Сірка зустрічається в природі як в самородному вигляді, так і в різних сполуках та газоподібному стані, у вигляді сірководню та оксиду сірки. Легкорозчинні сульфати сірки знаходяться у великій кількості в морській воді.
Сірка – один з незамінних компонентів при синтезі білків в організмі тварин та утворенні сірковмістних органічних речовин у рослин. Сіркобактерії можуть окиснювати сірководень (H2S) до сірки, внаслідок чого утворювана енергія служить для них джерелом енергозабезпечення метаболічних процесів (як сонячна енергія при фотосинтезі).
Поверхневі води, у складі яких сульфатні іони становлять більше 25 %, належать до сульфатних вод. Їх хімічний склад визначається надходженням сульфатів з водозбірної площі та вимиванням з донних грунтів. Сульфати можуть надходити у водойми при хімічному вивітрюванні та вимиванні з таких мінеральних покладів, як гіпс (CaSO4·2H2O), ангідрит (CaSO4) та барит (BaSO4). При вилужуванні солончаків, води також збагачуються на сульфатні іони.
Причиною зростання вмісту сірки у воді може бути окиснення сульфідів, які надходять з стічними водами промислових, сільськогосподарських та комунально-побутових підприємств. Значним джерелом утворення сірководню у водних об'єктах є розклад органічних речовин у донних грунтах в анаеробних умовах.
Хоча сульфати добре розчинні у воді, але їх концентрація у водоймах обмежується утворенням малорозчинних сполук з кальцієм (CaSO4), які осідають на дно. В Україні сульфатні води зустрічаються переважно в річках степової зони, яка охоплює Український кристалічний щит, Причорноморську впадину, Донецьку складчасту область та схили Воронізького кристалічного масиву. У водах більшості річок цього регіону провідне місце належить сульфатам, а води належать до сульфатно-хлоридного та натрій-кальцієвого або натрій-магнієвого класу. Переважають сульфатно-хлоридні води мішаного катіонного складу у річках Приазов'я та у лівих притоках Дніпра степової зони (рр. Орель, Самара, Конка та інші).
У водних екосистемах сульфатні іони знаходяться у біологічному кругообігу. Його основними ланцюгами виступають практично всі гідробіонти, які засвоюють сульфати на побудову свого тіла. Після їх відмирання під впливом сіркобактерій Н2S окиснюється спочатку до S, а потім до SO42–, який знову включається у кругообіг. В водних екосистемах має місце також процес сульфатредукції.
Сульфатредукція – це процес відновлення сульфатних іонів до сірководню під впливом сульфатредукуючих бактерій у відсутності кисню і в присутності органічних речовин. Схематично хід реакції зображено нижче:
2 SO42–+ 4 С + 3 Н2О = Н2S–+ НS–+ СО2 + 3 НСО3–.
В анаеробних умовах сульфатредукуючі бактерії використовують енергію сульфатів для дихання, а сірководень виділяється у воду. Подібні реакції протікають практично в усіх водоймах, де є значні поклади донних грунтів та понижений водообмін. Характерними ознаками таких водойм є наявність у воді сірководню, сульфідів, тіосульфатів та сульфатредукуючих бактерій. Такі процеси проходять з найбільшою активністю у мероміктичних водоймах, до яких належить Чорне море.
Мероміктичні – це водойми, які мають двошарову стратифікацію товщі води, при чому вода нижнього шару істотно більш мінералізована і щільна, ніж у верхньому. У таких водоймах циркуляція охоплює тільки поверхневий шар води меншої щільності. Чорне море входить до числа найбільших у світі мероміктичних водойм. В ньому на глибині 150–250 м проходить хемоклин, який розділяє розпріснений і збагачений киснем міксолімніон (верхній шар) і у 10 разів більший монімолімніон, або нижній шар води, який не перемішується.
У водоймах з добрим кисневим режимом сульфатредукція відбувається тільки в товщі мулових відкладів. При цьому чорний колір донних відкладів свідчить про характер сульфатредукуючих процесів, що проходять на дні водойм. Подібні процеси характерні для водних об'єктів, у які скидаються висококонцентровані стічні води, збагачені органічними речовинами, що містять у своєму складі сульфати. Сульфатредукція часто виникає в евтрофних водоймах, коли в них розвивається літня або зимова стагнація.
Підвищений вміст сірководню у водному середовищі негативно впливає на життєдіяльність гідробіонтів і тому вони проявляють високу чутливість до його наявності у воді. Так, поліхети Nereіs zonata, Phyllodoce tuberculata, гіллястовусі рачки Daphnіa longіspіna та багато інших не витримують навіть слідових концентрацій сірководню у воді. Більш стійкі до сірководню донні поліхети Nereіs dіversіcolor, черви Capіtella capіtata та деякі інші бентонти, які живуть у товщі донних відкладів, де відбувається гниття органічних речовин. Винятково стійкий до сірководню рачок Artemіa salіna. Токсичною концентрацією для її молоді є 76,8 мг/дм3, а для дорослих – 109 мг/дм3. Риби, особливо молодь, проявляють підвищену чутливість до сірководню.