Kroženje dušika v naravi. Lastnosti dušika. Vloga dušika v naravi

Eden najpogostejših kemičnih elementov v okolju je dušik. Količina dušika v ozračju je velika - štiri petine atmosfere sestavlja ta kemični element. Večina elementa je v prosti obliki, kjer dva atoma tvorita molekulo N2. Zaradi precej močne vezi med atomi v molekuli, take spojine ni mogoče uporabiti neposredno.
Da bi živi organizmi popolnoma asimilirali ta kemični element, ga je treba prenesti v "vezano" stanje. V tem stanju je dušik nabiti nitratni ion NO3-, v katerem ga lahko rastline absorbirajo.

Ciklični dušik v naravi ni mogoč brez procesa "vezave", saj je delitev N ₂ molekule tista, ki omogoča podporo različnih življenjskih procesov na našem planetu.

Značilnosti dušika

Dušik je brezbarven, netoksičen plin, ki ga večinoma najdemo v naravi v prostem (nevezanem) stanju. To je glavni del ozračja - skoraj 80% je zasedeno z molekularno snovjo. V molekularni obliki je dušik neuporaben za živo naravo - v normalnih pogojih njegove molekule kemično reagirajo le z litijem. Vendar je pomen dušika v naravi biosfere težko preceniti. Ta snov je sestavni del vsake, celo najpreprostejše beljakovinske molekule. Vendar so beljakovine bistveni element vseh živih organizmov.

Kako je cikel

Ciklus dušika v naravi je pravzaprav veriga zaprtih medsebojno povezanih poti, skozi katere kroži dušik v biosferi Zemlje. V naravi so različni mikroorganizmi glavni dobavitelj tega povezanega elementa. To je zahvaljujoč mikroskopskih delavcev od 90 do 140 milijonov ton dušika dušika gre v nujni pogoj za biosfero.

Prisotnost dušika v naravi je v veliki meri posledica vitalne aktivnosti bakterij in alg. Cikel N ₂ v naravi izvira iz dejavnosti različnih mikroorganizmov, ki iz razgradnih odpadkov pridobivajo dušik. En del elementa se pretvori v molekule, potrebne za obstoj teh mikroorganizmov. Drugi del se sprosti v obliki amonijevih ionov in molekul amoniaka. Različne vrste bakterij pretvarjajo dušik iz teh snovi v nitratno obliko. Dušikove spojine v obliki gnojil absorbirajo rastline in skozi njih živali. Po smrti organizma se element v sledovih vrne v zemljo, da ponovno kroži dušik v naravi. Tok dušika je prikazan spodaj.

Med ciklom se lahko N2 vključi v anorganske usedline ali sprosti kot posledica delovanja nekaterih bakterij. Poleg tega vulkanski izbruhi delo gejzirjev poveča delež te snovi v zemeljski atmosferi.

Uporaba dušika v kmetijstvu

Gnojenje zemljišča z dušikovimi spojinami v višini - kilogram gnojila na hektar zemlje, lahko povečate donos žitnih rastlin za nekaj odstotkov.
V kmetijstvu, v obliki pridelka, se dušik prenaša v višini 1 milijona ton, dušikova gnojila pa v dvakrat manj. Kljub visoki donosnosti uporabe mineralnih gnojil, so potrebe rastlin v tej snovi umetno zajete le za 20-25%. Preostanek je izločen iz zemlje zaradi biološke fiksacije (naravna gnojila). Nadaljnje povečanje pridelka bo odvisno le od racionalne uporabe gnoja, povečanja proizvodnje mineralnih gnojil in učinkovite uporabe "bioloških" (proizvedenih z mikroorganizmi) vezanega dušika.

Uporaba dušika v industriji

Dušik se uporablja v industriji. Večina sintetiziranih snovi predstavlja proizvodnjo amoniaka, eksplozivnih sistemov, različnih barvil. Uporablja se v predelovalni industriji - na primer pri predelavi koksa. Lastnosti dušika so splošno znane in upoštevane pri proizvodnji različnih aditivov za živila. Tekoči dušik je odlično hladilno sredstvo in se pogosto uporablja za zamrzovanje hrane. Še vedno pa je glavni način njegove uporabe proizvodnja mineralnih gnojil.

Najbolj znane bakterije, ki pretvarjajo dušik, najdemo v gomoljih stročnic. Koristne lastnosti dušika pomagajo izboljšati rodovitnost tal: na polju najprej sejejo leča, grah ali fižol, nato pa se rastline orjejo v tla. Na tem mestu se gojijo tudi drugi pridelki, ki lahko uporabljajo dušik kot naravno gnojilo.

Mineralna gnojila

Toda naravni dušik, primeren kot gnojilo, ni bil dovolj za vzdrževanje donosov. In ljudje so začeli uporabljati mineralna gnojila, vključno z vezanim dušikom. Tehnologijo vezave dušika na industrijski ravni so odkrili nemški vojaški znanstveniki na predvečer prve svetovne vojne. Nato je bil razvit sistem za proizvodnjo amoniaka za potrebe obrambne industrije. Po izboljšanju tehnologije so znanstveniki pripravili zanesljivo shemo za proizvodnjo fiksnega dušika za kmetijstvo. Sedaj kmetje uporabljajo več kot 80 milijonov ton fiksnega dušika za pridelavo poljščin.

Naravni vezani dušik

Presenetljivo je, da je med nevihto vezana določena količina atmosferskega dušika. Bliskavice se pojavljajo veliko pogosteje, kot se običajno misli. V 10 sekundah je na svetu petsto bliskavic. Odvajanje električne energije ogreje atmosfero okoli sebe, dušik se združuje s kisikom. Obstaja zgorevalna reakcija dušika, na kateri nastajajo različne vrste dušikovih spojin s kisikom. To je precej lepa oblika vezave dušika, vendar sprošča le okoli 10 milijonov ton na leto.

Umetni vezani dušik

Kot je bilo zapisano zgoraj, je glavni vir dušika mineralna gnojila, ki se pogosto uporabljajo v kmetijstvu v večini držav sveta. Izgorevanje vseh vrst fosilnih goriv (premog, plin, naftni derivati) vodi tudi v vezavo prostega dušika. Poleg neposrednega zgorevanja se med delovanjem motorjev in električnih generatorjev pojavlja tudi toplota, ki je potrebna za reakcijo dušika s kisikom. Na splošno se v enem letu proizvede približno 20 milijonov ton dušika, primernega za biosfero.

Zaključek

Kako poteka kroženje dušika v naravi? Shemo tega gibanja lahko predstavimo vizualno. Na primer, lahko si predstavljamo, da je celotna biosfera dva med seboj povezana kontejnerja. Velika zmogljivost je prisotnost dušika v naravi predvsem v hidrosferi in atmosferi. Zelo majhna vsebnost dušika, ki je del življenja. Ozek prehod povezuje obe posodi, v katere dušik na tak ali drugačen način vstopa v vezano stanje. V naravnem okolju dušik vstopa v žive organizme in postane del njega nežive narave po njegovi smrti.

Razmeroma kratko obdobje človekove dejavnosti začel vplivati ​​na raven N ₂ v naravnem okolju. Vloga dušika v naravi še ni popolnoma razumljena. Že zdaj je jasno, da je vsak ekološki sistem sposoben asimilirati samo določeno količino te snovi. Presežek dušika v katerem koli ekosistemu vodi do prekomerne rasti rastlin, onesnaževanja rek in vodnih teles. Ta problem se imenuje evtrofikacija - onesnaženje alg. Ko se ta težava pojavi, alge zatemnijo rezervoar in iz njega izločijo konkurenčne oblike življenja. Po smrti velike količine alg boste potrebovali ves kisik, ki ga vsebuje voda, tako da se lahko ostanki rastlin razpadejo. Ribe, raki in druge živali puščajo vodna telesa, ki so revna s kisikom. Voda postane močvirna in se v nekaj letih prekrije z blatom. Jezero ali ribnik se spremeni v mrtvo močvirje.

Nadaljnje proučevanje dušikovega cikla v naravi bo pomagalo preprečiti posledice takšnih težav in ohraniti ravnotežje med človeškimi dejavnostmi in naravnimi ekosistemi.