Sulfur cycle
गंधक चक्र
सल्फर चक्र प्रक्रियाओं का संग्रह है जिसके द्वारा है सल्फर चट्टानों, जलमार्ग और जीवन प्रणालियों के बीच ले जाता है। इस तरह के जैव-रासायनिक चक्र भूविज्ञान में महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे कई खनिजों को प्रभावित करते हैं। जीवन के लिए बायोकेमिकल चक्र भी महत्वपूर्ण हैं क्योंकि सल्फर एक आवश्यक तत्व है , कई प्रोटीन और कोफ़ेक्टर्स का एक घटक होने के नाते , और सल्फर यौगिकों को माइक्रोबियल श्वसन में ऑक्सीडेंट या रिडक्टेंट्स के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।वैश्विक सल्फर चक्र में विभिन्न ऑक्सीकरण राज्यों के माध्यम से सल्फर प्रजातियों के परिवर्तन शामिल हैं, जो भूवैज्ञानिक और जैविक प्रक्रियाओं दोनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
गंधक चक्र
सल्फर चक्र के चरण हैं:
के खनिज कार्बनिक सल्फर जैसे अकार्बनिक रूपों, में हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस), मौलिक सल्फर, साथ ही सल्फाइड खनिज ।
सल्फेट (एसओ 4 2− ) के लिए हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फाइड , और मौलिक सल्फर (एस) का ऑक्सीकरण ।
सल्फेट को सल्फाइड में कमी।
सल्फाइड को कार्बनिक यौगिकों में शामिल करना (धातु युक्त डेरिवेटिव सहित)।
3'-फॉस्फोडेनोसिन-5'-फॉस्फोसल्फेट की संरचना , सल्फर चक्र में एक प्रमुख मध्यवर्ती।
इन्हें अक्सर इस प्रकार कहा जाता है:
एसिमिलेटिव सल्फेट में कमी ( सल्फर एसिमिलेशन भी देखें ) जिसमें सल्फेट (एसओ 4 2− ) पौधों , कवक और विभिन्न प्रोकैरियोट्स द्वारा कम हो जाता है । सल्फर के ऑक्सीकरण राज्य सल्फेट में +6 और आर-एसएच में -2 हैं।
डिसल्फराइजेशन जिसमें सल्फर युक्त कार्बनिक अणुओं को डीसल्फराइज़ किया जा सकता है, हाइड्रोजन सल्फाइड गैस (एच 2 एस, ऑक्सीकरण राज्य = -2) का उत्पादन करता है। कार्बनिक नाइट्रोजन यौगिकों के लिए एक अनुरूप प्रक्रिया विचलन है।
हाइड्रोजन सल्फाइड के ऑक्सीकरण से मौलिक सल्फर (एस 8 ), ऑक्सीकरण राज्य का उत्पादन होता है। 0. यह प्रतिक्रिया प्रकाश संश्लेषक हरे और बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया और कुछ केमोलिथोट्रॉफ़ में होती है । अक्सर मौलिक सल्फर को पॉलीसल्फाइड्स के रूप में संग्रहीत किया जाता है ।
सल्फर ऑक्सीडाइज़र द्वारा मौलिक सल्फर में ऑक्सीकरण सल्फेट का उत्पादन करता है।
विघटनकारी सल्फर की कमी जिसमें मौलिक सल्फर को हाइड्रोजन सल्फाइड तक कम किया जा सकता है।
डिसमिलिटिव सल्फेट की कमी जिसमें सल्फेट से सल्फेट हाइड्रोजन सल्फाइड उत्पन्न करता है।
सल्फर ऑक्सीकरण
सल्फर की प्रकृति में चार मुख्य ऑक्सीकरण राज्य हैं, जो -2, +2, +4 और +6 हैं। प्रत्येक ऑक्सीकरण राज्य की सामान्य सल्फर प्रजातियों को निम्नानुसार सूचीबद्ध किया गया है:
S2-: H2S, FeS, FeS2, CuS
S0: native, or elemental, sulfur
S2+: SO
S4+: SO2, sulfite (SO32-)
S6+: SO42- (H2SO4, CaSO4), SF6
सल्फर स्रोत और सिंक
सल्फर में पाया जाता है ऑक्सीकरण राज्यों में +6 से लेकर एसओ 4 2- में -2 सल्फाइड । इस प्रकार, मौलिक सल्फर या तो अपने वातावरण के आधार पर इलेक्ट्रॉनों को दे या प्राप्त कर सकता है। अनॉक्सी प्रारंभिक पृथ्वी पर, अधिकांश सल्फर पाइराइट (FeS 2 ) जैसे खनिजों में मौजूद था । पृथ्वी के इतिहास में, ज्वालामुखीय गतिविधि के साथ-साथ ऑक्सीजन युक्त वातावरण में पपड़ी के अपघटन के माध्यम से मोबाइल सल्फर की मात्रा में वृद्धि हुई है।पृथ्वी का मुख्य सल्फर सिंक महासागरों SO ४ २ where है, जहाँ यह प्रमुख ऑक्सीकरण एजेंट है ।
जब SO 4 2 , को जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है, तो यह कम हो जाता है और कार्बनिक सल्फर में परिवर्तित हो जाता है, जो प्रोटीन का एक अनिवार्य घटक है । हालांकि, जैवमंडल सल्फर के लिए एक प्रमुख सिंक के रूप में कार्य नहीं करता है, इसके बजाय सल्फर का अधिकांश भाग समुद्री जल या तलछटी चट्टानों में पाया जाता है, जिनमें शामिल हैं: पाइराइट रिच शेल्स , वाष्पित चट्टानें ( एनहाइड्राइट और बेराइट ), और कैल्शियम और मैग्नीशियम कार्बोनेट्स (यानी कार्बोनेट-से जुड़े) सल्फेट )। महासागरों में सल्फेट की मात्रा को तीन प्रमुख प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित किया जाता है:
1. नदियों से इनपुट
2. महाद्वीपीय अलमारियों और ढलानों पर सल्फेट की कमी और सल्फाइड पुनः ऑक्सीकरण
3. समुद्री पपड़ी में एनहाइड्राइट और पाइराइट का दफन।
सल्फर से वायुमंडल का प्राथमिक प्राकृतिक स्रोत समुद्री स्प्रे या विंडब्लाउन सल्फर समृद्ध धूल है, जिनमें से कोई भी लंबे समय तक वायुमंडल में नहीं रहता है। हाल के दिनों में, कोयले और अन्य जीवाश्म ईंधन के जलने से सल्फर के बड़े वार्षिक इनपुट में पर्याप्त मात्रा में SO 2 मिला है जो वायु प्रदूषक के रूप में कार्य करता है । भूगर्भिक अतीत में, कोयले के उपायों में आग्नेय घुसपैठ ने इन उपायों के बड़े पैमाने पर जलने, और परिणामस्वरूप सल्फर को वायुमंडल में छोड़ दिया है। इसने जलवायु प्रणाली में पर्याप्त व्यवधान पैदा किया है, और पर्मियन-ट्राइसिक विलोपन घटना के प्रस्तावित कारणों में से एक है ।
डिमेथाइलसल्फाइड (सीएच 3 ) 2 एस या डीएमएस] डिमिथाइलसुल्फोनीप्रोपेनेट (डीएमएसपी) के अपघटन द्वारा समुद्र के फोटोनिक क्षेत्र में फाइटोप्लांकटन कोशिकाओं को मरने से उत्पन्न होता है , और यह समुद्र से निकलने वाली प्रमुख बायोजेनिक गैस है, जहां यह विशिष्ट के लिए जिम्मेदार है " समुद्र की गंध ”कोस्टलाइन के साथ। डीएमएस सल्फर गैस का सबसे बड़ा प्राकृतिक स्रोत है, लेकिन अभी भी इसके वातावरण में केवल एक दिन का निवास समय है और इसका अधिकांश हिस्सा भूमि पर बनाने के बजाय महासागरों में पुनर्परिभाषित है। हालांकि, यह जलवायु प्रणाली का एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह बादलों के निर्माण में शामिल है।
जैविक रूप से और thermochemically संचालित सल्फेट कमी
यह अनुभाग पाठकों को भ्रमित या अस्पष्ट कर सकता है ।
सल्फर को जैविक और थर्मोकेमिकल दोनों तरह से कम किया जा सकता है । डिसमिलिटरी सल्फेट की कमी की दो अलग-अलग परिभाषाएँ हैं:
1. माइक्रोबियल प्रक्रिया जो सल्फेट को ऊर्जा लाभ के लिए सल्फाइड में परिवर्तित करती है, और
2. आगे और रिवर्स रास्ते का एक सेट जो सेल द्वारा सल्फेट के उत्थान और रिलीज से आगे बढ़ता है, विभिन्न सल्फर मध्यवर्ती के लिए इसके रूपांतरण के लिए, और अंततः सेल से निकलने वाले सल्फाइड के लिए।
सल्फाइड और थायोसल्फेट वातावरण में सबसे प्रचुर मात्रा में कम अकार्बनिक सल्फर प्रजातियां हैं और सल्फर में परिवर्तित हो जाती हैं, मुख्य रूप से जीवाणु क्रिया द्वारा, सल्फर चक्र के ऑक्सीडेटिव आधे में। बैक्टीरियल सल्फेट में कमी (बीएसआर) केवल ० से ६०- °० डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर हो सकती है क्योंकि उस तापमान के ऊपर लगभग सभी सल्फेट को कम करने वाले रोगाणुओं को अब चयापचय नहीं किया जा सकता है। कुछ रोगाणु एच 2 बना सकते हैंउच्च तापमान पर एस लेकिन बहुत दुर्लभ प्रतीत होता है और उन सेटिंग्स में चयापचय नहीं करते हैं जहां सामान्य बैक्टीरिया सल्फेट की कमी हो रही है। बैक्टीरियल सल्फेट की कमी भौगोलिक रूप से तात्कालिक रूप से सैकड़ों से हजारों वर्षों के क्रम में हो रही है। थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी (टीएसआर) बहुत अधिक तापमान (160-180 डिग्री सेल्सियस) पर होती है और समय के अंतराल पर, कई दसियों हजार से कुछ मिलियन वर्ष तक होती है।
इन दो प्रतिक्रियाओं के बीच मुख्य अंतर स्पष्ट है, एक व्यवस्थित रूप से संचालित है और दूसरा रासायनिक रूप से संचालित है। इसलिए, सल्फेट को कम करने के लिए आवश्यक सक्रियण ऊर्जा के कारण थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी का तापमान बहुत अधिक है।बैक्टीरियल सल्फेट में कटौती के लिए कम तापमान की आवश्यकता होती है क्योंकि बैक्टीरिया को कम करने वाले सल्फर केवल अपेक्षाकृत कम तापमान (60 डिग्री सेल्सियस से नीचे) पर रह सकते हैं। बैक्टीरियल सल्फेट में कमी के लिए भी अपेक्षाकृत खुली प्रणाली की आवश्यकता होती है; अन्यथा बैक्टीरिया खुद को जहर देगा जब सल्फेट का स्तर 5-10% से ऊपर हो जाएगा।
बैक्टीरियल सल्फेट कटौती में शामिल कार्बनिक अभिकर्मक कार्बनिक अम्ल हैं जो थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी के लिए आवश्यक कार्बनिक अभिकारकों से विशिष्ट हैं। दोनों मामलों में सल्फेट आमतौर पर जिप्सम के विघटन से प्राप्त होता है या सीधे समुद्री जल से बाहर निकाला जाता है । बैक्टीरिया सल्फेट में कमी या थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी होने वाले कारक तापमान होते हैं, जो आमतौर पर गहराई का एक उत्पाद है, जिसमें थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी की तुलना में बैक्टीरिया की सल्फेट में कमी होती है। उनके ठोस उत्पादों समान हैं, लेकिन एक दूसरे से प्रतिष्ठित किया जा सकता petrographically , उनके अलग-अलग क्रिस्टल आकार, आकृति और परावर्तन के कारण।
सल्फर-ऑक्सीकरण जलतापीय में बैक्टीरिया
हाइड्रोथर्मल वेन्ट्स हाइड्रोजन सल्फाइड का उत्सर्जन करते हैं जो कि किमोलिथोट्रोफिक बैक्टीरिया के कार्बन निर्धारण का समर्थन करते हैं जो हाइड्रोजन सल्फाइड को ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण करते हैं और मौलिक सल्फर का उत्पादन करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
CO2 + 4H2S + O2 -> CH2O + 4S0 + 3H2O
CO2 + H2S + O2 + H2O -> CH2O + SO42- + 2H+
आधुनिक महासागरों में, थायोमिक्रोस्पिरा , हेलोथियोबैसिलस , और बेगियातोआ प्राथमिक सल्फर ऑक्सीकरण बैक्टीरिया हैं,और पशु मेजबान के साथ कीमोसाइनेटिक सहजीवन बनाते हैं। मेजबान सीबम को चयापचय सब्सट्रेट (जैसे, सीओ २ , ओ २ , एच २ ओ) प्रदान करता है जबकि सहजीवन मेजबान की चयापचय गतिविधियों को बनाए रखने के लिए कार्बनिक कार्बन उत्पन्न करता है। उत्पादित सल्फेट आमतौर पर जिप्सम बनाने के लिए प्रक्षालित कैल्शियम आयनों के साथ मिलकर बनता है , जो मध्य-महासागर फैलाने वाले केंद्रों के पास व्यापक जमा हो सकता है।
δ34S
हालांकि 25 आइसोटोप सल्फर के लिए जाने जाते हैं, केवल चार स्थिर और भू-रासायनिक महत्व के हैं। उन चार में से, दो ( 32 S, प्रकाश और 34 S, भारी) में पृथ्वी पर S का (99.22%) समावेश है। एस के विशाल बहुमत (95.02%) के रूप में होता है 32 में केवल 4.21% के साथ एस 34 एस इन दो आइसोटोप के अनुपात हमारे में तय हो गई है सौर मंडल और अपने गठन के बाद से किया गया है। बल्क अर्थ सल्फर समस्थानिक अनुपात 22.22 के अनुपात के रूप में माना जाता है , जो एक उल्कापिंड , कैन्यन डियाब्लो ट्राइलिट (सीडीटी) से मापा जाता है । उस अनुपात को अंतरराष्ट्रीय मानक के रूप में स्वीकार किया जाता है और इसलिए इसे .0.00 पर सेट किया जाता है। 0.00 से विचलन को ation 34 S के रूप में व्यक्त किया जाता है जो कि प्रति मिल में एक अनुपात है । सकारात्मक मूल्य 34 एस के बढ़े हुए स्तर से संबंधित हैं , जबकि नकारात्मक मूल्य एक नमूने में 32 एस से अधिक के साथ संबंधित हैं ।
गैर-बायोजेनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से सल्फर खनिजों का गठन प्रकाश और भारी आइसोटोप के बीच पर्याप्त अंतर नहीं करता है, इसलिए जिप्सम या बैराइट में सल्फर आइसोटोप अनुपात वर्षा के समय पानी के स्तंभ में समग्र आइसोटोप अनुपात के समान होना चाहिए। 32 एस।के साथ अधिक तीव्र एंजाइमिक प्रतिक्रिया के कारण बायोलॉजिकल गतिविधि के माध्यम से सल्फेट की कमी दोनों आइसोटोपों के बीच दृढ़ता से अंतर करती है , -18 ‰ के आइसोटोपिक क्षरण में चयापचय में परिणाम होता है, और ऑक्सीकरण और दोहराया चक्रों के परिणामस्वरूप मूल्यों में वृद्धि हो सकती है -50 ‰ Of 34 एस के औसत वर्तमान समुद्री जल मान + 21 values के क्रम पर हैं।
पूरे भूगर्भिक इतिहास में सल्फर चक्र और समस्थानिक अनुपात जैव-चालित सल्फेट की कमी में वृद्धि के साथ जैवमंडल के समग्र नकारात्मक होने के साथ-साथ घुलमिल गए हैं, लेकिन साथ ही साथ काफी सकारात्मक भ्रमण भी दिखाते हैं। सल्फर समस्थानिकों में सामान्य सकारात्मक भ्रमण का मतलब है कि भूमि पर उजागर सल्फाइड खनिजों के ऑक्सीकरण के बजाय पाइराइट के जमाव की अधिकता है।
समुद्री सल्फर चक्र
समुद्री वातावरण में सल्फर चक्र का -34 एस के रूप में व्यक्त सल्फर समस्थानिक प्रणाली के उपकरण के माध्यम से अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है । आधुनिक वैश्विक महासागरों में 1.3 × 10 21 ग्राम का सल्फर भंडारण है , मुख्य रूप से δ 34 एस के साथ सल्फेट के रूप में होता है। मूल्य + 21 ‰। समग्र इनपुट प्रवाह ~ ३ ‰ के सल्फर समस्थानिक रचना के साथ १.० × १० १४ ग्राम / वर्ष है।सल्फाइड खनिजों के स्थलीय अपक्षय से प्राप्त रिवरिन सल्फेट (River 34 S = + 6 rial) महासागरों के लिए सल्फर का प्राथमिक इनपुट है। अन्य स्रोत मेटामॉर्फिक और ज्वालामुखी अपघटन और हाइड्रोथर्मल गतिविधि (ph 34) हैंएस = 0 =), जो सल्फर प्रजातियों को कम करता है (जैसे, एच 2 एस और एस 0 )। महासागरों से सल्फर के दो प्रमुख आउटपुट हैं। पहला सिंक सल्फेट के दफन के रूप में या तो समुद्री वाष्पीकरण (जैसे, जिप्सम) या कार्बोनेट-संबंधित सल्फेट (सीएएस) है, जो 6 × 10 13 ग्राम / वर्ष ( S 34 एस = + 21।) के लिए होता है। दूसरा सल्फर सिंक शेल्फ तलछट या गहरे समुद्रतल अवसादों में पाइराइट दफन है (4 × 10 13 जी / साल, δ 34 एस = -20 ‰)। कुल समुद्री सल्फर उत्पादन प्रवाह १.० × १० १४ ग्राम / वर्ष है, जो इनपुट फ्लक्स से मेल खाता है, जिसका अर्थ है कि आधुनिक समुद्री सल्फर बजट स्थिर अवस्था में है। आधुनिक वैश्विक महासागरों में सल्फर का निवास समय 13,000,000 वर्ष है।
सल्फर चक्र का विकास
तलछटी सल्फाइड की समस्थानिक रचना सल्फर चक्र के विकास पर प्राथमिक जानकारी प्रदान करती है।
पृथ्वी की सतह पर सल्फर यौगिकों की कुल सूची (लगभग) 10 22 ग्राम एस) भूगर्भिक समय के माध्यम से सल्फर के कुल प्रकोप का प्रतिनिधित्व करता है।सल्फर सामग्री के लिए विश्लेषण की जाने वाली चट्टानें आमतौर पर जैविक-समृद्ध शल होती हैं, जिसका अर्थ है कि वे संभावित रूप से बायोजेनिक सल्फर की कमी से नियंत्रित होती हैं। भूगर्भीय समय में जमा वाष्पीकरण से औसत समुद्री जल वक्र उत्पन्न होते हैं क्योंकि फिर से, चूंकि वे भारी और हल्के सल्फर समस्थानिकों के बीच भेदभाव नहीं करते हैं, उन्हें बयान के समय समुद्र की संरचना की नकल करनी चाहिए।
4.6 बिलियन साल पहले (Ga) पृथ्वी का गठन हुआ था और इसका सैद्धांतिक value 34 S मूल्य था 0. क्योंकि प्रारंभिक पृथ्वी पर कोई जैविक गतिविधि नहीं थी, कोई समस्थानिक विभाजन नहीं होगा । ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान वायुमंडल के सभी सल्फर को छोड़ा जाएगा। जब महासागर पृथ्वी पर संघनित होते हैं, तो वातावरण अनिवार्य रूप से सल्फर गैसों के स्वच्छ होने के कारण पानी में उच्च घुलनशीलता के कारण स्वच्छ हो जाता है। अधिकांश आर्कियन (4.6-2.5 Ga) अधिकांश प्रणालियों में सल्फेट-सीमित दिखाई दिया। कुछ छोटे आर्कियन बाष्पीकरणीय जमाओं के लिए आवश्यक है कि सल्फेट के कम से कम स्थानीय स्तर पर उन्नत सांद्रता (संभवतः स्थानीय ज्वालामुखी गतिविधि के कारण) के लिए उनके अस्तित्व में हो और वे समाधान से बाहर हो जाएं।
3.8-3.6 Ga ने उजागर भूगर्भिक रिकॉर्ड की शुरुआत को चिह्नित किया क्योंकि यह पृथ्वी की सबसे पुरानी चट्टानों की उम्र है। इस समय से मेटेडिमेंटरी चट्टानों में अभी भी 0 का समस्थानिक मूल्य है क्योंकि सल्फर को अलग करने के लिए जीवमंडल को पर्याप्त (संभवतः बिल्कुल भी) विकसित नहीं किया गया था।
3.5 गा एनोक्सीोजेनिक प्रकाश संश्लेषण स्थापित होता है और सल्फेट सांद्रता के साथ वैश्विक महासागर को सल्फेट का एक कमजोर स्रोत प्रदान करता है अविश्वसनीय रूप से कम low 34 एस अभी भी मूल रूप से 0 है, इसके कुछ ही समय बाद 3.4 Ga पर वाष्पीकरणीय सल्फेट में न्यूनतम विभाजन के लिए पहला सबूत है। जादुई रूप से व्युत्पन्न सल्फाइड के साथ जुड़ाव को रॉक रिकॉर्ड में देखा जा सकता है। यह विभाजन anoxygenic के लिए संभव सबूत से पता चलता phototrophic बैक्टीरिया।
२.yn गा प्रकाश प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से ऑक्सीजन उत्पादन के लिए पहला प्रमाण देता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि वातावरण में ऑक्सीजन के बिना सल्फर ऑक्सीकरण नहीं हो सकता है। यह ऑक्सीजन और सल्फर चक्रों के साथ-साथ जीवमंडल के समन्वय को भी उदाहरण देता है।
2.7-2.5 गा सबसे पुराने साल की उम्र है तलछटी चट्टानों एक δ खाली करने के लिए 34 एस जो सल्फेट कम करने के लिए पहले सम्मोहक सबूत प्रदान करते हैं।
2.3 गा सल्फेट 1 मिमी से अधिक तक बढ़ जाता है; सल्फेट में यह वृद्धि " ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट " के साथ संयोग है , जब पृथ्वी की सतह पर रेडॉक्स स्थितियों को माना जाता है कि अधिकांश श्रमिकों को मौलिक रूप से ऑक्सीकरण को कम करने से स्थानांतरित कर दिया गया है।इस बदलाव से सल्फेट अपक्षय में अविश्वसनीय वृद्धि हुई, जिसके कारण महासागरों में सल्फेट की वृद्धि हुई। बड़े आइसोटोपिक विभाजन जो संभवतः बैक्टीरिया की कमी से जुड़े होंगे, पहली बार उत्पन्न होते हैं। हालांकि इस समय समुद्री जल सल्फेट में एक अलग वृद्धि थी, यह अभी भी वर्तमान के 5-15% से कम होने की संभावना थी।
1.8 गा पर, बैंडेड आयरन फॉर्मेशन (BIF) पूरे आर्कियन और पालियोप्रोटेरोज़ोइक में आम तलछटी चट्टानें हैं ; उनके गायब होने से समुद्र के पानी के रसायन विज्ञान में एक अलग बदलाव आया है। बीआईएफ में लोहे के आक्साइड और चर्ट की परतें होती हैं । BIFs केवल तभी बनता है जब पानी को भंग लोहे (Fe 2+ ) में सुपरसैचुरेट करने की अनुमति दी जाती है, जिसका अर्थ है कि पानी के कॉलम में मुक्त ऑक्सीजन या सल्फर नहीं हो सकता है क्योंकि यह Fe 3+ (जंग) या पाइराइट का निर्माण करेगा और घोल से बाहर निकाल देगा। इस सुपरसेटेशन के बाद, फेरिक रिच बैंड के लिए पानी ऑक्सीजन युक्त हो जाना चाहिए ताकि यह अभी भी सल्फर खराब हो अन्यथा Fe 3+ के बजाय पाइराइट बनेगा। यह अनुमान लगाया गया है कि बीआईएफ का गठन प्रकाश संश्लेषक जीवों के प्रारंभिक विकास के दौरान हुआ था, जिनकी जनसंख्या वृद्धि के चरण थे, जिससे ऑक्सीजन का उत्पादन हुआ था। इस अधिक उत्पादन के कारण वे अपने आप को जहर दे देंगे, जिससे एक द्रव्यमान मर जाएगा, जो ऑक्सीजन के स्रोत को काट देगा और अपने शरीर के अपघटन के माध्यम से सीओ 2 की एक बड़ी मात्रा में उत्पादन करेगा, जिससे एक और जीवाणु खिलने की अनुमति होगी। 1.8 गा के बाद सल्फेट की सांद्रता समुद्रों में लोहे के वितरण प्रवाह की तुलना में सल्फेट में कमी की दरों में वृद्धि करने के लिए पर्याप्त थी।
बीआईएफ के लापता होने के साथ, पालियोप्रोटेरोज़ोइक के अंत में पहले बड़े पैमाने पर अवसादी जमाव का संकेत मिलता है जो खनिज के बीच एक लिंक दिखा रहा है और समुद्र के पानी में सल्फेट की मात्रा में वृद्धि की संभावना है। पालियोप्रोटेरोज़ोइक में समुद्री जल में सल्फेट आर्कियन की तुलना में अधिक मात्रा में बढ़ गया था, लेकिन फिर भी वर्तमान दिनों के मूल्यों से कम था। प्रोटेरोज़ोइक में सल्फेट का स्तर वायुमंडलीय ऑक्सीजन के लिए परदे के रूप में भी कार्य करता है क्योंकि सल्फेट का उत्पादन ज्यादातर ऑक्सीजन की उपस्थिति में महाद्वीपों के अपक्षय के माध्यम से होता है। प्रोटेरोज़ोइक में निम्न स्तर का सीधा अर्थ है कि वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्तर फ़ैनरोज़ोइक की प्रचुरता और आर्कियन की कमियों के बीच गिर गया।
750 मिलियन साल पहले (मा) बीआईएफ का एक नए सिरे से विवरण है जो महासागर रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन को चिह्नित करता है। यह संभवत: स्नोबॉल पृथ्वी के एपिसोड के कारण हुआ, जहां महासागरों सहित पूरे विश्व को ऑक्सीकरण से बर्फ काटने की एक परत में कवर किया गया था।देर से नियोप्रोटेरोज़ोइक उच्च कार्बन दफन दरों में वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्तर बढ़कर वर्तमान के १०% हो गया। नवीनतम निओप्रोटेरोज़ोइक में पृथ्वी की सतह पर एक और प्रमुख ऑक्सीकरण घटना हुई, जिसके परिणामस्वरूप एक गहरे गहरे महासागर और संभवतः बहुकोशिकीय जीवन की उपस्थिति के लिए अनुमति दी गई।
पिछले 600 मिलियन वर्षों के दौरान, समुद्री जल एसओ 4 में + 34 एस में +10 और + 30 + के बीच विविधता है, आज के औसत मूल्य के करीब। यह वायुमंडलीय O2 स्तरों के साथ मेल खाता है जो कि प्रीकैम्ब्रियन - कैम्ब्रियन सीमा के आसपास के आधुनिक मूल्यों के करीब पहुंचता है ।
सल्फर चक्र में कम समय के पैमाने (दस मिलियन वर्ष) में परिवर्तन निरीक्षण करने में आसान होते हैं और ऑक्सीजन समस्थानिकों के साथ और भी बेहतर हो सकते हैं। ऑक्सीजन को सल्फेट ऑक्सीकरण के माध्यम से लगातार सल्फर चक्र में शामिल किया जाता है और फिर उस सल्फेट को एक बार फिर से कम करने पर छोड़ दिया जाता है। चूँकि महासागर के भीतर विभिन्न सल्फेट स्रोतों में अलग-अलग ऑक्सीजन समस्थानिक मूल्य होते हैं, इसलिए सल्फर चक्र का पता लगाने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करना संभव हो सकता है। जैविक सल्फेट की कमी अधिमानतः लाइटर ऑक्सीजन समस्थानिकों को उसी कारण से चुनती है जिस कारण हल्का सल्फर समस्थानिकों को पसंद किया जाता है। पिछले 10 मिलियन वर्षों में समुद्र के अवसादों में ऑक्सीजन समस्थानिकों का अध्ययन करके उसी समय के माध्यम से समुद्र के पानी में सल्फर सांद्रता को बेहतर ढंग से बनाने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि दप्लियोसीन और प्लीस्टोसीन ग्लेशियल चक्रों के कारण समुद्री स्तर में परिवर्तन महाद्वीपीय अलमारियों का क्षेत्र बदल गया, जिसने तब सल्फर प्रसंस्करण को बाधित किया, जिससे समुद्र के पानी में सल्फेट की एकाग्रता कम हो गई। 2 मिलियन साल पहले प्रागैतिहासिक काल की तुलना में यह एक व्यापक बदलाव था।
ऑक्सीकरण और सल्फर आइसोटोप बड़े पैमाने पर स्वतंत्र विभाजन -
ग्रेट ऑक्सीजनेशन घटना (GOE) सल्फर आइसोटोप के लापता होने की विशेषता है बड़े पैमाने पर स्वतंत्र विभाजन के आसपास 2.45 अरब साल पहले (GA) में तलछटी रिकॉर्ड में (MIF)। सल्फर आइसोटोप की MIF (Δ 33 एस) δ मापा का विचलन द्वारा परिभाषित किया गया 33 δ से एस मूल्य 33 एस δ मापा से अनुमान लगाया मूल्य 34 बड़े पैमाने पर निर्भर विभाजन कानून के अनुसार एस मूल्य। ग्रेट ऑक्सिडेशन इवेंट ने वैश्विक सल्फर चक्रों के बड़े पैमाने पर संक्रमण का प्रतिनिधित्व किया। ग्रेट ऑक्सीकरण घटना से पहले, सल्फर चक्र पराबैंगनी (यूवी) विकिरण और संबंधित फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं से बहुत प्रभावित था, जिसने सल्फर समस्थानिक द्रव्यमान-स्वतंत्र अंशांकन ( ≠ 33 S। 0) को प्रेरित किया । सल्फर आइसोटोप द्रव्यमान-स्वतंत्र अंशांकन संकेतों के संरक्षण के लिए वायुमंडलीय O 2 की वर्तमान वायुमंडलीय स्तर (PAL) के 10 of5 से कम की आवश्यकता होती है ।~ २.४५ गा पर सल्फर समस्थानिक द्रव्यमान-स्वतंत्र अंश के विलुप्त होने से संकेत मिलता है कि वायुमंडलीय p O २ महा आक्सीजनकरण घटना के बाद वायुमंडलीय स्तर १० ed5 से अधिक हो गया है।ऑक्सिजन ने ग्रेट ऑक्सीजन के आयोजन के बाद वैश्विक सल्फर चक्रों में एक आवश्यक भूमिका निभाई, जैसे कि सल्फाइड के ऑक्सीडेटिव अपक्षय।पाइराइट का दफनबदले में तलछट पृथ्वी के सतही वातावरण में मुक्त O 2 के संचय में योगदान देता है।
आर्थिक महत्व
सल्फर जीवाश्म ईंधन के उत्पादन में शामिल है और धातु जमा के बहुमत के कारण इसकी ऑक्सीकरण या कम करने वाली एजेंट के रूप में कार्य करने की क्षमता है। पृथ्वी पर प्रमुख खनिज जमाओं में से अधिकांश में सल्फर की पर्याप्त मात्रा शामिल है, लेकिन यह तक सीमित नहीं है: तलछटी exhalative जमा (SEDEX), कार्बोनेट-होस्टेड लीड-जस्ता अयस्क जमा (मिसिसिपी वैली-टाइप एमवीटी) और पोरसेरी कॉपर जमा। जब तक संबंधित संक्रमण या आधार धातु मौजूद नहीं होते हैं या सल्फेट में कमी वाली साइट पर ले जाया जाता है, तब तक लौह सल्फाइड, गैलेना और स्फेराइट हाइड्रोजन सल्फाइड पीढ़ी के उप-उत्पादों के रूप में बनेंगे।यदि सिस्टम प्रतिक्रियाशील हाइड्रोकार्बन से बाहर निकलता है तो आर्थिक रूप से व्यवहार्य तत्व सल्फर जमा हो सकता है। सल्फर कई प्राकृतिक गैस जलाशयों में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में भी काम करता है और आम तौर पर अयस्क बनाने वाले तरल पदार्थ का प्राचीन हाइड्रोकार्बन सीप या वेंट के साथ घनिष्ठ संबंध है।
अयस्क जमा में सल्फर के महत्वपूर्ण स्रोत आमतौर पर गहरे बैठे होते हैं, लेकिन वे स्थानीय देशी चट्टानों, समुद्र के पानी, या समुद्री वाष्प से भी आ सकते हैं । सल्फर की उपस्थिति या अनुपस्थिति कीमती धातुओं की एकाग्रता और समाधान से इसकी वर्षा दोनों पर सीमित कारकों में से एक है। पीएच , तापमान और विशेष रूप से रेडॉक्स राज्य यह निर्धारित करते हैं कि क्या सल्फाइड्स अवक्षेपित होंगे। अधिकांश सल्फाइड ब्राइन तब तक एकाग्रता में रहेंगे, जब तक वे कम होने वाली स्थिति, उच्च पीएच या कम तापमान तक नहीं पहुंच जाते।
अयस्क तरल पदार्थ आम तौर पर धातु से समृद्ध पानी से जुड़े होते हैं जो कि उच्च गति वाले टेक्टॉनिक सेटिंग्स में आमतौर पर उन्नत थर्मल स्थितियों के तहत एक तलछटी बेसिन के भीतर गरम होते हैं। बेसिन लिथोलॉजी की रीडॉक्स स्थितियां धातु-परिवहन वाले तरल पदार्थों की रेडॉक्स स्थिति पर एक महत्वपूर्ण नियंत्रण स्थापित करती हैं और जमा ऑक्सीकरण और तरल पदार्थ दोनों को कम कर सकती हैं। धातु से भरपूर अयस्क के तरल पदार्थ की आवश्यकता तुलनात्मक रूप से सल्फाइड की कमी से होती है, इसलिए सल्फाइड के एक बड़े हिस्से को खनिज के स्थल पर दूसरे स्रोत से आपूर्ति की जानी चाहिए। समुद्री जल सल्फेट या एक एक्सीनिक (एनोक्सिक और एच 2 एस-युक्त) पानी के स्तंभ का बैक्टीरिया में कमी उस सल्फाइड का एक आवश्यक स्रोत है। उपस्थित होने पर, δ 34बैराइट के एस मान आम तौर पर समुद्री जल सल्फेट स्रोत के अनुरूप होते हैं, हाइड्रोथर्मल बेरियम और परिवेश के समुद्री जल में सल्फेट के बीच प्रतिक्रिया द्वारा बेराइट गठन का सुझाव देते हैं।
एक बार जीवाश्म ईंधन या कीमती धातुओं की खोज की जाती है और या तो जला दिया जाता है या उन्हें पिघला दिया जाता है, तो सल्फर एक अपशिष्ट उत्पाद बन जाता है जिसे ठीक से निपटाया जाना चाहिए या यह प्रदूषक बन सकता है। जीवाश्म ईंधन के जलने के कारण हमारे वर्तमान वातावरण में सल्फर की मात्रा में काफी वृद्धि हुई है। सल्फर एक ही समय में एक प्रदूषक और एक आर्थिक संसाधन के रूप में कार्य करता है
गंधक चक्र
सल्फर चक्र प्रक्रियाओं का संग्रह है जिसके द्वारा है सल्फर चट्टानों, जलमार्ग और जीवन प्रणालियों के बीच ले जाता है। इस तरह के जैव-रासायनिक चक्र भूविज्ञान में महत्वपूर्ण हैं क्योंकि वे कई खनिजों को प्रभावित करते हैं। जीवन के लिए बायोकेमिकल चक्र भी महत्वपूर्ण हैं क्योंकि सल्फर एक आवश्यक तत्व है , कई प्रोटीन और कोफ़ेक्टर्स का एक घटक होने के नाते , और सल्फर यौगिकों को माइक्रोबियल श्वसन में ऑक्सीडेंट या रिडक्टेंट्स के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है।वैश्विक सल्फर चक्र में विभिन्न ऑक्सीकरण राज्यों के माध्यम से सल्फर प्रजातियों के परिवर्तन शामिल हैं, जो भूवैज्ञानिक और जैविक प्रक्रियाओं दोनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
गंधक चक्र
सल्फर चक्र के चरण हैं:
के खनिज कार्बनिक सल्फर जैसे अकार्बनिक रूपों, में हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस), मौलिक सल्फर, साथ ही सल्फाइड खनिज ।
सल्फेट (एसओ 4 2− ) के लिए हाइड्रोजन सल्फाइड, सल्फाइड , और मौलिक सल्फर (एस) का ऑक्सीकरण ।
सल्फेट को सल्फाइड में कमी।
सल्फाइड को कार्बनिक यौगिकों में शामिल करना (धातु युक्त डेरिवेटिव सहित)।
3'-फॉस्फोडेनोसिन-5'-फॉस्फोसल्फेट की संरचना , सल्फर चक्र में एक प्रमुख मध्यवर्ती।
इन्हें अक्सर इस प्रकार कहा जाता है:
एसिमिलेटिव सल्फेट में कमी ( सल्फर एसिमिलेशन भी देखें ) जिसमें सल्फेट (एसओ 4 2− ) पौधों , कवक और विभिन्न प्रोकैरियोट्स द्वारा कम हो जाता है । सल्फर के ऑक्सीकरण राज्य सल्फेट में +6 और आर-एसएच में -2 हैं।
डिसल्फराइजेशन जिसमें सल्फर युक्त कार्बनिक अणुओं को डीसल्फराइज़ किया जा सकता है, हाइड्रोजन सल्फाइड गैस (एच 2 एस, ऑक्सीकरण राज्य = -2) का उत्पादन करता है। कार्बनिक नाइट्रोजन यौगिकों के लिए एक अनुरूप प्रक्रिया विचलन है।
हाइड्रोजन सल्फाइड के ऑक्सीकरण से मौलिक सल्फर (एस 8 ), ऑक्सीकरण राज्य का उत्पादन होता है। 0. यह प्रतिक्रिया प्रकाश संश्लेषक हरे और बैंगनी सल्फर बैक्टीरिया और कुछ केमोलिथोट्रॉफ़ में होती है । अक्सर मौलिक सल्फर को पॉलीसल्फाइड्स के रूप में संग्रहीत किया जाता है ।
सल्फर ऑक्सीडाइज़र द्वारा मौलिक सल्फर में ऑक्सीकरण सल्फेट का उत्पादन करता है।
विघटनकारी सल्फर की कमी जिसमें मौलिक सल्फर को हाइड्रोजन सल्फाइड तक कम किया जा सकता है।
डिसमिलिटिव सल्फेट की कमी जिसमें सल्फेट से सल्फेट हाइड्रोजन सल्फाइड उत्पन्न करता है।
सल्फर ऑक्सीकरण
सल्फर की प्रकृति में चार मुख्य ऑक्सीकरण राज्य हैं, जो -2, +2, +4 और +6 हैं। प्रत्येक ऑक्सीकरण राज्य की सामान्य सल्फर प्रजातियों को निम्नानुसार सूचीबद्ध किया गया है:
S2-: H2S, FeS, FeS2, CuS
S0: native, or elemental, sulfur
S2+: SO
S4+: SO2, sulfite (SO32-)
S6+: SO42- (H2SO4, CaSO4), SF6
सल्फर स्रोत और सिंक
सल्फर में पाया जाता है ऑक्सीकरण राज्यों में +6 से लेकर एसओ 4 2- में -2 सल्फाइड । इस प्रकार, मौलिक सल्फर या तो अपने वातावरण के आधार पर इलेक्ट्रॉनों को दे या प्राप्त कर सकता है। अनॉक्सी प्रारंभिक पृथ्वी पर, अधिकांश सल्फर पाइराइट (FeS 2 ) जैसे खनिजों में मौजूद था । पृथ्वी के इतिहास में, ज्वालामुखीय गतिविधि के साथ-साथ ऑक्सीजन युक्त वातावरण में पपड़ी के अपघटन के माध्यम से मोबाइल सल्फर की मात्रा में वृद्धि हुई है।पृथ्वी का मुख्य सल्फर सिंक महासागरों SO ४ २ where है, जहाँ यह प्रमुख ऑक्सीकरण एजेंट है ।
जब SO 4 2 , को जीवों द्वारा आत्मसात किया जाता है, तो यह कम हो जाता है और कार्बनिक सल्फर में परिवर्तित हो जाता है, जो प्रोटीन का एक अनिवार्य घटक है । हालांकि, जैवमंडल सल्फर के लिए एक प्रमुख सिंक के रूप में कार्य नहीं करता है, इसके बजाय सल्फर का अधिकांश भाग समुद्री जल या तलछटी चट्टानों में पाया जाता है, जिनमें शामिल हैं: पाइराइट रिच शेल्स , वाष्पित चट्टानें ( एनहाइड्राइट और बेराइट ), और कैल्शियम और मैग्नीशियम कार्बोनेट्स (यानी कार्बोनेट-से जुड़े) सल्फेट )। महासागरों में सल्फेट की मात्रा को तीन प्रमुख प्रक्रियाओं द्वारा नियंत्रित किया जाता है:
1. नदियों से इनपुट
2. महाद्वीपीय अलमारियों और ढलानों पर सल्फेट की कमी और सल्फाइड पुनः ऑक्सीकरण
3. समुद्री पपड़ी में एनहाइड्राइट और पाइराइट का दफन।
सल्फर से वायुमंडल का प्राथमिक प्राकृतिक स्रोत समुद्री स्प्रे या विंडब्लाउन सल्फर समृद्ध धूल है, जिनमें से कोई भी लंबे समय तक वायुमंडल में नहीं रहता है। हाल के दिनों में, कोयले और अन्य जीवाश्म ईंधन के जलने से सल्फर के बड़े वार्षिक इनपुट में पर्याप्त मात्रा में SO 2 मिला है जो वायु प्रदूषक के रूप में कार्य करता है । भूगर्भिक अतीत में, कोयले के उपायों में आग्नेय घुसपैठ ने इन उपायों के बड़े पैमाने पर जलने, और परिणामस्वरूप सल्फर को वायुमंडल में छोड़ दिया है। इसने जलवायु प्रणाली में पर्याप्त व्यवधान पैदा किया है, और पर्मियन-ट्राइसिक विलोपन घटना के प्रस्तावित कारणों में से एक है ।
डिमेथाइलसल्फाइड (सीएच 3 ) 2 एस या डीएमएस] डिमिथाइलसुल्फोनीप्रोपेनेट (डीएमएसपी) के अपघटन द्वारा समुद्र के फोटोनिक क्षेत्र में फाइटोप्लांकटन कोशिकाओं को मरने से उत्पन्न होता है , और यह समुद्र से निकलने वाली प्रमुख बायोजेनिक गैस है, जहां यह विशिष्ट के लिए जिम्मेदार है " समुद्र की गंध ”कोस्टलाइन के साथ। डीएमएस सल्फर गैस का सबसे बड़ा प्राकृतिक स्रोत है, लेकिन अभी भी इसके वातावरण में केवल एक दिन का निवास समय है और इसका अधिकांश हिस्सा भूमि पर बनाने के बजाय महासागरों में पुनर्परिभाषित है। हालांकि, यह जलवायु प्रणाली का एक महत्वपूर्ण कारक है, क्योंकि यह बादलों के निर्माण में शामिल है।
जैविक रूप से और thermochemically संचालित सल्फेट कमी
यह अनुभाग पाठकों को भ्रमित या अस्पष्ट कर सकता है ।
सल्फर को जैविक और थर्मोकेमिकल दोनों तरह से कम किया जा सकता है । डिसमिलिटरी सल्फेट की कमी की दो अलग-अलग परिभाषाएँ हैं:
1. माइक्रोबियल प्रक्रिया जो सल्फेट को ऊर्जा लाभ के लिए सल्फाइड में परिवर्तित करती है, और
2. आगे और रिवर्स रास्ते का एक सेट जो सेल द्वारा सल्फेट के उत्थान और रिलीज से आगे बढ़ता है, विभिन्न सल्फर मध्यवर्ती के लिए इसके रूपांतरण के लिए, और अंततः सेल से निकलने वाले सल्फाइड के लिए।
सल्फाइड और थायोसल्फेट वातावरण में सबसे प्रचुर मात्रा में कम अकार्बनिक सल्फर प्रजातियां हैं और सल्फर में परिवर्तित हो जाती हैं, मुख्य रूप से जीवाणु क्रिया द्वारा, सल्फर चक्र के ऑक्सीडेटिव आधे में। बैक्टीरियल सल्फेट में कमी (बीएसआर) केवल ० से ६०- °० डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर हो सकती है क्योंकि उस तापमान के ऊपर लगभग सभी सल्फेट को कम करने वाले रोगाणुओं को अब चयापचय नहीं किया जा सकता है। कुछ रोगाणु एच 2 बना सकते हैंउच्च तापमान पर एस लेकिन बहुत दुर्लभ प्रतीत होता है और उन सेटिंग्स में चयापचय नहीं करते हैं जहां सामान्य बैक्टीरिया सल्फेट की कमी हो रही है। बैक्टीरियल सल्फेट की कमी भौगोलिक रूप से तात्कालिक रूप से सैकड़ों से हजारों वर्षों के क्रम में हो रही है। थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी (टीएसआर) बहुत अधिक तापमान (160-180 डिग्री सेल्सियस) पर होती है और समय के अंतराल पर, कई दसियों हजार से कुछ मिलियन वर्ष तक होती है।
इन दो प्रतिक्रियाओं के बीच मुख्य अंतर स्पष्ट है, एक व्यवस्थित रूप से संचालित है और दूसरा रासायनिक रूप से संचालित है। इसलिए, सल्फेट को कम करने के लिए आवश्यक सक्रियण ऊर्जा के कारण थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी का तापमान बहुत अधिक है।बैक्टीरियल सल्फेट में कटौती के लिए कम तापमान की आवश्यकता होती है क्योंकि बैक्टीरिया को कम करने वाले सल्फर केवल अपेक्षाकृत कम तापमान (60 डिग्री सेल्सियस से नीचे) पर रह सकते हैं। बैक्टीरियल सल्फेट में कमी के लिए भी अपेक्षाकृत खुली प्रणाली की आवश्यकता होती है; अन्यथा बैक्टीरिया खुद को जहर देगा जब सल्फेट का स्तर 5-10% से ऊपर हो जाएगा।
बैक्टीरियल सल्फेट कटौती में शामिल कार्बनिक अभिकर्मक कार्बनिक अम्ल हैं जो थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी के लिए आवश्यक कार्बनिक अभिकारकों से विशिष्ट हैं। दोनों मामलों में सल्फेट आमतौर पर जिप्सम के विघटन से प्राप्त होता है या सीधे समुद्री जल से बाहर निकाला जाता है । बैक्टीरिया सल्फेट में कमी या थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी होने वाले कारक तापमान होते हैं, जो आमतौर पर गहराई का एक उत्पाद है, जिसमें थर्मोकेमिकल सल्फेट में कमी की तुलना में बैक्टीरिया की सल्फेट में कमी होती है। उनके ठोस उत्पादों समान हैं, लेकिन एक दूसरे से प्रतिष्ठित किया जा सकता petrographically , उनके अलग-अलग क्रिस्टल आकार, आकृति और परावर्तन के कारण।
सल्फर-ऑक्सीकरण जलतापीय में बैक्टीरिया
हाइड्रोथर्मल वेन्ट्स हाइड्रोजन सल्फाइड का उत्सर्जन करते हैं जो कि किमोलिथोट्रोफिक बैक्टीरिया के कार्बन निर्धारण का समर्थन करते हैं जो हाइड्रोजन सल्फाइड को ऑक्सीजन के साथ ऑक्सीकरण करते हैं और मौलिक सल्फर का उत्पादन करते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
CO2 + 4H2S + O2 -> CH2O + 4S0 + 3H2O
CO2 + H2S + O2 + H2O -> CH2O + SO42- + 2H+
आधुनिक महासागरों में, थायोमिक्रोस्पिरा , हेलोथियोबैसिलस , और बेगियातोआ प्राथमिक सल्फर ऑक्सीकरण बैक्टीरिया हैं,और पशु मेजबान के साथ कीमोसाइनेटिक सहजीवन बनाते हैं। मेजबान सीबम को चयापचय सब्सट्रेट (जैसे, सीओ २ , ओ २ , एच २ ओ) प्रदान करता है जबकि सहजीवन मेजबान की चयापचय गतिविधियों को बनाए रखने के लिए कार्बनिक कार्बन उत्पन्न करता है। उत्पादित सल्फेट आमतौर पर जिप्सम बनाने के लिए प्रक्षालित कैल्शियम आयनों के साथ मिलकर बनता है , जो मध्य-महासागर फैलाने वाले केंद्रों के पास व्यापक जमा हो सकता है।
δ34S
हालांकि 25 आइसोटोप सल्फर के लिए जाने जाते हैं, केवल चार स्थिर और भू-रासायनिक महत्व के हैं। उन चार में से, दो ( 32 S, प्रकाश और 34 S, भारी) में पृथ्वी पर S का (99.22%) समावेश है। एस के विशाल बहुमत (95.02%) के रूप में होता है 32 में केवल 4.21% के साथ एस 34 एस इन दो आइसोटोप के अनुपात हमारे में तय हो गई है सौर मंडल और अपने गठन के बाद से किया गया है। बल्क अर्थ सल्फर समस्थानिक अनुपात 22.22 के अनुपात के रूप में माना जाता है , जो एक उल्कापिंड , कैन्यन डियाब्लो ट्राइलिट (सीडीटी) से मापा जाता है । उस अनुपात को अंतरराष्ट्रीय मानक के रूप में स्वीकार किया जाता है और इसलिए इसे .0.00 पर सेट किया जाता है। 0.00 से विचलन को ation 34 S के रूप में व्यक्त किया जाता है जो कि प्रति मिल में एक अनुपात है । सकारात्मक मूल्य 34 एस के बढ़े हुए स्तर से संबंधित हैं , जबकि नकारात्मक मूल्य एक नमूने में 32 एस से अधिक के साथ संबंधित हैं ।
गैर-बायोजेनिक प्रक्रियाओं के माध्यम से सल्फर खनिजों का गठन प्रकाश और भारी आइसोटोप के बीच पर्याप्त अंतर नहीं करता है, इसलिए जिप्सम या बैराइट में सल्फर आइसोटोप अनुपात वर्षा के समय पानी के स्तंभ में समग्र आइसोटोप अनुपात के समान होना चाहिए। 32 एस।के साथ अधिक तीव्र एंजाइमिक प्रतिक्रिया के कारण बायोलॉजिकल गतिविधि के माध्यम से सल्फेट की कमी दोनों आइसोटोपों के बीच दृढ़ता से अंतर करती है , -18 ‰ के आइसोटोपिक क्षरण में चयापचय में परिणाम होता है, और ऑक्सीकरण और दोहराया चक्रों के परिणामस्वरूप मूल्यों में वृद्धि हो सकती है -50 ‰ Of 34 एस के औसत वर्तमान समुद्री जल मान + 21 values के क्रम पर हैं।
पूरे भूगर्भिक इतिहास में सल्फर चक्र और समस्थानिक अनुपात जैव-चालित सल्फेट की कमी में वृद्धि के साथ जैवमंडल के समग्र नकारात्मक होने के साथ-साथ घुलमिल गए हैं, लेकिन साथ ही साथ काफी सकारात्मक भ्रमण भी दिखाते हैं। सल्फर समस्थानिकों में सामान्य सकारात्मक भ्रमण का मतलब है कि भूमि पर उजागर सल्फाइड खनिजों के ऑक्सीकरण के बजाय पाइराइट के जमाव की अधिकता है।
समुद्री सल्फर चक्र
समुद्री वातावरण में सल्फर चक्र का -34 एस के रूप में व्यक्त सल्फर समस्थानिक प्रणाली के उपकरण के माध्यम से अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है । आधुनिक वैश्विक महासागरों में 1.3 × 10 21 ग्राम का सल्फर भंडारण है , मुख्य रूप से δ 34 एस के साथ सल्फेट के रूप में होता है। मूल्य + 21 ‰। समग्र इनपुट प्रवाह ~ ३ ‰ के सल्फर समस्थानिक रचना के साथ १.० × १० १४ ग्राम / वर्ष है।सल्फाइड खनिजों के स्थलीय अपक्षय से प्राप्त रिवरिन सल्फेट (River 34 S = + 6 rial) महासागरों के लिए सल्फर का प्राथमिक इनपुट है। अन्य स्रोत मेटामॉर्फिक और ज्वालामुखी अपघटन और हाइड्रोथर्मल गतिविधि (ph 34) हैंएस = 0 =), जो सल्फर प्रजातियों को कम करता है (जैसे, एच 2 एस और एस 0 )। महासागरों से सल्फर के दो प्रमुख आउटपुट हैं। पहला सिंक सल्फेट के दफन के रूप में या तो समुद्री वाष्पीकरण (जैसे, जिप्सम) या कार्बोनेट-संबंधित सल्फेट (सीएएस) है, जो 6 × 10 13 ग्राम / वर्ष ( S 34 एस = + 21।) के लिए होता है। दूसरा सल्फर सिंक शेल्फ तलछट या गहरे समुद्रतल अवसादों में पाइराइट दफन है (4 × 10 13 जी / साल, δ 34 एस = -20 ‰)। कुल समुद्री सल्फर उत्पादन प्रवाह १.० × १० १४ ग्राम / वर्ष है, जो इनपुट फ्लक्स से मेल खाता है, जिसका अर्थ है कि आधुनिक समुद्री सल्फर बजट स्थिर अवस्था में है। आधुनिक वैश्विक महासागरों में सल्फर का निवास समय 13,000,000 वर्ष है।
सल्फर चक्र का विकास
तलछटी सल्फाइड की समस्थानिक रचना सल्फर चक्र के विकास पर प्राथमिक जानकारी प्रदान करती है।
पृथ्वी की सतह पर सल्फर यौगिकों की कुल सूची (लगभग) 10 22 ग्राम एस) भूगर्भिक समय के माध्यम से सल्फर के कुल प्रकोप का प्रतिनिधित्व करता है।सल्फर सामग्री के लिए विश्लेषण की जाने वाली चट्टानें आमतौर पर जैविक-समृद्ध शल होती हैं, जिसका अर्थ है कि वे संभावित रूप से बायोजेनिक सल्फर की कमी से नियंत्रित होती हैं। भूगर्भीय समय में जमा वाष्पीकरण से औसत समुद्री जल वक्र उत्पन्न होते हैं क्योंकि फिर से, चूंकि वे भारी और हल्के सल्फर समस्थानिकों के बीच भेदभाव नहीं करते हैं, उन्हें बयान के समय समुद्र की संरचना की नकल करनी चाहिए।
4.6 बिलियन साल पहले (Ga) पृथ्वी का गठन हुआ था और इसका सैद्धांतिक value 34 S मूल्य था 0. क्योंकि प्रारंभिक पृथ्वी पर कोई जैविक गतिविधि नहीं थी, कोई समस्थानिक विभाजन नहीं होगा । ज्वालामुखी विस्फोट के दौरान वायुमंडल के सभी सल्फर को छोड़ा जाएगा। जब महासागर पृथ्वी पर संघनित होते हैं, तो वातावरण अनिवार्य रूप से सल्फर गैसों के स्वच्छ होने के कारण पानी में उच्च घुलनशीलता के कारण स्वच्छ हो जाता है। अधिकांश आर्कियन (4.6-2.5 Ga) अधिकांश प्रणालियों में सल्फेट-सीमित दिखाई दिया। कुछ छोटे आर्कियन बाष्पीकरणीय जमाओं के लिए आवश्यक है कि सल्फेट के कम से कम स्थानीय स्तर पर उन्नत सांद्रता (संभवतः स्थानीय ज्वालामुखी गतिविधि के कारण) के लिए उनके अस्तित्व में हो और वे समाधान से बाहर हो जाएं।
3.8-3.6 Ga ने उजागर भूगर्भिक रिकॉर्ड की शुरुआत को चिह्नित किया क्योंकि यह पृथ्वी की सबसे पुरानी चट्टानों की उम्र है। इस समय से मेटेडिमेंटरी चट्टानों में अभी भी 0 का समस्थानिक मूल्य है क्योंकि सल्फर को अलग करने के लिए जीवमंडल को पर्याप्त (संभवतः बिल्कुल भी) विकसित नहीं किया गया था।
3.5 गा एनोक्सीोजेनिक प्रकाश संश्लेषण स्थापित होता है और सल्फेट सांद्रता के साथ वैश्विक महासागर को सल्फेट का एक कमजोर स्रोत प्रदान करता है अविश्वसनीय रूप से कम low 34 एस अभी भी मूल रूप से 0 है, इसके कुछ ही समय बाद 3.4 Ga पर वाष्पीकरणीय सल्फेट में न्यूनतम विभाजन के लिए पहला सबूत है। जादुई रूप से व्युत्पन्न सल्फाइड के साथ जुड़ाव को रॉक रिकॉर्ड में देखा जा सकता है। यह विभाजन anoxygenic के लिए संभव सबूत से पता चलता phototrophic बैक्टीरिया।
२.yn गा प्रकाश प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से ऑक्सीजन उत्पादन के लिए पहला प्रमाण देता है। यह महत्वपूर्ण है क्योंकि वातावरण में ऑक्सीजन के बिना सल्फर ऑक्सीकरण नहीं हो सकता है। यह ऑक्सीजन और सल्फर चक्रों के साथ-साथ जीवमंडल के समन्वय को भी उदाहरण देता है।
2.7-2.5 गा सबसे पुराने साल की उम्र है तलछटी चट्टानों एक δ खाली करने के लिए 34 एस जो सल्फेट कम करने के लिए पहले सम्मोहक सबूत प्रदान करते हैं।
2.3 गा सल्फेट 1 मिमी से अधिक तक बढ़ जाता है; सल्फेट में यह वृद्धि " ग्रेट ऑक्सीजनेशन इवेंट " के साथ संयोग है , जब पृथ्वी की सतह पर रेडॉक्स स्थितियों को माना जाता है कि अधिकांश श्रमिकों को मौलिक रूप से ऑक्सीकरण को कम करने से स्थानांतरित कर दिया गया है।इस बदलाव से सल्फेट अपक्षय में अविश्वसनीय वृद्धि हुई, जिसके कारण महासागरों में सल्फेट की वृद्धि हुई। बड़े आइसोटोपिक विभाजन जो संभवतः बैक्टीरिया की कमी से जुड़े होंगे, पहली बार उत्पन्न होते हैं। हालांकि इस समय समुद्री जल सल्फेट में एक अलग वृद्धि थी, यह अभी भी वर्तमान के 5-15% से कम होने की संभावना थी।
1.8 गा पर, बैंडेड आयरन फॉर्मेशन (BIF) पूरे आर्कियन और पालियोप्रोटेरोज़ोइक में आम तलछटी चट्टानें हैं ; उनके गायब होने से समुद्र के पानी के रसायन विज्ञान में एक अलग बदलाव आया है। बीआईएफ में लोहे के आक्साइड और चर्ट की परतें होती हैं । BIFs केवल तभी बनता है जब पानी को भंग लोहे (Fe 2+ ) में सुपरसैचुरेट करने की अनुमति दी जाती है, जिसका अर्थ है कि पानी के कॉलम में मुक्त ऑक्सीजन या सल्फर नहीं हो सकता है क्योंकि यह Fe 3+ (जंग) या पाइराइट का निर्माण करेगा और घोल से बाहर निकाल देगा। इस सुपरसेटेशन के बाद, फेरिक रिच बैंड के लिए पानी ऑक्सीजन युक्त हो जाना चाहिए ताकि यह अभी भी सल्फर खराब हो अन्यथा Fe 3+ के बजाय पाइराइट बनेगा। यह अनुमान लगाया गया है कि बीआईएफ का गठन प्रकाश संश्लेषक जीवों के प्रारंभिक विकास के दौरान हुआ था, जिनकी जनसंख्या वृद्धि के चरण थे, जिससे ऑक्सीजन का उत्पादन हुआ था। इस अधिक उत्पादन के कारण वे अपने आप को जहर दे देंगे, जिससे एक द्रव्यमान मर जाएगा, जो ऑक्सीजन के स्रोत को काट देगा और अपने शरीर के अपघटन के माध्यम से सीओ 2 की एक बड़ी मात्रा में उत्पादन करेगा, जिससे एक और जीवाणु खिलने की अनुमति होगी। 1.8 गा के बाद सल्फेट की सांद्रता समुद्रों में लोहे के वितरण प्रवाह की तुलना में सल्फेट में कमी की दरों में वृद्धि करने के लिए पर्याप्त थी।
बीआईएफ के लापता होने के साथ, पालियोप्रोटेरोज़ोइक के अंत में पहले बड़े पैमाने पर अवसादी जमाव का संकेत मिलता है जो खनिज के बीच एक लिंक दिखा रहा है और समुद्र के पानी में सल्फेट की मात्रा में वृद्धि की संभावना है। पालियोप्रोटेरोज़ोइक में समुद्री जल में सल्फेट आर्कियन की तुलना में अधिक मात्रा में बढ़ गया था, लेकिन फिर भी वर्तमान दिनों के मूल्यों से कम था। प्रोटेरोज़ोइक में सल्फेट का स्तर वायुमंडलीय ऑक्सीजन के लिए परदे के रूप में भी कार्य करता है क्योंकि सल्फेट का उत्पादन ज्यादातर ऑक्सीजन की उपस्थिति में महाद्वीपों के अपक्षय के माध्यम से होता है। प्रोटेरोज़ोइक में निम्न स्तर का सीधा अर्थ है कि वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्तर फ़ैनरोज़ोइक की प्रचुरता और आर्कियन की कमियों के बीच गिर गया।
750 मिलियन साल पहले (मा) बीआईएफ का एक नए सिरे से विवरण है जो महासागर रसायन विज्ञान में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन को चिह्नित करता है। यह संभवत: स्नोबॉल पृथ्वी के एपिसोड के कारण हुआ, जहां महासागरों सहित पूरे विश्व को ऑक्सीकरण से बर्फ काटने की एक परत में कवर किया गया था।देर से नियोप्रोटेरोज़ोइक उच्च कार्बन दफन दरों में वायुमंडलीय ऑक्सीजन का स्तर बढ़कर वर्तमान के १०% हो गया। नवीनतम निओप्रोटेरोज़ोइक में पृथ्वी की सतह पर एक और प्रमुख ऑक्सीकरण घटना हुई, जिसके परिणामस्वरूप एक गहरे गहरे महासागर और संभवतः बहुकोशिकीय जीवन की उपस्थिति के लिए अनुमति दी गई।
पिछले 600 मिलियन वर्षों के दौरान, समुद्री जल एसओ 4 में + 34 एस में +10 और + 30 + के बीच विविधता है, आज के औसत मूल्य के करीब। यह वायुमंडलीय O2 स्तरों के साथ मेल खाता है जो कि प्रीकैम्ब्रियन - कैम्ब्रियन सीमा के आसपास के आधुनिक मूल्यों के करीब पहुंचता है ।
सल्फर चक्र में कम समय के पैमाने (दस मिलियन वर्ष) में परिवर्तन निरीक्षण करने में आसान होते हैं और ऑक्सीजन समस्थानिकों के साथ और भी बेहतर हो सकते हैं। ऑक्सीजन को सल्फेट ऑक्सीकरण के माध्यम से लगातार सल्फर चक्र में शामिल किया जाता है और फिर उस सल्फेट को एक बार फिर से कम करने पर छोड़ दिया जाता है। चूँकि महासागर के भीतर विभिन्न सल्फेट स्रोतों में अलग-अलग ऑक्सीजन समस्थानिक मूल्य होते हैं, इसलिए सल्फर चक्र का पता लगाने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करना संभव हो सकता है। जैविक सल्फेट की कमी अधिमानतः लाइटर ऑक्सीजन समस्थानिकों को उसी कारण से चुनती है जिस कारण हल्का सल्फर समस्थानिकों को पसंद किया जाता है। पिछले 10 मिलियन वर्षों में समुद्र के अवसादों में ऑक्सीजन समस्थानिकों का अध्ययन करके उसी समय के माध्यम से समुद्र के पानी में सल्फर सांद्रता को बेहतर ढंग से बनाने में सक्षम थे। उन्होंने पाया कि दप्लियोसीन और प्लीस्टोसीन ग्लेशियल चक्रों के कारण समुद्री स्तर में परिवर्तन महाद्वीपीय अलमारियों का क्षेत्र बदल गया, जिसने तब सल्फर प्रसंस्करण को बाधित किया, जिससे समुद्र के पानी में सल्फेट की एकाग्रता कम हो गई। 2 मिलियन साल पहले प्रागैतिहासिक काल की तुलना में यह एक व्यापक बदलाव था।
ऑक्सीकरण और सल्फर आइसोटोप बड़े पैमाने पर स्वतंत्र विभाजन -
ग्रेट ऑक्सीजनेशन घटना (GOE) सल्फर आइसोटोप के लापता होने की विशेषता है बड़े पैमाने पर स्वतंत्र विभाजन के आसपास 2.45 अरब साल पहले (GA) में तलछटी रिकॉर्ड में (MIF)। सल्फर आइसोटोप की MIF (Δ 33 एस) δ मापा का विचलन द्वारा परिभाषित किया गया 33 δ से एस मूल्य 33 एस δ मापा से अनुमान लगाया मूल्य 34 बड़े पैमाने पर निर्भर विभाजन कानून के अनुसार एस मूल्य। ग्रेट ऑक्सिडेशन इवेंट ने वैश्विक सल्फर चक्रों के बड़े पैमाने पर संक्रमण का प्रतिनिधित्व किया। ग्रेट ऑक्सीकरण घटना से पहले, सल्फर चक्र पराबैंगनी (यूवी) विकिरण और संबंधित फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं से बहुत प्रभावित था, जिसने सल्फर समस्थानिक द्रव्यमान-स्वतंत्र अंशांकन ( ≠ 33 S। 0) को प्रेरित किया । सल्फर आइसोटोप द्रव्यमान-स्वतंत्र अंशांकन संकेतों के संरक्षण के लिए वायुमंडलीय O 2 की वर्तमान वायुमंडलीय स्तर (PAL) के 10 of5 से कम की आवश्यकता होती है ।~ २.४५ गा पर सल्फर समस्थानिक द्रव्यमान-स्वतंत्र अंश के विलुप्त होने से संकेत मिलता है कि वायुमंडलीय p O २ महा आक्सीजनकरण घटना के बाद वायुमंडलीय स्तर १० ed5 से अधिक हो गया है।ऑक्सिजन ने ग्रेट ऑक्सीजन के आयोजन के बाद वैश्विक सल्फर चक्रों में एक आवश्यक भूमिका निभाई, जैसे कि सल्फाइड के ऑक्सीडेटिव अपक्षय।पाइराइट का दफनबदले में तलछट पृथ्वी के सतही वातावरण में मुक्त O 2 के संचय में योगदान देता है।
आर्थिक महत्व
सल्फर जीवाश्म ईंधन के उत्पादन में शामिल है और धातु जमा के बहुमत के कारण इसकी ऑक्सीकरण या कम करने वाली एजेंट के रूप में कार्य करने की क्षमता है। पृथ्वी पर प्रमुख खनिज जमाओं में से अधिकांश में सल्फर की पर्याप्त मात्रा शामिल है, लेकिन यह तक सीमित नहीं है: तलछटी exhalative जमा (SEDEX), कार्बोनेट-होस्टेड लीड-जस्ता अयस्क जमा (मिसिसिपी वैली-टाइप एमवीटी) और पोरसेरी कॉपर जमा। जब तक संबंधित संक्रमण या आधार धातु मौजूद नहीं होते हैं या सल्फेट में कमी वाली साइट पर ले जाया जाता है, तब तक लौह सल्फाइड, गैलेना और स्फेराइट हाइड्रोजन सल्फाइड पीढ़ी के उप-उत्पादों के रूप में बनेंगे।यदि सिस्टम प्रतिक्रियाशील हाइड्रोकार्बन से बाहर निकलता है तो आर्थिक रूप से व्यवहार्य तत्व सल्फर जमा हो सकता है। सल्फर कई प्राकृतिक गैस जलाशयों में एक कम करने वाले एजेंट के रूप में भी काम करता है और आम तौर पर अयस्क बनाने वाले तरल पदार्थ का प्राचीन हाइड्रोकार्बन सीप या वेंट के साथ घनिष्ठ संबंध है।
अयस्क जमा में सल्फर के महत्वपूर्ण स्रोत आमतौर पर गहरे बैठे होते हैं, लेकिन वे स्थानीय देशी चट्टानों, समुद्र के पानी, या समुद्री वाष्प से भी आ सकते हैं । सल्फर की उपस्थिति या अनुपस्थिति कीमती धातुओं की एकाग्रता और समाधान से इसकी वर्षा दोनों पर सीमित कारकों में से एक है। पीएच , तापमान और विशेष रूप से रेडॉक्स राज्य यह निर्धारित करते हैं कि क्या सल्फाइड्स अवक्षेपित होंगे। अधिकांश सल्फाइड ब्राइन तब तक एकाग्रता में रहेंगे, जब तक वे कम होने वाली स्थिति, उच्च पीएच या कम तापमान तक नहीं पहुंच जाते।
अयस्क तरल पदार्थ आम तौर पर धातु से समृद्ध पानी से जुड़े होते हैं जो कि उच्च गति वाले टेक्टॉनिक सेटिंग्स में आमतौर पर उन्नत थर्मल स्थितियों के तहत एक तलछटी बेसिन के भीतर गरम होते हैं। बेसिन लिथोलॉजी की रीडॉक्स स्थितियां धातु-परिवहन वाले तरल पदार्थों की रेडॉक्स स्थिति पर एक महत्वपूर्ण नियंत्रण स्थापित करती हैं और जमा ऑक्सीकरण और तरल पदार्थ दोनों को कम कर सकती हैं। धातु से भरपूर अयस्क के तरल पदार्थ की आवश्यकता तुलनात्मक रूप से सल्फाइड की कमी से होती है, इसलिए सल्फाइड के एक बड़े हिस्से को खनिज के स्थल पर दूसरे स्रोत से आपूर्ति की जानी चाहिए। समुद्री जल सल्फेट या एक एक्सीनिक (एनोक्सिक और एच 2 एस-युक्त) पानी के स्तंभ का बैक्टीरिया में कमी उस सल्फाइड का एक आवश्यक स्रोत है। उपस्थित होने पर, δ 34बैराइट के एस मान आम तौर पर समुद्री जल सल्फेट स्रोत के अनुरूप होते हैं, हाइड्रोथर्मल बेरियम और परिवेश के समुद्री जल में सल्फेट के बीच प्रतिक्रिया द्वारा बेराइट गठन का सुझाव देते हैं।
एक बार जीवाश्म ईंधन या कीमती धातुओं की खोज की जाती है और या तो जला दिया जाता है या उन्हें पिघला दिया जाता है, तो सल्फर एक अपशिष्ट उत्पाद बन जाता है जिसे ठीक से निपटाया जाना चाहिए या यह प्रदूषक बन सकता है। जीवाश्म ईंधन के जलने के कारण हमारे वर्तमान वातावरण में सल्फर की मात्रा में काफी वृद्धि हुई है। सल्फर एक ही समय में एक प्रदूषक और एक आर्थिक संसाधन के रूप में कार्य करता है
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