Levende wezens hebben stikstof nodig om hun cellen te laten functioneren en bovendien zijn we er vrijwel mee bezig, omdat onze atmosfeer voor 78 procent uit stikstofgas bestaat.

Hoewel stikstof vrijwel overal op de loer ligt, is het niet overvloedig aanwezig in de aardkorst, en is het moeilijk voor levende wezens om stikstof uit de lucht op te vangen en voor hun doeleinden te gebruiken. De stappen van de stikstofcyclus zijn een soort wisselkantoor, waarbij stikstof in verschillende vormen wordt omgezet, waarvan planten en dieren sommige kunnen gebruiken, en andere niet.

"Stikstof is een belangrijk onderdeel van aminozuren, de bouwstenen van eiwitten en nucleïnezuren zoals DNA", zegt Jessie Motes, een Ph.D. kandidaat aan de Odum School of Ecology aan de Universiteit van Georgia, in een e-mail. "Naast dat stikstof nodig is voor eiwitten in planten, is het een hoofdbestanddeel van chlorofyl, waardoor het cruciaal is voor de fotosynthese."

1. De stikstofcyclus
2. Stap 1:Stikstoffixatie
3. Stap 2:Nitrificatie
4. Stap 3:Ammonificatie
5. Stap 4:Denitrificatie
6. Mensen en de stikstofcyclus

De stikstofcyclus

Omdat stikstof een beperkte hulpbron is op deze planeet, besteedt een stikstofatoom niet veel tijd aan nietsdoen als het zich in een vorm bevindt die levende wezens kunnen gebruiken. Wetenschappers noemen deze stikstof 'vast'. Vaste stikstof wordt opgenomen door planten, die worden opgegeten door dieren, die andere dieren eten, die sterven en ontbinden en stikstof vrijgeven aan het ecosysteem waar bacteriën of planten aan kunnen werken.

Dit is de cyclus van een stikstofatoom op aarde, en zijn reis begint heel rustig of met een gigantische knal.

Stap 1:Stikstoffixatie

Geloof het of niet, bliksem en bacteriën zijn in de eerste plaats verantwoordelijk voor het omzetten van stikstof uit de atmosfeer in stikstof die levende wezens kunnen gebruiken, in een proces dat stikstoffixatie wordt genoemd. Atmosferische stikstof (N₂ ) is zeer stabiel, dus het kost ongelooflijk veel energie om het in een andere vorm om te zetten.

Blikseminslag

Als je je ooit hebt afgevraagd waarom je buitenplanten na een regenbui gelukkiger lijken dan wanneer je er een sproeier op zet, dan is daar een reden voor:bliksem elektriseert stikstof uit de lucht (N₂ ) en water (H₂ O) om ze opnieuw te configureren tot ammoniak (NH₃ ) en nitraten (NO₃ ).

Dit valt als regen op de grond, waar planten het opslurpen en gebruiken voor hun biologische processen.

Stikstofbindende bacteriën

Aan de andere kant van het spectrum is de meest voorkomende manier waarop stikstof beschikbaar komt voor organismen, wanneer stikstof uit de lucht wordt gefixeerd door bacteriën, waarvan sommige vrij in de bodem leven en andere een symbiotische relatie hebben met bepaalde plantensoorten. P>

Peulvruchten zoals erwten, klaver en pinda's hebben kleine knobbeltjes op hun wortels die bacteriën aantrekken die hardnekkige stikstof uit de lucht omzetten in ammoniak of ammonium, die vervolgens kunnen worden gebruikt om de plant van stroom te voorzien.

Dit proces staat bekend als biologische stikstoffixatie en zet organisch stikstofgas om in anorganische stikstofverbindingen zoals ammoniak en ammonium.

Stap 2:Nitrificatie

Ammoniak in de bodem kan direct door planten worden gebruikt, maar het is ook de eerste stap in het nitrificatieproces, waarbij gespecialiseerde bacteriën en archaea ammoniak omzetten in nitriet (NO₂ ), en geef het vervolgens door aan een geheel andere reeks prokaryoten die het nitriet verder oxideren tot nitraat (NO_3- ).

Dit proces is langzaam, maar het is de manier waarop stikstof wordt opgebouwd als voedingsstof in de bodem en in water- en mariene omgevingen. Terrestrische planten kunnen bijvoorbeeld ammonium en nitraat opnemen via hun wortelharen. De organismen die gespecialiseerd zijn in nitrificatie zijn ook belangrijk bij de behandeling van gemeentelijk afvalwater.

Stap 3:Ammonificatie

Alles wat leeft sterft uiteindelijk, en de stikstof die een bepaald organisme gebruikte toen het kwaakte, wordt ter hand genomen door bacteriën die het stikstofrijke lijk omzetten in ammonium, dat weer door planten kan worden opgepikt en opnieuw kan worden gebruikt.

Stap 4:Denitrificatie

Het is mogelijk om biologisch beschikbare stikstof weer om te zetten in atmosferische stikstof, en dat proces wordt denitrificatie genoemd. Nitrificatie wordt uitgevoerd door bacteriën en archaea die zuurstof kunnen verdragen – niet alle prokaryoten kunnen dat.

In het geval van denitrificatie zetten bepaalde anaerobe bacteriën, die geen zuurstof nodig hebben, nitraat om in stikstofgas, dat in de atmosfeer zweeft en moeilijk te verkrijgen is totdat er bliksem of een sluwe stikstoffixerende bacterie langskomt en de gasvormige stoffen vasthoudt. stikstof opnieuw in de stikstofcyclus.

Mensen en de stikstofcyclus

"Net als de meeste natuurlijke processen verstoren antropogene activiteiten de stikstofcyclus door stikstofdepositie", zegt Motes. "Te veel stikstof kan leiden tot een verhoogde uitstoot van het broeikasgas lachgas en tot eutrofiëring, wat neerkomt op stikstofvervuiling van waterbronnen."

Enkele van de menselijke activiteiten die bijdragen aan de stikstofdepositie zijn onder meer:

• Verbranding van fossiele brandstoffen
• Het gebruik van synthetische meststoffen, waardoor stikstofrijke agrarische afvloeiing in aquatische systemen terechtkomt
• Het telen van peulvruchten, die stikstof vastleggen