Wie ein unsichtbares Uhrwerk tickt der Stickstoffkreislauf, eine fundamentale Lebensgrundlage, die oft im Verborgenen agiert und doch alles Leben auf unserem Planeten durchdringt. Diese elementare Reise des Stickstoffs, von der luftigen Freiheit der Atmosphäre bis in die tiefsten Winkel der Böden und Gewässer, ist ein komplexes Zusammenspiel von mikroskopisch kleinen Akteuren und gewaltigen Naturkräften. Entdecken Sie die faszinierende Welt der Stickstofffixierung durch Bakterien, die wundersame Symbiose zwischen Pflanzen und Mikroorganismen, und die entscheidende Rolle von Nitrifikation und Denitrifikation in diesem ewigen Kreislauf. Doch der Mensch greift ein, verändert das Gleichgewicht durch intensive Landwirtschaft, Düngung und industrielle Prozesse. Welche Konsequenzen hat unser Handeln für die Umwelt, für die Qualität unserer Gewässer und für das Klima? Verstehen Sie die Zusammenhänge zwischen Stickstoffkreislauf, Ammoniaksynthese, Stickstoffdioxid und den Auswirkungen von Überdüngung. Diese tiefgreifende Erkundung des Stickstoffkreislaufs enthüllt nicht nur die wissenschaftlichen Grundlagen, sondern beleuchtet auch die drängenden Fragen unserer Zeit im Kontext von Nachhaltigkeit und Umweltschutz. Lernen Sie, wie lebensnotwendige Eiweiße, DNS, Aminosäuren und Vitamine mit diesem Kreislauf verbunden sind. Begleiten Sie uns auf einer Reise durch die elementaren Prozesse, die das Leben ermöglichen und die vor dem Hintergrund menschlichen Einflusses neu bewertet werden müssen. Tauchen Sie ein in die Welt der Nitrate, Ammoniumsalze und des Haber-Bosch-Verfahrens, um die Komplexität und die Fragilität dieses Systems zu verstehen. Ein umfassendes Verständnis des Stickstoffkreislaufs ist unerlässlich, um die Herausforderungen unserer Zeit zu meistern und eine nachhaltige Zukunft zu gestalten. Erfahren Sie mehr über die Umwandlung von Luftstickstoff in Ammoniak, die Rolle von Knöllchenbakterien und die Auswirkungen der Verbrennung auf diesen kritischen Kreislauf. Dieses Buch ist eine unverzichtbare Lektüre für alle, die sich für Ökologie, Chemie, Landwirtschaft und die Zukunft unseres Planeten interessieren.
Der Stickstoffkreislauf
Aufgabe: Erläutere den Stickstoffkreislauf! Ergänze ihn mit Gleichungen! Stickstoff ist als Strukturbestandteil lebensnotwe ndig, alle Eiweiße (tierische und pflanzliche) und fast alle anderen Zellbausteine (DNS, Aminosäuren, Vitamine) enthalten chemisch gebundenen Stickstoff Nur bestimmte Bakterien können den Luftstickstoff (78,1 %) binden. (100-200*10[9] kg im Jahr). Freilebende Bodenbakterien binden 25 kg Luftstickstoff pro Hektar im Jahr. Die Knöllchenbakterien in einer Symbiose mit Schmetterlingsblütengewächsen (Leguminose) können sogar bis zu 400 kg pro Hektar im Jahr binden. Alle anderen Organismen müssen Stickstoffverbindungen aufnehmen. Stickstoff wird von Pflanzen zum Wachstum benötigt. Sie können ihn nur in Form wasserlöslicher Nitrate und Ammoniumsalze aus dem Boden aufnehmen. Aus ihnen bauen sie orgnische Stickstoffverbindungen auf z. B. pflanzliches Eiweiß. Konsumenten z. B. Tiere und Menschen, die Pflanzen zu sich nehmen, wandeln dann im Körper dieses pflanzliche Eiweiß in körpereigene Eiweißstoffe um.
In Folge des Stoffwechels entstehen als Hauptverwesungsprodukt Ammoniak, aber auch die Stoffwechselendprodukte enthalten Stickstoffverbindungen (Harnstoff und Harnsäure). Bei der Verrottung der Pflanzen gelangen organische Stickstoffverbindungen in die Humusschicht des Bodens. 95 % des Stickstoffs, den man in der Humusschicht des Bodens findet, treten in Form von organischen Stickstoffverbindungen auf. Etwa 2 % dieser Stoffe werden im Jahr abgebaut. Im Boden lebende Bakterien verwandeln sie in Ammoniak und Ammoniumsalze (Mineralisation: Abbau organischer Stoffe zu anorganischen Verbindungen.).
Als nächster Schritt folgt die Nitrifikation. Dabei werden der Ammoniak und die Ammoniumsalze durch bakterielle Oxidation über Nitrite zu Nitraten abgebaut. Wenn es gewittert, entsteht in den Blitzen Stickstoffmonoxid. Dieses reagiert mit dem Sauerstoff der Luft zu Stickstoffdioxid [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Diese Verbindung reagiert mit der Feuchtigkeit der Luft und Sauerstoff weiter zu Salpetersäure [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]. Durch Niederschläge gelangen dann etwa 1 kg Stickstoff pro Hektar im Jahr in den Boden. Außerdem verbrauchen einige Bodenbakterien Nitrate bei ihrem Stoffwechsel. Durch diese denitrifizierenden Bakterien werden elementarer Stickstoff und Stickstoffoxide an die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil des im Boden durch Bakterien gebildeten Ammoniaks entweicht in die Luft.
Auch der Mensch greift in den Stickstoffkreislauf ein. Er baut Pflanzen an. Diese entziehen dem Boden Stickstoff. Durch Düngung wird dieses Defizit wieder ausgeglichen.
Die Auswirkungen der menschlichen Tätigkeit bestehen auch in der Überdüngung der Gewässer und dem enormen N[2]-Verbrauch aus der Luft (80*10[9] kg Stickstoff für die Ammoniaksynthese und weitere 25*10 [9] kg durch die Verbrennung als Stickstoffoxide)
Der Luftstickstoff ist Ausgangsstoff für alle Stickstoffdüngemittel. (Dünger: - Nitrate NH[[4]]NO3 (Ammoniumnitrat)
Bildung: [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] -Harnstoff, -Ammoniumsalze z.B.([Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Stickstoffkreislauf?
Der Stickstoffkreislauf beschreibt den Kreislauf von Stickstoff in der Umwelt, wobei Stickstoff von der Atmosphäre in den Boden, zu Pflanzen, Tieren und schließlich wieder zurück in die Atmosphäre gelangt. Bestimmte Bakterien spielen eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von Stickstoff.
Welche Rolle spielen Bakterien im Stickstoffkreislauf?
Bestimmte Bakterien sind in der Lage, Luftstickstoff zu binden. Freilebende Bodenbakterien binden kleinere Mengen, während Knöllchenbakterien, die in Symbiose mit Leguminosen leben, größere Mengen Stickstoff binden können. Andere Bakterien wandeln organische Stickstoffverbindungen in Ammoniak und Ammoniumsalze um (Mineralisation). Nitrifizierende Bakterien oxidieren Ammoniak und Ammoniumsalze über Nitrite zu Nitraten. Denitrifizierende Bakterien wandeln Nitrate wieder in elementaren Stickstoff und Stickstoffoxide um, die in die Atmosphäre freigesetzt werden.
Wie nehmen Pflanzen Stickstoff auf?
Pflanzen können Stickstoff nur in Form wasserlöslicher Nitrate und Ammoniumsalze aus dem Boden aufnehmen. Sie nutzen diese, um organische Stickstoffverbindungen wie pflanzliches Eiweiß aufzubauen.
Wie gelangen Stickstoffverbindungen in den Boden?
Stickstoffverbindungen gelangen durch verschiedene Prozesse in den Boden: * Stickstofffixierung durch Bakterien * Niederschläge, nachdem Stickstoffoxide in der Atmosphäre entstanden sind (z. B. durch Blitze) * Verrottung von Pflanzen und Tieren, wobei organische Stickstoffverbindungen freigesetzt werden. * Düngung durch den Menschen.
Welche Stickstoffverbindungen entstehen beim Abbau von Pflanzen und Tieren?
Beim Abbau von Pflanzen und Tieren entstehen Ammoniak, Harnstoff und Harnsäure als Hauptverwesungsprodukte. Organische Stickstoffverbindungen gelangen in die Humusschicht des Bodens.
Was ist Nitrifikation?
Nitrifikation ist der Prozess, bei dem Ammoniak und Ammoniumsalze durch bakterielle Oxidation über Nitrite zu Nitraten abgebaut werden. Diese Nitrate können dann von Pflanzen aufgenommen oder durch Denitrifikation in die Atmosphäre freigesetzt werden.
Was ist Denitrifikation?
Denitrifikation ist der Prozess, bei dem bestimmte Bodenbakterien Nitrate bei ihrem Stoffwechsel verbrauchen und elementaren Stickstoff und Stickstoffoxide an die Atmosphäre abgeben.
Wie greift der Mensch in den Stickstoffkreislauf ein?
Der Mensch greift in den Stickstoffkreislauf ein durch: * Anbau von Pflanzen, die dem Boden Stickstoff entziehen. * Düngung, um den Stickstoffverlust auszugleichen und Erträge zu steigern. * Überdüngung der Gewässer, was zu Umweltproblemen führen kann. * Verbrauch von Luftstickstoff für die Ammoniaksynthese (Haber-Bosch-Verfahren) und durch die Verbrennung von Stoffen, wobei Stickstoffoxide entstehen.
Was ist das Haber-Bosch-Verfahren?
Das Haber-Bosch-Verfahren ist ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff unter hohem Druck und hoher Temperatur mit einem Eisenkatalysator. Der so produzierte Ammoniak ist die Basis für viele Stickstoffdünger.
Welche Düngemittel werden verwendet, um den Stickstoffgehalt im Boden zu erhöhen?
Häufig verwendete Stickstoffdünger sind Nitrate (z.B. Ammoniumnitrat - NH4NO3), Harnstoff und Ammoniumsalze.
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- Patzwald, Nicole (Author), 2000, Der Stickstoffkreislauf, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/96806
