Was ist die Stickstoffkaskade?
<p>Im Baustein "Reaktiver Stickstoff" des UBA-Umweltatlas erfahren Sie, was reaktiver Stickstoff ist, wie er entsteht und warum er in Deutschland zu schwerwiegenden Problemen für Umwelt und Gesundheit führt. Außerdem zeigen wir Ihnen, was die Politik unternimmt, um die Situation zu verbessern, und geben Ihnen Tipps, wie Sie selbst Ihren Stickstoff-Fußabdruck verkleinern können.</p><p>In der Rubrik „Gestatten? Reaktiver Stickstoff!“ stellen wir Ihnen die wichtigsten Stickstoff-Verbindungen vor und informieren Sie über die natürlichen und die vom Menschen beeinflussten Pfade von Stickstoff in der Umwelt.</p>
Ist der Stickstoff einmal reaktiv geworden und in den Stickstoffkreislauf eingetreten, kann er dort sehr lange verbleiben. Das Stickstoffatom geht dabei laufend unterschiedliche Bindungen ein und entfaltet seine Wirkungen in den unterschiedlichen Umweltbestandteilen Luft, Boden, Wasser, Vegetation und Fauna – hierzu zählen wir auch den Menschen – und an verschiedenen Orten. Dieses Phänomen wird Stickstoffkaskade genannt (Galloway et al. 2003). Folgen Sie als Beispiel dem Weg des Stickstoffatoms vom Auspuff bis ins Gewässer.
Emission
Stickstoffoxide (NOx) aus dem Verbrennungsprozess gelangen als Abgase aus dem Auspuff in die Luft. So auch das Stickstoff-Atom, dem wir folgen wollen. NOx können in Atemwegen zu Entzündungsreaktionen führen.
Bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Kfz-Motor bilden sich Stickstoffoxide (NOx). Sie sind Teil der Abgase, die aus dem Auspuff ausgestoßen werden. So auch unser Stickstoff-Atom. Stickstoffoxide können in Atemwegen zu Entzündungsreaktionen führen.
Transport
Der Wind transportiert das Stickstoff-Atom als Teil eines Stickstoffmonoxid-Moleküls (NO) weg vom Emissionsort. Abseits der Straße kann es bei intensiver Sonneneinstrahlung zusammen mit anderen Luftschadstoffen bodennahes Ozon (O3) bilden. O3 kann Augen, Lunge und Atemwege reizen und das Gewebe von Pflanzen schädigen.
Das Stickstoff-Atom wird als Teil eines Stickstoffmonoxid-Moleküls (NO) vom Wind weitertransportiert. Abseits der Straße kann es zusammen mit anderen Luftschadstoffen dazu beitragen, dass sich bei intensiver Sonneneinstrahlung bodennahes Ozon (O3) bildet. Ozon hat eine Reizwirkung auf Augen, Lunge und Atemwege. Außerdem schädigt es das Gewebe von Pflanzen.
Stickstoffeintrag
Das Stickstoffmonoxid-Molekül (NO) mit unserem Stickstoff-Atom kann sich mit Luftsauerstoff (O2) oder mit Ozon (O3) zu Stickstoffdioxid (NO2) verbinden. In einem Regenschauer reagieren NO2, Sauerstoff und Wasser zu Salpetersäure (HNO3) und regnen in einem Waldstück als saurer Regen ab. Der niedrige pH-Wert des Regens kann den Waldboden versauern und die Pflanzen schädigen.
Das Stickstoffmonoxid-Molekül (NO) mit unserem Stickstoff-Atom kann sich aber auch mit dem Luftsauerstoff (O2) oder mit Ozon (O3) zu Stickstoffdioxid (NO2) verbinden. Nun gerät es bei der weiteren Reise in einen Regenschauer. Sauerstoff und Wasser reagieren mit dem Stickstoffdioxid zu Salpetersäure (HNO3). In einem Salpetersäure-Molekül eingebaut regnet das Atom, dem wir folgen, in einem Waldstück als saurer Regen ab. Der niedrige pH-Wert des Regens kann den Waldboden versauern und die Pflanzen schädigen.
Eutrophierung im Boden
Aus der Salpetersäure bildet sich ein Nitrat-Ion (NO3-), das zu einem Nährstoffüberangebot im Waldökosystem beiträgt. Das Nitrat-Ion sickert mit dem Regenwasser in den Boden ein. Weil zu viel Nährstoffe im Boden sind, wird es dort weder von Pflanzenwurzeln aufgenommen noch gespeichert, sondern ins Grundwasser ausgewaschen. Grundwasser, das zu viel Nitrat enthält, muss aufwändig aufbereitet werden, bevor man es als Trinkwasser nutzen kann.
Aus der Salpetersäure bildet sich ein Nitrat-Ion (NO3-), das mit zu einem Nährstoffüberangebot in dem Waldökosystem führen kann. Das Nitrat-Ion sickert mit dem Regenwasser in den Boden ein. Weil zu viel Nährstoffe im Boden sind, wird es dort weder von Pflanzenwurzeln aufgenommen noch gespeichert, sondern ins Grundwasser ausgewaschen. Die Wirkungen von Nitraten in Grundwasser-Ökosystemen kennen wir kaum. Trinkwasser darf aber aus gesundheitlichen Gründen nur wenig Nitrat enthalten. Grundwasser, das zu viel Nitrat enthält, muss daher aufwändig aufbereitet werden, bevor man es als Trinkwasser nutzen kann.
Eutrophierung in Gewässern
Das Regenwasser spült das Nitrat-Ion in den nahegelegenen Bach. Ist dort auch genügend Phosphor vorhanden, lässt es die Wasserpflanzen schneller wachsen. Im Wasser gelöst oder als organische Stickstoffverbindung im Blattgrün einer Pflanze eingebaut, die von der Strömung mitgerissen wird, gelangt das Atom in den nächsten Fluss und anschließend ins Meer. Hier wird die Wasserpflanze zersetzt und der organische Stickstoff (Norg) trägt zur Überdüngung des Meeres bei.
Das Nitrat-Ion kann aber auch mit dem Regenwasser in den nahegelegenen Bach gespült werden. Das Wasser nimmt das Nitrat-Ion mit auf seine Reise zunächst in den nächsten Fluss und schließlich bis ins Meer. Dort nimmt eine Alge das Nitrat-Ion auf und "verbaut" es in ihrem Blattgrün. Als Teil der Pflanze ist es nun eine organische Stickstoffverbindung (Norg). Die Alge stirbt ab und wird zersetzt. Der organische Stickstoff der Pflanze wird weiterverwendet und trägt zur Überdüngung des Meeres bei.