Ciclo dello zolfo: mineralizzazione, ossidazione a solfato, riduzione del solfato

Il ciclo dello zolfo riguarda i processi che avvengono nelle varie forme in cui esso è presente nell’ambiente compreso quello presente nell’atmosfera dove composti dello zolfo vi giungono oltre che dalle eruzioni vulcaniche e dalle attività umane anche dai batteri del genere Thiobacillus che ossidano lo zolfo inorganico a solfato ottenendo energia per il loro organismo. Il trasporto dello zolfo attraverso la crosta terrestre e i suoi organismi viventi è chiamato ciclo dello zolfo.

Il processo di erosione provoca il rilascio dello zolfo dalle rocce, dove viene poi digerito da batteri e piante. Dopodiché, risale la catena alimentare, dove viene assorbito da piante e animali prima di essere espulso quando quegli organismi muoiono e decadono.

Il ciclo dello zolfo è di grande importanza poiché chiarisce il funzionamento di una varietà di biomolecole, il che è necessario per una piena comprensione dei loro processi. Il ciclo dello zolfo mantiene l’equilibrio nella concentrazione di zolfo nei numerosi bacini della Terra, contribuendo alla preservazione dell’abitabilità del pianeta e del sistema ecologico che supporta la vita su di esso.  Inoltre il ciclo dello zolfo può essere utilizzato per comprendere la fisiologia dei vari microrganismi coinvolti nel processo di conversione dello zolfo.

A  causa dell’attività umana il ciclo dello zolfo  è significativamente alterato  a causa della combustione di combustibili fossili come carbone, gas naturale e altri combustibili fossili che ha portato a un aumento significativo della quantità di zolfo presente nell’atmosfera e nell’oceano, nonché a una riduzione della quantità di roccia sedimentaria in grado di assorbire lo zolfo.

Lo zolfo si trova in natura sia allo stato elementare sia in quello combinato principalmente come:

• solfuro in particolare sotto forma di pirite FeS₂
• solfato ad esempio sotto forma di CaSO₄

è presente nelle esalazioni vulcaniche come solfuro di idrogeno e biossido di zolfo oltre che in molti tipi di petrolio.

Lo zolfo ricopre una importanza particolare nell’ambito della biochimica perché è presente in alcuni amminoacidi e vitamine.

Esso gioca un ruolo importante a livello biologico anche:

• nel sistema di trasporto degli elettroni nel corpo
• sulla tiamina e sulla biotina
• nella sintesi di intermedi metabolici
• nella corretta funzione dell’insulina.

Fasi del ciclo dello zolfo

Gli steps del ciclo dello zolfo sono:

• mineralizzazione dei composti organici dello zolfo in forma inorganica. Lo zolfo, che si trova si trova in prevalenza in amminoacidi, solfati organici, esteri solfonici di glucidi e lipidi, nel processo di mineralizzazione è trasformato in zolfo inorganico ed in particolare in solfuro.
• ossidazione del solfuro e dello zolfo elementare a solfato con reazioni del tipo S^2- + 2 O₂ → SO₄^2-.

L’idrogeno solfuro è ossidato ad opera di microrganismi presenti sia nel suolo che nelle acque che, grazie alla presenza di pigmenti in essi contenuti, dapprima demoliscono il solfuro di idrogeno in condizioni anaerobiche secondo la reazione:

2 H₂S + CO₂ → HCHO + H₂O + S₂

La molecola S₂ può essere ossidata a ione solfato dai microrganismi secondo la reazione:

S₂ + 3 O₂ → 2 SO₄^2- + 4 H⁺

• riduzione assimilativa del solfato. Nel solfato infatti lo zolfo ha il suo numero di ossidazione più alto e si riduce a +2 e si riduce a solfuro metantiolo e dimetilsolfuro che contengono lo zolfo nello stato di ossidazione -2. Il solfato presente nel suolo può essere assimilato da piante e microrganismi. Il solfato viene ridotto a solfuro ad opera di solfobatteri diminuendo, tuttavia, la quantità di zolfo presente necessario per la nutrizione delle piante ed infatti tale processo è poco favorevole alla fertilità del suolo e conseguentemente alla produzione agricola.

Il solfuro di idrogeno successivamente è ossidato nell’atmosfera, prima ad anidride solforosa SO₂ e poi completamente ad acido solforico o in un sale contenente lo ione solfato.