Chu trình Nitơ

Chu trình nitơ biến đổi nitơ giữa nhiều trạng thái oxy hóa của nó, từ đinitơ trơ trong khí quyển thành các dạng phản ứng duy trì sự sống và, khi dư thừa, gây ô nhiễm không khí và nước.

Definition

Chu trình toàn cầu của nitơ thông qua quá trình cố định, nitrat hóa, khử nitrat và đồng hóa, trải dài qua nhiều trạng thái oxy hóa.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình cố định nitơ sinh học và công nghiệp, quá trình nitrat hóa và khử nitrat, quá trình đồng hóa và khoáng hóa nitơ, cùng với chuỗi các tác động môi trường từ nitơ phản ứng mà hoạt động của con người đã bổ sung vào chu trình.

Core questions

• Nitơ khí quyển trơ được chuyển đổi thành các dạng phản ứng như thế nào?
• Những phản ứng vi sinh vật nào chuyển đổi qua lại các trạng thái oxy hóa của nitơ?
• Quá trình cố định nitơ công nghiệp đã làm thay đổi chu trình toàn cầu như thế nào?
• Chuỗi nitơ là gì và tại sao nó lại quan trọng?

Key theories

Chuỗi nitơ phản ứng

Một nguyên tử nitơ phản ứng do con người tạo ra có thể di chuyển qua các hệ sinh thái gây ra các tác động liên tiếp, bao gồm sương mù, axit hóa, phú dưỡng và nóng lên toàn cầu, trước khi cuối cùng bị khử nitrat.

Mechanisms

Các vi khuẩn cố định nitơ và quy trình Haber-Bosch công nghiệp chuyển đổi đinitơ thành amoniac; quá trình nitrat hóa oxy hóa amoni thành nitrat; quá trình đồng hóa xây dựng sinh khối; và quá trình khử nitrat trả nitơ về khí quyển dưới dạng N2 và oxit nitơ. Quá trình cố định nitơ do con người hiện nay cạnh tranh với các nguồn tự nhiên, làm cho các hệ sinh thái bị quá tải với nitơ phản ứng di động.

Clinical relevance

Chu trình nitơ là nền tảng cho sản xuất lương thực nhờ phân bón nhưng cũng gây ô nhiễm nitrat trong nước, các vùng chết ven biển và phát thải oxit nitơ ảnh hưởng đến khí hậu và tầng ôzôn.

History

Quy trình Haber-Bosch vào đầu thế kỷ 20 đã biến đổi chu trình nitơ bằng cách cho phép cố định nitơ công nghiệp quy mô lớn, và các công trình nghiên cứu sau này đã mô tả đặc điểm của chuỗi nitơ và quy mô hành tinh của nó.

Key figures

• Fritz Haber
• Carl Bosch
• James N. Galloway

Seminal works

• galloway2008
• schlesinger2013

Frequently asked questions

Tại sao nitơ phản ứng lại là một vấn đề nếu nitơ là thiết yếu?

Nitơ phản ứng cần thiết cho sự sống, nhưng khi dư thừa, nó lan truyền trong không khí và nước gây ô nhiễm, phú dưỡng và phát thải khí nhà kính trước khi bị loại bỏ.