Escrito por El ciclo del nitrógeno es uno de los ciclos biogeoquímicos o de nutrientes más importantes de nuestro planeta. ¿Por qué? Porque el nitrógeno es un componente esencial de todos los aminoácidos que forman las proteínas y es un elemento crítico de los ácidos nucleicos, el ADN y el ARN. En resumen, sin nitrógeno, la vida como la conocemos es imposible.
No hay escasez del elemento nitrógeno aquí, constituye el 78-79% de nuestra atmósfera. El nitrógeno de la atmósfera, N2, tiene un triple enlace muy fuerte entre los dos átomos. En condiciones normales, no reacciona con nada y no puede ser utilizado ni por plantas ni por animales.
Para que las plantas puedan hacer uso del nitrógeno, necesitan que el enlace se rompa y se recombine como amoníaco NH3 o NH4 o nitrato NO3. Este proceso se llama arreglar o fijación de nitrogeno.
Como las plantas necesitan nitrógeno fijo y nosotros dependemos directamente, al comer plantas, o indirectamente, al comer animales que han comido plantas, de ellos de por vida, el nitrógeno fijo es fundamental para la vida. El nitrógeno fijo o biológicamente disponible es a menudo el factor limitante para el crecimiento en un ecosistema o jardín.
El ciclo natural del nitrógeno: el papel de las bacterias
La gran mayoría del movimiento del nitrógeno fijo es manejado por bacterias. Hay una intrincada red de estas bacterias en el suelo.
Este diagrama, compilado por el USDA, muestra algunos de los flujos de nitrógeno fijo y no fijado en el suelo.
Bacterias descomponedoras en el ciclo del nitrógeno
Las bacterias descomponedoras mantienen el nitrógeno fijo en el sistema. Aproximadamente 1200 millones de toneladas de nitrógeno fijo se reciclan de un lado a otro a través de ciclos de crecimiento y descomposición en plantas y animales.
Debido a que el nitrógeno fijo es a menudo el nutriente limitante en un ecosistema, la naturaleza recicla cuidadosamente este nutriente a través de los descomponedores. El proceso de descomposición del compost es esencialmente lo mismo: una forma de descomponer los nutrientes y mantenerlos disponibles en una forma amigable para las plantas.
Bacterias fijadoras de nitrógeno en el ciclo del nitrógeno
Las bacterias fijadoras de nitrógeno son capaces de fijar el nitrógeno rompiendo el enlace triple N y recombinándolo para producir compuestos inocuos para las plantas como el amoníaco o los nitratos. Fijan alrededor de 120 millones de toneladas de nitrógeno al año.
Otro grupo importante de bacterias desnitrifica el nitrógeno fijo y lo libera como gas N2. Los desnitrificadores mantienen todo el sistema en equilibrio. Aproximadamente la misma cantidad de nitrógeno se fija y luego no se fija en el sistema natural.
Estas bacterias son vitales para el ciclo de vida del planeta. Muchos viven en una relación simbiótica con las plantas. El maridaje más conocido son las bacterias rizobios con plantas leguminosas. De hecho, el cultivo deliberado de leguminosas en la agricultura contribuye en cierta medida a la cantidad de nitrógeno fijado a lo largo de un año.
Fijación de nitrógeno y rayos
Otro camino natural para la fijación de nitrógeno, uno que falta en el diagrama del USDA, es el de los rayos.
Según el Laboratorio Nacional de Tormentas Severas, los rayos pueden tener entre 100 millones y mil millones de voltios y contienen miles de millones de vatios. Sobrecalienta el aire a temperaturas de hasta 60.000 grados F en cuestión de unas millonésimas de segundo. Este sobrecalentamiento hace que se desarrollen presiones muy altas (de hecho, la presión es lo que causa los truenos).
Las tremendas presiones y la energía de un relámpago son suficientes para romper el triple enlace de nitrógeno. Los átomos liberados quedan libres para unirse con los átomos de hidrógeno y oxígeno en el agua (lluvia) y caen como fertilizantes suaves de nitrato y amonio.
Si bien los científicos discuten sobre la cantidad de nitrógeno fijado, vale la pena señalar que los rayos caen en algún lugar del planeta un promedio de 3 millones de veces al día. La mayoría de los científicos calculan que de esta forma se fijan entre 10 y 20 millones de toneladas de N. Probablemente las primeras formas de vida se basaron en los rayos como fuente de los componentes básicos del nitrógeno.
El impacto del hombre en el ciclo del nitrógeno
Actualmente, mediante un proceso intensivo en energía, logramos fijar alrededor de 100 millones de toneladas de nitrógeno al año, 80 millones de las cuales se utilizan en fertilizantes. El proceso Haber, desarrollado por Fritz Haber en 1909, ha tenido impactos épicos en el planeta.
En el lado positivo, podemos producir más alimentos y, por lo tanto, tener un gran aumento en la población humana. Menos mucho del fertilizante que aplicamos no termina en los cultivos sino en el océano, donde los niveles de nitrógeno son la causa principal de las zonas muertas del océano.
Aún tenemos que dominar el equilibrio. Arreglamos 100 millones de toneladas de nitrógeno, pero todavía no tenemos nada que equilibre la ecuación. En otras palabras, podríamos estar abrumando el ciclo del nitrógeno en el planeta.
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