Environmental protection | Air quality » A nitrogén, az oxigén és a foszfor körforgása a természetben

A nitrogén és az oxigén és a foszfor körforgása a természetben Az élőszervezetek különböző részeiben, a sejtekben, testnedvekben a szerves vegyületek mellett találhatók szervetlen anyagok. Meg kell említeni a fémionok szerepét, amely számos enzimatikus folyamatban szerepel, s így esszenciális elemnek tekinthető. Gyakran bizonyos betegségek fémion hiányra vagy többletre vezethetők vissza Mivel a szerves anyagok állandóan elbomlanak, majd újra keletkeznek, az élőszervezetekben leggyakrabban előforduló elemek állandó körforgásban vannak a természetben. Nitrogén körforgása A nitrogén az élő szervezetekben legnagyobb mennyiségben, az azokat felépítő fehérjékben (aminosavakban) található, azoknak az egyik legfontosabb eleme. Az emberi és állati szervezet csak az ebben a formában levő nitrogént képes feldolgozni. A legtöbb növény a levegő nitrogénjét nem tudja hasznosítani, csak a szervetlen nitrogénvegyületeket tudja

feldolgozni és azok nitrogéntartalmát beépíteni testük szerves vegyületeibe. Egyedül a pillangós növények képesek a levegő nitrogénjét megkötni, mivel a gyökereiken ún. nitrogéngyűjtő baktériumok találhatók. A növények számára szükséges szervetlen nitrogénvegyületeket a következőképpen nyerjük a természetben. Az elhalt növényi és állati szervezetek fehérje alakban kötött nitrogénjének nagy része rothasztó baktériumok hatására ammóniává alakul (ammonifikáció). Az ammóniát a nitrifikáló baktériumok nitritekké és nitrátokká oxidálják Ezek a vegyületek az ammóniához hasonlóan jól oldódnak, így a növények számára hozzáférhetőek, belőlük a növény szervezetében újból nitrogéntartalmú szerves vegyületek képződhetnek. A nitrogén körforgását a denitrifikáló baktériumok zavarják, mert működésük során a kötött nitrogént felszabadítják, és elemi nitrogén alakjában a levegőbe

juttatják. Az atmoszféra 78%-a nitrogénből áll. A nitrogén kis mennyisége villámlás és kozmikus sugárzás hatására nitrogénvegyületekké alakul: N + O 2 + energia 2 NO 2 NO + O 2 2 NO 2 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO csapadékkal a földfelszínre kerül kémiai megkötés atmoszférikus nitrogén ↓ ↓ ipari biológiai megkötés kiválás ↓ NH 4 + ↓ NO 2 ↓ NO 3 ↓ talajvíz növények, állatok ↓ elhalt mikroorganizmusok nitrát redikció denitrifikáció N2O nitrogén körforgás - Az ember a N-ciklusba avatkozik be a legjobban. - A nitrifikáció javára eltolódott egyensúly zavarokat okoz. - Az ivóvíz nitrátszenyezésére különösen érzékenyek a csecsemők. - A túlzott műtrágyázás elszennyezi a talajvizeket. 1. nitrogén biológiai ciklusa Szén körforgása A szén megtalálható: - növényekben és állatokban szerves vegyületek formájában, - tavakban: oldott karbonátok és hidrogén-karbonátok formájában, - talajban és

az állatok csontvázában szilárd karbonátként (mészkő). A zöld növények alapvető életfolyamata a fotoszintézis, amelynek során a növények (a klorofill közreműködésével) a levegő szén-dioxidját szerves vegyületekké (pl. szénhidrátokká) alakítják, miközben oxigén válik szabaddá: x CO 2 + y H 2 O C x (H 2 O) y + x O 2 Az így keletkezett növényi szerves anyagok a növényevő állatok és táplálkozása révén bekerülnek, beépülnek az ember szervezetébe. Az állati és növényi szervezetek életműködésük közben szénvegyületeik egy részét széndioxiddá oxidálják (légzés folyamata, ami a fotoszintézis megfordított folyamata: a a szénhidrátok égetése során hőenergia szabadul fel, közben az atmoszféra oxigénjének felhasználásával újra víz és CO 2 keletkezik C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + hőenergia), amely a levegőbe távozik. Az oxidáció alkalmával energia szabadul fel A levegőbe szén-dioxid

alakjában visszajutó szén újra a növények szénforrásává válik. A fotoszintézishez szükséges energiát a napfény energiája fedezi. Az elhalt növényi és állati tápanyagokat mikroorganizmusok bontják le Elpusztulásuk után szövetanyagaik széntartalma tengervízben oldódó vegyületekké alakul át. A szén körforgásában azonban közrejátszanak egyéb tényezők, sőt az emberi tevékenység is. Így például jelentős a szén körforgásában az a szén-dioxid mennyiség is, amely a fának, szénnek, olajnak stb. elégetése során termelődik, ami befolyásolja a természetes körforgás egyensúlyát. 2. Oxigén körforgása Legtöbb élőlény az életműködéséhez szükséges energiát a szerves vegyületek oxidációjából nyeri. E folyamatokhoz a levegőből veszi az oxigént, amely a felhasználás után a szervezetből főleg szén-dioxid és víz alakjában távozik. Annak ellenére, hogy ezt az elemet nemcsak az élő szervezetek, hanem a

különböző ipari tüzelőberendezések is nagy mennyiségben fogyasztják, a levegő oxigéntartalma Földünkön mégis nagyjából állandó. Ezt az oxigénegyensúlyt a zöld növények fotoszintézise biztosítja. Az asszimiláció a növényekben a Nap sugárzó energiájának közreműködésével a vízből és szén-dioxidból szerves anyagok keletkeznek, és oxigén szabadul fel, amely a levegő alkotórésze lesz. Ez a légzés alkalmával ismét egyesülhet a táplálék hidrogén- vagy széntartalmával, vízzé és széndioxiddá. A természetben az élő szervezetekben lévő atomoknak mintegy negyede oxigénatom. Az oxigén a természetben megtalálható atomos és molekuláris, ill. ózon formájában A Nap UV sugarai hatására az atomos és molekuláris oxigén ózont ad. Az ózon a földi élet létezésének elengedhetetlen feltétele Az UV sugárzás az élőlényekben számos kötés felhasítását idézné elő. A környezetszennyezéssel kapcsolatos káros

hatások miatt az oxigén katasztrofális mértékű fogyásával kell számolni! A két legfontosabb tényező: - az óceánok fitoplanktonjainak pusztulása peszticidek hatására, - a fosszilis tüzelőanyagok égetése. Foszfor körforgása Az élő szervezeteken keresztül ez az elem is állandó körfolyamatban van. A növények a talajból a foszfort foszfátok alakjában tudja felvenni és beépíteni a szervezetükbe. Innen kerül tovább az ember és az állat testébe Az élő szervezetek bomlástermékeiben levő foszfor nagyrészt ismét a földbe jut vissza foszfátok alakjában. A növények által elvont foszfátmennyiséget foszforműtrágyák (pl. szuperfoszfát) alkalmazásával pótolni kell A természeti folyamatokban gáz halmazállapotú vegyület alakjában NEM fordul elő. Ha a hidroszférába jut, nem képes visszatérni a bioszféra szárazföldi övezetébe. 3