typpi on planeettamme kaasukehän runsain alkuaine. Noin 78% ilmakehästä koostuu typpikaasusta (N2).
typpi on kaiken elämän kannalta ratkaisevan tärkeä komponentti. Se on tärkeä osa monia soluja ja prosesseja, kuten aminohappoja, proteiineja ja jopa DNA. Sitä tarvitaan myös kasvien klorofyllin valmistukseen, jota käytetään fotosynteesissä niiden ravinnon valmistamiseen.
osana näitä elämän prosesseja typpi muuttuu kemiallisesta muodosta toiseen. Muutokset, joita typpi käy läpi liikkuessaan ilmakehän, maan ja elollisten välillä, muodostavat typen kiertokulun.
kiinnittymistä
kaasumaisessa muodossaan olevaa typpeä (N2) eivät useimmat elolliset voi käyttää. Se on muunnettava tai ”kiinteytettävä” käyttökelpoisempaan muotoon ”fixation” – prosessin avulla. Typpi voidaan vahvistaa käyttökelpoiseksi elollisille olennoille kolmella tavalla:
- biologisesti: typpikaasu (N2) diffundoituu ilmakehästä maaperään, ja bakteerilajit muuttavat tämän typen ammoniumioneiksi (NH4+), joita kasvit voivat käyttää. Palkokasvit (kuten apilat ja lupiinit) ovat usein viljelijöiden kasvattamia, koska niiden juurissa on kyhmyjä, jotka sisältävät typpeä sitovia bakteereja. (Lisätietoja tästä prosessista artikkelissa rooli apila.)
- salaman kautta: salama muuttaa ilmakehän typen ammoniakiksi ja nitraatiksi (NO3), jotka tulevat maaperään sateiden mukana.
- teollisesti: ihmiset ovat oppineet muuttamaan typpikaasua ammoniakiksi (NH3-) ja typpipitoisia lannoitteita täydentämään luonnollisesti kiintyneen typen määrää.
hajoaminen
kasvit ottavat typpiyhdisteitä juuriensa kautta. Eläimet saavat näitä yhdisteitä syödessään kasveja. Kun kasvit ja eläimet kuolevat tai kun Eläimet erittävät jätteitä, orgaanisen aineen typpiyhdisteet kulkeutuvat takaisin maaperään, jossa hajottajina tunnetut mikro-organismit hajottavat ne. Tämä hajoaminen tuottaa ammoniakkia, joka voi sitten mennä nitrifikaatioprosessin läpi.
nitrifikaatio
nitrifioivat bakteerit muuttavat maaperässä ammoniakin nitriitiksi (NO2-) ja sitten nitraatiksi (NO3-). Tätä prosessia kutsutaan nitrifikaatioksi. Kasvit voivat ottaa maaperästä nitraattia, nitriittiä, ammoniakkia ja ammoniumyhdisteitä, joita sitten käytetään kasvi-ja eläinproteiinien muodostamisessa.
denitrifikaatio
denitrifikaatio täydentää typpikierron muuntamalla nitraatin (NO3-) takaisin kaasumaiseksi typeksi (N2). Denitrifioivat bakteerit ovat tämän prosessin aineita. Nämä bakteerit käyttävät nitraattia hapen sijaan saadakseen energiaa vapauttaen typpikaasua ilmakehään.
typpiyhdisteet ja mahdolliset ympäristövaikutukset
maatalous voi olla vastuussa noin puolesta typensidonnasta maapallolla lannoitteiden ja typpeä sitovien kasvien viljelyn avulla. Lisääntynyt typen syöttö (maaperään) on johtanut paljon enemmän ruokaa tuotetaan ruokkia enemmän ihmisiä – tunnetaan ”vihreä vallankumous”.
kasvintarvetta suurempi typpi voi kuitenkin huuhtoutua maaperästä vesistöihin. Typen rikastus edistää rehevöitymistä.
nitrifikaation ja denitrifikaation aikana voi esiintyä toinenkin ongelma. Kun kemiallinen prosessi ei ole valmis, voi muodostua typpioksiduulia (N2O). Tämä on huolestuttavaa, sillä N2O on voimakas kasvihuonekaasu, joka edistää ilmaston lämpenemistä.
ympäristön typpiyhdisteiden tasapaino tukee kasvien elämää eikä ole uhka eläimille. Ongelmia syntyy vasta, kun kierre ei ole tasapainossa.
Some common forms of nitrogen
|
Name |
Form |
Symbol |
|---|---|---|
|
Gaseous dinitrogen (commonly known as nitrogen gas) |
Unreactive Inorganic |
N2 |
|
Ammonia (gas) |
Reactive Inorganic |
NH3 |
|
Ammonium ion |
Reactive Inorganic |
NH4+ |
|
Nitric oxide |
Reactive Inorganic |
NO |
|
Nitrous oxide |
Reactive Inorganic |
N2O |
|
Nitrogen dioxide |
Reactive Inorganic |
NO2 |
|
Nitrite |
Reactive Inorganic |
NO2- |
|
Nitrate |
Reactive Inorganic |
NO3- |
|
Urea |
Reactive Inorganic |
CO(NH2)2 |
|
orgaaniset muodot ovat hyvin monimuotoinen ryhmä typpeä sisältäviä orgaanisia molekyylejä, mukaan lukien yksinkertaisista aminohapoista suuriin kompleksisiin proteiineihin ja nukleiinihappoihin elävissä organismeissa ja humusyhdisteistä maaperässä ja vedessä typen reaktiiviset orgaaniset muodot |
lukuisia, tyypillisesti r-NH2 |
tieteen luonne
tutkijat tekevät havaintoja ja kehittävät selityksiään päättelyn, mielikuvituksen ja luovuuden avulla. Usein he käyttävät malleja auttaakseen muita tiedemiehiä ymmärtämään teorioitaan. Typen syklikaavio on esimerkki selittävästä mallista. Kaaviot osoittavat tiedemiesten tarvitseman luovuuden käyttääkseen havaintojaan mallien kehittämiseen ja selitystensä välittämiseen muille.
toimintaidea
opiskelijat voivat nauttia typpikierron komponenttien kokeilemisesta opiskelijatoiminnassa, Nitrifikaatiossa ja denitrifikaatiossa.
hyödyllinen linkki
Katso, miten maataloudesta johtuva typen huuhtoutuminen on lisääntynyt ajan myötä Uudessa-Seelannissa.