején. A szulfát redukciója a biológiai aktivitás révén erősen megkülönbözteti a két izotópot, mivel a 32 S. -vel gyorsabb enzimreakció következik be . A szulfát -anyagcsere -18 ‰ izotóp -kimerülést eredményez, és az ismétlődő oxidációs és redukciós ciklusok akár -50 values értéket is eredményezhetnek . A mai δ 34 S tengervíz átlagos értéke +21 ‰ nagyságrendű.
A geológiai történelem során a kénciklus és az izotópviszonyok együtt alakultak ki azzal, hogy a bioszféra összességében negatívabb lett a biológiailag vezérelt szulfát redukció növekedésével, ugyanakkor jelentős pozitív irányú mozgást is mutatnak. A kénizotópok pozitív kirándulása általánosságban azt jelenti, hogy a pirit lerakódása fölösleges, nem pedig a szárazföldön kitett szulfid ásványok oxidációja.
Tengeri kénciklus
A kén ciklus tengeri környezetben már jól tanulmányozott keresztül a szerszám a kén-izotóp szisztematika kifejezve δ 34 S. A modern, globális óceánok rendelkezik kénnel tárolása 1,3 × 10 21 g, elsősorban előforduló szulfát formájában a δ 34 S értéke + 21. A teljes bemeneti fluxus 1,0 × 10 14 g/év, a kénizotóp összetétele ~ 3 ‰. A folyami szulfát, amely a szulfid ásványok szárazföldi időjárásából származik (δ 34 S = +6 ‰), az elsődleges kénbevitel az óceánokba. További források a metamorf és vulkáni gáztalanítás, valamint a hidrotermális aktivitás (δ 34 S = 0 ‰), amelyek csökkentett kéntartalmú anyagokat (pl. H 2 S és S 0 ) szabadítanak fel . Az óceánokból két fő kén kibocsátás történik. Az első mosogató a szulfát temetkezése vagy tengeri elpárologtatók (pl. Gipsz) vagy karbonát-asszociált szulfát (CAS) formájában, ami 6 × 10 13 g/év (δ 34 S = +21 ‰). A második kénelnyelő a pirit temetése polcos üledékekben vagy mély tengerfenék üledékekben (4 × 10 13 g/év; δ 34 S = -20 ‰). A teljes tengeri kén kibocsátási fluxus 1,0 × 10 14 g/év, amely megfelel a bemeneti áramlásoknak, ami azt jelenti, hogy a modern tengeri kén költségvetése stabil állapotban van. A kén tartózkodási ideje a modern globális óceánokban 13 000 000 év.
A kénciklus alakulása
Az üledékes szulfidok izotóp összetétele elsődleges információt nyújt a kénciklus alakulásáról.
A kénvegyületek teljes készlete a Föld felszínén (közel 10 22 g S) a kén teljes gázkiáramlását jelenti a geológiai időn keresztül. A kéntartalom szempontjából elemzett kőzetek általában szerves anyagban gazdag agyagpala, vagyis valószínűleg biogén kénredukcióval vannak szabályozva. Átlagos tengervízi görbék keletkeznek a geológiai időkben lerakódott párologtatókból, mivel ismételten, mivel nem tesznek különbséget a nehéz és a könnyű kén izotópok között, a lerakódáskor utánozniuk kell az óceáni összetételt.
4,6 milliárd évvel ezelőtt (Ga) alakult ki a Föld, és elméleti δ 34 S értéke 0 volt. Mivel a korai Földön nem volt biológiai aktivitás, nem történt izotóp -frakcionálás . A légkörben lévő összes kén felszabadul a vulkánkitörések során. Amikor az óceánok lecsapódtak a Földre, a légkört lényegében megtisztították a kéngázoktól, nagy vízoldhatóságuk miatt. Az Archean nagy részén (4,6–2,5 Ga) a legtöbb rendszer szulfátkorlátozottnak tűnt. Néhány kis archeai párologtató lerakódás megköveteli, hogy legalább lokálisan megemelkedett szulfátkoncentráció (valószínűleg a helyi vulkáni tevékenység miatt) fennálljon ahhoz, hogy túltelítettek legyenek és kicsapódjanak az oldatból.
3,8–3,6 Ga jelzi a feltárt geológiai rekord kezdetét, mivel ez a Föld legrégebbi kőzeteinek kora. Az ettől az időtől származó metasimentális kőzetek izotóp értéke még mindig 0, mivel a bioszféra nem volt eléggé fejlett (esetleg egyáltalán) a kén frakcionálására.
3.5 Ga anoxyogenic fotoszintézis jön létre, és egy gyenge forrás-szulfát, hogy a globális óceán-szulfát-koncentrációjú hihetetlenül alacsony a δ 34 S alapvetően még mindig 0. Röviddel azután, 3,4 Ga az első bizonyíték minimális frakcionálás evaporitos-szulfát együtt magmatically származékos szulfidok láthatók a rock rekordban. Ez a frakcionálás az anoxigénes fototróf baktériumok lehetséges bizonyítékait mutatja .
2.8 Ga az első bizonyíték az oxigéntermelésre a fotoszintézis révén. Ez azért fontos, mert oxigén nélkül nem lehet kén oxidáció a légkörben. Ez példázza az oxigén és kén ciklusok, valamint a bioszféra együttfejlődését.
2,7–2,5 Ga a legrégebbi üledékes kőzetek kora , amelyekben kimerült a δ 34 S, ami az első meggyőző bizonyíték a szulfát redukciójára.
2.3 A Ga -szulfát több mint 1 mM -ra nő; ez a szulfát -növekedés egybeesik a " nagy oxigénellátási eseménnyel ", amikor a legtöbb dolgozó úgy gondolja, hogy a Föld felszínén lévő redoxviszonyok alapvetően a redukcióról az oxidációra változtak. Ez az elmozdulás hihetetlen mértékben növelte volna a szulfát mállást, ami a szulfát növekedéséhez vezetett volna az óceánokban. A nagy izotópfrakciókat, amelyek valószínűleg a baktériumok redukciójával járnak, először állítják elő. Jóllehet a tengervíz-szulfát ebben az időben kifejezetten emelkedett, valószínűleg még mindig csak a jelenlegi szint 5–15% -át tette ki.
1,8 Ga, sávos vas formációk (BIF) gyakori üledékes kőzetek az egész Archean és paleoproterozoikum ; eltűnésük egyértelmű változást jelent az óceánvíz kémiájában. A BIF -ekben vas -oxidok és chert rétegek váltakoznak . A BIF -ek csak akkor keletkeznek, ha a vizet túltelítették oldott vasban (Fe 2+ ), vagyis nem lehet szabad oxigén vagy kén a vízoszlopban, mert Fe 3+ (rozsda) vagy pirit képződik, és kicsapódik az oldatból. Ezt a túltelítettséget követően a víznek oxigénnel kell telnie ahhoz, hogy a vasban gazdag sávok kicsapódjanak, még mindig kénszegénynek kell lennie, különben pirit képződik Fe 3+ helyett . Feltételezések szerint a BIF -ek a fotoszintetikus élőlények kezdeti evolúciója során alakultak ki, amelyekben a populáció növekedési fázisai voltak, ami túlzott oxigéntermelést okozott. A túltermelés miatt megmérgezik magukat, és tömeges pusztulást okoznak, ami megszakítja az oxigénforrást, és testük bomlása révén nagy mennyiségű CO 2 -ot termel , lehetővé téve egy újabb bakteriális virágzást. 1,8 Ga szulfátkoncentráció után elegendő volt a szulfát redukció mértékét nagyobbra növelni, mint a vas óceánokba történő beáramlási áramát.
A BIF eltűnésével párhuzamosan a paleoproterozoikum vége is az első nagyméretű üledékes kilégzési lerakódás, amely kapcsolatot mutat az ásványosodás és a tengervízben várható szulfátmennyiség között. A paleoproterozoikumban a tengervízben lévő szulfát mennyisége nagyobb volt, mint az Archean, de még mindig alacsonyabb, mint a mai értékek. A proterozoikum szulfátszintjei a légköri oxigén helyettesítőjeként is működnek, mivel a szulfát főleg a kontinensek időjárás okozta oxigén jelenlétében keletkezik. A proterozoikum alacsony szintje egyszerűen azt sugallja, hogy a légköri oxigénszint a fanerozoikumok és az archeai hiányosságok közé esett.
750 millió évvel ezelőtt (Ma) a BIF újra lerakódott, ami jelentős változást jelent az óceán kémiájában . Ez valószínűleg a hógolyó földi epizódjainak volt köszönhető, amikor az egész földgolyót, beleértve az óceánokat is, jégréteg borította, amely megszakította az oxigénellátást. A késői neoproterozoikus magas széntartalmú temetkezési arányok a légköri oxigénszintet a jelenlegi érték> 10% -ára növelték. A legújabb neoproterozoikumban a Föld felszínén újabb nagy oxidációs esemény következett be, amely oxigénes mély óceánt eredményezett, és valószínűleg lehetővé tette a többsejtű élet megjelenését.
Az elmúlt 600 millió év során a tengervíz SO 4 általában +10 és +30 ‰ között ingadozott δ 34 S -ben , átlagos értéke megközelíti a mai értéket. Nevezetesen a tengervíz δ 34 S változásai történtek a kihalás és az éghajlati események során.
Rövidebb idő alatt (tízmillió év) könnyebben megfigyelhetők a kénciklus változásai, és még jobban korlátozhatók oxigénizotópokkal. Az oxigén szulfát oxidáció révén folyamatosan beépül a kén körforgásába, majd felszabadul, amikor a szulfát ismét redukálódik. Mivel az óceánon belüli különböző szulfátforrások különböző oxigénizotóp értékekkel rendelkeznek, lehetséges, hogy oxigént használnak a kénciklus követésére. A biológiai szulfát redukció előnyben részesíti a könnyebb oxigén izotópokat, ugyanazon okból, amiért a könnyebb kén izotópokat részesítik előnyben. Az óceáni üledékek oxigénizotópjainak tanulmányozásával az elmúlt 10 millió évben jobban korlátozni tudták a kén -koncentrációt a tengervízben. Azt találták, hogy a pliocén és a pleisztocén jégciklusok miatti tengerszint -változás megváltoztatta a kontinentális talapzatok területét, ami aztán megzavarta a kén feldolgozását, és csökkentette a szulfát koncentrációját a tengervízben. Ez drasztikus változás volt a 2 millió évvel ezelőtti korszak előtti időkhöz képest.
A nagy oxidációs esemény és a kén izotóp tömegektől független frakcionálása
A nagy oxigénesítési eseményt (GOE) az jellemzi, hogy a kénizotóp tömegfüggetlen frakcionálása (MIF) eltűnt az üledékes rekordokban körülbelül 2,45 milliárd évvel ezelőtt (Ga). A MIF kén izotóp (Δ 33 S) határozza meg az eltérés a mért δ 33 S érték a δ 33 S érték levezethető a mért δ 34 S érték tömegeinek megfelelően függő frakcionálás törvény. A nagy oxidációs esemény a globális kénciklusok hatalmas átmenetét jelentette. A nagy oxidációs esemény előtt a kénciklust nagymértékben befolyásolták az ultraibolya (UV) sugárzás és a kapcsolódó fotokémiai reakciók , amelyek a kénizotóp tömegtől független frakcionálását indukálták (Δ 33 S ≠ 0). A kénizotóp tömegektől független frakcionálási jeleinek megőrzése érdekében a légköri O 2-nak alacsonyabbnak kell lennie, mint a jelenlegi légköri szint (PAL) 10-5 . A kénizotóp tömegetől független frakcionálásának eltűnése ~ 2,45 Ga-nál azt jelzi, hogy a légköri p O 2 meghaladta a 10-5 jelenlegi légköri szintet a nagy oxigénesítési esemény után. Az oxigén alapvető szerepet játszott a globális kénciklusokban a nagy oxigénesítési esemény után, mint például a szulfidok oxidatív mállása. A pirit üledékbe temetkezése viszont hozzájárul a szabad O 2 felhalmozódásához a Föld felszíni környezetében.
Gazdasági jelentőség
A kén intenzíven részt vesz a fosszilis tüzelőanyagok előállításában és a fémlerakódások többségében, mivel képes oxidáló vagy redukáló szerként működni. A Földön található ásványi lelőhelyek túlnyomó része jelentős mennyiségű kénet tartalmaz, többek között, de nem kizárólagosan: üledékes kilélegző lerakódásokat (SEDEX), karbonát-tárolt ólom-cinkérc lerakódásokat (Mississippi-völgyi típusú MVT) és porfír rézlerakódásokat . A vas-szulfidok, a galen és a szfalerit a hidrogén-szulfid- képződés melléktermékeiként képződnek, mindaddig, amíg a megfelelő átmeneti vagy nem nemesfémek jelen vannak, vagy szulfátredukciós helyre kerülnek. Ha a rendszer elfogy a reaktív szénhidrogénekből, gazdaságilag életképes elemi kénlerakódások képződhetnek. A kén redukálószerként is működik számos földgáz -tárolóban, és általában az ércképző folyadékok szoros kapcsolatban állnak az ősi szénhidrogén -szivárgásokkal.
Az érctelepek fontos kénforrásai általában mélyen találhatók, de származhatnak a helyi vidéki kőzetekből, tengervízből vagy tengeri párologtatókból is . A kén jelenléte vagy hiánya az egyik korlátozó tényező mind a nemesfémek koncentrációjában, mind az oldatból való kicsapódásában. A pH , a hőmérséklet és különösen a redoxállapotok határozzák meg, hogy a szulfidok kicsapódnak -e. A legtöbb szulfid -sóoldat koncentrációban marad, amíg el nem éri a redukáló körülményeket, a magasabb pH -t vagy alacsonyabb hőmérsékletet.
Az ércfolyadékok általában fémekben gazdag vizekhez kapcsolódnak, amelyeket üledékes medencében melegítenek a magas hőmérsékleti körülmények között, jellemzően extenzív tektonikus környezetben. A medence litológiáinak redox körülményei fontos kontrollt gyakorolnak a fémszállító folyadékok redox állapotára, és lerakódások keletkezhetnek mind oxidáló, mind redukáló folyadékokból. A fémben gazdag ércfolyadékok szükségszerűen viszonylag szulfidhiányosak, ezért a szulfid jelentős részét más forrásból kell beszerezni a mineralizáció helyén. A tengervíz-szulfát vagy euxinos (anoxikus és H 2 S-tartalmú) vízoszlop bakteriális redukciója e szulfid szükséges forrása. Ha jelen van, a barit δ 34 S értékei általában megegyeznek a tengervíz -szulfátforrással, ami arra utal, hogy barrytok képződnek a hidrotermális bárium és a szulfát között a környezeti tengervízben.
A fosszilis tüzelőanyagok vagy nemesfémek felfedezése és elégetése vagy őrlése után a kén hulladéktermékké válik, amelyet megfelelően kell kezelni, vagy szennyező anyaggá válhat. Napjaink légkörében nagymértékben nőtt a kén mennyisége a fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt. A kén egyszerre szennyező és gazdasági erőforrás.
Emberi hatás
Az emberi tevékenységek nagy hatással vannak a globális kénciklusra. A szén , a földgáz és más fosszilis tüzelőanyagok elégetése jelentősen megnövelte az S mennyiségét a légkörben és az óceánban, és kimerítette az üledékes kőzetnyelőt. Emberi hatás nélkül a kén több millió évig kövekben kötve maradna, amíg tektonikus események során felemelkedett, majd az erózió és az időjárási folyamatok során felszabadult . Ehelyett folyamatosan fúrják, szivattyúzzák és égetik. A legszennyezettebb területeken 30-szorosára nőtt a szulfátlerakódás.
Bár a kéngörbe eltolódásokat mutat a nettó kén -oxidáció és a nettó kén -redukció között a geológiai múltban, a jelenlegi emberi hatás nagysága valószínűleg soha nem látott mértékű a geológiai adatok szerint. Az emberi tevékenységek nagymértékben növelik a kén áramlását a légkörbe , amelyek egy része globálisan szállítódik. Az emberek bányásznak szenet és nyernek kőolajat a földkéregből 150 x 10 12 gS/év mozgósítással , ami több mint kétszerese a 100 évvel ezelőtti értéknek. Az emberi folyamat e folyamatokra gyakorolt hatásának eredménye az, hogy a globális ciklusban megnövekszik az oxidált kén (SO 4 ) készlete, a redukált kén földkéregben való tárolásának rovására. Ezért az emberi tevékenységek nem okoznak jelentős változást az S globális medencéiben, de hatalmas változásokat idéznek elő az éves légköri fluxusban.
Amikor SO 2 légszennyező anyagként kerül kibocsátásra, kénsavat képez a légkörben lévő vízzel való reakció útján. Amint a sav teljesen disszociálódik a vízben, a pH 4,3-ra vagy alacsonyabbra csökkenhet, és károsíthatja mind az ember alkotta, mind a természetes rendszereket. Az EPA szerint a savas eső egy széles kifejezés, amely a légkörből származó nedves és száraz lerakódások (lerakódott anyagok) keverékére utal, amelyek a szokásosnál nagyobb mennyiségű salétromsavat és kénsavat tartalmaznak. A szén -dioxidot nem tartalmazó desztillált víz (oldott alkotórészek nélküli víz) semleges pH -ja 7. Az esőnek természetesen enyhén savas pH -ja 5,6, mivel a levegőben lévő szén -dioxid és víz együtt reagálva szénsavat képez. gyenge sav. Washington, DC környékén azonban az átlagos eső -pH 4,2 és 4,4 között van. Mivel a pH -érték log -skálán van, az 1 -es csökkenés (a normál esővíz és a savas eső közötti különbség) drámai hatással van a sav erősségére. Az Egyesült Államokban a SO 2 nagyjából 2/3 -a és az összes NO 3 1/4 -e olyan villamosenergia -termelésből származik, amely fosszilis tüzelőanyagokra, például szénre épül.
Mivel a növények fontos tápanyaga, a kén egyre gyakrabban kerül felhasználásra a műtrágyák összetevőjeként. Az utóbbi időben Európa számos országában elterjedt a kénhiány. A savas esők korlátozására tett intézkedések miatt a légköri kénbevitel tovább csökken. Ennek eredményeként a kénbevitel hiánya valószínűleg nőni fog, ha nem használnak kénműtrágyákat.
Lásd még
- A kén anyagcseréje
- Mikrobiális anyagcsere
- Szulfid behatolás
- Szulfátcsökkentő mikroorganizmusok
- Redox
- Kén