nitrogén vizes környezetben
DESCRIPTION
Nitrogén vizes környezetben. Dr. Fórizs István. Nitrogénizotópok gyakorisága. 14 N=99,6% 15 N=0,36% Dúsulási tényező ka = kiindulási anyag, t = termék ε t-ka = (R t /R ka -1)1000 [‰] Ha kicsi a ‘ka’ koncentrációja, vagy kicsi a frakcionáció, akkor ε t-ka ≈ δ t - δ ka. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/1.jpg)
Nitrogén vizes környezetben
Dr. Fórizs István
![Page 2: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/2.jpg)
Nitrogénizotópok gyakorisága14N=99,6%15N=0,36%
Dúsulási tényezőka = kiindulási anyag, t = termék
εt-ka = (Rt/Rka-1)1000 [‰]Ha kicsi a ‘ka’ koncentrációja, vagy kicsi a
frakcionáció, akkor
εt-ka ≈ δt - δka
![Page 3: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/3.jpg)
Biológiai közbenjárás (baktériumok)
• Az élőlények mindig a kisebb energiájú kémiai kötéseket bontják szívesebben (14N).
• Következmény: a produktum izotóposan minding könnyebb, mint a visszamaradó anyag.
• NH4+ → NO3
+ (δ15NNH4> δ15NNO3)
• NO3+ → NH4
+ (δ15NNO3> δ15NNH4)
![Page 4: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/4.jpg)
A 15N eloszlása
![Page 5: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/5.jpg)
Talaj szervesanyag
Növény N
NH4
+ NO3
-Mineralizáció
Asszimiláció
Asszimiláció
Nitrfikációi
Felvtel
é
Felv
tel
é
Elhalá
s
N2
megkötésNH4
+ -, NOkiülepedés
3
NOkilúgzás
3
-
NO2 2, Ndenitrifikáció
Nitrogén körforgás
![Page 6: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/6.jpg)
Átalakulási folyamatokN2 megkötés
• Természetes N2 megkötés 90-130 Tg/év.• Mesterséges N2 megkötés 140 Tg/év.
• Rendszerint elhanyagolható a frakcionáció.
• Távlatok??
![Page 7: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/7.jpg)
Átalakulási folyamatokAsszimiláció
N-tartamú vegyületek (ammónium, nitrit, nitrát) beépülése szerves anyagba
• Biológiai folyamat
• Rendszerint elhanyagolható a frakcionáció.
![Page 8: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/8.jpg)
Átalakulási folyamatokMineralizáció (ammonifikáció)
Szerves N-ből ammónium keletkezik
• Biológiai folyamat
• Rendszerint elhanyagolható a frakcionáció.
![Page 9: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/9.jpg)
Átalakulási folyamatokNitrifikáció
Ammónium átalakulása nitráttá
• Több lépéses biológiai folyamat• Oxidatív (aerób) környezet (pl. talaj)• (Vegyérték -III → +V)• Jó közelítésben: 1 O atom légköri, 2 O atom
vízmolekulából.• Frakcionáció: εNO3-NH4 = -12 — -29‰.• !!Ammónia-szökésnél előfordulhat:
δ15NNO3> δ15NNH4 kezdeti
![Page 10: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/10.jpg)
Átalakulási folyamatokDenitrifikáció
Nitrát redukciója
• Biológiai folyamat (ált. Thiobacillus denitrificans)
• Reduktív környezetNO3
- + 5/4CH2O → 1/2N2 + 5/4HCO3- + 1/4H+ + 1/2H2O
(Egyidejűleg a 13CDIC csökken)
Szerves anyag helyett a Mn2+, Fe2+, szulfid és CH4 is lehet elektron donor.
![Page 11: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/11.jpg)
Nitrát ivóvízben
• Csecsemőknél a „kék halál” okozója lehet.
• Szabvány határozza meg a megengedett maximális mennyiséget.
• Max: 40 mg/L nitrát.
• Vagy 10 mg/L Nnitrát (≈44 mg/L nitrát).
![Page 12: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/12.jpg)
A nitrát izotópos összetétele
![Page 13: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/13.jpg)
Bio-alma
• A helyi zöldséges azt állítja, hogy ő olyan almát árul, ahol a gyümölcsöst csak szerves trágyával kezelték, műtrágyával nem.
• Próbaképpen megmérjük az egyik alma δ15N értékét, +19‰?
• Igazat mondott?
![Page 14: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/14.jpg)
Denitrifikáció
• δR = δR0 + ε ln(C/C0) (ε < 0)
• A δ érték lineáris a koncentráció logaritmusával.
• A vízben N2 többlet keletkezik.
• A δ15N és a δ18O értékek együtt változnak (lineáris kapcsolat, ahol a meredekség 0,5).
• ε15N ≈ -16‰, ε18O ≈ -8‰
![Page 15: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/15.jpg)
Denitrifikáció a δ15N-δ18O diagramon
![Page 16: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/16.jpg)
Denitrifikáció
![Page 17: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/17.jpg)
Szennyezés szikkasztóbólAravena et al. 1993
15Nnitrát értékek
![Page 18: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/18.jpg)
Savas eső hatása a talaj nitrát-forgalmára (Durka et al. 1994)
• Légköri nitrát 18O értéke: 60-73‰.
• Talajban képződött nitrát 18O értéke: 0,8-5,8‰ (mikrobiális nitrát, 1 O atom légkörből, 2 O atom a vízből származik)
![Page 19: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/19.jpg)
Légköri és forrásvíz nitrát
![Page 20: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/20.jpg)
Savas esők hatása
• Az egészséges fenyőerdőben a légköri eredetű nitrát 16-30%-a került a területről távozó forrásvízbe.
• A savasodás következtében pusztuló fenyőerdőben a légköri eredetű nitrát 59-114%-a került a területről távozó forrásvízbe.
![Page 21: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/21.jpg)
C. Kendall 1998
![Page 22: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/22.jpg)
Lakott területen nitrát szennyezésFukuda et al. 2004
• A felszín alatti kemolitoautotróf nitrifikáció (NH4
+ → NO3-) esetében (kísérlet alapján)
1 O atom légköri, 2 O atom vízmolekulából származik:
18Onitrát = 2/318Ovíz + 1/318Olégkör
A valóságban a mért 18O mindig pozitívabb +5—+10‰-kel.
![Page 23: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/23.jpg)
Az eltérés lehetséges okai
• A telítetlen zónában a talajnedvesség párolog (18Ovíz növekszik).
• Kismértékű denitrifikáció.
• Mikrobiális légzés (O2-ből CO2 lesz, a maradék O2 18O értéke növekszik).
• Csapadékkal leülepedő nitrát.
![Page 24: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/24.jpg)
Fukuda et al. 2004
![Page 25: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/25.jpg)
Fukuda et al. 2004
![Page 26: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/26.jpg)
Fukuda et al. 2004
![Page 27: Nitrogén vizes környezetben](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081603/56813bdb550346895da505b8/html5/thumbnails/27.jpg)
KeveredésKeveredés
-5
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10 12
NO3 konc.
15 N
A
B
A komponens
15N = -1 ‰
cNO3 = 10%
B komponens15N = -22 ‰cNO3 = 1%
keveredés: x rész A víz (1-x) rész B víz
keverék = (xcAA + (1-x)cBB)/(xcA + (1-x)cB)