Kategorie: Chemie Veröffentlicht am: Februar 21, 2014
Pflanzen beziehen ihren Stickstoff nicht direkt aus der Luft. Obwohl Stickstoff das am häufigsten vorkommende Element in der Luft ist, ist jedes Stickstoffatom in der Luft dreifach an ein anderes Stickstoffatom gebunden, um molekularen Stickstoff, N2, zu bilden. Diese Dreifachbindung ist sehr stark und nur schwer zu brechen (zum Brechen chemischer Bindungen ist Energie erforderlich, während Energie nur bei der Bildung von Bindungen freigesetzt wird). Obwohl Stickstoff in der Luft sehr häufig vorkommt, ist es daher für eine Pflanze energetisch ungünstig, das Stickstoffmolekül zu spalten, um die Rohatome zu erhalten, die sie verwenden kann. Die starke Dreifachbindung von N2 macht es für molekularen Stickstoff auch schwierig, mit den meisten anderen Chemikalien zu reagieren. Dies ist einer der Gründe dafür, dass es überhaupt so viel Stickstoff in der Luft gibt. Die Stabilität und Symmetrie des Stickstoffmoleküls macht es außerdem schwierig für verschiedene Stickstoffmoleküle, sich miteinander zu verbinden. Diese Eigenschaft bedeutet, dass molekularer Stickstoff auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlt werden kann, bevor er flüssig wird, was flüssigen Stickstoff zu einer sehr effektiven kryogenen Flüssigkeit macht.
Der Vorgang des Aufbrechens der beiden Atome in einem Stickstoffmolekül wird „Stickstofffixierung“ genannt. Pflanzen erhalten den Stickstoff, den sie benötigen, aus dem Boden, wo er bereits von Bakterien und Archaeen fixiert wurde. Bakterien und Archaeen im Boden und in den Wurzeln einiger Pflanzen haben die Fähigkeit, molekularen Stickstoff aus der Luft (N2) in Ammoniak (NH3) umzuwandeln und dabei die harte Dreifachbindung des molekularen Stickstoffs zu brechen. Solche Organismen werden als „Diazotrophe“ bezeichnet. Von hier aus wandeln verschiedene Mikroorganismen Ammoniak in andere Stickstoffverbindungen um, die für Pflanzen leichter zu verwerten sind. Auf diese Weise erhalten die Pflanzen ihren Stickstoff indirekt aus der Luft über Mikroorganismen im Boden und in bestimmten Pflanzenwurzeln. Man beachte, dass auch Blitze und energiereiche Sonnenstrahlung das Stickstoffmolekül spalten können und somit auch den Stickstoff in der Luft fixieren. Die durch Blitzschlag und Sonneneinstrahlung fixierte Stickstoffmenge ist jedoch unbedeutend im Vergleich zu der durch Diazotrophe im Boden und in den Wurzeln fixierten Menge. In seinem Buch Nitrogen Fixation stellt John Postgate fest,
Die Fixierung von Stickstoff – die Umwandlung von Luftstickstoff in eine für Pflanzen verwertbare Form – ist ein für die weltweite Landwirtschaft grundlegender Prozess. Er entsteht als Folge spontaner, anthropogener und biologischer Aktivitäten. Das Vorhandensein und die Bedeutung der biologischen Komponente sind seit mehr als einem Jahrhundert bekannt, aber die wissenschaftlichen Fortschritte der letzten Jahrzehnte haben unser Verständnis der Natur und der Mechanismen dieses Prozesses grundlegend verändert.
Topics: air, ammonia, atmosphere, diazotroph, nitrogen, nitrogen fixation, plants