Азотният цикъл в природата. Азотни свойства. Ролята на азота в природата

Един от най-често срещаните химични елементи в околната среда е азотът. Количеството азот в атмосферата е голямо - четири пети от атмосферата се състои от този химичен елемент. По-голямата част от елемента е в свободна форма, в която два атома образуват молекула N2. Поради сравнително силната връзка между атомите в молекулата, не е възможно директно да се използва такова съединение.
За да могат живите организми напълно да асимилират този химичен елемент, той трябва да бъде прехвърлен в “свързано” състояние. В това състояние азотът е зареден нитратен йон NO3-, в който форма може да се абсорбира от растенията.

Азотният цикъл в природата е невъзможен без процеса на "свързване", тъй като разделянето на молекулата N ₂ дава възможност да се поддържат различни жизнени процеси на нашата планета.

Азотни характеристики

Азотът е безцветен, нетоксичен газ, който най-често се намира в природата в свободно (несвързано) състояние. Това е основната част от атмосферата - почти 80% от нея е заета от молекулярна материя. В своята молекулярна форма азотът е безполезен за живата природа - при нормални условия молекулите му реагират химически само с литий. Но значението на азота в природата на биосферата е трудно да се надценява. Това вещество е неразделна част от всяка, дори най-простата протеинова молекула. Но протеинът е съществен елемент от всички живи организми.

Как е цикълът

Азотният цикъл в природата всъщност е верига от затворени взаимосвързани пътеки, през които азотът циркулира в биосферата на Земята. В природата различни микроорганизми са основният доставчик на този свързан елемент. Това е благодарение на микроскопичните работници от 90 до 140 милиона тона азотен йон отива в необходимото условие за биосферата.

Наличието на азот в природата до голяма степен се дължи на жизнената активност на бактериите и водораслите. Цикълът N ₂ в природата произхожда от дейностите на различни микроорганизми, които извличат азот от разпадащите се отпадъци. Една част от елемента се превръща в молекули, необходими за съществуването на тези микроорганизми. Другата част се освобождава под формата на амониеви йони и амонячни молекули. Различни видове бактерии превръщат азота от тези вещества в нитратна форма. Азотните съединения под формата на тор се абсорбират от растенията и чрез тях животните. След смъртта на организма, микроелементът се връща в почвата, за да възстанови цикъла на азота в природата. Потокът от азот е показан по-долу.

По време на цикъла, N2 може да бъде включен в неорганични седименти или да се освободи в резултат на активността на определени бактерии. Освен това, вулканични изригвания работата на гейзерите увеличава дела на това вещество в земната атмосфера.

Използване на азот в селското стопанство

Торене на земята с азотни съединения в размер на - килограм тор на хектар земя, можете да увеличите добива зърнени култури с няколко процента.
В селското стопанство под формата на култура се носи азот в размер на 1 милион тона, а азотните торове се използват в два пъти по-малко. Въпреки високата рентабилност на използването на минерални торове, нуждите на растенията в това вещество се покриват изкуствено само с 20-25%. Останалата част от него се извлича от почвата чрез биологична фиксация (естествени торове). По-нататъшното увеличаване на добива ще зависи само от рационалното използване на оборски тор, увеличаване на производството на минерални торове и ефективното използване на "биологичен" (произведен от микроорганизми) свързан азот.

Използването на азот в промишлеността

Азотът се използва в промишлеността. Повечето от синтезираните вещества се дължат на производството на амоняк, на взривни системи, на различни багрила. Използва се в преработващата промишленост - например при преработката на кокс. Свойствата на азота са широко известни и взети под внимание при производството на различни хранителни добавки. Течният азот е отличен хладилен агент и се използва широко за замразяване на храна. Но все още основният начин да го използвате е производството на минерални торове.

Най-известните бактерии, които превръщат азота, се намират в клубените на бобовите растения. Благоприятните свойства на азота спомагат за подобряване на плодородието на почвата: на полето първо сеят леща, грах или боб, след което растенията се орат в земята. След това на този обект се отглеждат други култури, които могат да използват азот като естествен тор.

Минерални торове

Но естественият азот, подходящ като тор, не беше достатъчен, за да поддържа добивите. И хората започнаха да използват минерални торове, включително свързан азот. Технологията за свързване на азота в индустриален мащаб е открита от германски военни учени в навечерието на Първата световна война. След това беше разработена схема за производство на амоняк за нуждите на отбранителната промишленост. След като подобриха технологията, учените измислиха надеждна схема за производство на фиксиран азот за селското стопанство. Сега фермерите използват повече от 80 милиона тона фиксиран азот за отглеждане на хранителни култури.

Азот, свързан с естествен материал

Изненадващо, известно количество атмосферен азот е свързано по време на гръмотевична буря. Светкавиците се появяват много по-често, отколкото се смята. В рамките на 10 секунди около петстотин светкавици в света. Изхвърлянето на електричество затопля атмосферата около себе си, азотът се комбинира с кислорода. Има реакция на изгаряне на азот, на изхода на която се получават различни видове азотни съединения с кислород. Това е доста красива форма на азотна фиксация, но отделя само около 10 милиона тона годишно.

Изкуствен свързан азот

Както беше написано по-горе, основният източник на азот са минералните торове, които се използват широко в селското стопанство в повечето страни по света. Изгарянето на всички видове изкопаеми горива (въглища, газ, нефтени деривати) също води до свързването на свободния азот. В допълнение към директното изгаряне, по време на експлоатацията на двигатели и електрически генератори се появява и топлина, необходима за реакцията на азот с кислород. Като цяло, около 20 милиона тона азот, подходящи за биосферата, се произвеждат в рамките на една година.

заключение

Как се среща азотният цикъл в природата? Схемата на това движение може да бъде представена визуално. Например, можем да си представим, че цялата биосфера е два взаимосвързани контейнера. Голям капацитет е наличието на азот в природата главно в хидросферата и атмосферата. Много малък съдържа азот, който е част от живота. Един тесен проход свързва двата контейнера, в които азот по един или друг начин влиза в свързано състояние. В естествената среда именно чрез такива пасажи азотът навлиза в живите организми и става част от него неживата природа след смъртта му.

За сравнително кратък период от време човешка дейност започна да влияе на нивото на N ₂ в естествената среда. Ролята на азота в природата все още не е напълно разбрана. Вече е ясно, че всяка екологична система е способна да усвои само определено количество от това вещество. Излишният азот във всяка екосистема води до прекомерен растеж на растенията, замърсяване на реките и водните басейни. Този проблем се нарича еутрофикация - замърсяване на водорасли. Когато възникне този проблем, водораслите потъмняват резервоара, измествайки конкурентните форми на живот от него. След смъртта на голямо количество водорасли ще са необходими всички кислород, съдържащи се във водата, така че остатъците от растенията да могат да се разпаднат. Рибите, ракообразните и другите животни напускат водните тела, които са бедни на кислород. Водата става заблатена и след няколко години се покрива с кал. Езеро или езеро се превръщат в мъртво блато.

По-нататъшното проучване на азотния цикъл в природата ще помогне да се предотвратят последствията от тези проблеми и да се поддържа баланс между човешката дейност и естествените екосистеми.