5. Круговорот серы

Круговорот серы может послужить примером более детально изученного геохимического баланса одного элемента. На фиг. 81 показано, что сера в больших количествах встречается и на поверхности Земли, и в земной коре как в окисленной (сульфаты), так и в восстановленной (сульфиды) форме. Геохимики смогли понять круговорот серы благодаря тому факту, что сера имеет два стабильных изотопа - обычный ³²S и более тяжелый ³⁴S (около 4,2% количества первого изотопа). В природе нередко происходит фракционирование этих изотопов (абиогенным или биогенным путем), поэтому удается проследить пути "легкой" и "тяжелой" серы.

Фиг. 81. Геохимический цикл серы [20]. Массы указаны в метрических тоннах. Прерывистая линия делит схему на две части: выше линии - сера в основном в окисленном до сульфата состоянии; ниже - в виде сульфидов. Ломаная сплошная линия также делит схему на две части: слева от нее - сера несколько обогащена тяжелым изотопом (³⁴S); справа и ниже - сера обогащена легким изотопом (³²S)

В своей окисленной форме сера присутствует главным образом в морской воде и осаждается в виде гипса, образуя так называемые эвапориты, или пласты соли. В тонкозернистых отложениях типа черных сланцев сульфаты восстановлены биогенным путем до сульфидов (главные восстановители - бактерии Desulphovibrio desulphuricans и другие, сходные с ними). Кроме того, в изверженных и метаморфических породах, а также в рудных жилах встречаются первичные сульфиды. Запасы серы в реках, пресноводных озерах и атмосфере незначительны по сравнению с содержанием ее в море и в горных породах.

Хотя оценки количеств восстановленной и окисленной серы, участвующих в ее круговороте, хорошо обоснованы, сравнивая эти оценки с величинами для свободного кислорода и двуокиси углерода, мы замечаем некое несоответствие. В сульфидах содержится в общей сложности 9,7⋅10¹⁵ т серы (9,7⋅10²¹ г), что приблизительно соответствует 30000⋅10¹⁸ г-атомов. В сульфатах содержится 6,3⋅10¹⁵ т серы (6,3⋅10²¹ г); это примерно 20000⋅10¹⁸ г-атомов. Если считать, что первично вся сера была в восстановленной форме и что в окислении участвовал лишь биогенный атмосферный кислород, то только за счет этого окисления в земной коре должно быть отложено 20000⋅10¹⁸ г-атомов углерода. Это плохо согласуется с величиной 2000⋅10¹⁸ г-атомов углерода (см. предыдущий раздел).

Очевидно, здесь есть какая-то ошибка, а может быть и не одна. Во-первых, я думаю, что оценка общего количества углерода в коре сильно занижена, ведь учтены только запасы горючих ископаемых, но не рассеянный в породах углерод. Однако общее количество этого рассеянного углерода в осадочных породах типа черных сланцев или полосчатых кремнистых сланцев докембрия оценить трудно. Во-вторых (и здесь количественная оценка, по-видимому, совсем невозможна), не исключено, что часть серы была уже окислена в самые ранние периоды геологической истории. Как мы узнаем из следующих глав, в те времена кислород поступал в атмосферу в результате неорганического фотолиза воды, а углерод при этом, разумеется, не откладывался. Хотя содержание кислорода в атмосфере оставалось ниже "уровня Юри" (0,001 его современного содержания; см. фиг. 99), окисление, как упорно подчеркивают Беркнер и Маршалл [5, 6], должно было идти весьма активно, так как озон мог возникать на самой поверхности Земли или вблизи нее.

Возможны и другие объяснения. Я не буду их здесь рассматривать; надеюсь, читатель теперь видит, с какими трудностями связана интерпретация данных геохимии.