Stickstoffkreislauf

Der Stickstoffkreislauf wandelt Stickstoff zwischen seinen vielen Oxidationsstufen um, von inertem atmosphärischem Distickstoff zu reaktiven Formen, die das Leben erhalten und im Übermaß Luft und Wasser verschmutzen.

Definition

Der globale Kreislauf von Stickstoff durch Fixierung, Nitrifikation, Denitrifikation und Assimilation, der mehrere Oxidationsstufen umfasst.

Scope

Dieses Thema behandelt die biologische und industrielle Stickstofffixierung, Nitrifikation und Denitrifikation, die Assimilation und Mineralisierung von Stickstoff sowie die Kaskade von Umwelteffekten durch den reaktiven Stickstoff, den menschliche Aktivitäten dem Kreislauf hinzugefügt haben.

Core questions

• Wie wird inerter atmosphärischer Stickstoff in reaktive Formen umgewandelt?
• Welche mikrobiellen Reaktionen wandeln Stickstoff-Oxidationsstufen ineinander um?
• Wie hat die industrielle Fixierung den globalen Kreislauf verändert?
• Was ist die Stickstoffkaskade und warum ist sie wichtig?

Key theories

Reaktive-Stickstoff-Kaskade

Ein einzelnes Atom von menschengemachtem reaktivem Stickstoff kann sich durch Ökosysteme bewegen und aufeinanderfolgende Effekte verursachen, einschließlich Smog, Versauerung, Eutrophierung und Treibhauserwärmung, bevor es schließlich denitrifiziert wird.

Mechanisms

Stickstofffixierende Mikroben und der industrielle Haber-Bosch-Prozess wandeln Distickstoff in Ammoniak um; die Nitrifikation oxidiert Ammonium zu Nitrat; die Assimilation bildet Biomasse; und die Denitrifikation führt Stickstoff als N2 und Lachgas in die Atmosphäre zurück. Die menschliche Fixierung konkurriert heute mit natürlichen Quellen und belastet Ökosysteme mit mobilem reaktivem Stickstoff.

Clinical relevance

Der Stickstoffkreislauf ist die Grundlage der düngergestützten Nahrungsmittelproduktion, aber auch der Nitratverschmutzung von Wasser, der küstennahen Todeszonen und der Lachgasemissionen, die Klima und Ozon beeinflussen.

History

Der Haber-Bosch-Prozess im frühen 20. Jahrhundert veränderte den Stickstoffkreislauf, indem er eine massive industrielle Fixierung ermöglichte, und spätere Arbeiten charakterisierten die daraus resultierende Stickstoffkaskade und ihr planetarisches Ausmaß.

Key figures

• Fritz Haber
• Carl Bosch
• James N. Galloway

Seminal works

• galloway2008
• schlesinger2013

Frequently asked questions

Warum ist reaktiver Stickstoff ein Problem, wenn Stickstoff essenziell ist?

Reaktiver Stickstoff ist für das Leben notwendig, aber im Übermaß verbreitet er sich durch Luft und Wasser und verursacht Verschmutzung, Eutrophierung und Treibhausgasemissionen, bevor er entfernt wird.