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GLIEDERUNG
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1. Einleitung
- Definition Schwefel
- Sulfat allgemein
2. Erklärung des Schwefelkreislaufes
- Schaubild
- weitere Teilschritte
3. Folgen der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe
- Bodenversauerung
- Saurer Regen
- Hemmungen von RubisCO
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1. Definition Schwefel:
Schwefel ist ein typisches Nichtmetall mit dem chemischen Symbol S und der Ordnungszahl 16 im Periodensystem der Elemente. Schwefel kommt zwar in mehreren Formen vor, jedoch ist die unter normalen Bedingungen beständige Modifikation des Schwefels eine gelbe, spröde, in Wasser unlösliche Substanz. Schwefel gehört zu den häufiger vorkommenden Elementen unserer Erde und steht in der Reihe der Häufigkeit an 15. Stelle (noch vor dem Kohlenstoff). In der Natur kommt Schwefel sowohl gediegen als auch in Form von mineralischen Sulfiden oder Sulfaten vor. Darüber hinaus kommt Schwefel auch in der Form des (sehr giftigen) Schwefelwasserstoffs H S.
Sulfat allgemein
Sulfat (SO42-) spielt im Schwefelkreislauf eine wichtige Rolle, da Schwefel hauptsächlich in Sulfatform in den Kreislauf gebracht wird. Sulfat kann zum Beispiel als Gips (CaSO4) oder als Bittersalz (MgSO4) gebunden sein. Pflanzen nehmen den Schwefel in Sulfatform über die Wurzeln direkt auf, und verstoffwechseln diesen durch Reduktionsvorgänge zu schwefelhaltigen Aminosäuren (hier liegt der Schwefel sulfidisch gebunden vor).
Schwefel, Sulfat und Sulfide sind durch Oxidations- und Reduktionsvorgänge miteinander verbunden.
2. Der Schwefelkreislauf
Schwefel benötigen alle Lebewesen für den Aufbau bestimmter Aminosäuren. Durch die Freisetzung von Schwefel und Schwefelverbindungen aus Vulkanen und aus verwittertem Sediment, wie z.B. Gips (CaSO4) oder Bittersalz (MgSO4) gelangt Schwefel in den Boden. Pflanzen nehmen Schwefel in gelöster Form als Sulfat-Ionen (SO4²-) auf und verwerten ihn. Heterotrophe Organismen nehmen mit der Nahrung diese schwefelhaltigen Verbindungen auf und bauen sie in körpereigene Proteine ein. Aus toten, verwesenden Organismen werden Sulfide freigesetzt, die von Mikroorganismen unter Sauerstoffzufuhr zu Sulfaten oxidiert werden, die wieder von Pflanzen aufgenommen werden können. Damit ist der Kreislauf geschlossen.
Weitere Teilschritte des Schwefelkreislaufes:
ü Die bakterielle Umwandlung von Sulfiden zu Schwefelwasserstoff (H2S) unter anaeroben Bedingungen und die entsprechende Rückumwandlung.
ü Metallsulfide werden anthropogen[1] als Erze genutzt. Bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen und der Erzröstung entsteht Schwefeldioxid (SO2). Durch Oxidation und Hydrierung kann das Schwefeldioxid in Sulfat umgewandelt werden.
Praktisches Beispiel:
Bei der Eiweißfäulnis werden neben Ammoniak auch kleine Mengen von Schwefelwasserstoff freigesetzt. Hierzu ist ein Teil der Fäulnisbakterien befähigt. Der Schwefelwasserstoff ist im aeroben Milieu nicht beständig und wird entweder chemisch oder durch Bakterien und Pilze oxidiert.
3. Folgen der Verbrennung schwefelhaltiger Brennstoffe
Der Schwefelkreislauf wird zunehmend von industrieller Luftverunreinigung beeinflusst. Die Verbrennung schwefelhaltiger fossiler Brennstoffe reichert die Atmosphäre mit unnatürlich viel SO2 an. Folgen davon sind:
a) BODENVERSAUERUNG:
Die Böden sind zunehmend sauer geworden was auf sauren Regen und die Einleitung von sauren Abwässern in Flüsse zurückzuführen ist. Jedoch wirkt sich dies nicht auf alle Böden und Gewässer in gleichem Maße aus. Kalk und Magnesium zum Beispiel wirken als Puffer[2] und heben die saure Wirkung des Regens und der Abwasser in bestimmten Maßen auf. Anthropogene Bodenversauerung führt zu erheblicher Bodenalterung.
b) SAURER REGEN:
Der saure Regen definiert sich als Niederschlagswasser mit einem pH-Wert unter 5. Säurebildung ist die Ursache für sauren Regen. (Die Verringerung des pH-Wertes um eine Einheit bedeutet die Zunahme des Säuregehaltes um das zehnfache) Beitragende Luftverunreinigungen sind:
ü SOx (Schwefeldioxid + Sulfat)
ü NOx (oxidierte Stickstoffverbindungen: Stickstoffmonoxid, Distickstoffoxid/Lachgas/Nitrat)
ü NHx (reduzierte Stickstoffverbindungen: Ammoniak + Ammonium)
c) HEMMUNGEN VON RUBIS CO UND SOMIT SCHÄDEN DER VEGETATION:
Definition RubisCO:
das mengenmäßig häufigste Protein der Erde, da es alle photosynthetisch aktive Pflanzen zur Dunkelreaktion der Photosynthese benötigen
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