Stickstoff ist das am häufigsten vorkommende Element in der Atmosphäre unseres Planeten. Etwa 78% der Atmosphäre besteht aus Stickstoffgas (N2).

Stickstoff ist ein entscheidender Bestandteil allen Lebens. Es ist ein wichtiger Bestandteil vieler Zellen und Prozesse wie Aminosäuren, Proteine und sogar unserer DNA. Es wird auch benötigt, um Chlorophyll in Pflanzen herzustellen, das bei der Photosynthese zur Herstellung ihrer Nahrung verwendet wird.

Im Rahmen dieser Lebensprozesse wird Stickstoff von einer chemischen Form in eine andere umgewandelt. Die Umwandlungen, die Stickstoff durchläuft, wenn er sich zwischen der Atmosphäre, dem Land und den Lebewesen bewegt, bilden den Stickstoffkreislauf.

Fixierung

Stickstoff in seiner gasförmigen Form (N2) kann von den meisten Lebewesen nicht verwendet werden. Es muss durch einen Prozess namens Fixierung in eine brauchbarere Form umgewandelt oder ‚fixiert‘ werden. Es gibt drei Möglichkeiten, wie Stickstoff für Lebewesen nützlich sein kann:

• Biologisch: Stickstoffgas (N2) diffundiert aus der Atmosphäre in den Boden, und Bakterienarten wandeln diesen Stickstoff in Ammoniumionen (NH4+) um, die von Pflanzen verwendet werden können. Hülsenfrüchte (wie Klee und Lupinen) werden oft von Landwirten angebaut, weil sie Knötchen an ihren Wurzeln haben, die stickstofffixierende Bakterien enthalten. (Erfahren Sie mehr über diesen Prozess im Artikel Die Rolle des Klees.)
• Durch Blitze: Blitze wandeln atmosphärischen Stickstoff in Ammoniak und Nitrat (NO3) um, die mit Niederschlägen in den Boden gelangen.
• Industriell: Die Menschen haben gelernt, Stickstoffgas in Ammoniak (NH3-) und stickstoffreiche Düngemittel umzuwandeln, um die natürlich fixierte Stickstoffmenge zu ergänzen.

Zersetzung

Pflanzen nehmen Stickstoffverbindungen über ihre Wurzeln auf. Tiere erhalten diese Verbindungen, wenn sie die Pflanzen essen. Wenn Pflanzen und Tiere sterben oder wenn Tiere Abfälle ausscheiden, gelangen die Stickstoffverbindungen in der organischen Substanz wieder in den Boden, wo sie von Mikroorganismen, sogenannten Zersetzern, abgebaut werden. Bei dieser Zersetzung entsteht Ammoniak, das dann den Nitrifikationsprozess durchlaufen kann.

Nitrifikation

Nitrifizierende Bakterien im Boden wandeln Ammoniak in Nitrit (NO2-) und dann in Nitrat (NO3-) um. Dieser Prozess wird Nitrifikation genannt. Verbindungen wie Nitrat, Nitrit, Ammoniak und Ammonium können von Pflanzen aus Böden aufgenommen und dann zur Bildung pflanzlicher und tierischer Proteine verwendet werden.

Denitrifikation

Die Denitrifikation vervollständigt den Stickstoffkreislauf, indem Nitrat (NO3-) wieder in gasförmigen Stickstoff (N2) umgewandelt wird. Denitrifizierende Bakterien sind die Agenten dieses Prozesses. Diese Bakterien verwenden bei der Energiegewinnung Nitrat anstelle von Sauerstoff und setzen Stickstoffgas in die Atmosphäre frei.

Stickstoffverbindungen und mögliche Umweltauswirkungen

Die Landwirtschaft kann für etwa die Hälfte der Stickstofffixierung auf der Erde durch Düngemittel und den Anbau stickstofffixierender Pflanzen verantwortlich sein. Erhöhte Stickstoffeinträge (in den Boden) haben dazu geführt, dass viel mehr Lebensmittel produziert werden, um mehr Menschen zu ernähren – bekannt als ‚die grüne Revolution‘.

Stickstoff, der über den Pflanzenbedarf hinausgeht, kann jedoch aus Böden in Gewässer gelangen. Die Stickstoffanreicherung trägt zur Eutrophierung bei.

Ein weiteres Problem kann bei der Nitrifikation und Denitrifikation auftreten. Wenn der chemische Prozess nicht abgeschlossen ist, kann Lachgas (N2O) gebildet werden. Dies ist besorgniserregend, da N2O ein starkes Treibhausgas ist, das zur globalen Erwärmung beiträgt.

Ein Gleichgewicht der Stickstoffverbindungen in der Umwelt unterstützt das Pflanzenleben und ist keine Bedrohung für Tiere. Nur wenn der Zyklus nicht ausgeglichen ist, treten Probleme auf.

Some common forms of nitrogen