Bland de biogeokemiska cyklerna är kväve den mest studerade. Kontrollera en sammanfattning och känn dess betydelse

Kväve är ett väsentligt kemiskt grundämne för existensen av liv på jorden, eftersom det är en komponent av alla aminosyror i vår kropp, förutom de kvävehaltiga baserna (som utgör DNA- och RNA-molekylerna). Cirka 78% av luften vi andas består av kväve från atmosfären (N 2), som är dess största reservoar. En av anledningarna till detta är att N2 är den inerta formen av kväve, det vill säga det är en gas som i vanliga situationer inte är reaktiv. Således har det ackumulerats i atmosfären sedan planeten bildades. Trots detta har få levande varelser förmågan att absorbera den i sin molekylära form (N 2). Det visar sig att kväve, som järn och svavel, deltar i en naturlig cykel under vilken dess kemiska struktur genomgår förändringar i vart och ett av stadierna,tjänar som en grund för andra reaktioner och därmed bli tillgängliga för andra organismer - detta är den stora vikten av kvävecykeln (eller "kvävecykeln").

För att atmosfärisk N 2 ska nå jorden och komma in i ekosystemet måste den gå igenom en process som kallas fixering, som utförs av små grupper av nitrifierande bakterier, som tar bort kväve i form av N 2 och införlivar det i sina organiska molekyler. När fixering utförs av levande organismer, såsom bakterier, kallas det biologisk fixering eller biofixering. För närvarande kan kommersiella gödningsmedel också användas för kvävefixering, vilket kännetecknar industriell fixering, en metod som ofta används inom jordbruket. Förutom dessa finns det också fysisk fixering, som utförs av blixtar och elektriska gnistor, genom vilka kväve oxideras och transporteras till jorden genom regn, men en sådan metod har en reducerad kapacitet för kvävefixering,vilket inte räcker för att organismer och liv på jorden ska kunna behålla sig själva.

När bakterier fixerar N2 släpper de ut ammoniak (NH3). Ammoniak bildar ammoniumhydroxid i kontakt med jordvattenmolekyler, som vid jonisering producerar ammonium (NH4) i en process som ingår i kvävecykeln och kallas ammonifiering. I naturen finns det en balans mellan ammoniak och ammonium, som regleras av pH. I miljöer där pH är surare dominerar bildandet av NH4 och i mer basiska miljöer är den vanligaste processen bildandet av NH3. Detta ammonium tenderar att absorberas och används främst av växter som har bakterier associerade med sina rötter (bacteriorrizas). När det produceras av fritt levande bakterier tenderar detta ammonium att vara tillgängligt i jorden för användning av andra bakterier (nitrobakterier).

Nitrobakterier är kemosyntetiserare, det vill säga de är autotrofa varelser (som producerar sin egen mat), som tar bort den energi som behövs för deras överlevnad från kemiska reaktioner. För att erhålla denna energi tenderar de att oxidera ammonium, förvandla den till nitrit (NO 2 -) och senare till nitrat (NO 3 -). Denna process av kvävecykeln kallas nitrifikation.

Nitrat förblir fritt i jorden och har ingen tendens att ackumuleras i naturligt intakta miljöer, vilket gör det möjligt att ta tre olika vägar: att absorberas av växter, att avfettas eller nå vattendrag. Både denitrifikation och nitratflödet till vattenförekomster har negativa konsekvenser för miljön.

Påverkan på miljön

Denitrifikation (eller denitrifikation) är en process som utförs av bakterier som kallas denitrifierare, som omvandlar nitratet till N2 igen och utför återföringen av kväve till atmosfären. Förutom N 2 är andra gaser som kan produceras kväveoxid (NO), som kombineras med atmosfäriskt syre, vilket gynnar bildandet av surt regn och dikväveoxid (N 2 O), vilket är en viktig orsakande gas växthuseffekten, som förvärrar den globala uppvärmningen.

Den tredje vägen, som är där nitrat når vattendrag, orsakar ett miljöproblem som kallas eutrofiering. Denna process kännetecknas av en ökning av koncentrationen av näringsämnen (främst kväveföreningar och fosfor) i vattnet i en sjö eller damm. Detta överskott av näringsämnen gynnar den påskyndade förökningen av alger, vilket slutar hindra ljusets passage, och balansera vattenmiljön. Ett annat sätt att ge detta överskott av näringsämnen i en vattenmiljö är att släppa ut avloppsvatten i det utan ordentlig behandling.

En annan fråga som ska övervägas är det faktum att kväve också kan vara skadligt för växter när det finns i mängder som överskrider deras assimileringsförmåga. Således kan ett överskott av kväve som är fixerat i jorden begränsa växtens tillväxt och skada grödor. Således måste förhållandet kol / kväve också beaktas i komposteringsprocesser, så att metabolismerna i kolonierna av mikroorganismer som är involverade i nedbrytningsprocessen alltid är aktiva.

Kväveabsorption hos människor

Människor och andra djur har tillgång till nitrat från att äta växter som har absorberat ämnet eller, enligt livsmedelskedjan, från att äta andra djur som har matat på dessa växter. Detta nitrat återgår till cykeln efter död av någon organism (organiskt material) eller genom utsöndring (urea eller urinsyra, i de flesta marklevande djur och ammoniak, i fiskutsöndringar) som innehåller kväveföreningar. Således kommer sönderdelande bakterier att verka på det organiska materialet som frigör ammoniak. Ammoniak kan också transformeras till nitriter och nitrater av samma nitrobakterier som omvandlar ammonium och integreras med cykeln.

Ett alternativ till gödselmedel

Som vi har sett kan kvävefixering i jorden ge positiva effekter, men processen sker i överskott, det kan få negativa konsekvenser för miljön. Mänsklighetens inblandning i kvävecykeln beror på industriell fixering (genom användning av gödselmedel), vilket ökar koncentrationen av kväve som ska fixeras, vilket orsakar problem som de som nämns ovan.

Ett alternativ för användning av gödselmedel skulle vara växelväxling, växlande kulturer av kvävefixerande och icke-fixerande växter. Kvävefixerande växter är de som har bakterier och andra fixeringsorganismer associerade med sina rötter, vilket förekommer i baljväxter (som bönor och sojabönor). Rotationen skulle gynna fixeringen av kväve i säkrare mängder än användningen av gödselmedel, vilket ger näringsämnen som är kompatibla med växternas assimileringsförmåga, vilket gynnar deras utveckling och minskar graden av näringsämnen som når vattendragen. En liknande process som kallas "grön gödsel" kan också användas för att ersätta gödselmedel.

Denna process består av att odla kvävefixerande växter och borsta dem innan de producerar frön, lämnar dem på plats som mulch, så att senare kulturer av andra arter kan göras. Nedan kan vi se en bild som ger oss en sammanfattning av vad som sågs genom hela artikeln:

ANAMMOX

Förkortningen på engelska (som betyder anaerob oxidation av ammoniak) namnger en innovativ biologisk process för att ta bort ammoniak från vatten och gaser.

Den består av en genväg, eftersom ammoniak inte skulle behöva nitrifieras till nitrit och nitrat för att denitrifieras tillbaka till formen av N2. Med ANAMMOX-processen skulle ammoniak omvandlas direkt till kvävgas (N2). Den första storskaliga stationen installerades 2002 i Nederländerna och 2012 fanns det redan 11 anläggningar i drift.

ANAMMOX-processen är effektiv och hållbar och kan användas för att avlägsna ammoniak från avloppsvatten i koncentrationer större än 100 mg / l. Inom reaktorerna existerar nitrifierande bakterier och ANAMMOX, där den förstnämnda omvandlar ungefär hälften av ammoniak till nitrider (kemiska föreningar som har kväve i sin sammansättning), och ANAMMOX-bakterierna verkar genom att omvandla nitriderna och ammoniak till kvävgas.

Anaerob oxidation av ammoniak har visat sig lovande och kan redan hittas i industriella processer som avloppsvattenbehandling, organiskt fast avfall, livsmedelsindustri, gödselmedel, bland andra.