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Ciclo do nitrogênio

Disciplinas relacionadas: Biologia ; Química

Informações de fundo

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Representação esquemática do fluxo de azoto através do ambiente. A importância de bactérias em que o ciclo é de imediato reconhecido como sendo um elemento chave no ciclo, proporcionando diferentes formas de compostos de azoto assimiláveis pelos organismos superiores. Ver Martinus Beijerinck.

O ciclo do nitrogênio é o ciclo biogeoquímico que descreve as transformações de nitrogênio e compostos nitrogenados na natureza. É um gasosa ciclo.

A atmosfera da Terra é de cerca de 78% de nitrogênio , tornando-se a maior piscina de nitrogênio. O azoto é essencial para muitos processos biológicos; e é crucial para qualquer vida aqui na Terra. É em todos os aminoácidos , é incorporada proteínas , e está presente nas bases que compõem ácidos nucleicos, tais como ADN e ARN. Em plantas , a maior parte do azoto é usado em moléculas de clorofila que são essenciais para a fotossíntese e crescimento adicional.

Processamento, ou de fixação , é necessário transformar o azoto gasoso em formas utilizáveis pelos organismos vivos. Alguns fixação ocorre em relâmpagos, mas a maioria fixação é feita por livre-estar ou simbióticas bactérias . Estas bactérias têm a nitrogenase enzima que combina azoto gasoso com hidrogénio para produzir amoníaco , que é então adicionalmente convertido pelas bactérias para produzir os seus próprios compostos orgânicos . Algumas bactérias de fixação de azoto, tal como Rhizobium, vivem nos nódulos radiculares de leguminosas (como a ervilha ou feijão). Aqui eles formam um mutualístico relação com a planta, a produção de amoníaco em troca de hidratos de carbono . Solos pobres em nutrientes podem ser plantadas com leguminosas para enriquecê-los com nitrogênio. Algumas outras plantas podem formar tais simbioses. Hoje em dia, uma parte muito considerável de nitrogênio é fixado em amônia fábricas de produtos químicos.

Outras plantas obter o nitrogênio do solo pela absorção em suas raízes na forma de qualquer nitrato íons ou os iões de amónio. Todos nitrogênio obtido por animais pode ser rastreada até a ingestão de plantas em algum estágio do cadeia alimentar.

Devido à sua elevada solubilidade , os nitratos podem entrar nas águas subterrâneas. Nitrato elevada nas águas subterrâneas é uma preocupação para o uso de água potável porque nitrato pode interferir com os níveis de oxigênio no sangue em crianças e causa metemoglobinemia ou síndrome do bebê azul. Onde as águas subterrâneas recarrega fluxo de fluxo, as águas subterrâneas enriquecidas com nitrato podem contribuir para eutrofização, um processo conducente à alta de algas , as populações de algas verde-azuladas especialmente ea morte da vida aquática devido à demanda excessiva de oxigênio. Embora não seja diretamente tóxico para a vida dos peixes como a amônia, nitrato pode ter efeitos indiretos sobre os peixes se contribuir para esta eutrofização. O nitrogênio tem contribuído para graves problemas de eutrofização em alguns corpos d'água. A partir de 2006, a aplicação de nitrogênio de fertilizantes está sendo cada vez mais controlado na Grã-Bretanha e os Estados Unidos. Isto está ocorrendo ao longo das mesmas linhas como o controle de fertilizantes de fósforo, a restrição de que normalmente é considerada essencial para a recuperação de corpos d'água eutrofizadas.

A amônia é altamente tóxico para a vida dos peixes e do nível de descarga de água de amônia a partir de estações de tratamento de águas residuais devem ser frequentemente monitorados de perto. Para evitar a perda de peixes, nitrificação antes da descarga é sempre desejável. Aplicação de fertilizantes pode ser uma alternativa atraente para o mecânico arejamento necessário para a nitrificação.

Durante anaeróbicas condições (baixo oxigênio), desnitrificação por bactérias ocorre. Isto resulta em nitratos serem convertidos em gás de azoto e voltaram para a atmosfera . O nitrato pode também ser reduzida para nitrito e, subsequentemente, se combinam com amónio na anammox processo, o que também resulta na produção de gás de diazoto.

Processos do ciclo de nitrogênio

Fixação de nitrogênio

Conversão de N2

A conversão de azoto (N 2) a partir da atmosfera para uma forma facilmente disponível para as plantas e, portanto, a animais e seres humanos é um passo importante no ciclo de azoto, que determina o fornecimento deste nutriente essencial. Há quatro maneiras de converter N 2 (gás nitrogênio atmosférico) em formas mais quimicamente reativas:

  1. Fixação biológica: algumas bactérias simbióticas (mais frequentemente associados a plantas leguminosas) e algumas bactérias de vida livre são capazes de fixar nitrogênio e assimilá-la como nitrogênio orgânico. Um exemplo de bactérias fixadoras de nitrogênio mutualistas são o Bactérias Rhizobium, que vivem em nódulos radiculares de leguminosas. Estas espécies são diazotróficas. Um exemplo das bactérias que vivem livre-se Azotobacter.
  2. N-fixação industrial: na Processo de Haber-Bosch, N2 é convertido em conjunto com gás hidrogénio (H2) no amoníaco (NH3), que é utilizada para fazer fertilizantes e explosivos.
  3. Combustão de combustíveis fósseis: motores de automóveis e usinas termelétricas, que liberam vários óxidos de azoto (NO x).
  4. Outros processos: Além disso, a formação de NO a partir de N 2 e O 2 devido a fótons e especialmente relâmpago, são importantes para a química atmosférica, mas não para o volume de negócios nitrogênio terrestre ou aquático.

Assimilação

As plantas podem absorver iões de nitrato de amónio ou do solo através dos seus pêlos radiculares. Se o nitrato é absorvido, é primeiro reduzido a iões nitrito e iões amónio, em seguida, para incorporação em aminoácidos, ácidos nucleicos, e clorofila. Em plantas que têm uma relação de mutualismo com rizóbios, alguns nitrogênio é assimilado na forma de iões de amónio directamente a partir dos nódulos. Os animais, fungos, e outros organismos heterotróficos absorver azoto como aminoácidos , nucleótidos e outras moléculas orgânicas pequenas.

Amonificação

Quando uma planta ou animal morre, ou um excretas dos animais, a forma inicial de nitrogênio é orgânico. As bactérias, ou em alguns casos, fungos, converte o azoto orgânico dentro dos restos de volta em amoníaco, um processo chamado amonificação ou mineralização.

Nitrificação

A conversão de amônia para nitratos é realizada principalmente por bactérias que vivem no solo e outras bactérias nitrificantes. A fase primária do processo de nitrificação, a oxidação de amoníaco (NH3) é realizada por bactérias, tais como a Espécies Nitrosomonas, que converte amoníaco para nitritos (NO 2 -). Outras espécies bacterianas, como a Nitrobacter, são responsáveis pela oxidação dos nitritos em nitratos (NO3 -).

Desnitrificação

A desnitrificação é a redução de nitrito de volta para o gás azoto, em grande medida inerte (N2), completando o ciclo de azoto. Este processo é realizado por espécies bacterianas tais como a E Pseudomonas Clostridium em condições anaeróbias. Eles usam o nitrato como um receptor de elétrons no lugar do oxigênio durante a respiração. Estas bactérias facultativamente anaeróbias e também pode viver em condições aeróbicas.

Oxidação de amônio anaeróbio

Neste processo biológico, e nitrito amónio são convertidos diretamente em dinitrogen gás. Este processo torna-se uma parte importante da conversão dinitrogen nos oceanos.

Influências humanas sobre o ciclo de nitrogênio

Como resultado do cultivo extensivo de legumes (especialmente a soja, alfafa, trevo e), a utilização crescente da Processo Haber-Bosch na criação de fertilizantes químicos e poluição emitida pelos veículos e instalações industriais, os seres humanos têm mais do que duplicou a transferência anual de nitrogênio em formas biologicamente disponíveis. Além disso, os seres humanos têm contribuído significativamente para a transferência de gases-traço nitrogênio da Terra para a atmosfera , e da terra para os sistemas aquáticos.

N 2 O aumentou na atmosfera como resultado de fertilização agrícola, queima de biomassa, gado e confinamentos, e outras fontes industriais. N 2 O tem efeitos deletérios no estratosfera, onde se decompõe e atua como um catalisador na destruição da atmosfera de ozônio . Amônia (NH3) na atmosfera triplicou como resultado de atividades humanas. É um reagente na atmosfera, onde actua como um aerossol, diminuindo a qualidade do ar e agarram às água gotas, eventualmente resultando em chuva ácida . combustível fóssil combustão tem contribuído para um aumento de 6 ou 7 vezes em NOx de fluxo para a atmosfera. NOx altera ativamente química da atmosfera, e é um precursor de troposférico (baixa atmosfera) produção de ozônio, o que contribui para a poluição atmosférica , chuva ácida, e aumenta as entradas de nitrogênio para os ecossistemas. Processos dos ecossistemas pode aumentar com nitrogênio fertilização, mas antropogénico entrada também pode resultar na saturação de azoto, o que enfraquece a produtividade e pode matar as plantas. Diminuições na biodiversidade também pode resultar se maior disponibilidade de nitrogênio aumenta gramíneas exigentes nitrogênio, causando uma degradação dos pobres em nitrogênio, espécies diversas charnecas.

?guas Residuais

Instalações de esgoto no local, tais como fossas sépticas e tanques de liberar grandes quantidades de azoto no ambiente descarregando através de um drainfield no solo. A atividade microbiana consome o nitrogênio e outros contaminantes na água residuária. No entanto, em determinadas zonas, o solo não é adequado para lidar com alguns ou todos os efluentes, e, como resultado, as águas residuais com contaminantes entra na aquíferos. Estes contaminantes se acumulam e, eventualmente, acabar na água potável. Um dos contaminantes em causa sobre o mais é azoto sob a forma de nitratos . A concentração de nitrato de 10 ppm ou 10 miligramas por litro é o limite atual EPA para água potável e de águas residuais domésticas típico pode produzir uma série de 20-85 ppm (miligramas por litro).

O risco para a saúde associados à água potável nitrogênio> 10 ppm é o desenvolvimento de methemoglobinemia e foi encontrado para causar síndrome do bebê azul. Vários estados já começaram programas para introduzir sistemas de tratamento de águas residuais avançados para as instalações típicas de esgoto no local. O resultado destes sistemas é uma redução global de azoto, assim como outros contaminantes nas águas residuais.

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