Ciclo de nitrógeno
Antecedentes
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El ciclo de nitrógeno es el ciclo biogeoquímico que describe las transformaciones de nitrógeno y compuestos que contienen nitrógeno en la naturaleza. Es una gaseoso ciclo.
La atmósfera de la Tierra es de aproximadamente 78% de nitrógeno , por lo que es la mayor reserva de nitrógeno. El nitrógeno es esencial para muchos procesos biológicos; y es crucial para cualquier vida aquí en la Tierra. Es en todos los aminoácidos , se incorpora en las proteínas , y está presente en las bases que componen ácidos nucleicos, tales como ADN y RNA. En las plantas , la mayor parte del nitrógeno se utiliza en moléculas de clorofila que son esenciales para la fotosíntesis y un mayor crecimiento.
El procesamiento, o la fijación , es necesario convertir el nitrógeno gaseoso en formas utilizables por los organismos vivos. Algunos de fijación se produce en la caída de rayos, pero la mayoría de fijación se realiza por vida libre o simbióticas bacterias . Estas bacterias tienen la nitrogenasa enzima que combina nitrógeno gaseoso con hidrógeno para producir amoniaco , que luego se convierte aún más por las bacterias para hacer sus propios compuestos orgánicos . Algunas bacterias fijadoras de nitrógeno, tales como Rhizobium, viven en los nódulos de las raíces de legumbres (como guisantes o judías). Aquí forman una relación mutua con la planta, la producción de amoniaco a cambio de hidratos de carbono . Suelos pobres en nutrientes pueden ser plantados con leguminosas para enriquecer con nitrógeno. Algunas otras plantas pueden formar tales simbiosis. Hoy en día, una parte muy considerable de nitrógeno se fija en amoniaco plantas químicas.
Otras plantas obtienen el nitrógeno del suelo por absorción a sus raíces en la forma de nitrato de iones o iones amonio. Todos nitrógeno obtenido por los animales se remonta a la alimentación de las plantas en una determinada etapa de la cadena de comida.
Debido a su muy alta solubilidad , los nitratos pueden entrar en las aguas subterráneas. Nitrato elevada en el agua subterránea es una preocupación para el uso del agua potable porque el nitrato puede interferir con los niveles de oxígeno en sangre en los bebés y causa metahemoglobinemia o síndrome del bebé azul. Donde el agua subterránea se recarga flujo de la corriente, el agua subterránea nitrato enriquecido puede contribuir a eutrofización, un proceso que conduzca a la alta de algas , las poblaciones de algas especialmente azul-verde y la muerte de la vida acuática debido a la excesiva demanda de oxígeno. Si bien no es directamente tóxico para los peces como el amoníaco, nitrato puede tener efectos indirectos sobre los peces si contribuye a este eutrofización. Nitrógeno ha contribuido a los problemas de eutrofización graves en algunos cuerpos de agua. A partir de 2006, la aplicación de nitrógeno fertilizante está siendo controlado cada vez más en Gran Bretaña y Estados Unidos. Esto está ocurriendo a lo largo de las mismas líneas que el control del fertilizante fosforado, restricción de la que normalmente se considera esencial para la recuperación de los cuerpos de agua eutrofización.
El amoníaco es altamente tóxico para los peces y el nivel de descarga de agua de amoníaco a partir de plantas de tratamiento de aguas residuales a menudo deben ser monitoreados de cerca. Para evitar la pérdida de los peces, la nitrificación antes de la descarga es a menudo deseable. La aplicación al suelo puede ser una alternativa atractiva a la mecánica aireación necesaria para la nitrificación.
Durante anaeróbicas (bajo oxígeno), desnitrificación por bacterias se produce. Este resultado en los nitratos se convierten en gas de nitrógeno y se devuelven a la atmósfera . Nitrato también se puede reducir a nitrito y posteriormente se combinan con amonio en el anammox proceso, que también se traduce en la producción de gas dinitrógeno.
Procesos del ciclo de nitrógeno
La fijación de nitrógeno
La conversión de N 2
La conversión de nitrógeno (N 2) de la atmósfera en una forma fácilmente disponible para las plantas y por lo tanto a los animales y los seres humanos es un paso importante en el ciclo del nitrógeno, que determina el suministro de este nutriente esencial. Hay cuatro maneras de convertir N2 (gas nitrógeno atmosférico) en formas más reactivas químicamente:
- Fijación biológica: algunas bacterias simbióticas (más a menudo asociados con leguminosas) y algunas bacterias de vida libre son capaces de fijar el nitrógeno y asimilarla como nitrógeno orgánico. Un ejemplo de bacterias fijadoras de nitrógeno mutualistas son el Bacteria Rhizobium, que viven en nódulos de las raíces de leguminosas. Estas especies son diazótrofos. Un ejemplo de las bacterias de vida libre es Azotobacter.
- Industrial N-fijación: en el Proceso de Haber-Bosch, N 2 se convierte junto con el gas de hidrógeno (H 2) en amoníaco (NH 3), que se utiliza para hacer fertilizantes y explosivos.
- La combustión de combustibles fósiles: motores de automóviles y plantas de energía térmica, que liberan varios óxidos de nitrógeno (NO x).
- Otros procesos: Además, la formación de NO a partir de N 2 y O 2 debido a los fotones y especialmente los rayos, son importantes para la química de la atmósfera, pero no para el volumen de negocios de nitrógeno terrestre o acuática.
Asimilación
Las plantas pueden absorber iones de nitrato de amonio o de la tierra a través de sus pelos radiculares. Si el nitrato se absorbe, se reduce primero a iones nitrito y luego iones amonio para su incorporación en aminoácidos, ácidos nucleicos, y clorofila. En las plantas que tienen una relación mutualista con rizobios, algo de nitrógeno se asimila en forma de iones de amonio directamente desde los nódulos. Animales, hongos, y otros organismos heterótrofos absorben nitrógeno como aminoácidos , nucleótidos y otras moléculas orgánicas pequeñas.
Amonificación
Cuando una planta o un animal muere, o un excretas de animales, la forma inicial de nitrógeno es orgánico. Las bacterias, o en algunos casos, hongos, convierte el nitrógeno orgánico dentro de los restos de nuevo en amoníaco, un proceso llamado amonificación o mineralización.
Nitrificación
La conversión del amoníaco a nitratos se lleva a cabo principalmente por las bacterias del suelo de vida y otras bacterias nitrificantes. La fase primaria de la nitrificación, la oxidación de amoníaco (NH 3) se lleva a cabo por bacterias tales como la Especies Nitrosomonas, que convierte el amoníaco en nitritos (NO 2 -). Otras especies bacterianas, tales como la Nitrobacter, son responsables de la oxidación de los nitritos en nitratos (NO 3 -).
La desnitrificación
La desnitrificación es la reducción de nitritos de nuevo en el gas nitrógeno en gran medida inerte (N 2), completando el ciclo de nitrógeno. Este proceso se realiza por especies bacterianas tales como Pseudomonas y Clostridium en condiciones anaeróbicas. Ellos usan el nitrato como aceptor de electrones en el lugar de oxígeno durante la respiración. Estas bacterias anaerobias facultativas también pueden vivir en condiciones aeróbicas.
Oxidación anaerobia del amonio
En este proceso biológico, nitrito y de amonio se convierte directamente en dinitrógeno gas. Este proceso constituye una proporción importante de la conversión de dinitrógeno en los océanos.
La influencia humana en el ciclo del nitrógeno
Como resultado de extensos cultivos de leguminosas (en particular de soja, alfalfa y trébol), el uso creciente de la Proceso Haber-Bosch en la creación de fertilizantes químicos y la contaminación emitida por los vehículos y las plantas industriales, los seres humanos se han más que duplicado la transferencia anual de nitrógeno en formas biológicamente disponibles. Además, los seres humanos han contribuido de manera significativa a la transferencia de gases traza el nitrógeno de la Tierra a la atmósfera , y de la tierra a los sistemas acuáticos.
N 2 O ha aumentado en la atmósfera como resultado de la fertilización agrícola, la quema de biomasa, el ganado y corrales de engorde, y otras fuentes industriales. N 2 O tiene efectos deletéreos en el estratosfera, donde se descompone y actúa como un catalizador en la destrucción de la atmósfera de ozono . amoníaco (NH 3) en la atmósfera se ha triplicado como resultado de las actividades humanas. Es un reactivo en la atmósfera, donde actúa como una aerosol, disminuyendo la calidad del aire y aferrarse a agua gotas, lo que implicaría en la lluvia ácida . Los combustibles fósiles combustión ha contribuido a un aumento de 6 o 7 veces en el flujo de NOx a la atmósfera. NOx altera de forma activa la química atmosférica, y es un precursor de troposférico (baja atmósfera) la producción de ozono, lo que contribuye a la contaminación , la lluvia ácida, y aumenta los aportes de nitrógeno a los ecosistemas. Procesos de los ecosistemas pueden aumentar con nitrógeno la fertilización, pero antropogénico de entrada también puede dar lugar a la saturación de nitrógeno, lo que debilita la productividad y puede matar las plantas. Las disminuciones en la biodiversidad también pueden resultar si una mayor disponibilidad de nitrógeno aumenta pastos nitrógeno exigente, causando una degradación de pobres en nitrógeno, especies diversas brezales.
Aguas Residuales
Alcantarillado instalaciones como tanques sépticos y tanques de retención liberan grandes cantidades de nitrógeno en el medio ambiente mediante la descarga a través de un campo de drenaje en el suelo. La actividad microbiana consume el nitrógeno y otros contaminantes en las aguas residuales. Sin embargo, en ciertas zonas del suelo no es adecuado para manejar algunos o la totalidad de las aguas residuales, y como resultado, las aguas residuales con los contaminantes entra en el acuíferos. Estos contaminantes se acumulan y finalmente terminan en el agua potable. Uno de los contaminantes en cuestión acerca de la mayoría es de nitrógeno en forma de nitratos . A la concentración de nitratos de 10 ppm o 10 miligramos por litro es el límite actual de la EPA para el agua y las aguas residuales del hogar típico potable puede producir una gama de 20 a 85 ppm (miligramos por litro).
El riesgo para la salud asociados con el agua potable de nitrógeno> 10 ppm es el desarrollo de metahemoglobinemia y se ha encontrado que causa El síndrome del bebé azul. Varios estados han iniciado programas para introducir sistemas avanzados de tratamiento de aguas residuales a las instalaciones típicas de aguas residuales in situ. El resultado de estos sistemas es una reducción global de nitrógeno, así como otros contaminantes en las aguas residuales.
