窒素循環

窒素循環は、不活性な大気中の二窒素から、生命を維持する反応性窒素、そして過剰になると大気や水を汚染する反応性窒素まで、その多くの酸化状態の間で窒素を変換します。

Definition

固定、硝化、脱窒、同化を通じて、複数の酸化状態にわたる窒素の地球規模の循環。

Scope

このトピックでは、生物学的および工業的窒素固定、硝化および脱窒、窒素の同化および無機化、ならびに人間の活動によって循環に付加された反応性窒素による環境影響のカスケードについて扱います。

Core questions

• 不活性な大気中の窒素はどのようにして反応性窒素に変換されるのでしょうか？
• どのような微生物反応が窒素の酸化状態を相互変換するのでしょうか？
• 工業的固定は地球規模の循環をどのように変化させましたか？
• 窒素カスケードとは何であり、なぜそれが重要なのでしょうか？

Key theories

反応性窒素カスケード

人間が作り出した反応性窒素の単一の原子は、最終的に脱窒されるまでに、スモッグ、酸性化、富栄養化、温室効果による温暖化など、連続的な影響を引き起こしながら生態系を移動する可能性があります。

Mechanisms

窒素固定微生物と工業的なハーバー・ボッシュ法は二窒素をアンモニアに変換し、硝化はアンモニウムを硝酸塩に酸化し、同化はバイオマスを構築し、脱窒は窒素をN2および亜酸化窒素として大気中に戻します。人間の固定は現在、天然源に匹敵し、移動性の反応性窒素を生態系に負荷しています。

Clinical relevance

窒素循環は肥料による食料生産の基盤ですが、水の硝酸塩汚染、沿岸のデッドゾーン、気候とオゾンに影響を与える亜酸化窒素排出の原因でもあります。

History

20世紀初頭のハーバー・ボッシュ法は、大規模な工業的固定を可能にすることで窒素循環を変化させ、その後の研究は、結果として生じる窒素カスケードとその地球規模の広がりを特徴づけました。

Key figures

• Fritz Haber
• Carl Bosch
• James N. Galloway

Seminal works

• galloway2008
• schlesinger2013

Frequently asked questions

窒素が不可欠であるにもかかわらず、反応性窒素が問題となるのはなぜですか？

反応性窒素は生命に必要ですが、過剰になると空気や水中を拡散し、除去されるまでに汚染、富栄養化、温室効果ガス排出を引き起こします。