Er zijn een paar soorten atomen, die kunnen worden een deel van een plant op een dag een dier de volgende dag, en reizen dan downstream als een deel van een rivier is het water de volgende dag. Deze atomen kunnen deel uitmaken van zowel levende dingen zoals planten en dieren, als niet-levende dingen zoals water, lucht en zelfs rotsen. Dezelfde atomen worden steeds opnieuw gerecycled in verschillende delen van de aarde. Dit type van cyclus van atomen tussen levende en niet-levende dingen staat bekend als een biogeochemische cyclus.,
alle atomen die bouwstenen zijn van levende wezens maken deel uit van biogeochemische cycli. De meest voorkomende hiervan zijn de koolstof-en stikstofcycli.
kleine koolstof-en stikstofatomen kunnen zich door deze cycli rond de planeet bewegen. Bijvoorbeeld, een atoom koolstof wordt geabsorbeerd uit de lucht in het oceaanwater waar het wordt gebruikt door kleine drijvende plankton doen fotosynthese om de voeding die ze nodig hebben., Het is mogelijk dat dit kleine koolstofatoom deel wordt van het skelet van het plankton, of een deel van het skelet van het grotere dier dat het opeet, en dan deel wordt van een sedimentair gesteente wanneer de levende wezens sterven en alleen botten achterblijven. Koolstof die deel uitmaakt van rotsen en fossiele brandstoffen zoals olie, kolen en aardgas kan lange tijd weggehouden worden van de rest van de koolstofcyclus. Deze langdurige opslagplaatsen worden “wastafels”genoemd. Wanneer fossiele brandstoffen worden verbrand, wordt koolstof die ondergronds was geweest de lucht in gestuurd als koolstofdioxide, een broeikasgas.,
onlangs hebben mensen ervoor gezorgd dat deze biogeochemische cycli veranderen. Als we bossen kappen, meer fabrieken maken en meer auto ‘ s besturen die fossiele brandstoffen verbranden, verandert de manier waarop koolstof en stikstof rond de aarde bewegen. Deze veranderingen voegen meer broeikasgassen toe in onze atmosfeer en dit veroorzaakt klimaatverandering.
de koolstofcyclus
het element koolstof is een deel van zeewater, de atmosfeer, rotsen zoals kalksteen en steenkool, bodems en alle levende wezens., Op onze dynamische planeet kan koolstof zich verplaatsen van een van deze rijken naar een ander als onderdeel van de koolstofcyclus.
- koolstof verplaatst zich van de atmosfeer naar planten. In de atmosfeer wordt koolstof aan zuurstof gebonden in een gas dat koolstofdioxide (CO2) wordt genoemd. Door het proces van fotosynthese, wordt kooldioxide uit de lucht getrokken om voedsel te produceren gemaakt van koolstof voor plantengroei.
- koolstof verplaatst zich van planten naar dieren. Door voedselketens gaat de koolstof in planten naar de dieren die ze eten. Dieren die andere dieren eten krijgen ook de koolstof uit hun voedsel.,
- koolstof verplaatst zich van planten en dieren naar de bodem. Als planten en dieren sterven, vergaat hun lichaam, hout en bladeren waardoor de koolstof in de grond komt. Sommige zijn begraven en zullen over miljoenen en miljoenen jaren fossiele brandstoffen worden.
- koolstof verplaatst zich van levende dingen naar de atmosfeer. Elke keer dat je uitademt, laat je koolstofdioxide gas (CO2) vrij in de atmosfeer. Dieren en planten moeten zich ontdoen van kooldioxide gas door middel van een proces genaamd ademhaling.
- koolstof verplaatst zich van fossiele brandstoffen naar de atmosfeer wanneer brandstoffen worden verbrand., Wanneer mensen fossiele brandstoffen verbranden aan elektriciteitsfabrieken, elektriciteitscentrales, auto ‘ s en vrachtwagens, komt het grootste deel van de koolstof snel de atmosfeer in als koolstofdioxide gas. Elk jaar komt vijf en een half miljard ton koolstof vrij door het verbranden van fossiele brandstoffen. Van deze enorme hoeveelheid blijft 3,3 miljard ton in de atmosfeer. Het grootste deel van de rest wordt opgelost in zeewater.
- koolstof verplaatst zich van de atmosfeer naar de oceanen. De oceanen en andere waterlichamen absorberen wat koolstof uit de atmosfeer. De koolstof wordt opgelost in het water.,
kooldioxide is een broeikasgas en vangt warmte in de atmosfeer op. Zonder het en andere broeikasgassen zou de aarde een bevroren wereld zijn. Maar sinds het begin van de Industriële Revolutie, zo ‘ n 150 jaar geleden, hebben mensen zoveel brandstof verbrand en zoveel kooldioxide in de lucht geloosd dat het wereldwijde klimaat meer dan een graad Fahrenheit is gestegen. De atmosfeer heeft niet zoveel koolstof in minstens 420.000 jaar gehouden volgens gegevens van ijskernen., De recente toename van broeikasgassen zoals kooldioxide heeft een aanzienlijke impact op de opwarming van onze planeet.
koolstof beweegt ook over langere tijdschalen door onze planeet. Bijvoorbeeld, in de loop van miljoenen jaren kan verwering van rotsen op het land koolstof toevoegen aan oppervlaktewater dat uiteindelijk naar de oceaan stroomt. Over lange tijd schalen, koolstof wordt verwijderd uit zeewater wanneer de schelpen en botten van zeedieren en plankton verzamelen op de zeebodem. Deze schelpen en botten zijn gemaakt van kalksteen, dat koolstof bevat., Wanneer ze op de zeebodem worden afgezet, wordt koolstof opgeslagen van de rest van de koolstofcyclus voor enige tijd. De hoeveelheid kalksteen die in de oceaan wordt afgezet hangt enigszins af van de hoeveelheid warme, tropische, ondiepe oceanen op de planeet omdat hier overvloedige kalksteenproducerende organismen zoals koralen leven. De koolstof kan terug naar de atmosfeer komen als het kalksteen smelt of in een subductiezone metamorfoseerd wordt.
de stikstofkringloop
stikstof is een element dat zowel in het levende deel van onze planeet als in de anorganische delen van het aardsysteem wordt aangetroffen., Stikstof beweegt langzaam door de cyclus en wordt opgeslagen in reservoirs zoals de atmosfeer, levende organismen, bodems, en oceanen langs de weg.
het grootste deel van de stikstof op aarde bevindt zich in de atmosfeer. Ongeveer 80% van de moleculen in de atmosfeer van de aarde bestaat uit twee aan elkaar gebonden stikstofatomen (N2). Alle planten en dieren hebben stikstof nodig om aminozuren, eiwitten en DNA te maken, maar de stikstof in de atmosfeer is niet in een vorm die ze kunnen gebruiken., De stikstofmoleculen in de atmosfeer kunnen bruikbaar worden voor levende dingen wanneer ze uit elkaar worden gebroken tijdens blikseminslagen of branden, door bepaalde soorten bacteriën, of door bacteriën geassocieerd met peulgewassen. Andere planten krijgen de stikstof die ze nodig hebben uit de bodem of het water waarin ze leven meestal in de vorm van anorganisch nitraat (NO3-). Stikstof is een beperkende factor voor plantengroei. Dieren krijgen de stikstof die ze nodig hebben door planten of andere dieren te consumeren die organische moleculen bevatten die gedeeltelijk uit stikstof bestaan., Als organismen sterven, ontbinden hun lichamen en brengen de stikstof in de bodem op het land of in de oceanen. Als dode planten en dieren ontbinden, wordt stikstof omgezet in anorganische vormen zoals ammoniumzouten (NH4+) door een proces genaamd mineralisatie. De ammoniumzouten worden geabsorbeerd op klei in de bodem en vervolgens chemisch veranderd door bacteriën in nitriet (NO2-) en vervolgens nitraat (NO3- ). Nitraat is de vorm die veel gebruikt wordt door planten. Het wordt gemakkelijk opgelost in water en uit het bodemsysteem uitgelogen., Opgeloste nitraat kan door bepaalde bacteriën via een proces dat denitrificatie wordt genoemd, in de atmosfeer worden teruggebracht.
bepaalde acties van de mens veroorzaken veranderingen in de stikstofcyclus en de hoeveelheid stikstof die in reservoirs wordt opgeslagen. Het gebruik van stikstofrijke meststoffen kan leiden tot nutriëntenbelasting in nabijgelegen waterwegen als nitraten uit de meststof in beken en vijvers spoelen. De verhoogde nitraatniveaus zorgen ervoor dat planten snel groeien totdat ze de nitraatvoorraad verbruiken en sterven., Het aantal herbivoren zal toenemen wanneer de plantenvoorraad toeneemt en de herbivoren zonder voedsel blijven als de planten sterven. Op die manier zullen veranderingen in de nutriëntenvoorziening gevolgen hebben voor de hele voedselketen. Bovendien veranderen mensen de stikstofcyclus door fossiele brandstoffen en bossen te verbranden, waardoor verschillende vaste vormen van stikstof vrijkomen. Landbouw beïnvloedt ook de stikstofcyclus. Het afval van de veehouderij geeft een grote hoeveelheid stikstof vrij in de bodem en het water. Op dezelfde manier voegt rioolafval stikstof toe aan bodem en water.,
stikstof en luchtvervuiling
een lelijke smog, zichtbaar vanuit het Mesa laboratorium, rust boven Boulder Valley. (Afbeelding: UCAR)
stikstofmonoxide (NO) en stikstofdioxide (NO2) worden samen stikstofoxiden genoemd. Deze stikstofoxiden dragen bij aan het probleem van de luchtverontreiniging en spelen een rol bij de vorming van zowel smog als zure regen. Ze worden losgelaten in de atmosfeer van de aarde door zowel natuurlijke als door de mens gegenereerde bronnen.
stikstofmonoxide is een kleurloos, ontvlambaar gas met een lichte geur., Stikstofdioxide is een diep roodoranje gas dat giftig is maar niet ontvlambaar. Het is, samen met aerosolen, verantwoordelijk voor de roodbruine kleur van smog. Bij hoge concentraties is het zeer giftig en kan het ernstige longschade veroorzaken. Stikstofdioxide is een sterk oxiderend middel, en is dus zeer reactief met andere verbindingen.wetenschappers schatten dat elk jaar tussen de 20 en 90 miljoen ton stikstofoxiden op natuurlijke wijze wordt geproduceerd uit bronnen als vulkanen, oceanen, biologisch verval en blikseminslagen., Menselijke activiteiten voegen jaarlijks nog eens 24 miljoen ton stikstofoxiden toe aan onze atmosfeer.
zowel NO Als NO2 worden gevormd bij verbranding bij hoge temperatuur in de atmosfeer, wanneer zuurstof met stikstof wordt gecombineerd. De uitlaatgassen van auto ‘ s en vrachtwagens zijn belangrijke bronnen van stikstofoxiden, evenals de emissies van elektriciteitscentrales. Auto-uitlaat heeft meer NO dan NO2, maar zodra de NO wordt vrijgegeven in de atmosfeer het snel combineert met zuurstof in de lucht om NO2 te vormen.
stikstofoxiden zijn ten minste gedeeltelijk verantwoordelijk voor verschillende soorten luchtverontreiniging., Stikstofdioxide leent zijn kleur aan de roodbruine nevel die we smog noemen. Fotodissociatie van stikstofdioxide door zonlicht produceert stikstofmonoxide en ozon in de troposfeer, een andere component van smog. Een reeks chemische reacties transformeren vluchtige organische stoffen (VOC ‘ s) in stoffen die zich combineren met stikstofdioxide om PAN (Peroxyacytylnitraat) te produceren, nog een ander element in smog. Stikstofdioxide in de lucht reageert ook met waterdamp om salpeterzuur te vormen, een van de zuursoorten in zure regen. De concentratie van stikstofmonoxide in niet-verontreinigde lucht bedraagt ongeveer 0,01 ppm., In smog stijgt de concentratie tot ongeveer 0,2 ppm.
hoewel stikstofoxiden een twijfelachtig onderscheid hebben gemaakt als verontreinigende stoffen, worden ze ook in sommige industriële processen op gunstige wijze gebruikt. Stikstofmonoxide wordt op grote schaal geproduceerd en wordt vervolgens gebruikt om salpeterzuur (HNO3) te maken. Om stikstofmonoxide voor industrieel gebruik te creëren, combineren chemici ammoniak (NH3) met zuurstof (O2), waardoor water (H2O) als bijproduct vrijkomt. Stikstofverbindingen afgeleid van salpeterzuur worden gebruikt om chemische meststoffen, explosieven en andere nuttige stoffen te creëren.