الأثر البشري على دورة النيتروجين
عودة للموسوعةالأثر البشري على دورة النيتروجين متباين. تتجاوز مدخلات النيتروجين (N) الزراعي والصناعي في البيئة حاليًا مدخلات تثبيت النيتروجين الطبيعي. تغيرت دورة النيتروجين العالمية بشكل ملحوظ على مدى القرن الماضي نتيجة للمدخلات بشرية المنشأ. زادت الكسور المولية من أكسيد النيتروس (N2O) في الغلاف الجوي من قيمة تبلغ قرابة 270 نانومول/مول قبل عصر الصناعة إلى نحو319 نانومول/مول في عام 2005. تشكل الأنشطة البشرية مصدرًا لأكثر من ثلث انبعاثات أكسيد النيتروس، والتي يُعزى معظمها إلى القطاع الزراعي. تهدف هذه الموضوعة إلى إجراء استعراض موجز لتاريخ مدخلات عمليات خلق النيتروجين، والإحاطة بآثار مدخلات النيتروجين على أنظمة بيئية برية ومائية مختارة.
تاريخ مدخلات النيتروجين بشرية المنشأ
يشكل غاز النيتروجين (N2) نحو78% من الغلاف الجوي للأرض، وهومركب خامل وغير متاح بيولوجيًا لمعظم الكائنات الحية. ليتسنى استخدام غاز النيتروجين في معظم العمليات البيولوجية، يجب تحويله إلى النيتروجين التفاعلي، والذي يضم أشكالًا مختزلة غير عضوية (الأمونيا والأمونيوم)، وأشكالًا مؤكسدة غير عضوية (أكسيد النيتريك، وثنائي أكسيد النيتروجين، وحمض النيتريك، وأكسيد النيتروس، والنترات)، ومركبات عضوية (اليوريا، والأمين، والبروتينات). يمتلك غاز النيتروجين رابطة ثلاثية قوية، وبالتالي يستلزم تحويله إلى النيتروجين التفاعلي كمية كبيرة من الطاقة (226 كيلوكالوري مول-1). قبل العمليات الصناعية ، كانت الإشعاعات الشمسية وعمليات التفريغ الكهربائية المصادر الوحيدة لمثل هذه الطاقة. تُحول بعض البكتيريا والبكتيريا الزرقاء غاز النيتروجين الجوي إلى الأمونيا باستخدام كمية كبيرة من الطاقة الاستقلابية وإنزيم نيتروجيناز، وهي عملية تُعهد باسم التثبيت البيولوجي للنيتروجين. تمثل عمليةُ هابر-بوش التماثليةَ البشريةَ للتثبيت البيولوجي للنيتروجين، إذ يتفاعل فيها غاز الهيدروجين مع غاز النيتروجين في الغلاف الجوي عند درجات حرارة وضغوط عالية لإنتاج الأمونيا. وفي النهاية، يتحول غاز النيتروجين إلى أكسيد النيتريك بواسطة طاقة البرق، والتي لا تكاد تُذكر في الأنظمة البيئية المعتدلة الحالية، أوعن طريق احتراق الوقود الأحفوري.
كان التثبيت البيولوجي للنيتروجين الطبيعي والناشئ بعمل الزراعة (على سبيل المثال، زراعة المحاصيل البقلية) والمواد العضوية المدمجة المصادر الوحيدة للنيتروجين للإنتاج الزراعي حتى عام 1850. قرب نهاية القرن، جرى حصاد النيتروجين التفاعلي من رواسب ذرق الطيور ونترات الصوديوم وتصديرها من جزر المحيط الهادئ القاحلة وصحاري أمريكا الجنوبية. في أواخر عشرينيات القرن العشرين، استُخدمت العمليات الصناعية المبكرة، وإن كانت غير كافية، لإنتاج الأمونيا. أصبحت عملية هابر-بوش أكبر مصدر للأسمدة النيتروجينية بعد خمسينيات القرن العشرين بعمل الجهود التي بذلها جميع من فريتز هابر وكارل بوش، وحلت محل التثبيت البيولوجي للنيتروجين مصدرًا رئيسيًا لإنتاج الأمونيا. في الفترة الممتدة بين عامي 1890 و1990، ازداد النيتروجين التفاعلي الناجم عن الأنشطة البشرية نحوتسعة أضعاف. خلال هذا الوقت، تضاعف عدد السكان أكثر من ثلاثة أضعاف، ويُعزى ذلك جزئيًا إلى زيادة الإنتاج الغذائي.
منذ اندلاع الثورة الصناعية، أصبح احتراق الوقود الأحفوري مصدرًا إضافيًا لمدخلات النيتروجين الناتج عن الأنشطة البشرية، وهوما يُستخدم في إطلاق الطاقة (على سبيل المثال لتشغيل السيارات). عند احتراق الوقود الأحفوري، توفر درجات الحرارة والضغط المرتفعان الطاقة اللازمة لإنتاج أكسيد النيتريك من أكسدة غاز النيتروجين. بالإضافة إلى ذلك، عند استخراج الوقود الأحفوري وحرقه، قد يتحول النيتروجين الأحفوري إلى تفاعلي (أي انبعاثات أكاسيد النيتروجين). خلال سبعينيات القرن العشرين، بدأ الفهماء يدركون حتى مدخلات النيتروجين تتراكم في البيئة وتؤثر على الأنظمة البيئية.
متوسط الانبعاثات المُحمّضة (تلوث الهواء) لأغذية مختلفة لكل 100 غرام من البروتين
| الانبعاثات المُحمّضة (غرام مكافئ من ثنائي أكسيد الكبريت لكل 100 غرام بروتين) | أنواع الغذاء |
| 343.6 | لحم البقر |
| 165.5 | الجبن |
| 142.7 | لحم الخنزير |
| 139.0 | لحم الضأن والخروف |
| 133.1 | القشريات |
| 102.4 | الدواجن |
| 65.9 | الزراعة المائية |
| 53.7 | البيض |
| 22.6 | الفولاوات |
| 8.5 | البازلاء |
| 6.7 | التوفو |
انظر أيضًا
- حدود كوكبية
مراجع
- ↑ Galloway, J. N.; Aber, J. D.; Erisman, J. N. W.; Seitzinger, S. P.; Howarth, R. W.; Cowling, E. B.; Cosby, B. J. (2003). "The Nitrogen Cascade". BioScience. 53 (4): 341. doi:10.1641/0006-3568(2003)053[0341:TNC]2.0.CO;2.
- ^ Alley et al. 2007. IPCC Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I in the Third Assessment Report of Intergovernmental Panel on Climate Change. Report Summary for Policy Makers (SPM) نسخة محفوظة 2011-07-16 على مسقط واي باك مشين..
- ^ Schlesinger, W. H. 1997. Biogeochemistry : An analysis of global change, San Diego, CA.
- ↑ Smil, V. 2001. Enriching the earth : Fritz Haber, Carl Bosch, and the transformation of world food production. MIT Press, Cambridge, MA.
التصنيفات: تأثير الإنسان على البيئة, دورات بيئية, علم التربة, نيتروجين, قالب أرشيف الإنترنت بوصلات واي باك, مقالات يتيمة منذ فبراير 2020, جميع المقالات اليتيمة, جميع المقالات التي بحاجة لصيانة, بوابة ماء/مقالات متعلقة, بوابة طبيعة/مقالات متعلقة, بوابة الكيمياء/مقالات متعلقة, بوابة علم البيئة/مقالات متعلقة, جميع المقالات التي تستخدم شريط بوابات
