Levande varelser kräver kväve för att deras celler ska fungera, och dessutom drar vi nästan in i grejerna eftersom vår atmosfär består av 78 procent kvävgas.
Även om kväve lurar i princip överallt, är det inte rikligt i jordskorpan, och det är svårt för levande varelser att fånga atmosfäriskt kväve och använda det för sina ändamål. stegen för kvävecykeln är ungefär som en valutaväxling, som omvandlar kväve till olika former, av vilka en del växter och djur kan använda, och en del av vilka de inte kan.
"Kväve är en stor del av aminosyror, som är byggstenarna i proteiner och nukleinsyror som DNA", säger Jessie Motes, en Ph.D. kandidat vid Odum School of Ecology vid University of Georgia, i ett mejl. "Förutom att det behöver kväve för proteiner i växter, är det en huvudkomponent i klorofyll, vilket gör det avgörande för fotosyntesen."
InnehållEftersom kväve är en begränsad resurs på den här planeten, lägger en kväveatom inte mycket tid på att göra ingenting när den är i en form som levande varelser kan använda - forskare kallar detta kväve "fast". Fixerat kväve tas upp av växter, som äts av djur, som äter andra djur, som dör och bryts ner och släpper ut kväve tillbaka till ekosystemet för att bearbetas av bakterier eller växter.
Detta är cykeln för en kväveatom på jorden, och dess resa börjar antingen mycket tyst eller med en enorm smäll.
Tro det eller ej, blixtar och bakterier är främst ansvariga för att omvandla atmosfäriskt kväve till kväve som levande saker kan använda, i en process som kallas kvävefixering. Atmosfäriskt kväve (N2 ) är mycket stabil, så det krävs otroligt mycket energi för att omvandla det till en annan form.
Om du någonsin har undrat varför dina utomhusväxter verkar gladare efter ett regn än de gör när du vänder en sprinkler på dem, det finns en anledning till det:Blixtnedslag elektrifierar atmosfäriskt kväve (N2 ) och vatten (H2 O) för att omkonfigurera dem till ammoniak (NH3 ) och nitrater (NO3). ).
Detta faller till marken som regn, där växter slurpar upp det och använder det för sina biologiska processer.
I andra änden av spektrumet är det vanligaste sättet att göra kväve tillgängligt för organismer när atmosfäriskt kväve fixeras av bakterier, av vilka en del lever fritt i jorden och andra har ett symbiotiskt förhållande med vissa växtarter.
Baljväxter som ärtor, klöver och jordnötter har små knölar på sina rötter som drar till sig bakterier som omvandlar envis atmosfäriskt kväve till ammoniak eller ammonium, som sedan kan användas för att driva växten.
Denna process är känd som biologisk kvävefixering, och den förvandlar organisk kvävgas till oorganiska kväveföreningar som ammoniak och ammonium.
Ammoniak i jorden kan användas direkt av växter, men det är också det första steget i nitrifikationsprocessen, genom vilken specialiserade bakterier och arkéer omvandlar ammoniak till nitrit (NO2 ), och sedan skicka den vidare till en helt annan uppsättning prokaryoter som ytterligare oxiderar nitriten till nitrat (NO3- ).
Denna process är långsam, men det är det sätt som kväve byggs upp som ett näringsämne i mark och vatten- och havsmiljöer - landväxter, till exempel, kan absorbera ammonium och nitrat genom sina rothår. De organismer som är specialiserade på nitrifikation är också viktiga vid rening av kommunalt avloppsvatten.
Allt levande dör så småningom, och det kväve som en viss organism använde när den kroknade tas till hands av bakterier som förvandlar det kväverika liket till ammonium, som kan plockas upp av växter och användas igen.
Det är möjligt att omvandla biotillgängligt kväve till atmosfäriskt kväve igen, och den processen kallas denitrifikation. Nitrifikation utförs av bakterier och arkéer som kan tolerera syre - inte alla prokaryoter kan.
När det gäller denitrifikation, omvandlar vissa anaeroba bakterier som inte behöver syre nitrat till kvävgas, som flyter upp i atmosfären och spelar svårt att få tag på tills någon blixt eller en listig kvävefixerande bakterie kommer och binder gasen. kväve in i kvävekretsloppet igen.
"Som de flesta naturliga processer, stör antropogena aktiviteter kvävets kretslopp genom kvävedeposition", säger Motes. "För mycket kväve kan leda till ökade utsläpp av växthusgasen lustgas, samt övergödning, som är kväveförorening av vattenkällor."
Några av de mänskliga aktiviteterna som bidrar till kvävedeposition inkluderar:
