Koloběh síry v ekologii

Základními funkcemi každého ekosystému jsou koloběhy látek a tok energie. Biochemické cykly, známé také jako biogeochemické cykly, představují koloběh látek v ekosystému. Na biochemických cyklech se podílí procesy biologické, chemické a geologické. Koloběh látek v ekosystému je uzavřený a má cyklický charakter. Zahrnuje koloběh prvků a látek mezi živými a neživými složkami ekosystému. Nejvýznamnější je koloběh vody a biogenních prvků.

V globálním měřítku je nejdůležitější koloběh uhlíku, na kterém se podílí lidská činnost produkcí CO2 ze spalovaných fosilních paliv (asi 5 miliard t uhlíku ročně) a ničení lesů (asi 2 miliardy t C ročně). To jsou však necelá 4 % toho, co se do ovzduší uvolňuje z přirozených procesů - dýcháním rostlinných organismů a rozkladem organické hmoty v oceánech. Zpětný proces zahrnuje asimilaci CO2 rostlinami suchozemskými i vodními, poutání uhlíku na určitou dobu, popřípadě jeho ukládání v sedimentech.

Cyklus síry

Koloběh síry zahrnuje biologické i chemické děje, na kterých se podílejí mikroorganismy (MO), rostliny i živočichové. V životním prostředí se síra vyskytuje v několika podobách a to převážně jako čistá síra, ve formě síranů (síranový anion SO42-) a sulfidů (S2-). Největší zásobárnou síry je oceán, kde se (v různých sloučeninách) vyskytuje v horninách a do životního prostředí se dostává jejich rozkladem a vulkanickou činností.

Síra je také součástí organismů (organicky vázaná síra), v nichž se podílí na stavbě bílkovin, enzymů a dalších organických látek. V přírodě se síra postupně mění na SO42-, který mohou využívat rostliny a MO jako zdroj síry nebo kyslíku pro svůj metabolismus a síru zabudovávají do své biomasy. Činnost MO probíhá v různých typech vodního prostředí (bažiny, rybníky atd.) a v omezené míře i v půdě.

Přirozený obsah síry v tělech fosilních rostlin a živočichů je jednou z hlavních příčin nepřirozeného obohacování atmosféry oxidem siřičitým. Fosilní paliva, jako je uhlí a ropa, obsahují vždy určité množství síry. Spalováním těchto paliv se síra v podobě oxidu siřičitého zapojuje do koloběhu síry v životním prostředí. Odhaduje se, že množství síry ze spalování fosilních paliv je dnes dokonce vyšší než přirozený únik oxidu siřičitého z činných sopek a horkých minerálních pramenů. Síra se z atmosféry na zemský povrch dostává mokrým spadem - Atmosferická depozice.

Čtěte také: Jak funguje koloběh uhlíku?

Za mineralizaci síry zodpovídají bakterie rodů Escherichia a Proteus a houby rodů Aspergillus a Neurospora. Uvolňující se sulfan je oxidován na elementární síru bezbarvou sirnou bakterií Beggiatoa. Další bakterie např. Thiobacillus oxiduje síru na sírany.

Kyselé deště

Kyselý déšť je označení pro srážky s pH menším než 5,6. Správné označení pro kyselý déšť je kyselá atmosférická depozice.

Příčiny vzniku kyselých dešťů

Kyselý déšť způsobují oxidy síry, dusíku a uhlíku. Zdroje těchto plynů jsou jednak přírodní (biologické procesy a sopečná činnost) a jednak antropogenní (zemědělství, průmysl, automobilová doprava, energetika). Nejvýznamnější podíl na vzniku kyselých dešťů se připisuje oxidům síry, které vznikají převážně spalováním hnědého uhlí, a oxidům dusíku, které vytváří hlavně vysokoteplotní spalování v automobilových motorech. Jakmile se rozptýlí do atmosféry, začnou reagovat s vodou za tvorby kyselin, které padají na zem ve formě deště. Kyseliny, které následně v atmosféře vznikají z těchto plynů, snižují pH srážek.

Dopady kyselých dešťů na životní prostředí

Výsledkem je zvýšená kyselost půd a povrchových vod (acidifikace), dále i vysoký obsah toxických kovů uvolněných z půd a hornin ve vodách spodních. Výsledky působení kyselých dešťů lze pozorovat na živých organismech, funkčnosti ekosystémů a na materiálech. Kyseliny, které se dostávají do půdy kyselým deštěm, z ní vyplavují prvky, které jsou důležité pro udržení vyvážené hodnoty půdní kyselosti a které jsou současně nezbytnými živinami pro vegetaci. Jedná se zejména o vápník a hořčík. Tyto prvky jsou schopny po nějakou dobu vyrovnávat (neutralizovat) přísun kyselin z atmosféry.

Vliv na lesy a vodní ekosystémy

Z ČR známe úhyn horských smrkových lesů Jizerských hor, Krkonoš, Orlických hor, Jeseníků a Krušných hor ze 70. let minulého století. V ČR okyselení vod vyhubilo ryby v šumavských jezerech a v horských potocích Jizerských hor, Krkonoš, Jeseníků, Krušných a Orlických hor. Ve Skandinávii v důsledku okyselení jezer, potoků a řek došlo od padesátých let minulého století k postupnému uhynutí ryb, dalších živočichů a rostlin.

Čtěte také: Kyslík v přírodě

Vliv na půdu

O stupni okyselení rozhoduje i obsah bazických kationtů v půdě. Jejich hlavním zdrojem v půdách je zvětrávání podložních hornin a jejich celkové množství určuje odolnost vůči kyselému spadu. Čím je v půdách větší množství bazických kationtů, tím jsou půdy odolnější. Nejméně odolné jsou horské půdy, které mají přirozeně nízké množství bazických kationtů. To je spolu s drsným klimatem a vysokým přísunem kyselin důvod, proč se devastující vliv nejdříve projevuje v horských oblastech.

Zásoby bazických kationtů vznikaly v půdách zvětráváním podloží zejména v období od poslední doby ledové, tedy asi 10 000 let. Místo nich dnes kyselý déšť uvolňuje z půd velké množství toxického hliníku a dalších kovů, které by se normálně neuvolňovaly. V důsledku změn druhové skladby původních lesních porostů na smrkové monokultury byly ale zásoby bazických kationtů vyčerpány.

Ionty hliníku totiž mohou vytlačit kationty vápníku, hořčíku a draslíku na výměnných místech buněčných membrán kořenů, čímž je narušena iontová rovnováha. Tyto kovy jsou přijímány kořeny stromů z půdního roztoku a významně přispívají k úhynu lesa. To vede k odumírání takto postižených orgánů a následně i k špatnému příjmu živin, vody a celkovému oslabení rostliny.

Stromy s nedostatkem hořčíku pak trpí chlorózou, tedy žloutnutím jehlic kvůli nedostatku zeleného barviva nutného k zachytávání sluneční energie. Hliník například nejčastěji blokuje příjem hořčíku.

Zemědělství jako nový významný zdroj emisí síry

Ještě donedávna platilo, že největším zdrojem emisí síry, přispívající například ke kyselým dešťům, byly uhelné elektrárny a jimi spalované uhlí. Aktuální studie z univerzity v coloradském Boulder nyní tuto informaci upravuje. Globální znečišťující jedničkou se nově stává zemědělství a síra vnášená do prostředí v podobě pesticidů a hnojiv. „Naše analýzy to bohužel nepotvrzují,“ upozorňuje Eve-Lyn Hinckleyová, docentka environmentálních věd univerzity z Boulderu.

Čtěte také: Cyklus Antonína Dvořáka

„Ukazuje se, že aplikace síry v zemědělství, kde jsou součástí postřiků a hnojiv, nyní dosahuje přibližně desetinásobku stavu, kdy byla produkce emisí uhelnými elektrárnami na svém vrcholu.“ S tím, že tento lidský sirný příspěvek a jeho vliv na životní prostředí nikdo zatím nehodnotil. „Síra je dnes, v nejrůznějších podobách, nedílnou součástí hnojiv vylepšujících stav obdělávané půdy, je podstatným příspěvkem ke zdraví pěstovaných plodin a úrody,“ vysvětluje profesor Charles Driscoll, spoluautor studie.

„Ale bohužel může přitom mít na půdu i na vodní toky stejně zničující efekt jako měly kyselé deště na severskou zalesněnou a říční krajinu.“ A z modelů vypracovaných americkými vědci je to patrné. Síra je přirozeně se vyskytující chemický prvek, který se v prostředí vesměs nachází ve stabilní geologické formě. Na povrch země se dostává většinou v důsledku těžby, protože doprovází ložiska uhlí. A také je součástí výroby hnojiv a pesticidů.

Uhelné elektrárny a zemědělské aplikace se pak stojí za tím, že se síra v původní i pozměněné podobě dostává do vod, půd, ovzduší. „Pak může poměrně rychle zreagovat, byť trvá desetiletí, než je onen efekt kyselých dešťů a dalších ekosystémových změn zaznamenán,“ popisuje Hinckleyová. Síra může ovlivnit lidské zdraví a přírodu často nepřímo, třeba tím, že promění cyklus těžkých kovů.

Hinckleyová i Driscoll soudí, že síra ze zemědělství jen tak nezmizí. „Přesto existuje příležitost spojit vědu a praxi a vytvořit životaschopná řešení, která dlouhodobé ochrání životní prostředí, hospodářství i zdraví lidí,“ dodávají.

Dopady oxidů dusíku

Oxid dusičitý je společně s oxidy síry součástí takzvaných kyselých dešťů, které mají negativní vliv například na vegetaci a stavby a dále okyselují vodní plochy a toky. Nižší hodnoty pH ovlivňují výskyt ryb nejenom přímo ale přispívají rovněž k uvolňování toxických kovů (např. ze sedimentů), jako je Al, Cd, Hg a tím se tento problém zvyšuje. Dusičnanové ionty, které jsou potom v zeminách a vodách přítomny, sice působí příznivě na růst rostlin, avšak při vyšších koncentracích může docházet i k úhynu ryb a nežádoucímu nárůstu vodních rostlin (tzv. eutrofizace vod).

Oxid dusičitý (NO2) společně s kyslíkem a těkavými organickými látkami (VOC) přispívá k tvorbě přízemního ozonu a vzniku tzv. fotochemického smogu. Vysoké koncentrace přízemního ozonu poškozují živé rostliny včetně mnohých zemědělských plodin.

Oxidy dusíku mohou negativně působit na zdraví člověka především ve vyšších koncentracích, které se ovšem běžně v ovzduší nevyskytují. Vdechování vysokých koncentrací oxidů dusíku dráždí dýchací cesty, např. při koncentracích 100 - 150 ppm (200 - 300 mg/m3) po dobu 30 - 60 minut je nebezpečný pro zdraví.

Ochrana ovzduší

Ochrana ovzduší v České republice podléhá příslušným legislativním předpisům, které jsou vymezeny jak na úrovni České republiky, tak na úrovni Evropské unie. Ministerstvo životního prostředí vykonává působnost ústředního správního úřadu v oblasti ochrany ovzduší, ozonové vrstvy a klimatického systému Země a na těchto úsecích řídí výkon státní správy. Stěžejním řídícím parametrem systému ochrany ovzduší je úroveň znečištění ovzduší charakterizovaná na základě imisních limitů. Od roku 2002 je systém ochrany ovzduší v ČR zaměřen na imise, což koresponduje s legislativním přístupem k této problematice v dalších zemích EU.

tags: #cyklus #síry #ekologie

Oblíbené příspěvky:

• Kompostování plevele v lesní školce
• Jak opravit pračku?
• Prevence černých skládek
• Třídění odpadu s Trio košem
• Vzor zdravotního deníku