Typpi sykli on biogeokemiallinen kierto , joka kuvaa peräkkäisiä muutoksia suoritettua eri muotojen neutraali typen reaktiivisia muotoja ( dityppioksidin , nitraatti , nitriitti , ammoniakki , orgaaniset typpeä ) ja päinvastoin.
Isotooppianalyysejä typen toteuttaa eri geologisia osastoissa ja biosfäärin ja erityisesti sedimenttien osoittavat, että tämä jakso on hiljattain voimakkaasti häiriintynyt ihmisillä, joilla on yli kaksinkertaistunut määrä reaktiivisia typen (N: o) vuosittain. Lisätään biosfäärin , pääasiassa vuodesta 1895 ± 10 vuoteen (± 1 keskihajonnalle) ja kasvoi jyrkästi vuosina 1960–2010, lähinnä pohjoisella pallonpuoliskolla.
Typpi on emäksinen yhdiste orgaanisen aineksen , erityisesti synteesissä aminohapoista , jotka muodostavat proteiinien ja nukleiinihappojen emästen ja DNA . Siksi vähentäminen N 2 pidetään olennaisina kehittymiseen ja jatkumisen elämän maapallolla kuin fotosynteesi .
Toisaalta typpiyhdisteet osallistuvat solujen aineenvaihduntaan hapetettavana väliaineena hapetettavana materiaalina tai päinvastoin elektroniakseptorihapettimena anoksiväliaineessa.
Elinkaaressa typpeä esiintyy ammoniumionina , nitraattina tai nitriitteinä tai orgaanisena aineena.
Globaalisti hapettavassa ympäristössämme ammoniumioni kuitenkin hapetetaan normaalisti eikä se kerry merkittävästi. Biomassan lisäksi, jossa sen hapetusluku on -3, typpi elinkaaressa esiintyy yleensä hapettuneessa muodossa, N (+ iii) tai N (+ v)
Tämä biologinen kierto on osa globaalimpaa kiertoa:
Luonnollinen typpikierto on kuitenkin voimakkaasti häiriintynyt ihmisen toiminnasta, joka on muuttanut typen saatavuutta, ja vaikutuksia on edelleen arvioitu huonosti maailman ekosysteemeille . Nykyään Haber-prosessi tuottaa lähes 30% kiinteästä typestä teollisesti .
Kautta biologisesta typen suorittaa tiettyjen syanobakteerien, inhibition nitrogenaasin O 2, joko suoraan tai epäsuorasti hapettavien radikaalien kautta, muodostaa voimakkaan happipitoisuuden säätelijän ilmakehässä happisyklissä negatiivisen palautteen avulla, joka sillä on typen kiinnittymiseen. Typen kiinnittymisen estyminen johtaisi primaarisen tuottavuuden laskuun, sekä suoraan diatsotrofisten syanobakteerien että epäsuorasti kaiken hydrosfäärin primaarisen tuottavuuden suhteen , mikä pitkällä aikavälillä aiheuttaisi orgaanisen orgaanisen hiilen määrän vähenemisen hiilen hautaaminen. Ilman kaatopaikkaa ei ole O 2: n nettokehitystä biosfäärin kautta, ja ylimääräisen erittäin reaktiivisen hapen määrä häviää vähitellen hapettumalla planeetan pintaa.
Sykli alkaa ilmakehän typestä. Ilmakehässä on suuri määrä typpeä (79 tilavuusprosenttia), mutta tämä kaasumainen typpi ei ole kovin hyötyosuus useimmille lajeille.
Vain muutamia bakteereja ja syanobakteerien (pääasiassa maaperässä), kuten Azotobacter vinelandii , voidaan korjata ilmakehän typpeä, muodossa sisällytetty NH 3 , jossa ne sitten muuttuvat orgaanista ainesta. Jotkut näistä ammoniakkia tuottavien bakteerien, kuten Rhizobium , elävät symbioosissa kanssa kasveja .
Typpeä bakteerit tuottavat ammoniakkia (NH 4 OH) ilmakehän typen ja vedyn vedessä ( ammoniakki on nimi vesiliukoisessa muodossa kaasun ammoniakin ). Typen kiinnitys vaatii suuren ATP-virran. Prosessi typpimolekyylin kiinnittämiseksi kahteen ammoniakkimolekyyliin yhdistetään 16 ATP : n hydrolyysiin happamassa väliaineessa, ja se tuottaa vetymolekyylin yhdessä . Sitoutumisreaktio on yleensä seuraava:
N 2 + 16 ATP + 8 e - + 8 H + → 2 NH 3 + H 2 ↑ + 16 ADP + 16 PiNe tekevät sen ansiosta, että entsyymi , nitrogenaasin, joka kykenee murtaa N≡N kolmoissidoksen, joka tekee typpikaasua niin vakaa, mutta vain tietyissä yhteyksissä, koska tämä reaktio muutosta ilmakehän typpeä NH 3 assimiloitavissa organismien on paljon energiaa ja metabolisen kustannuksia, ja käyttöön tarvittava pohja biosynteesin nitrogenaasin . Näistä syistä biologisesti saatavilla oleva typpi on voimakas rajoittava tekijä levien ja kasvien biomassan tuotannossa ja siten monien ekosysteemien tuottavuudessa. Tämä selittää myös, miksi typen saatavuudella on tärkeä rooli monien kasvijärjestöjen rakenteellisessa ja evoluutiollisessa dynamiikassa.
Toinen lähde ammoniakin on hajoaminen kuolleiden organismien ( necromass ) mukaan saprofyyttisten bakteerien muodossa ammonium- ionien (NH 4 + ).
Luonnossa orgaanisen aineen hajoaminen vapauttaa ammoniakkia, mikä antaa esimerkiksi jäteveden hajun liian pysähtyneelle vedelle.
Hyvin happipitoista maaperää, mutta myös hapetettuun Vesiympäristöjen bakteerit muuntaa ammoniakkia (NH 3 ) sisään nitriitin (NO 2 - ), sitten nitraattien (NO 3 - ), aikana nitrifikaatio prosessin . Tämän ammoniakin hapettuminen näiden bakteerien avulla antaa heille tarvittavan energian CO 2: n muuntamiseksiin orgaanisen aineksen ( autotrophy ).
Nitrifikaatio tapahtuu kahdessa vaiheessa, jonka suorittaa kaksi erilaista bakteeripopulaatiota. Ensimmäinen nitrausvaihe hapettaa ammoniakin nitriitiksi kuluttamalla yhden happimolekyylin muodostunutta molekyyliä kohti:
NH 3 + O 2 → NO 2 - + 3H + + 2e -Ensimmäisen bakteeriyhteisön nitriittien myrkyllistä jätettä käytetään sitten toisen metaboliittina . Tätä symbioosin ilmiötä kutsutaan syntrofiaksi . Tämä toinen nitrausvaihe muuntaa sitten nitriitin nitraatiksi:
NO 2 - + H 2 O → NO 3 - + 2H + + 2e -Nitrifikaatio on maaperän happamuuden lähde. Juuri tämä kulutus hapetetussa ympäristössä on nitraattien läsnäolon lähtökohta, jonka kasvit voivat omaksua.
Akvaristeissa nitrifikaatio on välttämätöntä, jotta akvaario ei myrkyty ammoniakin kertymisen vaikutuksesta. Nitrifikaation edistämiseksi vesi kierrätetään "suodattimella", jonka pinta tukee bakteereja. Syklin lopussa on jäljellä nitraatteja, joita käytetään kasvien ruokana ja jotka voivat liikaa edistää levien lisääntymistä tai olla jopa ongelmallisia kaloille itselleen.
Salama iski ilmakehässä olevat happi- ja typpimolekyylit erilleen muodostaen virittyneitä atomeja, jotka voivat yhdistyä NO: ksi ja NO 2 : ksi ja otsoniksi O 3 . Nämä kolme lajia ovat keskenään tasapainossa, jolloin NO 2 hajoaa foto NO: ksi tuottamalla atomihappea, joka yhdistyy hapen kanssa muodostaen otsonia ( stabiloivan M- molekyylin läsnä ollessa ), joka taas muodostaa NO 2 :
NO 2 + hν → NO + O * O * + O 2 (+ M) → O 3 (+ M) O 3 + NO → NO 2 + O 2NO 2 voi myös reagoida otsonin kanssa muodostaen NO 3: n , joka hajoaa nopeasti fotolyysin avulla päivän aikana:
NO 2 + O 3 → NO 3 + O 2 ja NO 3 + hν → NO 2 + O *Yöllä se voi kuitenkin yhdistää toisen NO 2 -molekyylin kanssa muodostaen typpipentoksidin :
NO 2 + NO 3 (+ M) → N 2 O 5 (+ M)Typpipentoksidi liukenee veteen nestefaasissa (pilvissä tai aerosoleissa), jossa se reagoi muodostaen typpihapon :
N 2 O- 5 + H 2 O→ 2 HNO 3Tämä happo putoaa takaisin maaperään happosateina ja edistää maaperän hedelmällisyyttä nitraatti NO 3 : n muodossa -
Kasvit voivat omaksua typpi, joko muodossa ammoniumioni , tai muodossa nitraatti -ioni (NO 3 - ) ja nitriitin (NO 2 - ) toisaalta. Nämä kaksi epäorgaanisen typen viimeistä muotoa muutetaan ensin ammoniumiksi, sitten glutamiiniksi ja sitten jälkimmäinen muutetaan orgaaniseksi aineeksi. Aiempi nitraattien pelkistys vaatii energiaa, joka tulee pääasiassa fotosynteesistä .
Organismit, kuten kasvit, sienet ja jotkut bakteerit, jotka eivät pysty kiinnittämään typpeä (N 2 ), riippuvat niiden kyvystä ottaa nitraatti tai ammoniakki tarpeisiinsa.
Kasvit rehuun absorboida (lehtien läpi noin vesikasvien ja muuten kautta juuret ) ioni nitraatin (NO 3 - ) ja, vähemmässä määrin, ammonium- NH 4 + maaperässä.
Nitraattien vähentäminenEnsinnäkin nitraatti muunnetaan nitriitiksi nitraattireduktaasin avulla :
NO 3 -+ H + + NADH → NO 2 -+ NAD + + H 2 OSitten nitriitti pelkistetään ammoniakiksi ferredoksiini-nitriitti-reduktaasin avulla :
NO 2 -+ 6 alennetussa ferredoksiini + 7 H + NH 3 + 2 H 2 O+ 6 hapetettua ferredoksiiniaAssimilaatio muuntamalla nitraatti ammoniakiksi kuluttaa H + -ionia , joka on tasapainotettava OH: n karkotuksella - mikä tekee maaperästä emäksisen .
Ammoniakin assimilaatioVarsinainen assimilaatio liittyy ammoniakkiin riippumatta siitä, imeytyykö se suoraan vai syntyykö pelkistys.
In viherhiukkasia , glutamiinisyntetaasin sisällytetty tämä ammoniakki osana photorespiration , muuttaa glutamaatin glutamiiniksi:
NH 3+ L -glutamaatin + ATP L -glutamine + ADP + Pi .Glutamaatti on keskeinen rooli typpikierto eläinten ja mikrobien, joka palvelee sekä vastaanottajan (kuten tässä) ja luovuttajan siirtämiseksi ammoniakin kehässä.
Typen omaksuminen ympäristössä olevista epäorgaanisista typpiyhdisteistä sallii sitten orgaanisten typpiyhdisteiden, kuten erilaisten aminohappojen , muodostumisen siirtämällä amiiniryhmän ketjusta toiseen, sitten proteiinit, jotka muodostuvat siitä polymeroimalla kautta peptidisidoksen .
Organismit, jotka eivät kykene omaksumaan nitraattia tai ammoniakkia tarpeisiinsa, kuten eläimet, ovat täysin riippuvaisia ravinnossaan olevasta orgaanisesta typestä. Kasvit ovat siten ensisijainen typen lähde, jonka eläimet voivat omaksua .
Hajotetut proteiinit hajotetaan käänteisesti eläviksi hapoiksi proteolyysillä (tai proteiinin hajoamisella), joka tuhoaa peptidisidokset hydrolyysillä . Näin vapautuneet aminohapot voidaan käyttää kehossa uudelleen uusia proteiinisynteesejä varten ja ne voivat pysyä biosfäärissä tai hajota palautumattomasti hapettumisella käytettäväksi energialähteenä.
Aminohappojen hajoaminen tapahtuu eläimillä, sienillä tai bakteereilla, jotka ruokkivat orgaanista ainetta. Tämä pilkkominen muuttaa orgaanisen aineen typpeä ammoniakiksi.
Se alkaa "deaminaatiolla", erottaen alfa-aminoryhmän hiilirungosta siirtääkseen sen glutamiinihappoon . Reaktiota katalysoi transaminaasi .
Siten tuotettu L- glutamaatti käy sitten läpi hapettavan deaminaation, jonka katalysoi glutamaattidehydrogenaasi , joka lopulta eliminoi a-aminoryhmän NH 4 + : n muodossa . Nisäkkäissä solulle myrkyllinen ammoniumioni siirtyy sitten urea-kiertoon erittymään. Eläimestä riippuen erittyminen voi olla vaihtoehtoinen ammoniakin , virtsahapon tai kreatiniinin muoto .
Sen jälkeen hiilirunko hapetetaan, mikä vastaa happisyklin hengitystoimintoa .
Anaerobisessa ympäristössä, muut bakteerit käyttävät nitraattien ja nitriittien soluhengitystä kuten elektronin vastaanotinta, ja suorittaa denitrifikaatio väliaineen vähentämällä ne peräkkäin ja typpimonoksidia , sitten typpioksiduuli , ja lopulta dityppioksidin. , Joka palautetaan ilmakehästä ja poistuu biologisesta kierrosta.
Denitrifikaatio vähentää typen kohteena on N- 2 tai N 2 O kaasumaisessa tilassa , jota ei voida rinnastaa kasvien, ja ottaa se ulos biologisen kierron.
Eräässä hapettomissa ympäristössä (maaperä tai ei-hapetetun vesiympäristössä), niin kutsuttu denitrifioivien bakteerit muuntaa nitraattien dityppioksidin kaasu , tämä on denitrifikaatio . Denitrifikaatio seuraa kaikkia tai osaa näistä peräkkäisistä reaktioista (suluissa esitetty reaktio katalysoiva entsyymi):
NO 3 - + 2 H + + 2 e - → NO 2- + H 2 O ( nitraattireduktaasi ) NO 2- + 2 H + + e - → NO + H 2 O ( nitriittireduktaasi ) 2 NO + 2 H + + 2 e - → N 2 O-+ H 2 O ( typpioksidin reduktaasin) N 2 O-+ 2 H + + 2 e - → N 2+ H 2 O ( typpioksidi- reduktaasi)Koko prosessi voidaan ilmaista tasapainotettuna redoksireaktiona , jolloin nitraatti (NO 3 - ) pelkistyy kokonaan typellä N 2 :
2 NO 3 - + 10 e - + 12 H + → N 2 + 6 H 2 OBakteerit, jotka suorittavat anaerobinen ammoniumtypen hapetus prosessi kuuluvat bakteeri- Mollusca Planktomycetes , tunnetuin sukuja, jotka ovat Planctomyces ja Pirellula . Tässä biologinen prosessi, ammonium- kationi NH 4 +hapetetaan nitriitin anioni NO 2 -jolloin saatiin typen N 2. Tämä prosessi tuottaa jopa 50% valtamerissä tuotetusta typestä. Siksi se on tärkeä typen nielu, joka siten rajoittaa valtamerien alkutuotantoa. Globaali reaktio on kirjoitettu:
NH 4 ++ NO 2 -→ N 2+ 2 H 2 O.Typen omaksuminen biomassan muodostamiseksi tapahtuu tavalla tai toisella vain NO 3 -muodossa , ja biosfääri riippuu tämän ammoniakin, yhden pienemmän typen muodon, muodostumisesta. Lisäksi typelle eri hapettumisasteissa tapahtuu erilaisia muunnoksia biosfäärissä, yleensä energian tuottamiseksi.
Typpisykli, sellaisena kuin me sen tunnemme, liittyy suurelta osin biosfääriin ja riippuu hapesta biologisen nitrifikaation (tai vaihtoehtoisen otsonin) ratkaisevassa vaiheessa. Tätä vaihetta ei kuitenkaan voinut esiintyä esibioottisessa kemiassa, joka tapahtuu hapettomassa ja suurelta osin pelkistävässä kontekstissa. Viimeaikaisessa globaalissa historiassa typpisyklin ensimmäinen biologinen vaihe on typen kiinnittyminen monimutkaisessa reaktiossa, johon osallistuu nitraasia ; mutta tämän entsyymin evoluutio alkuperää ei tunneta hyvin ja siitä keskustellaan.
Ennen suurta hapetusta typpisyklin on täytynyt olla hyvin erilainen kuin mitä näemme tänään. Ilman happea "typpisykli" ei ole kierto, vaan yksisuuntainen katu pelkistyneisiin muotoihin. Nykyinen sykli on välttämättä uusi ja takana suurelle hapettumiselle .
Vuoden elämän alkuperää , siellä ei ollut vapaata happea eikä nitrogenaasin. Typpi on välttämättä oltava suoraan läsnä muodossa NO 3 - . Puuttuessa aineenvaihdunta , se voi olla saatavilla ainoastaan abioottisissa muutoksia tehden mahdollista muuntaa typpeä, pääasiassa muodossa N- 2 ilmakehässä. Se oli luultavasti reaktioilla muuttaa N 2 osaksi typen oksidien ja typpihapon vaikutuksesta salama tai fotolyysi , atmosfäärissä panostettiin myös CO 2.ja H 2 O ; mutta nämä kemialliset reaktiot ovat huonosti ymmärrettyjä ja niistä voidaan keskustella. Lisäksi, jos primitiivisessä valtameressä oli runsaasti rautarautaa , tämä reagoi nopeasti typpioksidien kanssa hapettumalla rautarautaksi ja pelkistämällä ne ammoniakiksi .
Joka tapauksessa tavalla tai toisella elämän alkuperä oli NO 3 : n läsnä ollessa - heti saatavilla, ja ensimmäiset solut pystyivät lisääntymään.
Tämä muoto elämän havainnut kriisin keksinnön oksigeenisen fotosynteesi , joka vähitellen teki NO 3 - läsnä valtamerissä katoavat . Tämä primitiivisen elämän oleellisen osan puute on vähentänyt biosfääriä (ja siten säätellyt hapen tuotantoa), NO 3 - siitä on tullut rajoittava tekijä kilpailussa resursseista. Seurauksena, kyky katalysoida vähentämiseen N 2 ja NH 3 on muodosti mukautuva etu , työntää kohti syntyminen yhä tehokkaampaan nitrogenaasin .
Tämän uuden typen saannin ansiosta biosfääri pystyi jatkamaan laajentumistaan erityisesti hapen fotosynteesistä vastuussa olevien bakteerien kohdalla, joita kiinteän typen puuttuminen ei enää rajoittanut. Uuden happiatmosfäärin ilmestyessä moderni sykli pystyi tapahtumaan.
Typpisyklin usein huomiotta jätetty osa kulkee kallioperän läpi, jossa typpeä oli läsnä sedimentoidussa tai sitoutuneessa orgaanisessa aineessa. "geologiset typpi" on myös todettu joitakin kylpylöiden vettä , sitten kiviä kerrostunut , The vaipan ja joskus rakettimainen lähteistä.
Kallioiden typpitasot vaihtelevat yksinkertaisista hivenaineista (<200 mg N / kg) graniiteissa ekologisesti tärkeisiin tasoihin, ylittäen 1000 mg N / kg joissakin sedimentti- ja metasimentaarisissa kivissä. Typpirikkaita kiviä on kaikkialla maailmassa, ja niillä voi olla myös paikallinen, aliarvioitu rooli typen saatavuudessa ruokaverkossa. Itse asiassa Schlesingerin (1997) mukaan lähes 20% koko typpisyklistä on kiinnittynyt kiviin.
Tämä rooli on saattanut jäädä huomaamatta puutteen takia rutiini analyysimenetelmät kvantitoimiseksi typen kiviä. Erityisesti kuivilla ja puolikuivilla alueilla kertyneet nitraattikerrostumat ovat mahdollisesti tärkeitä säiliöitä.
Useimmissa tapauksissa korkea typpipitoisuus vedessä ja maaperässä johtuu ihmisistä. Joskus ne voidaan katsoa sään vaikutuksia kallioperän (jos kyseessä kallioperän runsaasti ammonium ), jossa joissakin ympäristöissä, enemmän typpeä vapautuu kallioperästä suurempi kuin kasvien tarpeisiin, ja se voi osaltaan kyllästää maan ympäristö ja paikallinen ekosysteemi tuottamalla rehevöitymis- ja dystrofikaatioilmiöitä . Ammoniumnitraatin hapettuminen voi myös myötävaikuttaa maaperän happamoitumiseen ja yleisempään makean veden happamoitumiseen , mikä voi estää tiettyjen ekosysteemien spontaanin kasvillisuuden ja uudelleen tyydyttymisen .
Vaikuttaa siltä, että runsaasti typpeä sisältäviin kiviin perustetut ekosysteemit ovat alttiimpia antropoinnille; useat viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että geologista typpeä on merkittäviä määriä, että sitä voidaan vapauttaa ja aktivoida uudelleen tietyissä olosuhteissa, jolloin Holloway ja Dahlgren (2002) mukaan "on potentiaalia lisätä ihmisen vaikutuksia kaasukiertoon." typpeä maanpäällisessä ympäristössä vesiekosysteemit ” .
Geologinen ja epäorgaaninen typpi (orgaanisten typpimuotojen lisäksi tai sitoutuneena orgaaniseen aineeseen, erityisesti nuorissa orgaanisissa sedimenteissä) koostuu seuraavista mineraaleista:
Mineraali | Kaava | Esiintyminen (esimerkkejä) |
---|---|---|
Osbornite | Tina | Chondrite |
Sinoiitti (en) | Jos 2 N 2 O | Chondrites |
Nitraatti | NaNO 3 | Atacaman aavikko (Chile); Mojave Desert (Yhdysvallat); Länsi-Yhdysvallat; luolat (Yhdysvallat) |
Nitra | KNO 3 | Atacaman aavikko (Chile), Länsi-Yhdysvallat; luolat (Yhdysvallat) ... |
Nitrokalsiitti | Ca (NO 3 ) 2 4H 2 O | Talletukset luolissa, AZ, Yhdysvallat |
Svéite | Kal 7 (NO 3 ) 4 : lla 2 (OH) 16 8H 2 O | Talletukset luolissa (ex: Venezuela) |
Gerhardtite | Cu 2 (NO 3 ) (OH) 3 | Kuparimalmiin liittyvät talletukset (esim. Australia; Kongo; AZ, Yhdysvallat) |
Likasite | Cu 3 (OH) 5 (NO 3 ) 2H 2 O | Kuparimalmiin liittyvät talletukset (Kongo) |
Darapskite | Na 3 (SO 4 ) (NO 3 ) H 2 O | Hydroterminen alkuperä (Antarktis); Caliche : Atacaman aavikko (Chile); Mojave Desert (Yhdysvallat) |
Humberstoniitti | Na 7 K 3 Mg 2 (SO 4 ) 6 (NO 3 ) 2 6H 2 O | Caliche : Atacaman autiomaa (Chile), Mojave Desert (Yhdysvallat) |
Ammoniojarositis | (NH 4 ) Fe 3+ (SO 4 ) 2 (OH) 6 | Mineraalit: WY & UT, Yhdysvallat; hydrotermisen alkuperän geysirit , Kalifornia |
Boussingaultite | (NH 4 ) 2 Mg (SO 4 ) 2 6H 2 O | Hydrotermisen alkuperän geysirit (CA) |
Lekontiitti | (NH 4 , K) Na (SO 4 ) 2H 2 O | Evaporiitit (ex: Pakistan) |
Letovicite | (NH 4 ) 3 H (SO 4 ) 2 | Hydroterminen alkuperä: Geysers CA, Yhdysvallat; Campi Flegrei (Italia) |
Mascagnite | (NH 4 ) 2 SO 4 | Hydroterminen alkuperä: Geysirit, Kalifornia, Yhdysvallat |
Salmiac | (NH 4 ) CI | Hydroterminen lähde (ex: Etna ja Vesuvius Italiassa) |
Tschermigite | (NH 4 ) AI (SO 4 ) 2 · 12H 2 O | Hydroterminen kevät; Geysers, Kalifornia. Yhdysvallat ; Campi Flegrei Italiassa; Taupo Uudessa-Seelannissa |
Mundrabillaite | (NH 4 ) 2 Ca (HPO 4 ) 2 -H 2 O | Talletukset luolissa (Australia) |
Ammoniakin fluorapofylliitti | (NH 4 , K) Ca 4 Si 8 O 20 (F, OH) 8H 2 O | Hydroterminen lähde: Calvinia (Etelä-Afrikka) ja Guanajuato (Meksiko) |
Ammonioleusiitti | (NH 4 ) AISi 2 O 6 | Tulivuoren metamorfiset kivet: Japani; Hydroterminen jousi: Geysers, CA |
Buddingtoniitti | NH 4 AlSi 3 O 8 | Hydroterminen lähde: Sulphur Bank Mine, CA; Cedar Mt, NV, Yhdysvallat; Japani; Phosphoria Fm.: ID, Yhdysvallat; öljyliuskekivi: Australia |
Tobelite | (NH 4 , K) AI 2 (Si 3 Al) O 10 (OH) 2 | Hydrotermisesti muuttuneet savet : Japani; UT, Yhdysvallat; liuskeöljyn vuonna Pohjanmerellä |
Nitraatin tai ammoniakin muodossa typpi liukenee hyvin veteen ja liikkuu ekosysteemeissä. Valumia , eroosion ja sateet taipumusta vähentää nitraatteja ei vangiksi biomassan maa järvien ja erityisesti pohjaveden ja valtameriin . Meressä, kuten maalla, typen liuotettiin veden talteen (kautta fotosynteesi ) kasvien ja tiettyjen bakteerien, sitten keskittynyt elintarvikkeiden rainan muodossa eläimen proteiinien erityisesti.
Kaikki kalat ja kaikki merieläinten tiivisteisiin sen biomassan ( orgaaninen aines ) osa typen kertyneet kasvien tai eläinten, että se on kulutettu, jotka ovat ottaneet sen valtamerten hyllyssä, syötetään ilmakehän, ja enemmän ja enemmän liian terrigeenisten syöttöaineiden (pääasiassa lannoitteiden ja jäteveden) avulla.
Teollisen ja intensiivisen kalastuksen kehityksen jälkeen tämä määrä ei ole enää vähäinen. Itse asiassa kukin merellä pyydetty kala vastaa typen poistumista merialueelta. Tämä määrä on arvioitu 58 meriekosysteemille, jotka ovat levinneet ympäri maailmaa äskettäin tehdyllä tutkimuksella typpisyklistä rannikkoalueilla. Vuonna 1960 merikalastus toi takaisin maalle 60% typpiyhdisteistä, joiden arvioidaan tuottavan sateiden huuhtoutuneet lannoitteet. Vuodesta 1960 vuoteen 2004 nämä typpipäästöt kerrottiin kuitenkin 7,5: llä, kun taas valtamerien liikakäytön vuoksi myytävien lajien niukkuuden vuoksi kalasaaliit kasvoivat vain 2, 5. Ainoastaan noin 20 prosenttia maatalouden menettämästä typestä on siis vuonna 2008 "talteenotettu" kalastustoiminnan avulla, mikä olisi tästä syystä otettava paremmin huomioon typpitasapainoa ja rehevöitymisriskiä laskettaessa .
Näiden tulosten helppo ja nopea tulkinta olisi uskoa, että lisäämällä kalastusta vähentäisimme meren rehevöitymistä. Tämä reitti olisi harhainen, muistuttaa itse tutkimuksen kirjoittaja Greenpeace, etenkin koska liikakalastuksen jatkuminen johtaa nopeasti useimpien kaupallisten lajien häviämiseen ja siten vielä pahempaan rehevöitymiseen. Esittämän ratkaisun ympäristöä kansalaisjärjestöt ja monet tieteellisten järjestöjen ja erityisesti tuoreessa raportissa Research neuvoston " Mississippi-joen veden laadusta vesipolitiikan Act: Progress, haasteet ja mahdollisuudet ”. Tässä raportissa suositellaan, että EPA ja USDA tekevät parempaa yhteistyötä vähentääkseen maatalouden vaikutuksia Mississippin ja Meksikonlahden pohjoisosien veden laatuun ( noin 22 000 km 2 : n kuollut alue vuosina 2007–2008; maailman suurin). Ylimääräinen typpi aiheuttaa kasviplanktonin lisääntymisen, joka hajoaa kuluttamalla veteen liuenneen hapen elävien organismien kustannuksella, jotka sitten katoavat. Ainoa kestävä ratkaisu olisi rajoittaa maataloudesta peräisin olevien typpilannoitteiden menetyksiä ja rakentaa uudelleen riittävä kalakanta kestävän kalastuksen tarjoamiseksi. Käytettävissä olevat indikaattorit viittaavat siihen, että näitä kahta vaihtoehtoa on vaikea toteuttaa.
Eräässä akvaarion , se on kala jätökset ja syömättä elintarvikkeita, jotka ovat vastuussa ammoniakin muodostusta. Tämä vesieläimille erittäin myrkyllinen tuote muuttuu nitraateiksi, jotka ovat paljon vähemmän myrkyllisiä ja hyödyllisiä kasveille bakteereissa, joita on luonnossa tai keinotekoisesti (istutettu) akvaariossa.
Nitrosomonas- bakteerit muuttavat ammoniakin nitriiteiksi , jotka itse ovat erittäin myrkyllisiä vesieläimille. Ja Nitrobacter- bakteerit muuttavat nitriittejä nitraateiksi. Nitraatit, jotka sitten imevät akvaariossa olevat kasvit.
Kun akvaario täytetään ensimmäisen kerran, nämä bakteerit puuttuvat vedestä. Bakteeripopulaatiot ilmestyvät vähitellen siitä hetkestä lähtien, kun akvaario on täynnä. Syklin käynnistäminen vaatii kontekstista riippuen 3–8 viikkoa, jonka aikana akvaarion vesi pysyy myrkyllisenä. Ammoniakin kertyminen aiheuttaa ensimmäisen bakteeripopulaation lisääntymisen. Nämä bakteerit muuttavat ammoniakin nitriiteiksi. Muutaman päivän kuluttua ensimmäisestä bakteeripopulaatiosta johtuva nitriittien kertyminen aiheuttaa toisen bakteeripopulaation lisääntymisen, mikä vähentää nitriittipitoisuutta. Nitriitin pitoisuus laskee jälleen, kunnes se on täysin huomaamaton. Tästä lähtien akvaario on terveellistä kaloille.
Useimmissa akvaarioissa on liikaa kaloja, eikä kasveja ole riittävästi tuotetun nitraatin määrää. Nitraatit kertyvät lopulta veteen, ja sitten on tarpeen laimentaa ne säännöllisesti yhden tai kahden viikon kuluttua korvaamalla osa akvaariovedestä "uudella" vedellä. Korvausten tiheys riippuu eläinten herkkyydestä. Monet kalat sietävät jopa 50 mg / l pitoisuuksia . Haitat, kovat korallit eivät kestä yli 2 mg / l pitoisuuksia .
Ammoniakkia ja nitriittejä hajottavia bakteereja esiintyy vedessä, akvaarion maaperässä ja suodattimessa . Suodattimen ja pumpun aiheuttama sekoitus vetää happirikkaan veden pinnasta pohjaan ja varmistaa bakteerien eloonjäämisen - jotka tarvitsevat happea elääkseen. Sitä käytetään myös saattamaan suodattimessa olevat bakteerit kosketuksiin akvaarion veden kanssa.
Siitä hetkestä lähtien, kun typpisykli on käynnissä, akvaarion sanotaan kiertävän : veteen muodostuvat ammoniakki ja nitriitit muuttuvat välittömästi ja pitoisuudet pysyvät havaittavissa. Se voi kuitenkin vahingossa myrkyttää, jos siihen kaadetaan ylimääräinen ruoka tai jos suuren kalan ruumis jätetään hajoamaan.
Se on ammoniumin tai ammoniakin tuotanto biologisen aktiivisuuden vuoksi joko hajoavasta orgaanisesta aineesta tai pelkistämällä nitraattia.
Tavoitteena on ammonifikaatio- orgaanisen aineksen on tuottaa typen lähteenä, jota voidaan suoraan käyttää organismien oman synteesin.
Tuotettu vain mikrobibiomassalla:
Sen tavoitteet ovat:
Jätevedenpuhdistamojen päätehtävä on hajottaa molekyylisen ja ammoniakin typen muodot nitraateiksi, mikä sitten mahdollisesti aiheuttaa denitrifikaation (tai denitroinnin) tämän elementin pitoisuuden vähentämiseksi poistuvassa vedessä.
Lähde.
Mittaus / mallinnus yli vuoden (2006-2007) ja ammoniakin vuot vuonna metsä- ja maatalouden alalla 500 hehtaaria vuonna Lillington ( North Carolina ), mistä ennen kylvöä vanhenemiselle kasvin.