van néhány típusú atom, amely egy nap egy növény része lehet, másnap állat, majd másnap a folyó vízének részeként lefelé halad. Ezek az atomok mind az élőlények, mind az állatok, valamint a nem élő dolgok, például a víz, a levegő, sőt a sziklák részét képezhetik. Ugyanazokat az atomokat újra és újra újrahasznosítják a Föld különböző részein. Ez a fajta atomciklus az élő és a nem élő dolgok között biogeokémiai ciklusként ismert.,
az összes atom, amely az élőlények építőkövei, a biogeokémiai ciklusok részét képezi. Ezek közül a leggyakoribbak a szén-és nitrogénciklusok.
apró szén-és nitrogénatomok képesek a bolygó körül mozogni ezeken a ciklusokon keresztül. Például egy szénatom felszívódik a levegőből az óceánvízbe, ahol kis lebegő plankton fotoszintézist végez, hogy megkapja a szükséges táplálékot., Lehetséges, hogy ez a kis szénatom a plankton csontvázának részévé válik, vagy a nagyobb állat csontvázának egy része, amely megeszi, majd egy üledékes kőzet része, amikor az élőlények meghalnak, és csak a csontok maradnak hátra. A kőzetek és fosszilis tüzelőanyagok, például az olaj, a szén és a földgáz részét képező szén hosszú ideig távol tartható a szénciklus többi részétől. Ezeket a hosszú távú tárolóhelyeket “mosogatóknak”nevezik. Amikor a fosszilis tüzelőanyagok égnek, a föld alatt lévő szén szén szén-dioxidként, üvegházhatású gázként kerül a levegőbe.,
az utóbbi időben az emberek megváltoztatták ezeket a biogeokémiai ciklusokat. Amikor kivágjuk az erdőket, több gyárat építünk, és több autót vezetünk, amelyek fosszilis tüzelőanyagokat égetnek el, megváltozik a szén és a nitrogén mozgása a Föld körül. Ezek a változások több üvegházhatású gázt adnak a légkörünkbe, ami éghajlatváltozást okoz.
a szénciklus
az elem szén része a tengervíznek, a légkörnek, a kőzeteknek, például a mészkőnek és a szénnek, a talajnak, valamint minden élőlénynek., Dinamikus bolygónkon a szén a szénciklus részeként képes mozogni az egyik ilyen birodalomról a másikra.
- a szén a légkörből a növényekbe költözik. A légkörben a szén oxigénhez kapcsolódik egy szén-dioxidnak (CO2) nevezett gázban. A fotoszintézis folyamata révén a szén-dioxidot a levegőből húzzák, hogy szénből készült élelmiszereket állítsanak elő a növények növekedéséhez.
- a szén a növényekről az állatokra mozog. Az élelmiszerláncokon keresztül a növényekben lévő szén az azokat fogyasztó állatokra költözik. Azok az állatok, amelyek más állatokat esznek, a szén is az ételükből származik.,
- a szén a növényekről és az állatokról a talajra költözik. Amikor a növények és állatok elpusztulnak, testük, fájuk és leveleik elpusztulnak, így a szén a földbe kerül. Néhányukat eltemették, és évmilliók alatt fosszilis energiahordozókká válnak.
- a szén az élőlényekről a légkörbe költözik. Minden egyes kilégzéskor szén-dioxid-gázt (CO2) szabadít fel a légkörbe. Az állatoknak és a növényeknek meg kell szabadulniuk a szén-dioxid-gáztól a légzés nevű folyamaton keresztül.
- a szén a fosszilis tüzelőanyagokból a légkörbe kerül, amikor az üzemanyagokat elégetik., Amikor az emberek fosszilis tüzelőanyagokat égetnek erőművekbe, erőművekbe, autókba és teherautókba, a szén nagy része gyorsan szén-dioxid gázként kerül a légkörbe. Évente öt és fél milliárd tonna szén szabadul fel fosszilis tüzelőanyagok elégetésével. Ebből a hatalmas mennyiségből 3, 3 milliárd tonna marad a légkörben. A maradék nagy része tengervízben oldódik.
- a szén a légkörből az óceánokba mozog. Az óceánok és más víztestek némi szenet szívnak fel a légkörből. A szén feloldódik a vízbe.,
a szén-dioxid egy üvegházhatású gáz, amely a légkörbe juttatja a hőt. Anélkül, hogy más üvegházhatású gázok lennének, a föld fagyott világ lenne. De az ipari forradalom kezdete óta körülbelül 150 évvel ezelőtt az emberek annyi üzemanyagot égettek el, és annyi szén-dioxidot bocsátottak ki a levegőbe, hogy a globális éghajlat egy Celsius-fok fölé emelkedett. A légkör legalább 420 000 éve nem tartott ilyen sok szenet a jégmagok adatai szerint., Az üvegházhatású gázok, például a szén-dioxid mennyiségének közelmúltbeli növekedése jelentős hatással van bolygónk felmelegedésére.
a szén hosszabb időméretekben is áthalad bolygónkon. Például, több millió év alatt a szárazföldön lévő sziklák időjárása szén-dioxidot adhat a felszíni vízhez, amely végül az óceánba fut. Hosszú időn keresztül a tengervízből eltávolítják a szenet, amikor a tengeri állatok és planktonok kagylói és csontjai összegyűlnek a tengerfenéken. Ezek a kagylók és csontok mészkőből készülnek, amely szenet tartalmaz., Amikor a tengerfenékre kerülnek, a szén a szénciklus többi részéből bizonyos ideig tárolódik. Az óceánban lerakódott mészkő mennyisége kissé függ a bolygó meleg, trópusi, sekély óceánjainak mennyiségétől, mert itt élnek a termékeny mészkőtermelő szervezetek,például a korallok. A szén visszaengedhető a légkörbe, ha a mészkő megolvad vagy átalakul egy szubdukciós zónában.
A nitrogén ciklus
a nitrogén olyan elem, amely mind bolygónk élő részében, mind a Földrendszer szervetlen részeiben megtalálható., A nitrogén lassan halad át a cikluson, és tározókban tárolódik, mint például a légkör, az élő szervezetek, a talajok és az óceánok az út mentén.
A föld nitrogén nagy része a légkörben van. A Föld légkörében lévő molekulák körülbelül 80% – a két nitrogénatomból áll (N2). Minden növénynek és állatnak nitrogénre van szüksége aminosavak, fehérjék és DNS előállításához, de a légkörben lévő nitrogén nem olyan formában van, amelyet felhasználhatnak., A légkörben lévő nitrogénmolekulák felhasználhatók az élőlények számára, amikor villámcsapások vagy tüzek során széttörnek, bizonyos típusú baktériumok vagy hüvelyes növényekhez kapcsolódó baktériumok. Más növények megkapják a szükséges nitrogént a talajból vagy a vízből, amelyben többnyire szervetlen nitrát (NO3 -) formájában élnek. A nitrogén a növények növekedésének korlátozó tényezője. Az állatok megkapják a szükséges nitrogént olyan növények vagy más állatok fogyasztásával, amelyek részben nitrogénből álló szerves molekulákat tartalmaznak., Amikor az organizmusok meghalnak, testük lebomlik, így a nitrogén a talajba a szárazföldön vagy az óceánokba kerül. Mivel az elhullott növények és állatok bomlanak, a nitrogént szervetlen formákká, például ammóniumsókká (NH4+) alakítják mineralizációnak nevezett eljárással. Az ammóniumsókat a talajban lévő agyagra szívják fel, majd a baktériumok kémiailag megváltoztatják nitrit (NO2 -), majd nitrát (NO3- ). A nitrát a növények által általánosan használt forma. Könnyen feloldódik vízben, és kimosódik a talajrendszerből., Az oldott nitrátot bizonyos baktériumok visszaadhatják a légkörbe egy denitrifikációnak nevezett folyamat révén.
az emberek bizonyos hatásai megváltoztatják a nitrogénciklust és a tározókban tárolt nitrogén mennyiségét. A nitrogénben gazdag műtrágyák használata tápanyagterhelést okozhat a közeli vízi utakon, mivel a műtrágyából származó nitrátok patakokba és tavakba mosódnak. A megnövekedett nitrátszint miatt a növények gyorsan növekednek, amíg fel nem használják a nitrátellátást és meg nem halnak., A növényevők száma növekedni fog, amikor a növényellátás növekszik, majd a növényevők táplálékforrás nélkül maradnak, amikor a növények meghalnak. Ily módon a tápanyagellátás változása befolyásolja az egész élelmiszerláncot. Emellett az emberek megváltoztatják a nitrogén ciklust fosszilis tüzelőanyagok és erdők égetésével, amelyek különböző szilárd nitrogénformákat bocsátanak ki. A gazdálkodás befolyásolja a nitrogén ciklust is. Az állattenyésztéshez kapcsolódó hulladék nagy mennyiségű nitrogént bocsát ki a talajba és a vízbe. Ugyanígy a szennyvízhulladék nitrogént ad a talajhoz és a vízhez.,
nitrogén-és légszennyezettség
az NCAR ” s Mesa laboratóriumából látható szmog csúnya ködje a Boulder-völgy felett nyugszik. (Kép: UCAR)
nitrogén-oxid (NO) és nitrogén-dioxid (NO2) együttesen nitrogén-oxidok. Ezek a nitrogén-oxidok hozzájárulnak a légszennyezés problémájához, szerepet játszanak mind a szmog, mind a savas eső kialakulásában. Ezek szabadulnak fel a Föld légkörében mind a természetes, mind az emberi eredetű források.
a nitrogén-monoxid színtelen, gyúlékony, enyhe szagú gáz., A nitrogén-dioxid egy mély vörös-narancssárga gáz, amely mérgező, de nem gyúlékony. Az aeroszolokkal együtt felelős a szmog vörösesbarna színéért. Magas koncentrációban nagyon mérgező, súlyos tüdőkárosodást okozhat. A nitrogén-dioxid erős oxidálószer, így nagyon reakcióképes más vegyületekkel.
A tudósok becslése szerint évente 20-90 millió tonna nitrogén-oxid keletkezik olyan forrásokból, mint a vulkánok, óceánok, biológiai bomlás és villámcsapások., Az emberi tevékenységek évente további 24 millió tonna nitrogén-oxidot adnak légkörünkbe.
mind a NO, mind a NO2 a légkör magas hőmérsékletű égése során keletkezik, amikor az oxigén nitrogénnel kombinálódik. Az autók és teherautók kipufogógázai a nitrogén-oxidok fő forrásai, csakúgy, mint az elektromos erőművek kibocsátásai. Autó kipufogó több nem, mint NO2, de ha a nem szabadul fel a légkörbe, hogy gyorsan egyesíti az oxigén a levegőben alkotnak NO2.
a nitrogén-oxidok legalább részben felelősek a levegőszennyezés több típusáért., A nitrogén-dioxid színe a vörösesbarna ködhöz igazodik, amelyet szmognak nevezünk. A nitrogén-dioxid napfény általi fotodiszociációja nitrogén-monoxidot és ózont termel a troposzférában, ami a szmog másik összetevője. Egy sor kémiai reakció átalakítja az illékony szerves vegyületeket (VOC-k) olyan anyagokká, amelyek nitrogén-dioxiddal kombinálódnak PAN (Peroxiacitil-nitrát) előállításához, amely a szmog egy másik eleme. A levegőben lévő nitrogén-dioxid a vízgőzzel is reagál, hogy salétromsavat képezzen, amely a savas eső egyik típusa. A nitrogén-monoxid koncentrációja a szennyezetlen levegőben körülbelül 0,01 ppm., A szmogban a koncentráció húszszorosára emelkedik körülbelül 0,2 ppm-re.
bár a nitrogén-oxidok kétes megkülönböztetést kaptak szennyező anyagokként, egyes ipari folyamatokban is előnyösen használják őket. A nitrogén-monoxidot nagy mennyiségben gyártják, majd salétromsav (HNO3) előállítására használják. A nitrogén-monoxid ipari felhasználásra történő előállításához a vegyészek az ammóniát (NH3) oxigénnel (O2) kombinálják, melléktermékként felszabadítva a vizet (H2O). A salétromsavból származó nitrogénvegyületeket kémiai műtrágyák, robbanóanyagok és egyéb hasznos anyagok előállítására használják.