النيتروجين
النيتروجين i, عبارة عن عنصر كيميائي رمزه N ينتمي إلى مجموعة اللافلزات ويوجد في الطبيعة على شكل غاز عديم اللون والطعم والرائحة، ويكون حوالي 78% من حجم هواء الغلاف الجوي، وبالرغم من هذه الكمية الكبيرة إلا أنّ العديد من الكائنات الحية غير قادرة على استخدامه بشكل مباشر، إنّما يجب تحوله إلى أمونيا أو يوريا حتى تتمكن الكائنات الحية من الاستفادة منه، ويطلق على عملية تحول النيتروجين الجوي إلى مركبات قابلة للاستخدام بعملية التثبيت؛ والتي تعتبر جزءاً ضرورياً في دورة النيتروجين، ومن دونها لا تستطيع أي من الكائنات الحية استخدام النيتروجين.
أهمية النيتروجين
- يعتبر ضرورياً لبناء البروتينات التي تبني العضلات.
- يعتبر مهماً للأحماض النووية والإنزيمات وبعض الهرمونات.
- يعتبر من المكوّنات الأساسية في بروتوبلازم الخلية.
- يدخل في تكوين الشعر والصوف والحوافر والعديد من المكوّنات الحيوية في الكائنات الحية.
- يستخدم في صناعة النشادر المستخدم لإنتاج الأسمدة وحمض النيتريك.
- يستخدم في صناعة الفولاذ (الستانلس).
مراحل دورة النيتروجين
دورة النيتروجين هي عبارة عن دورة بين الجو والتربة والماء وحيوانات الأرض ونباتاتها، وتتم بالمراحل الآتية:
- يتم تثبيت النيتروجين الموجود في الهواء والتربة.
- تمتص النباتات النيتروجين بواسطة جذورها.
- تتغذى الحيوانات على النباتات.
- تموت الكائنات الحية (من حيوانات ونباتات) وتتحلل بواسطة البكتيريا وأنواع معينة من الفطريات، وتنتج النشادر الذي يتفكك مرة أخرى بواسطة البكتيريا الهوائية، ويطلق غاز النيتروجين إلى الجو مرة أخرى.
طرق تثبيت النيتروجين
- التثبيت الحيوي: عن طريق البكتيريا العقدية الموجودة في جذور النباتات البقولية، مثل الفول والعدس والحمص، حيث تحول هذه البكتيريا غاز النيتروجين إلى أيون الأمونيوم، ثمّ تحول أنواع أخرى من البكتيريا أيون الأمونيوم إلى أيونات النتريت، من خلال اتحاد الأمونيا مع الأكسجين بعد ذلك تحول بكتيريا أخرى أيونات النتريت إلى نترات؛ وهي المادة التي تمتصها النباتات الخضراء بواسطة جذورها وتستخدمها في بناء المركبات النيتروجينية العضوية.
- التثبيت الجوي: عن طريق الطاقة الهائلة الناتجة عن البرق، حيث تحطم هذه الطاقة الروابط بين جزيئات النيتروجين، وتحول غاز النيتروجين إلى ثاني أكسيد النيتروجين ثمّ إلى النترات التي تنتقل إلى الأرض والتربة مع الأمطار وتستفيد منها النباتات، إلا أنّ كمية النيتروجين التي يتم تثبيتها من خلال هذه الطريقة قليلة جداً مقارنة مع التثبيت الحيوي للنيتروجين.
- التثبيت الصناعي: يتم هذا التثبيت في مصانع الأسمدة الكيميائية، حيث يتم إنتاج المكوّنات الرئيسية للأسمدة النيتروجينة مثل مركبات الأمونيوم أو النترات صناعياً وتستخدم كسماد مباشرة.
الأهمية الحيوية لدورة النيتروجين في النظام البيئي
- توفر النيتروجين اللازم لبناء المواد النيتروجينية الضرورية لتغذية الكائنات الحية، وبناء الإنزيما وبروتوبلازم الخلية، وبعض القواعد النيتروجين في المادة الوراثية وتكاثرها ونقل الصفات الوراثية، وإتمام عمليات الأيض.
- تؤدي إلى ثبات نسبة النيتروجين في الجو، وبالتالي تساعد على عدم انتشار الحرائق في النظام البيئي.
- تلعب دوراً أساسياً في عملية الاتزان البيئي، حيث إنّ أي زيادة في نسبة المركبات النيتروجينية تؤدي إلى حدوث تلوث حيوي.