Μεταξύ των βιογεωχημικών κύκλων, το άζωτο είναι το πιο διαδεδομένο. Ελέγξτε μια περίληψη και μάθετε τη σημασία της
Το άζωτο είναι ένα ουσιαστικό χημικό στοιχείο για την ύπαρξη ζωής στη Γη, καθώς αποτελεί συστατικό όλων των αμινοξέων στο σώμα μας, εκτός από τις αζωτούχες βάσεις (που αποτελούν τα μόρια DNA και RNA). Περίπου το 78% του αέρα που αναπνέουμε αποτελείται από άζωτο από την ατμόσφαιρα (N 2), η οποία είναι η μεγαλύτερη δεξαμενή της. Ένας από τους λόγους για αυτό είναι ότι το Ν2 είναι η αδρανής μορφή του αζώτου, δηλαδή, είναι ένα αέριο που, σε κοινές περιπτώσεις, δεν είναι αντιδραστικό. Έτσι, συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα από το σχηματισμό του πλανήτη. Παρ 'όλα αυτά, λίγα ζωντανά όντα έχουν την ικανότητα να το απορροφούν στη μοριακή του μορφή (N 2). Αποδεικνύεται ότι το άζωτο, όπως ο σίδηρος και το θείο, συμμετέχει σε έναν φυσικό κύκλο κατά τον οποίο η χημική του δομή υφίσταται μετασχηματισμούς σε κάθε ένα από τα στάδια,να χρησιμεύσει ως βάση για άλλες αντιδράσεις και ως εκ τούτου να είναι διαθέσιμος σε άλλους οργανισμούς - αυτή είναι η μεγάλη σημασία του κύκλου αζώτου (ή "κύκλου αζώτου").
Για να φτάσει η ατμόσφαιρα Ν2 στο έδαφος, εισερχόμενη στο οικοσύστημα, πρέπει να περάσει από μια διαδικασία που ονομάζεται στερέωση, η οποία πραγματοποιείται από μικρές ομάδες βακτηριδίων νιτροποίησης, τα οποία αφαιρούν το άζωτο με τη μορφή Ν2 και το ενσωματώνουν στα οργανικά τους μόρια. Όταν η στερέωση εκτελείται από ζωντανούς οργανισμούς, όπως βακτήρια, ονομάζεται βιολογική στερέωση ή βιοσύνθεση Επί του παρόντος, είναι επίσης δυνατή η χρήση εμπορικών λιπασμάτων για στερέωση αζώτου, που χαρακτηρίζει τη βιομηχανική στερέωση, μια μέθοδο που χρησιμοποιείται ευρέως στη γεωργία. Εκτός από αυτά, υπάρχει επίσης φυσική στερέωση, η οποία πραγματοποιείται από αστραπές και ηλεκτρικούς σπινθήρες, μέσω των οποίων το άζωτο οξειδώνεται και φορτίζεται στο έδαφος μέσω βροχών, αλλά μια τέτοια μέθοδος έχει μειωμένη ικανότητα στερέωσης αζώτουπου δεν είναι αρκετό για τους οργανισμούς και τη ζωή στη Γη να διατηρηθούν.
Όταν τα βακτήρια διορθώνουν το Ν2, απελευθερώνουν αμμωνία (NH3). Η αμμωνία, όταν έρχεται σε επαφή με μόρια νερού του εδάφους, σχηματίζει υδροξείδιο του αμμωνίου το οποίο, όταν ιονίζεται, παράγει αμμώνιο (NH4), σε μια διαδικασία που είναι μέρος του κύκλου αζώτου και ονομάζεται αμμωνιοποίηση. Στη φύση, υπάρχει μια ισορροπία μεταξύ αμμωνίας και αμμωνίου, η οποία ρυθμίζεται από το pH. Σε περιβάλλοντα όπου το ρΗ είναι περισσότερο οξύ, υπερισχύει ο σχηματισμός του NH4 και σε πιο βασικά περιβάλλοντα, η πιο κοινή διαδικασία είναι ο σχηματισμός του NH3. Αυτό το αμμώνιο τείνει να απορροφάται και να χρησιμοποιείται κυρίως από φυτά που έχουν βακτήρια που συνδέονται με τις ρίζες τους (βακτηριοριζίες). Όταν παράγεται από ελεύθερα ζωντανά βακτήρια, αυτό το αμμώνιο τείνει να είναι διαθέσιμο στο έδαφος για χρήση από άλλα βακτήρια (νιτροβακτήρια).
Τα νιτροβακτήρια είναι χημειοσυνθετικά, δηλαδή είναι αυτοτροφικά όντα (που παράγουν τη δική τους τροφή), τα οποία αφαιρούν την απαραίτητη ενέργεια για την επιβίωσή τους από χημικές αντιδράσεις. Για να αποκτήσουν αυτήν την ενέργεια, τείνουν να οξειδώνουν το αμμώνιο, μετατρέποντάς το σε νιτρώδες άλας (ΝΟ 2 -) και αργότερα σε νιτρικό άλας (ΝΟ 3 -). Αυτή η διαδικασία του κύκλου αζώτου ονομάζεται νιτροποίηση.
Το νιτρικό άλας παραμένει ελεύθερο στο έδαφος και δεν έχει την τάση να συσσωρεύεται σε φυσικά ανέπαφα περιβάλλοντα, καθιστώντας το ικανό να ακολουθήσει τρία διαφορετικά μονοπάτια: να απορροφηθεί από τα φυτά, να απολυμανθεί ή να φτάσει σε υδάτινα σώματα. Τόσο η απονιτροποίηση όσο και η ροή νιτρικών σε υδάτινα σώματα έχουν αρνητικές συνέπειες για το περιβάλλον.
Επιπτώσεις στο περιβάλλον
Η απονιτροποίηση (ή απονιτροποίηση) είναι μια διεργασία που πραγματοποιείται από βακτήρια που ονομάζονται απονιτροποιητές, τα οποία μετατρέπουν το νιτρικό σε Ν2 ξανά, πραγματοποιώντας την επιστροφή του αζώτου στην ατμόσφαιρα. Εκτός από το Ν2, άλλα αέρια που μπορούν να παραχθούν είναι το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), το οποίο συνδυάζεται με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, ευνοώντας τον σχηματισμό όξινης βροχής και το οξείδιο του αζώτου (Ν2Ο), το οποίο είναι ένα σημαντικό αιτιολογικό αέριο το φαινόμενο του θερμοκηπίου, το οποίο επιδεινώνει την υπερθέρμανση του πλανήτη.
Το τρίτο μονοπάτι, όπου το νιτρικό άλας φτάνει στα υδάτινα σώματα, προκαλεί ένα περιβαλλοντικό πρόβλημα που ονομάζεται ευτροφισμός. Αυτή η διαδικασία χαρακτηρίζεται από αύξηση της συγκέντρωσης θρεπτικών ουσιών (κυρίως αζωτούχων ενώσεων και φωσφόρου) στα νερά μιας λίμνης ή φράγματος. Αυτή η περίσσεια θρεπτικών ουσιών ευνοεί τον επιταχυνόμενο πολλαπλασιασμό των φυκών, η οποία καταλήγει να παρεμποδίζει τη διέλευση του φωτός, μη ισορροπώντας το υδάτινο περιβάλλον. Ένας άλλος τρόπος για την παροχή αυτής της περίσσειας θρεπτικών συστατικών σε ένα υδάτινο περιβάλλον είναι η απελευθέρωση λυμάτων σε αυτό χωρίς κατάλληλη επεξεργασία.
Ένα άλλο ζήτημα που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι το γεγονός ότι το άζωτο μπορεί επίσης να είναι επιβλαβές για τα φυτά όταν υπάρχουν σε ποσότητες που υπερβαίνουν τις δυνατότητές τους αφομοίωσης. Έτσι, η περίσσεια αζώτου που είναι σταθερή στο έδαφος μπορεί να περιορίσει την ανάπτυξη του φυτού, βλάπτοντας τις καλλιέργειες. Έτσι, η αναλογία άνθρακα / αζώτου πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη στις διαδικασίες κομποστοποίησης, έτσι ώστε οι μεταβολισμοί των αποικιών μικροοργανισμών που εμπλέκονται στη διαδικασία αποσύνθεσης να είναι πάντοτε ενεργοί.
Απορρόφηση αζώτου από τον άνθρωπο
Οι άνθρωποι και άλλα ζώα έχουν πρόσβαση στα νιτρικά από φυτά που έχουν απορροφήσει αυτήν την ουσία ή, σύμφωνα με την τροφική αλυσίδα, από την κατανάλωση άλλων ζώων που τρέφονται με αυτά τα φυτά. Αυτό το νιτρικό άλας επιστρέφει στον κύκλο μετά το θάνατο κάποιου οργανισμού (οργανική ύλη) ή με την απέκκριση (ουρία ή ουρικό οξύ, στα περισσότερα χερσαία ζώα και αμμωνία, σε περιττώματα ψαριών) που περιέχει ενώσεις αζώτου. Έτσι, τα αποσυντιθέμενα βακτήρια θα δρουν στην οργανική ύλη που απελευθερώνει αμμωνία. Η αμμωνία μπορεί επίσης να μετατραπεί σε νιτρώδη και νιτρικά από τα ίδια νιτροβακτήρια που μετασχηματίζουν το αμμώνιο, ενσωματώνοντας τον κύκλο.
Μια εναλλακτική λύση στα λιπάσματα
Όπως είδαμε, η στερέωση του αζώτου στο έδαφος μπορεί να παράγει θετικά αποτελέσματα, αλλά η διαδικασία συμβαίνει υπερβολικά, μπορεί να δημιουργήσει αρνητικές συνέπειες για το περιβάλλον. Η παρέμβαση της ανθρωπότητας στον κύκλο αζώτου συμβαίνει μέσω της βιομηχανικής στερέωσης (μέσω της χρήσης λιπασμάτων), η οποία αυξάνει τη συγκέντρωση του αζώτου προς διόρθωση, προκαλώντας προβλήματα όπως αυτά που αναφέρονται παραπάνω.
Μια εναλλακτική λύση για τη χρήση λιπασμάτων θα ήταν η εναλλαγή καλλιεργειών, εναλλασσόμενες καλλιέργειες φυτών στερέωσης αζώτου και μη σταθεροποίησης. Τα φυτά σταθεροποίησης αζώτου είναι εκείνα που έχουν βακτήρια και άλλους οργανισμούς στερέωσης που σχετίζονται με τις ρίζες τους, όπως συμβαίνει σε όσπρια (όπως φασόλια και σόγια). Η περιστροφή θα ευνοούσε τον καθορισμό του αζώτου σε ασφαλέστερες ποσότητες από τη χρήση λιπασμάτων, παρέχοντας θρεπτικά συστατικά συμβατά με την ικανότητα αφομοίωσης των φυτών, ευνοώντας την ανάπτυξή τους και μειώνοντας τους ρυθμούς θρεπτικών ουσιών που φτάνουν στα υδατικά συστήματα. Μια παρόμοια διαδικασία που ονομάζεται "πράσινη κοπριά" μπορεί επίσης να εφαρμοστεί για την αντικατάσταση λιπασμάτων.
Αυτή η διαδικασία συνίσταται στην καλλιέργεια φυτών σταθεροποίησης αζώτου και στο βούρτσισμα προτού παράγουν σπόρους, αφήνοντάς τα στη θέση τους ως σάπια φύλλα, έτσι ώστε να μπορούν να γίνουν αργότερα καλλιέργειες άλλων ειδών. Παρακάτω μπορούμε να δούμε μια εικόνα που μας φέρνει μια περίληψη του τι είδαμε σε όλο το άρθρο:
ANAMMOX
Το ακρωνύμιο στα Αγγλικά (που σημαίνει αναερόβια οξείδωση της αμμωνίας) ονομάζει μια καινοτόμο βιολογική διαδικασία για την απομάκρυνση της αμμωνίας από το νερό και τα αέρια.
Αποτελείται από μια συντόμευση, δεδομένου ότι η αμμωνία δεν χρειάζεται να νιτροποιηθεί σε νιτρώδη και νιτρικά άλατα προκειμένου να απονιτροποιηθεί πίσω στη μορφή Ν2. Με τη διαδικασία ANAMMOX, η αμμωνία θα μετατραπεί απευθείας σε αέριο άζωτο (N 2). Ο πρώτος σταθμός μεγάλης κλίμακας εγκαταστάθηκε το 2002 στις Κάτω Χώρες και το 2012 λειτουργούσαν ήδη 11 εγκαταστάσεις.
Αποτελεσματική και βιώσιμη, η διαδικασία ANAMMOX μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απομάκρυνση της αμμωνίας από τα λύματα σε συγκεντρώσεις μεγαλύτερες από 100 mg / l. Μέσα στους αντιδραστήρες, συνυπάρχουν βακτήρια νιτροποίησης και ANAMMOX, όπου οι πρώτοι μετασχηματίζουν περίπου το ήμισυ της αμμωνίας σε νιτρίδια (χημικές ενώσεις που έχουν άζωτο στη σύνθεσή τους) και τα βακτήρια ANAMMOX δρουν μετατρέποντας τα νιτρίδια και την αμμωνία σε αέριο άζωτο.
Η αναερόβια οξείδωση της αμμωνίας έχει αποδειχθεί πολλά υποσχόμενη και μπορεί ήδη να βρεθεί σε βιομηχανικές διεργασίες όπως επεξεργασία λυμάτων, οργανικά στερεά απόβλητα, σε βιομηχανίες τροφίμων, λιπάσματα, μεταξύ άλλων.
