In der Biosphäre unseres Planeten finden viele komplexe Prozesse statt, die durch die lebenswichtige Aktivität von Organismen, menschliche Einflüsse und evolutionäre Veränderungen in den Tiefen des Untergrunds und in den Tiefen der Ozeane verursacht werden. Der wichtigste davon ist der Kohlenstoffkreislauf. Ohne sie ist Leben auf der Erde unmöglich.

Im Großen und Ganzen ist der Kohlenstoffkreislauf ein globaler Mechanismus, der für die Aufnahme und Freisetzung in die Atmosphäre verantwortlich ist. Wir alle kennen die Aufnahme von Kohlenstoff als Photosynthese, und Pflanzen sind für diesen Teil verantwortlich. Die Freisetzung/Rückführung von Kohlendioxid erfolgt durch seine Ausatmung durch lebende Organismen, den Betrieb von Industriebetrieben und Zersetzungsprozesse

Das Diagramm des Kohlenstoffkreislaufs wird es uns ermöglichen, diesen Prozess, der aus zwei Phasen besteht, vollständiger darzustellen:

• Aufnahme von Kohlendioxid (CO 2) durch Pflanzen, mikroskopisch kleine lebende Organismen und dessen anschließende Umwandlung in komplexere chemische Grundverbindungen
• Die Rückkehr von Kohlendioxid in die Atmosphäre durch die Atmung von Lebewesen und auf andere Weise.

Allerdings ist der Kohlenstoffkreislauf ein komplexerer Prozess. Nach dem Tod von Organismen werden einige von ihnen von Bakterien verarbeitet und kehren tatsächlich in relativ kurzer Zeit in die Atmosphäre zurück. Aber einige der Überreste verwandeln sich in tote organische Masse.

Es sind diese organischen Überreste, die sich in einigen hundert Jahren umwandeln und schließlich in Kohle, Öl oder Torf verwandeln. Diese Fossilien werden vom Menschen für verschiedene Zwecke genutzt und der Kohlenstoff aus ihnen wird in die Atmosphäre zurückgeführt.

Ich möchte auch auf den Prozess der Rückführung von CO 2 in den Kohlenstoffkreislauf eingehen.

Fette. Der Abbau von Fetten unterschiedlicher Herkunft ist möglich, da an diesem Prozess Mikroorganismen beteiligt sind, die über Enzyme verfügen, die auf den Abbau dieser Verbindung abzielen. Dadurch entstehen Glycerin und höhere Fettsäuren. Glycerin zerfällt in (PVC). Je nach Bedingungen verwandelt es sich in Wasser, Säure oder Alkohol und ein Kohlenstoffmolekül wird an die Luft abgegeben.

Kohlenhydrate. Diese Stoffe sind die Hauptträger von Ballaststoffen

wird nur von bestimmten Mikroorganismen aufgenommen und verarbeitet. Bei der Verarbeitung entsteht Glukose, die von fast allen Pilz- und Bakterienarten oxidiert wird. Dadurch wird Glukose in Wasser und Kohlendioxid zerlegt. Dies ist nicht die einzige Option. Der Oxidationsprozess kann zur Bildung von Methan führen, allerdings unter zwangsweiser Freisetzung von Kohlenstoff.

Aufgrund der Tatsache, dass nicht alle Prozesse hinsichtlich ihres Ablaufs gleich sind, werden zwei Arten der Zirkulation dieses Stoffes in der Biosphäre unterschieden:

• Geologisch (Mineralbildung) – kann über Tausende und Millionen Jahre berechnet werden.
• und Zersetzung von Pflanzen und Tieren) ist ein sehr aktiver Prozess, der mehrere Tage bis mehrere Jahre dauern kann.

Natürlich ist die hier präsentierte Beschreibung sehr oberflächlich und spiegelt nicht das gesamte Wesen der chemischen und anderen Prozesse wider, durch die der Kohlenstoffkreislauf auf dem Planeten aufrechterhalten wird.

Unter dem Einfluss chemischer und anderer Prozesse zirkuliert Kohlenstoff kontinuierlich in der Biosphäre der Erde.

Kohlenstoff zirkuliert ständig in der Biosphäre der Erde auf geschlossenen, miteinander verbundenen Wegen. Derzeit kommen zu den natürlichen Prozessen noch die Folgen der Verbrennung fossiler Brennstoffe hinzu

Alles Leben auf der Erde basiert auf Kohlenstoff. Jedes Molekül eines lebenden Organismus ist auf der Grundlage eines Kohlenstoffskeletts aufgebaut. Kohlenstoffatome wandern ständig von einem Teil der Biosphäre (der schmalen Hülle der Erde, in der Leben existiert) zu einem anderen. Am Beispiel des Kohlenstoffkreislaufs in der Natur können wir die Dynamik des Lebens auf unserem Planeten nachvollziehen.

Die Hauptkohlenstoffreserven der Erde liegen in Form von Kohlendioxid vor, das in der Atmosphäre enthalten und in den Ozeanen gelöst ist, also Kohlendioxid (CO2). Betrachten wir zunächst die Kohlendioxidmoleküle in der Atmosphäre. Pflanzen absorbieren diese Moleküle, dann wird das Kohlenstoffatom durch den Prozess der Photosynthese in verschiedene organische Verbindungen umgewandelt und so in die Pflanzenstruktur eingebaut.

Kohlenstoff kann in Pflanzen verbleiben, bis die Pflanzen absterben. Dann werden ihre Moleküle als Nahrung für Zersetzer (Organismen, die sich von toten organischen Stoffen ernähren und diese gleichzeitig in einfache anorganische Verbindungen zerlegen) wie Pilze und Termiten verwendet. Schließlich wird der Kohlenstoff als CO2 in die Atmosphäre zurückkehren;

Pflanzen können von Pflanzenfressern gefressen werden. In diesem Fall kehrt der Kohlenstoff entweder in die Atmosphäre zurück (bei der Atmung von Tieren und während ihrer Zersetzung nach dem Tod), oder die Pflanzenfresser werden von Fleischfressern gefressen (in diesem Fall kehrt der Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre zurück). auf die gleiche Weise);

Pflanzen können absterben und unter der Erde landen. Dann werden sie schließlich zu fossilen Brennstoffen – etwa Kohle.

Im Falle der Auflösung des ursprünglichen CO2-Moleküls im Meerwasser sind auch mehrere Möglichkeiten möglich:

Kohlendioxid kann einfach in die Atmosphäre zurückkehren (diese Art des gegenseitigen Gasaustauschs zwischen dem Weltozean und der Atmosphäre findet ständig statt);

Kohlenstoff kann in das Gewebe von Meerespflanzen oder -tieren gelangen. Dann sammelt es sich nach und nach in Form von Sedimenten am Grund der Weltmeere an und verwandelt sich schließlich in Kalkstein (siehe Gesteinsumwandlungszyklus) oder gelangt aus Sedimenten wieder ins Meerwasser.

Wird Kohlenstoff in Sedimente oder fossile Brennstoffe eingebaut, wird er der Atmosphäre entzogen. Während der gesamten Existenz der Erde wurde der auf diese Weise entfernte Kohlenstoff durch Kohlendioxid ersetzt, das bei Vulkanausbrüchen und anderen geothermischen Prozessen in die Atmosphäre freigesetzt wurde. Unter modernen Bedingungen werden diese natürlichen Faktoren auch durch Emissionen aus der menschlichen Verbrennung fossiler Brennstoffe ergänzt. Aufgrund des Einflusses von CO2 auf den Treibhauseffekt ist die Untersuchung des Kohlenstoffkreislaufs zu einer wichtigen Aufgabe für Atmosphärenforscher geworden.

Ein Teil dieser Suche besteht darin, die Menge an CO2 zu bestimmen, die in Pflanzengewebe (zum Beispiel in einem neu gepflanzten Wald) vorkommt – Wissenschaftler nennen dies eine Kohlenstoffsenke. Während Regierungen versuchen, eine internationale Vereinbarung zur Begrenzung der CO2-Emissionen zu erreichen, ist die Frage des Ausgleichs von Kohlenstoffsenken und Emissionen in einzelnen Ländern zu einem großen Streitpunkt für die Industrieländer geworden. Allerdings bezweifeln Wissenschaftler, dass die Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre allein durch die Aufforstung von Wäldern gestoppt werden kann.

Auf der Erde gibt es mehrere chemische Elemente, ohne die Leben unmöglich wäre. Einer davon ist Kohlenstoff. Es ist in jedem organischen Molekül enthalten und fungiert als dessen Baustein. Der Kohlenstoffkreislauf in der Natur ist ein ständiger Prozess des gegenseitigen Übergangs von einem organischen Zustand in einen anorganischen Zustand, der die lebenswichtige Aktivität aller Organismen gewährleistet.

Das Grundprinzip des natürlichen Kreislaufs

Alle Verbindungen auf der Erde werden in zwei Klassen eingeteilt: organische und anorganische. Die ersten sind eine Folge der lebenswichtigen Aktivität lebender Organismen. Letztere können durch chemische Reaktionen ohne lebende Formen entstehen.

Der Übergang von einem Zustand in einen anderen wird als „Stoffkreislauf“ bezeichnet. Kohlenstoff nimmt in diesem System eine führende Stellung ein.

In der Atmosphäre, im Wasser und im Boden gibt es anorganische Verbindungen, die von lebenden Organismen aufgenommen werden. Am häufigsten sind dies Pflanzen, Protozoen und Pilze. Sie bilden neue organische Verbindungen, die von höheren Tieren aufgenommen werden. Nach ihrem Tod wandeln Mikroorganismen Kohlenstoffverbindungen wieder in anorganische um. So lässt sich der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre allgemein beschreiben. Aber hier gibt es viele private Nuancen.

Photosynthese und Atmung

Kohlenstoff kommt in der Natur am häufigsten in Form von Kohlendioxid vor. Es entsteht durch die Prozesse der Atmung und Verbrennung. In Form von Gasen können Pflanzen es am leichtesten aufnehmen. Im Laufe ihres jahrtausendealten Bestehens hat die Flora gelernt, Kohlendioxid in organische Verbindungen zu verarbeiten. Mit Hilfe von Chlorophyll kommt es in den Blättern bei Sonneneinstrahlung zu einer komplexen chemischen Reaktion. Dadurch werden Sauerstoff, Mono- und Polykohlenhydrate gewonnen. Der Name selbst lässt darauf schließen, dass die Zusammensetzung dieser Stoffe Kohlenhydrate umfasst.

Dieselben Pflanzen können atmen, wenn nicht genügend Sonnenlicht vorhanden ist. Bei diesem Prozess wird Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid entsteht. So entsteht der einfachste Kohlenstoffkreislauf in der Natur. Dies geschieht jedoch nur am Beispiel der Pflanzen. Und es gibt auch Mikroorganismen, Pilze und Tiere, die ebenfalls an der Bewegung des jeweiligen Elements in der Biosphäre beteiligt sind.

Mikroorganismen und Kohlenstoffkreislauf im Ökosystem

Die kleinsten Organismen auf der Erde können getrost als Anfang und Ende der Nahrungskette bezeichnet werden. Ihnen ist es zu verdanken, dass viele organische Verbindungen zu höheren Pflanzen und Tieren gelangen.

Wenn lebende Organismen sterben und ihre Funktion einstellen, landen sie im Boden oder auf dem Grund des Weltozeans. Sie wären dort geblieben, wenn nicht Bakterien und Protozoen begonnen hätten, organische Verbindungen zu verarbeiten, Kohlendioxid freizusetzen oder komplexe Kohlenhydrate einfacher zu machen. Neue Verbindungen werden zur Ernährung lebender Organismen verwendet; dementsprechend beginnt mit Kohlenstoff ein neuer Bewegungszyklus in der Natur.

Nicht alle Bakterien benötigen Sauerstoff, um organische Moleküle abzubauen. Einige von ihnen bewältigen die Aufgabe auch ohne sie hervorragend.

Dank Mikroorganismen findet der Kohlenstoffkreislauf auch in der Natur in Form einer Symbiose statt. Ballaststoffe sind beispielsweise komplexe Kohlenhydrate, die in allen Pflanzen vorkommen. Der Magen des Tieres kann es nicht zerlegen und aufnehmen. Aber Artiodactyle haben gelernt, mit einigen Bakterien in Symbiose zu existieren. Letztere befinden sich im Magen des Tieres und zerlegen Zellulose in einfachere Kohlenhydrate, die dann vom Körper des Artiodactylus leicht aufgenommen werden können.

Bewegung von Kohlenstoff an Land

Die Atmosphäre enthält etwa 0,33 % Kohlendioxid. Dies ist mehr als genug, damit grüne Pflanzen es aufnehmen können. An Land beginnt hier der Kohlenstoffkreislauf in der Natur.

Pflanzen fungieren als erster Schritt in der Nahrungskette. Sie werden von Pflanzenfressern gefressen, die in der Regel Opfer von Raubtieren werden. Nach dessen Absterben gelangen organische Stoffe in den Boden, wo sie von Insekten und Mikroorganismen verarbeitet werden. Ihre Lebensprozesse setzen am häufigsten anorganische Verbindungen frei. Verdautes organisches Material kann auch zu Futter für Tiere weiter oben in der Nahrungskette werden.

Es kommt sehr selten vor, dass organische Stoffe in dieser Form über einen längeren Zeitraum erhalten bleiben. Wir kennen sie als Mineralien: Torf, Kohle, Öl, Methan. Bei der Verbrennung wird Kohlendioxid aus diesen Verbindungen freigesetzt, das den Kohlenstoffkreislauf in der Natur gewährleistet.

Kohlenstoffkreislauf im Wasser

Die Weltmeere sind auch die Umgebung, in der der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre stattfindet. Aber hier ist der Prozess etwas komplizierter. Tatsache ist, dass Kohlendioxid in Wasser schlecht löslich ist und daher etwas schwierig aufzunehmen ist. In den oberen Schichten des Ozeans gibt es immer Plankton, das Kohlendioxid verarbeitet. Dies ist der Beginn der Nahrungskette im Wasser. Dann läuft alles wie an Land. Höhere Organismen fressen niedrigere. Dadurch sterben sie ab und sinken auf den Boden, wo sie von anderen Mikroorganismen verarbeitet werden.

In einigen Fällen kann sich der Kohlenstoffkreislauf in der Natur an Land und im Meer vermischen. Aber solche Bewegungen kommen nicht so häufig vor, dass man sie gesondert betrachten könnte. Es gibt einfach eine Reihe von Tieren, die in beiden Elementen leben.

Menschliche Lebensaktivität

Oben haben wir uns die klassische Beschreibung des Kohlenstoffkreislaufs in der Natur angesehen. An diesem Prozess ist jedoch ein Mensch beteiligt, der längst über die Lebensaktivität eines Tieres hinausgegangen ist. Er begann, die Natur nach seinen eigenen Bedürfnissen umzubauen und dabei ihre Ressourcen zu nutzen.

Durch den Menschen nimmt die Menge an Grünflächen, die anorganisches Kohlendioxid in organische Kohlenhydrate umwandelt, jedes Jahr ab. Gleichzeitig werden Mineralien verbrannt, wodurch die Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre steigt. Dies führt zu einem Ungleichgewicht in der Zirkulation dieses Stoffes. Die Fortführung der etablierten Geschäftsstrategie kann zu einer echten Umweltkatastrophe führen.

Treibhauseffekt

Kohlendioxid in der Atmosphäre verursacht eine Art Treibhauseffekt. Es fängt Wärmeenergie nahe der Planetenoberfläche ein. Ein Anstieg der durchschnittlichen Lufttemperatur um ein halbes Grad führt zum Abschmelzen der Eiskappen.

Dadurch wird die Fläche des Weltozeans zunehmen und eine erhebliche Anzahl von Tieren und Pflanzen wird sterben. Allmählich nimmt die Konzentration von Kohlendioxid in der atmosphärischen Luft ab und das Wasser gefriert an den Polen wieder.

Auf diese Weise wird das Ökosystem „neu gestartet“, um den optimalen Kohlenstoffkreislauf zu normalisieren.

Prozentsätze

Im Laufe der Milliarden Jahre ihres Bestehens sind auf der Erde viele Arten lebender Organismen aufgetaucht und wieder verschwunden. Sie alle haben irgendwie Einfluss auf den Kohlenstoffkreislauf in der Natur. Im Laufe der Jahre haben sich 6.000.000 Milliarden Tonnen dieses Elements in organischen Verbindungen angesammelt. Hierzu zählen sowohl lebende Organismen als auch fossile Kohlenstoffsubstanzen.

Wissenschaftler schätzen, dass dies etwa ein Fünftel des gesamten Kohlenstoffs auf dem Planeten ausmacht. Hätte es diesen Zyklus nicht gegeben, wäre das Leben auf der Erde mit der Zeit unmöglich geworden.

Durch diesen Prozess reichern lebende Organismen etwa 400 Milliarden Tonnen Kohlenstoff an, der teilweise in die unbelebte Natur zurückgeführt wird. Der Rest zirkuliert weiterhin in der lebenden Welt und unterstützt die Existenz dieser Organismen.

Die Rolle von Kohlenstoffverbindungen in der Natur

Wissenschaftler wissen seit langem, wie wichtig Kohlenstoff in der Natur ist. Es waren seine ersten Verbindungen, die schließlich das Leben auf dem Planeten entstehen ließen. Heute ist es der Hauptbaustein aller lebenden Moleküle.

An erster Stelle dieser Liste stehen Kohlenhydrate. Sie entstehen durch den Prozess der Photosynthese. Sie fungieren als eine Art Baumaterial für Pflanzen und als Energiequelle für Tiere. Die Wissenschaft kennt ein nicht-pflanzliches Kohlenhydrat – Glykogen. Es wird in der Leber von Säugetieren produziert und dient als Energiereserve.

Im tierischen Körper werden Kohlenhydrate in Wasser und Energie zerlegt, können aber auch die Grundlage für die Synthese von Fetten bilden. Hierbei handelt es sich um eine Art Tierbatterie, die sich für den zukünftigen Einsatz bei Energieknappheit ansammelt. Es ist auch eine Wärmeisolierung für Tiere, die in kalten Klimazonen leben.

Die Basis einer tierischen Zelle ist Protein. Dies ist das größte Molekül auf der Erde, das aus einer Kette von Aminosäuren besteht. Der Baustoff für Letzteres ist ebenfalls Kohlenstoff, daher ist die Rolle dieses Elements für das Leben auf unserem Planeten kaum zu überschätzen.

In den Weltmeeren ist der Prozess des Kohlenstoffkreislaufs komplexer, da er von der Sauerstoffversorgung der oberen Wasserschichten abhängt. In den Weltmeeren ist der Kohlenstoffmassenkreislauf fast doppelt so gering wie an Land. An der Wasseroberfläche löst sich Kohlendioxid und wird zur Photosynthese genutzt. Phytoplankton steht am Anfang der Nahrungskette im Ozean. Nach dem Verzehr von Phytoplankton geben Tiere durch Atmung Kohlenstoff ab und geben ihn an die Nahrungskette weiter.

Abgestorbenes Plankton lagert sich auf dem Meeresgrund ab. Dank dieses Prozesses enthält der Boden der Weltmeere große Kohlenstoffreserven. Kalte Meeresströmungen transportieren Kohlenstoff an die Wasseroberfläche. Beim Erhitzen von Wasser wird der darin gelöste Kohlenstoff freigesetzt. Es gelangt in Form von Kohlendioxid in die Atmosphäre.

Auch in der Natur findet zwischen der Lithosphäre und der Hydrosphäre eine ständige Wanderung von Kohlenstoff statt. Die größte Freisetzung dieses Elements erfolgt in Form von Karbonat und organischen Verbindungen vom Land in den Ozean. Kohlenstoff gelangt in geringeren Mengen in Form von Kohlendioxid aus den Ozeanen an die Erdoberfläche.

Kohlendioxid in der Atmosphäre und Hydrosphäre wird von lebenden Organismen über einen Zeitraum von 395 Jahren ausgetauscht und erneuert.

Kohlenstoff aus dem Kreislauf nehmen

Zu den fossilen Brennstoffen zählen Öl, Erdgas und Kohle.

Zu den anorganischen Verbindungen gehört Calciumcarbonat. Die Bildung von Kalziumkarbonatablagerungen führt zu einer Verringerung der Kohlenstoffversorgung für photosynthetische Organismen. Aber irgendwann wird ein Teil dieses Kohlenstoffs durch die Verwitterung von Gesteinen und die Aktivität von Mikroorganismen zurückgegeben.

Auswirkungen des Kohlenstoffkreislaufs auf das Klima

Kohlenstoff ist einer der wichtigsten Bestandteile des Lebens. Es wird während des Prozesses der Photosynthese in die Zusammensetzung der organischen Substanz einbezogen (Abb. 1). Dann gelangt der Großteil davon in die Nahrungsketten der Tiere und reichert sich in deren Körpern in Form verschiedener Arten von Kohlenhydraten an.

Die Hauptrolle im Kohlenstoffkreislauf spielen die Kohlendioxidpools in der Atmosphäre und in der Hydrosphäre. Dieser Fundus wird durch die Atmung von Pflanzen und Tieren sowie durch den Abbau abgestorbener organischer Stoffe wieder aufgefüllt. Ein Teil des Kohlenstoffs entweicht aus dem Kreislauf auf Mülldeponien. Allerdings ist es den Menschen in jüngster Zeit recht erfolgreich gelungen, diese Grabstätten zu erschließen und Kohlenstoff und andere lebenswichtige Elemente, die sich über Millionen von Jahren angesammelt haben, in den Kreislauf des Lebens zurückzuführen. Obwohl dies eine Reihe negativer Konsequenzen für uns mit sich bringt, wer weiß, vielleicht ist dies genau die Mission, die wir für die Biosphäre erfüllen sollten.

Es ist beispielsweise bekannt, dass zunehmende und abnehmende Gehalte in der Atmosphäre zu einer erhöhten Photosynthese führen. Vielleicht beginnt, nachdem wir den Planeten von modernen Lebensformen (einschließlich unserer Präsenz auf ihm) befreit haben, eine schnelle Entwicklungsphase neuer, fortschrittlicherer Formen, die der Konkurrenz nun nicht mehr standhalten können. Schließlich gab es einst eine Ära des anaeroben Lebens auf der Erde. Das „unangenehme“ Produkt ihrer lebenswichtigen Aktivität war Sauerstoff, dessen Ansammlung diese Lebensform praktisch zerstörte. Heute sind seine Spuren nur noch in den Tiefen von Sümpfen und in Tiefseesenken zu finden. Aber es entstanden neue, fortschrittlichere aerobe Organismen, die lernten, Sauerstoff zu „neutralisieren“ und sogar seine chemische Aktivität zu nutzen, um freie Energie zu gewinnen.

Abb.1

Der photosynthetische Grüngürtel und das Karbonatsystem des Meeres sorgen für ein konstantes Niveau in der Atmosphäre. Doch in den letzten 100 Jahren ist der Gehalt durch neue anthropogene Einträge und Abholzung stetig gestiegen. Es wird angenommen, dass zu Beginn der Industriellen Revolution (1800) etwa 0,029 % in der Erdatmosphäre vorhanden waren. Im Jahr 1958, als die ersten präzisen Messungen durchgeführt wurden, lag er bei 0,0315 %, im Jahr 1980 bei 0,0335 %. Bei einer Verdoppelung des vorindustriellen Niveaus (2050) ist mit einem Temperaturanstieg um durchschnittlich 1,5...4,5 Grad zu rechnen. Dies ist vor allem auf den Treibhauseffekt zurückzuführen, der durch einen erhöhten Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre verursacht wird. Wenn der Meeresspiegel im 20. Jahrhundert um 12 cm anstieg, können wir im 21. Jahrhundert mit einer Störung der Stabilität der polaren Eiskappen rechnen, die zu deren Abschmelzen und einem katastrophalen Anstieg des Meeresspiegels führen wird. Einigen Prognosen zufolge könnten New York und der größte Teil Westeuropas im Jahr 2050 unter Wasser stehen.

Vor diesem Hintergrund kommt es zu einem Verlust von Kohlendioxid aus dem Bodenfonds, der durch die Oxidation von Humus im Boden nach der Zerstörung von Wäldern mit anschließender Nutzung dieser Flächen für die Landwirtschaft oder den Bau von Städten verursacht wird.

Stickstoffkreislauf

Stickstoff ist Bestandteil von Aminosäuren, die die Hauptbaustoffe für Proteine ​​sind. Obwohl Stickstoff in geringeren Mengen benötigt wird als beispielsweise Kohlenstoff, wirkt sich ein Stickstoffmangel dennoch negativ auf die Produktivität lebender Organismen aus.

Die Hauptquelle für Stickstoff ist die Atmosphäre (Abb. 2), von wo aus Stickstoff nur in Form von Nitraten in den Boden und dann in die Pflanzen gelangt, die das Ergebnis der Aktivität stickstofffixierender Organismen (bestimmte Arten von Bakterien, blau) sind (Grünalgen und Pilze) sowie elektrische Entladungen (Blitze) und andere physikalische Prozesse. Die restlichen Stickstoffverbindungen werden von den Pflanzen nicht aufgenommen.

Die zweite Stickstoffquelle für Pflanzen entsteht durch den Abbau organischer Stoffe, insbesondere von Proteinen. Dabei entsteht zunächst Ammoniak, das durch nitrifizierende Bakterien in Nitrite und Nitrate umgewandelt wird.

Die Rückkehr von Stickstoff in die Atmosphäre erfolgt durch die Aktivität denitrifizierender Bakterien, die Nitrate in freien Stickstoff und Sauerstoff zerlegen.

Ein erheblicher Teil des Stickstoffs, der in den Ozean gelangt (hauptsächlich mit kontinentalem Abwasser), wird teilweise von der Wasservegetation genutzt und kehrt dann über die Nahrungsketten durch Tiere an Land zurück. Ein kleiner Teil des Stickstoffs verlässt den Kreislauf und gelangt in Sedimentverbindungen. Dieser Verlust wird jedoch durch den Eintrag von Stickstoff in die Luft durch vulkanische Gase sowie durch Industrieemissionen ausgeglichen. Wenn unsere Zivilisation eine solche technische Macht erreicht hätte, dass sie alle Vulkane auf der Erde blockieren könnte (ich habe keinen Zweifel daran, dass solche Projekte sicherlich entstehen würden), dann könnten aufgrund der Einstellung der Versorgung mit Kohlenstoff, Stickstoff und anderen Substanzen Menschen sterben Mehr Menschen verhungern als derzeit durch Vulkanausbrüche.

Abb.2

Vom Menschen erzeugter Stickstoff gelangt hauptsächlich in Form von Stickstoffdüngern in die Natur. Ihre Menge entspricht in etwa der natürlichen Stickstofffixierung in der Atmosphäre, ist jedoch geringer als die biologische Fixierung.

In natürlichen Ökosystemen sind etwa 20 % des Stickstoffs neuer Stickstoff, der durch Stickstofffixierung aus der Atmosphäre gewonnen wird. Die restlichen 80 % kehren durch den Abbau organischer Stoffe in den Kreislauf zurück. In landwirtschaftlichen Systemen wird ein sehr kleiner Teil des mit Düngemitteln den Feldern zugeführten Stickstoffs wiederverwendet, während der Großteil mit der Ernte sowie durch Auswaschung (Entfernung durch Wasser) und Denitrifikation verloren geht.

Nur Prokaryoten, kernlose, primitivste Mikroorganismen, können biologisch nutzloses Stickstoffgas in die Formen umwandeln, die für den Aufbau und die Erhaltung von lebendem Protoplasma notwendig sind. Wenn diese Mikroorganismen für beide Seiten vorteilhafte Verbindungen mit höheren Pflanzen eingehen, wird die Stickstofffixierung erheblich verbessert. Pflanzen bieten Bakterien einen geeigneten Lebensraum (Wurzelknöllchen), schützen Mikroben vor überschüssigem Sauerstoff und versorgen sie mit der notwendigen hochwertigen Energie. Hierzu erhält die Pflanze leicht verdaulichen fixierten Stickstoff. Der Traum moderner Gentechnik-Spezialisten besteht darin, selbstbefruchtende Getreidesorten zu schaffen, die an den Wurzeln Knötchen mit stickstofffixierenden Bakterien aufweisen, ähnlich den Knötchen an den Wurzeln von Hülsenfrüchten. Es wird davon ausgegangen, dass dadurch ein bedeutender Durchbruch in der Landwirtschaft erzielt werden könnte. Wer weiß jedoch, ob eine solche Erhöhung der natürlichen Fixierung von freiem Stickstoff das empfindliche Gleichgewicht zwischen Stickstoffzu- und -abfluss in die Atmosphäre stört, das die Stabilität der Stickstoffkonzentration in der Luft, die wir atmen, gewährleistet.