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Stickstoffkreislauf


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Der Stickstoffkreislauf ist die stetige Wanderung und Umlagerung Bioelementes Stickstoff im System der Atmosphäre über die Biomasse und den Boden .

Inhaltsverzeichnis

Der Kreislauf kurzgefasst

Stickstoff wird von allen Lebewesen benötigt da er Bestandteil von Aminosäuren Eiweiß von DNS und Vitaminen ist. Doch befindet sich der irdische (10 15 Tonnen) zu 99% in der Atmosphäre wo ihn nur ganz wenige Pflanzen mittels spezieller Bakterien an ihren Wurzeln aufnehmen können. Alle anderen Pflanzen und allem Tiere und Menschen sind auf den Stickstoff-Kreislauf in der Biosphäre angewiesen.

Dass dieser Kreislauf trotz seiner Engpässe zeigen Stoff- Bilanzen und Abschätzungen von Bio- und Ökologen . Demnach wurde der verfügbare Stickstoff während Erdgeschichte schon 500 bis 1000-mal von Lebewesen ihren Körper eingebaut und wieder ausgeschieden während er rund 200.000 mal ein- und ausgeatmet wurde.

Zum Vergleich: der Luft- und ozeanische Sauerstoff der Erde wurde bisher rund 60 von der " Fabrik Leben " benutzt in Biomasse eingebaut und (nach langer Zeit) wieder durch Atmung oder andere ausgeschieden.

Grafik Stickstoffkreislauf

Stickstoff-Reservoire

Die Luft besteht zu 78% aus Stickstoff in zweiatomigen Form N 2 . Könnte man den Stickstoff der ganzen auf normalen Luftdruck kondensieren würde er 6 km hoch was 8000 kg über jedem Quadratmeter entspricht.

Weniger als ein Prozent davon lagern an und unter der Erdoberfläche nämlich

Stickstoff-fixierende Prozesse

Die Vorgänge durch welche der Luftstickstoff gemacht wird nennt man Stickstoff-Fixierung. Er ist der sehr stabilen Dreifachbindung von N2 extrem (die benötigte Energie beträgt 946 kJ pro Mol ).

Drei Prozesse sind für die Fixierung geeignet (1.WebLink) derzeit etwa 10-15% 30% und 60% ausmachen:

Durch Blitzschlag

Durch Blitzschlag bei Gewittern Verbrennung und Vulkane : aus Stick- und Sauerstoff der Luft entstehen Stickoxide die mit Regenwasser zu Salpetersäure reagieren und als Saurer Regen bzw. [Nitrat]] in den Boden gelangen.
  N 2  ==> 2 NO  ;  
4 NO + 3 O 2 + 2 H 2 O ==> 4 HNO 3

Organische Katalyse

durch Mikroorganismen die spezielle Nitrogenase- Enzyme besitzen: unter allen Lebewesen sind dazu nur Prokaryonten befähigt z.B. Azotobacter- Bakterien Rhizobium-Knöllchenbakterien und Blaualgen . Sie leben frei oder in Symbiose mit Pflanzen wie Luzerne ("ewiger Klee ") oder Farnen . Der chemische Prozess ist eine Reduktion
von N 2 zu Ammoniak NH 3 . Der Ammoniak wird entweder in eigene eingebaut oder an die Pflanzen zellen abgegeben.

Technisch

nach dem Haber-Bosch-Verfahren : der hohe Energieaufwand benötigt 500°C einen Druck von 450 bar und Katalysatoren . Die Reduktion ist ähnlich wie unter
Meist wird dieser Ammoniak in nitrathaltige Düngemittel umgesetzt.

Nitrit Nitrat und Ammonifikation

Pflanzen könne zwar Ammonium aufnehmen bevorzugen aber Nitrate um den Boden nicht anzusäuern. Die Nitrosomonas und Nitrobacter oxidieren in einem 2stufigen aeroben Prozess bei Energiegewinnung Ammonium über die Nitrit zu Nitrat:

  NH 4  ==> NO 2  ==> NO 3    

Das nun von den Pflanzen aufgenommene wird in organische Verbindungen wie Proteine umgesetzt NO 3 ==> Aminogruppe NH 2

Über Primär - und Sekundär konsumenten (siehe Nahrungskette ) werden sie als Exkremente Harnstoff Kadaver oder Humus wieder freigesetzt und von Destruenten (Zersetzer wie Pilze Bakterien) in Ammoniumverbindungen umgewandelt die dem Ökosystem wieder zur Verfügung stehen und den Stickstoffkreislauf schließen.

Siehe auch: Nitrifikation

Negative Einflüsse

Der Nitrifikation entgegengesetzt ist die Denitrifikation z.B. durch Flavobakterien. Sie veratmen Nitrate um Sauerstoff zu gewinnen. Dabei setzen sie wieder in die Luft frei.

Diese gesamten Kreisläufe bewegen 250-300 Mio was erst ein Millionstel des Stickstoffs der ausmacht. Der Luftstickstoff ist aber "fest" gebunden bewirken die im Vergleich zu den verfügbaren erheblichen Emissionen von Stickoxiden aus Verbrennung (besonders und Ammoniak aus Massentierhaltung massive Umweltprobleme . Die verschiedenen NO- und NH- Verbindungen führen zu Eutrophierung (Überdüngung) und belasten Grundwasser durch Nitratauswaschung sowie Lebensmittel . Stickoxide wirken darüberhinaus als Säurebildner (" Saurer Regen ").

  

Stickstoff-Kreislauf im Fischteich

  1. Zuviele Fische Fütterung Pflanzenreste und Laub reichern das Teichwasser mit organischem Material auch zum Nachfüllen verwendetes Regenwasser aus Zisternen Pollenflug und Gartendünger tragen zur Überdüngung des Teiches bei.
  2. Mikroorganismen zersetzen das organische Eiweiß unter Verbrauch von Sauerstoff zu Ammonium bzw. dem giftigen Ammoniak. wird ab pH-Wert 8 5 bedrohlich (Optimum bei 7-8).
  3. Nitrosomonas- Bakterien wandeln beides in Nitrit um (Nitritation oder Nitrifikation). Es ist ebenso giftig für Fische wird jedoch bald
  4. von Nitrobacter in Nitrat umgewandelt (Nitration). Endprodukt des Eiweißabbaus ist wichtiger Nährstoff aller Pflanzen und für Fische ungefährlich.
  5. Durch Pflanzenreste kommt totes organisches Material den Teich was den Kreislauf schließt.

und seine Störung

  1. Die Teichpflanzen können das Nitrat meist nur teilweise Die überschüssige Menge wird bei jedem Kreislauf und überdüngt das Wasser. Algen nehmen überhand und trüben den Teich.
  2. Ist der Überschuss aufgebraucht sterben die Algen ab. Ihre Zersetzung durch Mikroorganismen kostet Sauerstoff vor allem nachts.
  3. Wenn die Fische an der Oberfläche nach Luft schnappen ist dies ein Hinweis auf Sauerstoffmangel.
  4. Er lässt sich technisch (durch Pumpen ) oder durch Wasserspiele Bachläufe und Quellsteine korrigieren.
  5. Dennoch bleibt das Wasser trüb weil überschüssigen Nährstoffe noch im Wasser sind und nächsten Algenblüte führen.
  6. Daher ist das überschüssige Nitrat zu - etwa durch Denitrifikant-Bakterien.

Weblinks




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