El Ciclo del Azufre se refiere al ciclo biogeoquímico por el cual el Azufre se mueve a través de la biosfera. El ciclo del azufre comprende el paso desde que se encuentra en la superficie terrestre o desde el agua a las plantas y animales hasta que regresa a ellos nuevamente.

¿Qué es el Ciclo del Azufre?

El azufre, un elemento esencial para las macromoléculas de los seres vivos, es liberado a la atmósfera por la combustión de combustibles fósiles, como el carbón.

Efectos del ciclo del azufre

Como parte del aminoácido cisteína, está involucrado en la formación de enlaces disulfuro dentro de las proteínas, que ayudan a determinar sus patrones de plegamiento tridimensional, y por lo tanto sus funciones.

Los ciclos de azufre entre los océanos, la tierra y la atmósfera. El azufre atmosférico se encuentra en forma de dióxido de azufre (SO2) y entra en la atmósfera de tres maneras: por la descomposición de moléculas orgánicas, por la actividad volcánica y los respiraderos geotérmicos, y por la quema de combustibles fósiles por parte de los humanos.

El azufre entra a la atmósfera como dióxido de azufre (SO2) a través de las emisiones humanas, la descomposición del H2S y las erupciones volcánicas. Las precipitaciones y las precipitaciones de la atmósfera devuelven el azufre a la Tierra, donde entra en los ecosistemas terrestres.

El azufre entra a los océanos a través de la escorrentía, donde se incorpora a los ecosistemas marinos. Parte del azufre marino se convierte en pirita, que queda atrapada en los sedimentos. Si ocurre afloramiento, la pirita entra en el suelo y se convierte en sulfatos del suelo.

El dióxido de azufre de la atmósfera está disponible para los ecosistemas terrestres y marinos cuando se disuelve en precipitaciones en forma de ácido sulfúrico débil o cuando cae directamente a la Tierra como lluvia radiactiva.

La erosión de las rocas también hace que los sulfatos estén disponibles para los ecosistemas terrestres. La descomposición de los organismos vivos devuelve los sulfatos al océano, al suelo y a la atmósfera.

El Ciclo del Azufre en la Tierra

En la tierra, el azufre se deposita de cuatro maneras principales: precipitación, precipitación directa de la atmósfera, erosión de las rocas y respiraderos geotérmicos.

El azufre atmosférico se encuentra en forma de dióxido de azufre (SO2), y a medida que la lluvia cae a través de la atmósfera, el azufre se disuelve en forma de ácido sulfúrico débil (H2SO4). El azufre también puede caer directamente de la atmósfera en un proceso llamado lluvia radiactiva.

Además, la erosión de las rocas que contienen azufre libera azufre en el suelo. Estas rocas se originan a partir de sedimentos oceánicos que se mueven hacia la tierra por el levantamiento geológico de los sedimentos oceánicos.

Los ecosistemas terrestres pueden entonces hacer uso de estos sulfatos del suelo (SO4-), y al morir y descomponerse estos organismos, liberan el azufre de nuevo a la atmósfera como gas de sulfuro de hidrógeno (H2S).

El Ciclo del Azufre en el Océano

El azufre entra al océano a través de la escorrentía de la tierra, de las precipitaciones atmosféricas y de los respiraderos geotérmicos submarinos. Algunos ecosistemas dependen de quimioautotrofos que utilizan azufre como fuente de energía biológica. Este azufre sostiene entonces los ecosistemas marinos en forma de sulfatos.

Las actividades humanas han desempeñado un papel importante en la alteración del equilibrio del ciclo mundial del azufre. La quema de grandes cantidades de combustibles fósiles, especialmente de carbón, libera grandes cantidades de gas de sulfuro de hidrógeno a la atmósfera.

A medida que la lluvia cae a través de este gas, crea el fenómeno conocido como lluvia ácida. La lluvia ácida es la lluvia corrosiva causada por el agua de lluvia que cae al suelo a través del gas dióxido de azufre, convirtiéndola en ácido sulfúrico débil, que causa daños a los ecosistemas acuáticos.

La lluvia ácida daña el medio ambiente natural al disminuir el pH de los lagos, lo que mata a mucha de la fauna residente; también afecta el medio ambiente creado por el hombre a través de la degradación química de los edificios.

Por ejemplo, muchos monumentos de mármol, como el Lincoln Memorial en Washington, DC, han sufrido daños significativos por la lluvia ácida a lo largo de los años. Estos ejemplos muestran los efectos de gran alcance de las actividades humanas sobre nuestro medio ambiente y los retos que quedan por delante para nuestro futuro.

Características del Ciclo del azufre

El azufre es uno de los componentes que componen las proteínas y las vitaminas. Las proteínas consisten en aminoácidos que contienen átomos de azufre. El azufre es importante para el funcionamiento de las proteínas y enzimas en las plantas y en los animales que dependen de las plantas para obtener azufre.

Las plantas absorben el azufre cuando se disuelve en agua. Los animales consumen estas plantas, de modo que absorben suficiente azufre para mantener su salud.

La mayor parte del azufre de la tierra está atado en rocas y sales o enterrado en las profundidades del océano en sedimentos oceánicos. El azufre también se encuentra en la atmósfera. Entra en la atmósfera a través de fuentes tanto naturales como humanas.

Los recursos naturales pueden ser, por ejemplo, erupciones volcánicas, procesos bacterianos, evaporación del agua u organismos en descomposición. Cuando el azufre entra en la atmósfera a través de la actividad humana, esto es principalmente consecuencia de procesos industriales en los que se emiten gases de dióxido de azufre (SO2) y sulfuro de hidrógeno (H2S) a gran escala.

Cuando el dióxido de azufre entra en la atmósfera reacciona con el oxígeno para producir gas trióxido de azufre (SO3), o con otros productos químicos en la atmósfera, para producir sales de azufre.

El dióxido de azufre también puede reaccionar con el agua para producir ácido sulfúrico (H2SO4). El ácido sulfúrico también puede producirse a partir del demetilsulfuro, que es emitido a la atmósfera por especies de plancton.

Todas estas partículas se depositarán de nuevo en la tierra, o reaccionarán con la lluvia y caerán de nuevo en la tierra como deposición ácida. Las partículas serán absorbidas de nuevo por las plantas y liberadas de nuevo a la atmósfera, de modo que el ciclo del azufre comenzará de nuevo.

Propiedades del ciclo del azufre 

El azufre es uno de los macronutrientes requeridos por las plantas y se obtiene de la tierra y de la atmósfera. Está presente en las proteínas y da un olor distintivo a muchas sustancias. También es un componente del aminoácido cisteína y está presente en un gran número de sistemas enzimáticos. Varios grupos de procariotas utilizan y liberan azufre.

Los principales reservorios de azufre en el ciclo global son la pirita y el yeso (un evaporito de agua de mar) en la litosfera y en el agua de mar. Muy poco azufre está presente en los organismos vivos, pero en los lodos marinos y en las turberas terrestres, donde la materia orgánica se acumula en condiciones anaeróbicas, hay cantidades considerables.

Las cantidades que provienen de estas fuentes son pequeñas, pero el olor característico a huevo podrido de H2S es a menudo prevalente en el aire de estos sitios. Las crecientes cantidades de compuestos de azufre atmosférico son el resultado directo de las actividades humanas y son los principales componentes de la contaminación del aire en las áreas industriales.

La mayoría son de corta duración en el aire y se lavan formando lluvia ácida a sotavento de los emplazamientos industriales. El ciclo del azufre ya no está en equilibrio.

El ciclo del azufre se asemeja al del nitrógeno en varios aspectos, por ejemplo, los movimientos a corto plazo de ambos elementos es a través de la atmósfera como resultado del metabolismo de las bacterias.

Etapas del Ciclo del Azufre

Los gases se mueven rápidamente en un ciclo cerrado desde el aire hasta el suelo y viceversa. Hay varios subciclos:

  • Un ciclo de tiempo largo y profundo de intemperismo, erosión, deposición.
  • Ciclo predominantemente atmosférico donde las bacterias metabolizan la materia orgánica muerta y liberan azufre a la atmósfera donde tiene un corto tiempo de residencia antes de ser devuelto al suelo por la precipitación.
  • Un ciclo marino donde la evaporación del aerosol marino libera azufre a la atmósfera temporalmente y desde donde vuelve a caer al mar.
  • Por último un ciclo de tierra-planta donde el azufre orgánico en el estiércol u otro fertilizante se utiliza para mantener a los microbios del suelo y las plantas.

Evolución del ciclo del azufre

La composición isotópica de los sulfuros sedimentarios proporciona información primaria sobre la evolución del ciclo del azufre.

El inventario total de compuestos de azufre en la superficie de la Tierra, representa la desgasificación total de azufre a través del tiempo geológico. Las rocas analizadas para el contenido de azufre son generalmente esquistos ricos en orgánicos, lo que significa que es probable que estén controladas por la reducción biogénica del azufre.

Las curvas promedio de agua de mar se generan a partir de evaporitas depositadas a lo largo del tiempo geológico, ya que no discriminan entre los isótopos de azufre pesado y ligero, por lo que deben imitar la composición del océano en el momento de la deposición.

Hace 4.600 millones de años, la Tierra se formó y tenía un valor teórico de 0. Puesto que no había actividad biológica en la Tierra primitiva, no habría fraccionamiento isotópico. Todo el azufre de la atmósfera se liberaría durante las erupciones volcánicas.

Cuando los océanos se condensaron en la Tierra, la atmósfera estaba esencialmente limpia de gases sulfurosos, debido a su alta solubilidad en agua. A lo largo de la mayoría de los sistemas del Arcaico.

la mayoría de los sistemas parecían estar limitados por sulfatos. Algunos pequeños depósitos evaporíticos del Arcaico requieren que existieran al menos concentraciones localmente elevadas (posiblemente debido a la actividad volcánica local) de sulfato para que se sobresaturaran y precipitaran fuera de la solución.

Comienzo del Ciclo geológico

El comienzo del registro geológico queda expuesto cuando se originaron las rocas más antiguas de la Tierra. Las rocas metasedimentarias de esta época todavía tienen un valor isotópico de 0 porque la biosfera no se desarrolló lo suficiente (posiblemente en absoluto) para fraccionar el azufre.

La fotosíntesis anoxógena se ha establecio y proporciono una fuente débil de sulfato al océano global con concentraciones de sulfato increíblemente bajas.

Inicio del Ciclo del Azufre

Poco después, la primera evidencia de fraccionamiento mínimo en sulfato evaporativo en asociación con sulfuros derivados de la magmatización se puede ver en el registro de rocas. Este fraccionamiento muestra posible evidencia de bacterias fototróficas anoxigénicas.

Se encontró la primera evidencia de la producción de oxígeno a través de la fotosíntesis. Esto es importante porque no puede haber oxidación de azufre sin oxígeno en la atmósfera. Esto ejemplifica la coevolución de los ciclos de oxígeno y azufre, así como de la biosfera.

El sulfato de la Tierra aumenta a más de 1 mM; este aumento en el sulfato coincide con el “Gran Evento de Oxigenación”, cuando la mayoría de los trabajadores piensan que las condiciones redox en la superficie de la Tierra han cambiado fundamentalmente de reducirse a oxidarse.

Este cambio habría conducido a un incremento increíble en la erosión del sulfato, lo que habría conducido a un aumento del sulfato en los océanos. Los grandes fraccionamientos isotópicos que probablemente estarían asociados con la reducción de bacterias se producen por primera vez.

Aunque hubo un claro aumento del sulfato de agua de mar en ese momento, era probable que sólo fuera inferior al 5-15% de los niveles actuales.

Más adelante, las formaciones de hierro en bandas (BIF) son rocas sedimentarias comunes en todo el Arcaico y Paleoproterozoico; su desaparición marca un claro cambio en la química del agua del océano.

Siguiendo esta supersaturación, el agua debe oxigenarse para que las bandas férricas ricas la precipiten, debe seguir siendo pobre en azufre, de lo contrario se formaría pirita en lugar de Fe3+.

Se ha planteado la hipótesis de que los BIFs se formaron durante la evolución inicial de organismos fotosintéticos que tenían fases de crecimiento poblacional, causando sobreproducción de oxígeno.

Debido a esta sobreproducción se envenenarían a sí mismos causando una muerte masiva, que cortaría la fuente de oxígeno y produciría una gran cantidad de CO2 a través de la descomposición de sus cuerpos, permitiendo otra floración bacteriana.

Después las concentraciones de sulfato fueron suficientes para aumentar las tasas de reducción de sulfato a más que el flujo de entrega de hierro a los océanos.

Junto con la desaparición del BIF, el final del Paleoproterozoico también marca los primeros depósitos exhalativos sedimentarios a gran escala, mostrando un vínculo entre la mineralización y un probable aumento en la cantidad de sulfato en el agua de mar.

Ciclo del Azufre en el Paleoproterozoico

En el Paleoproterozoico el sulfato en el agua de mar había aumentado a una cantidad mayor que en el Arcaico, pero todavía era menor que los valores actuales. Los niveles de sulfato en el Proterozoico también actúan como indicadores sustitutivos del oxígeno atmosférico porque el sulfato se produce principalmente a través de la erosión de los continentes en presencia de oxígeno.

Los bajos niveles en el Proterozoico simplemente implican que los niveles de oxígeno atmosférico se encuentran entre las abundancias del Fanerozoico y las deficiencias del Arcaico.

Hace 750 millones de años se produjo una nueva deposición de BIF que marca un cambio significativo en la química oceánica. Esto se debió probablemente a episodios de bola de nieve en los que todo el planeta, incluidos los océanos, estaba cubierto por una capa de hielo que cortaba la oxigenación.

A finales del Neoproterozoico, las altas tasas de enterramiento de carbono aumentaron el nivel de oxígeno atmosférico a >10% de su valor actual. En el último Neoproterozoico ocurrió otro evento oxidante importante en la superficie de la Tierra que resultó en un océano óxido profundo y posiblemente permitió la aparición de vida multicelular.

Ciclo del Azufre en la actualidad

Durante los últimos 600 millones de años, el SO4 de agua de mar ha variado entre +10 y +30‰, con un valor medio cercano al actual. Esto coincide con los niveles atmosféricos de O que alcanzan algo parecido a los valores modernos alrededor de la frontera precámbrico-cámbrica.

En una escala de tiempo más corta (diez millones de años) los cambios en el ciclo del azufre son más fáciles de observar y pueden ser aún más restringidos con isótopos de oxígeno. El oxígeno se incorpora continuamente al ciclo del azufre a través de la oxidación del sulfato y luego se libera cuando ese sulfato se reduce una vez más.

Dado que las diferentes fuentes de sulfato dentro del océano tienen distintos valores isotópicos de oxígeno, puede ser posible usar oxígeno para rastrear el ciclo del azufre. La reducción biológica de sulfatos selecciona preferentemente isótopos de oxígeno más ligeros por la misma razón que se prefieren los isótopos de azufre más ligeros.

Al estudiar los isótopos de oxígeno en los sedimentos oceánicos durante los últimos 10 millones de años, fueron capaces de limitar mejor las concentraciones de azufre en el agua de mar durante ese mismo tiempo.

Descubrieron que los cambios en el nivel del mar debidos a los ciclos glaciares del Plioceno y el Pleistoceno cambiaron el área de las plataformas continentales, lo que interrumpió el procesamiento del azufre y redujo la concentración de sulfato en el agua del mar. Este fue un cambio drástico en comparación con los tiempos preestablecidos antes de hace 2 millones de años.

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