Typpikierto

FONT SIZE:
fontsize_dec
fontsize_inc
Elokuu 8, 2016 Vilppu Tikka T 0 63

Typpikierrosta on prosessi, jossa typpi muunnetaan välillä eri kemiallisissa muodoissa. Tämä muunnos voidaan suorittaa kautta sekä biologiset ja fysikaaliset prosessit. Tärkeitä prosesseja typpikierto ovat kiinnittymisestä ammonifikaatio-, nitrifikaatio, ja denitrifikaatio. Valtaosa maapallon ilmakehää on typpi, mikä on suurin altaan typpeä. Kuitenkin ilmakehän typpeä on rajallinen saatavuus biologiseen käyttöön, mikä niukkuuden käyttökelpoista typpeä monenlaisissa ekosysteemejä. Typpikierrosta on erityisen kiinnostava luonnonsuojelijat koska typen saatavuus voi vaikuttaa nopeus keskeisten ekosysteemiprosessit, alkutuotannosta ja hajoaminen. Ihmisen toiminta kuten fossiilisten polttoaineiden käytöstä, keinotekoisia nitroge lannoitteita, ja vapauttaa typen jätevesien on muuttanut dramaattisesti maailmanlaajuisen typpikierto.

Ekologinen toiminto

Typpi on tarpeen kaikkien tunnettujen elämänmuotojen maapallolla. Se on osa kaikkien aminohappojen, kuten sisällytetty proteiineja, ja on läsnä emäkset, jotka muodostavat nukleiinihapot, kuten RNA ja DNA. Kasveissa, paljon typpeä käytetään klorofylli molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä fotosynteesiä ja edelleen kasvua. Typpikaasu on suurin osatekijä maapallon ilmakehään, mutta tämä muoto on suhteellisen reaktiivinen ja käyttökelvottomaksi kasveja. Kemiallista käsittelyä tai luonnollinen kiinnitysajat tarpeen muuntaa kaasumaista typpeä yhdisteiden, kuten nitraattia tai ammoniakki, jota voidaan käyttää kasveja. Runsaus tai niukkuus tämän "kiinteitä" typpi usein rajoittaa kasvien kasvua sekä hallinnoi ja villi ympäristöissä. Typpikierto, kuten hiilen kierto, on tärkeä osa jokaista ekosysteemiä.

Prosessit typpikierto

Typpi on läsnä ympäristössä monenlaisia ​​kemiallisia muotoja, mukaan lukien orgaaninen typpi, ammoniakki, nitriitti, nitraatti, typpioksiduuli, typpioksidi tai epäorgaanisen typen kaasua. Orgaaninen typpi voi olla muodossa elävä organismi, humusta tai välituotteiden orgaanisen aineksen hajoamisen. Prosessit typpikierto muuttaa typen muodosta toiseen. Monet näistä prosesseista suorittavat mikrobit, joko niiden pyrkiessä sato energiaa tai kerääntyä typen muodossa tarvitaan niiden kasvua. Kaavio osoittaa, miten nämä prosessit sopivat yhteen muodostaen typen kierron.

Typensidonnan

Ilmakehän typpeä on käsiteltävä, tai "kiinteä", voidaan käyttää kasvien. Jotkut kiinnitys tapahtuu salamaniskut, mutta useimmat kiinnitys tapahtuu vapaa-elävä tai symbioottinen bakteerit tunnetaan diazotrophs. Nämä bakteerit ovat nitrogenase entsyymi, joka yhdistää kaasumaista typpeä vedyllä tuottaa ammoniakkia, joka muunnetaan bakteerit muita orgaanisia yhdisteitä. Useimmat biologiset typensidonnan tapahtuu aktiivisuus Mo-nitrogenase, löytyy monenlaisia ​​bakteerien ja joidenkin Archaea. Mo-nitrogenase on monimutkainen kahden komponentin entsyymin, jossa on useita metallia sisältävät prosteettisia ryhmiä. Esimerkki vapaana elävät bakteerit on Azotobacter. Symbioottinen typpeä sitovien bakteerien kuten Rhizobium asuvat yleensä juuri kyhmyt palkokasveja. Täällä ne muodostavat mutualistiseen suhde kasvi, tuottaa ammoniakkia vastineeksi hiilihydraatteja. Koska tämä suhde, palkokasvit usein kasvaa typpipitoisuus typpeä huono maaperä. Muutamia ei-palkokasvit voivat myös muodostaa tällaisia ​​symbioses. Nykyään noin 30% koko kiinteän typen valmistetaan teollisesti käyttäen Haber-Bosch prosessi, joka käyttää korkeissa lämpötiloissa ja paineissa muuntaa typpikaasuksi ja vedyn lähteestä ammoniakkia.

Assimilaatio

Kasvit ottavat typpeä maaperästä absorption kautta juuret muodossa joko nitraatti-ioneja tai ammoniumioneja. Useimmat typpi saadaan maaeläinten voidaan jäljittää syöminen kasvien jossain vaiheessa elintarvikeketjun.

Kasvit voivat omaksua nitraattia tai ammoniumionien maaperästä kautta juuri karvat. Jos nitraatti imeytyy, se pelkistetään ensin nitriitti-ioneja, ja sitten ammoniumionien sisällytettäväksi aminohappoja, nukleiinihappoja, ja klorofylli. Kasveissa että on symbioottinen suhde rhizobia, typpeä rinnastetaan muodossa ammoniumionien suoraan kyhmyt. Nyt tiedetään, että on olemassa monimutkaisempi pyöräily aminohappoja välillä rhizobia bacteroids ja kasveja. Laitos tarjoaa aminohapot bacteroids niin ammoniakki rinnastaminen ei tarvita ja bacteroids siirtää aminohapot takaisin kasvi, muodostaen keskinäinen riippuvuussuhde. Kun taas monet eläimet, sienet ja muut heterotrofisten eliöiden saada typen nieltynä aminohappojen, nukleotidien ja muut pienet orgaaniset molekyylit, muut heterotrofeiksi osaa hyödyntää epäorgaanisia yhdisteitä, kuten ammonium- ainoana N-lähteitä. Hyödyntäminen eri N lähteistä tarkoin säädeltyä Kaikkien organismien.

Ammonifikaatio-

Kun kasvi tai eläin kuolee tai eläin karkottaa jätettä, alkuperäisessä muodossaan typen on orgaanista. Bakteerien tai sienten muuntaa orgaanisen typen sisällä jäännökset takaisin ammonium-, prosessia kutsutaan ammonifikaatio- tai mineralisaatioon. Entsyymit mukana ovat:

  • GS: Gin -syntetaasi
  • GOGAT: Glu 2-oksoglutaraatti aminotransferaasi
  • GDH: Glu dehydrogenaasi:
    • Vähäinen rooli ammoniumnitraatin assimilaatio.
    • Tärkeää aminohappo hajoamista.

Nitrifikaatiota

Muuntaminen ammoniakin nitraatti suoritetaan pääasiassa maaperän elävät bakteerit ja muut nitrifioivien bakteerien. Ensisijainen vaiheessa nitrifikaation, hapettumisen ammonium- suoritetaan bakteerien, kuten Nitrosomonas laji, joka muuntaa ammoniakkia nitriittejä. Muut bakteerilajit, kuten Nitrobacter, ovat vastuussa hapetus nitriittien nitraateiksi. On tärkeää, että ammoniakin muunnetaan nitraatteja kertynyt nitriittejä ovat myrkyllisiä kasvien elämään.

Koska niiden erittäin suuri liukoisuus ja koska maaperä ovat suurelta osin pystynyt säilyttämään anioneja, nitraatteja voi tulla pohjaveteen. Kohonnut nitraatti pohjavedessä on huoli juomaveden käyttöön koska nitraatti voi häiritä veren happipitoisuus pikkulapsilla ja aiheuttaa methemoglobinemiaa tai sinisen vauvan oireyhtymä. Jos pohjaveden latautuu virtaus, nitraatti-rikastettua pohjavesi voi edistää rehevöitymistä, prosessi, joka johtaa korkeaan levien väestön ja kasvu, erityisesti sinilevien väestön. Vaikka ei suoraan myrkyllistä kalojen elämän, kuten ammoniakki, nitraatti voi olla välillisiä vaikutuksia kaloihin, jos se vaikuttaa tähän rehevöitymiseen. Typpi on osaltaan vakavia rehevöityminen ongelmia joissakin vesistöissä. Vuodesta 2006, typen lannoite on yhä hallinnassa Britanniassa ja Yhdysvalloissa. Tämä tapahtuu samoilla linjoilla kuin valvonta fosforilannoite, rajoittaminen, joita pidetään välttämättömänä elpymistä rehevä vesistöjen.

Denitrifikaatio

Denitrifikaatio on vähentää nitraattien takaisin pitkälti inertiksi typpikaasuksi, täyttämällä typpikierto. Tämä prosessi suoritetaan bakteerilajit kuten Pseudomonas ja Clostridium hapettomissa olosuhteissa. He käyttävät nitraattia elektroniakseptorina paikassa hapen hengityksen aikana. Nämä fakultatiivisesti anaerobiset bakteerit voivat elää myös aerobisissa olosuhteissa. Denitrifikaatio tapahtuu hapettomissa olosuhteissa esimerkiksi vetinen maaperä. Typpeä poistavien bakteerien käytä nitraatteja maaperässä suorittaa hengityksen ja siten tuottaa typpikaasua, joka on inertti ja käytettävissä kasveille.

Anaerobinen ammoniakin hapetus

Tässä biologinen prosessi, nitriitti ja ammoniakki muunnetaan suoraan molekyyli- typpikaasuksi. Tämä prosessi muodostaa pääosan typen muuntaminen valtamerissä.

Muut prosessit

Vaikka typensidonnan on ensisijainen lähde kasvi-typpeä useimmissa ekosysteemien alueilla typpirikas kallioperä, jakautuminen tämän kiven toimii myös typen lähteenä.

Marine typpikierto

Typpikierrosta on tärkeä prosessi meressä samoin. Vaikka yleinen sykli on samanlainen, on eri toimijoiden ja liikennemuotojen siirto typen meressä. Typpi tulee vettä läpi sademäärä, valumia, tai N2 ilmakehästä. Typpi ei voida hyödyntää kasviplanktonin N2 joten se on tehtävä typensidonnan joka suoritetaan pääasiassa mukaan sinileviä. Ilman tarvikkeita kiinteän typen päästä meren sykli kiinteän typpeä käytettäisiin vuonna noin 2000 vuotta. Kasviplanktonin tarvitsevat typpeä biologisesti saatavilla lomakkeita alkusynteesin orgaanisen aineksen. Ammoniakki ja ureaa vapautuvat veteen eritys planktonia. Typen lähteitä poistetaan euphotic vyöhyke, jonka liike alaspäin orgaanista ainesta. Tämä voi tapahtua uppoamisen kasviplanktonin, pystysuoraan sekoittumiseen, tai uppoaminen jätteen vertikaalisten migrators. Uppoaminen tulokset ammoniakki otetaan käyttöön alemmissa syvyyksissä alle euphotic vyöhyke. Bakteerit voivat muuntaa ammoniakin nitriitti ja nitraatti mutta ne estävät valon joten tämä täytyy tapahtua alla euphotic vyöhyke. Ammonifikaatio- tai Mineralisaatio suoritetaan bakteerit muuntaa ammoniakkia ammonium. Nitrifikaatiota voi sitten tapahtua muuntaa ammoniumista nitriitti ja nitraatti. Nitraatti voi palauttaa euphotic vyöhyke sekoittaa vettä ja kumpuaminen jos voidaan tarttunut kasviplanktonin jatkaa sykli. N2 voidaan palauttaa ilmakehään denitrifikaatio.

Ammonium ajatellaan olevan ensisijainen lähde kiinteiden typen kasviplanktonin koska sen rinnastaminen ei liity hapetus ja vaatii siksi vähän energiaa. Nitraatti vaatii hapetus sulautua, mutta on runsaampaa niin useimmat kasviplanktonin ovat sopeutuneet olla entsyymejä tarpeen ryhtyä tämän vähennyksen. On olemassa muutamia merkittäviä ja tunnettuja poikkeuksia, jotka sisältävät Prochlorococcus ja jotkut Synechococcus. Nämä lajit voivat vain kestää typpeä ammonium.

Ravinteita meressä eivät ole tasaisesti jakautunut. Alueet Kumpuaminen tarjota toimitukset typen alla euphotic vyöhyke. Rannikkoalueet tarjoavat typen valuva ja kumpuaminen tapahtuu helposti rannikolla. Kuitenkin nopeus, jolla typpi voidaan tarttunut kasviplanktonin on vähentynyt oligotrofinen vesillä ympäri vuoden ja leuto vettä kesällä mikä vähentää alkutuotannossa. Jakautuminen eri typpimuotojen vaihtelee eri valtamerillä samoin.

Nitraatti on köyhdytettyä lähellä pintaa veden paitsi kumpuaminen alueilla. Rannikkoalueiden kumpuaminen alueilla on yleensä korkea nitraatti- ja klorofylli tasoilla seurauksena tuotannon kasvun. On kuitenkin olemassa alueita suuri pinta-nitraatin, mutta vähän klorofylli, jotka kutsutaan HNLC alueisiin. Paras selitys HNLC alueille liittyy rauta niukkuuden meressä, joka voi olla tärkeä osa valtamerten dynamiikka ja ravinteiden kierrossa. Tulo raudan vaihtelee alueittain ja toimitetaan valtameren pölyn ja huuhtoutuneet pois kiviä. Rauta harkitaan tosi rajoittava tekijä ekosysteemin tuottavuutta meressä.

Ammonium ja nitriitti näyttää suurin pitoisuus 50-80 m pienenee pitoisuuden alle syvyys. Tämä jakelu voidaan selittää sillä, että nitriitti ja ammoniumnitraatin ovat välituotteita lajeja. Ne ovat molemmat nopeasti tuotetaan ja kulutetaan läpi vesipatsaan. Määrä ammoniumnitraatin meressä on noin 3 kertaluokkaa vähemmän kuin nitraatti. Välillä ammonium, nitriitti, ja nitraatti, nitriitti on nopein vaihtuvuus. Se voidaan tuottaa aikana nitraatti Assimilaatio, nitrifikaatio, ja denitrifikaatio; kuitenkin, se on välittömästi kulutetaan uudelleen.

Uusi vs. regeneroitu typpi

Typpeä syöttämällä euphotic vyöhyke kutsutaan uusia typpeä, koska se on juuri saapunut ulkopuolelta tuottava kerros. Uusi typpi voi tulla alle euphotic vyöhyke tai ulkopuolisista lähteistä. Ulkopuolella lähteet Kumpuaminen syvästä vedestä ja typensidonnan. Jos orgaaninen aines on syöty, hengitettäväksi, toimitetaan veden ammoniakki, ja uudelleen osaksi orgaanista ainesta kasviplanktonin katsotaan kierrätetään / regeneroidaan tuotanto.
Uusi tuotanto on tärkeä osa meriympäristön. Yksi syy on, että vain jatkuva panos uuden typpeä voi määrittää kokonaiskapasiteetti valtameren tuottaa kestäviä kala satoa. Kalat regeneroidusta typpi alueet vähennä typen ja siksi lasku alkutuotannossa. Tällä on kielteinen vaikutus järjestelmän. Kuitenkin, jos kalat kerätään alueilta uusien typpi typpi on täydennettävä.

Ihmisen vaikutteita typpikierto

Seurauksena laajasta viljelemällä palkokasveja, kasvava käyttö Haber-Bosch prosessi luomiseen kemiallisten lannoitteiden, ja saastumisen synnyttämä ajoneuvojen ja teollisuuslaitosten, ihmisillä on enemmän kuin kaksinkertaistunut vuotuinen typen kulkeutumista biologisesti käytettävissä muodoissa. Lisäksi ihmiset ovat edistäneet merkittävästi typen kulkeutumista kaasujen Maasta ilmakehään ja maalta vesijärjestelmiin. Ihmisen muutoksia maailmanlaajuiseen typpikierto ovat voimakkain kehittyneissä maissa ja Aasiassa, jossa ajoneuvojen päästöjä ja teollinen maatalous ovat korkeimmat.

Typpioksiduuli on noussut ilmakehässä seurauksena maatalouden lannoitus, biomassan poltto, karja ja feedlots, ja teollisuuden lähteistä. N2O on haitallisia vaikutuksia stratosfäärissä, jossa se hajoaa ja toimii katalysaattorina tuhoaminen ilmakehän otsonia. Typpioksiduuli on myös kasvihuonekaasu, ja on tällä hetkellä kolmanneksi suurin rahoittaja ilmaston lämpenemiseen, kun hiilidioksidia ja metaania. Vaikka ei niin runsaasti ilmakehässä hiilidioksidia, se on, sillä vastaava massa, lähes 300 kertaa voimakkaampi sen kyky lämmittää planeettaa.

Ammoniakki ilmakehässä on kolminkertaistunut seurauksena ihmisen toiminnan. Se on reaktantti ilmakehässä, jossa se toimii aerosoli, vähentää ilmanlaadun ja kiinni vesipisarat, lopulta jolloin typpihappoa, joka tuottaa happosateita. Ilmakehän ammoniakin ja typpihapon myös vahingoittaa hengityselimiin.

Erittäin korkean lämpötilan salamaniskun luonnollisesti tuottaa pieniä määriä NOx, NH3, ja HNO3, mutta korkean lämpötilan palaminen on myötävaikuttanut 6 tai 7 kertaisti vuon NOx ilmakehään. Sen tuotanto on funktio palamislämpötila - mitä korkeampi lämpötila, sitä enemmän NOx: tuotetaan. Fossiilisten polttoaineiden on ensisijainen tekijä, mutta niin ovat biopolttoaineet ja jopa polttaminen vedyn. Korkeampi palamislämpötilan vedyn tuottaa enemmän NOx kuin maakaasun poltosta.

Ammoniakki ja typpioksidit aktiivisesti muuttaa ilmakehän kemia. Ne ovat alailmakehän otsonia muodostavia tuotannon, joka osaltaan savusumun ja happosateet, vahinkoja kasveja ja lisää Typen ekosysteemeille. Ekosysteemiprosessit voi lisätä typellä lannoitus, mutta ihmisen toiminnasta tulo voi myös johtaa typpikyllästyminen, mikä heikentää tuottavuutta ja voi vahingoittaa terveyttä kasvien, eläinten, kala, ja ihmisillä.

Lasku monimuotoisuuden voi myös johtaa sitä korkeampi typen saatavuus lisää typen vaativia heinät, aiheuttaen hajoamisen typpeä huono, lajien monipuolinen heathlands.

Jäteveden käsittely

Onsite jäteveden mukavuudet, kuten sakokaivojen ja käymäläjätevesisäiliöllä vapauttaa suuria määriä typpeä ympäristöön purkamalla läpi drainfield maahan. Mikrobien toiminta kuluttaa typpi ja muut epäpuhtaudet jäteveden. Kuitenkin tietyillä alueilla, mikrobien toiminta ei pysty käsittelemään kaikki epäpuhtaudet ja joitakin tai kaikkia jäteveden kanssa epäpuhtaudet, tulee akviferit. Nämä epäpuhtaudet kerääntyvät ja lopulta päätyvät juomaveden. Yksi epäpuhtaudet eniten huolissaan on typpeä nitraattia. Nitraattipitoisuus on 10 ppm tai 10 milligrammaa litrassa on nykyinen EPA raja juomaveden ja tyypillinen kotitalouden jätevesien voi tuottaa erilaisia ​​20-85 ppm.

Yksi terveysvaara liittyvät juomaveden on kehittää methemoglobinemiaa ja on todettu aiheuttavan sininen vauvan oireyhtymä. Useat Amerikan valtiot ovat nyt käynnistäneet hankkeita käyttöön kehittyneitä jäteveden käsittelyjärjestelmät tyypillinen paikan päällä jäteveden käsittelylaitoksia. Näiden järjestelmien on yleinen vähentäminen typen, sekä muita epäpuhtauksia jäteveden.

Ympäristövaikutukset

Muita aiheuttamat riskit parempi saatavuus epäorgaanisen typen vesiekosysteemien ovat vesi happamoitumista; rehevöityminen tuoretta ja suolaisen veden järjestelmät; ja myrkyllisyys kysymyksiä eläimille, mukaan lukien ihmiset. Rehevöityminen johtaa usein alentaa liuenneen hapen tasoilla vesipatsaan, kuten hypoksinen ja hapettomissa olosuhteissa, jotka voivat aiheuttaa kuoleman vesieläimistön. Suhteellisen kannattomat pohjaeliöstöön, tai alhaalta asunnon olentoja, ovat erityisen haavoittuvia, koska niillä ei ole liikkuvuuden, vaikka suuret kalat taposta eivät ole harvinaisia. Oceanic katvealueet lähellä suuta Mississippi Meksikonlahdella ovat tunnettu esimerkki leväkukintojen aiheuttaman hypoksian. New York Adirondack Lakes, Catskills, Hudson Highlands, Rensselaer Plateau ja osat Long Island näyttää vaikutus typpihapon sade laskeuma, jolloin tappaminen kalojen ja monia muita vesieliöissä.

Ammoniakki on erittäin myrkyllistä kaloille ja taso ammoniakin poistuvan jäteveden käsittelylaitosten on seurattava tarkasti. Estää kalakuolemia, nitrifikaatio kautta ilmastus ennen vastuuvapauden on usein toivottavaa. Maa sovellus voi olla houkutteleva vaihtoehto ilmastus.

  0   0
Edellinen artikkeli John Bertram Oakes
Seuraava artikkeli Jamadagni

Kommentit - 0

Ei kommentteja

Lisääkommentti

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Merkkiä jäljellä: 3000
captcha