Der globale Stickstoffkreislauf: Auswirkungen auf menschliche Gesundheit und Umwelt

Einleitung

Stickstoff ist der Eckpfeiler von Strukturen wie Aminosäuren, DNA und RNA und macht ihn zentral für die Existenz von Leben. Der globale Stickstoffkreislauf umfasst die Reise von Stickstoff durch die Sphären und seine Interaktionen mit der Umwelt; von Luft und Wasser über Boden und Mikroben bis hin zu Pflanzen und Tieren und Menschen. Menschen leisten erhebliche Beiträge zu einem Stickstoffkreislauf, der jetzt aus dem Gleichgewicht geraten ist, und die Menschen erleben den Gegenreaktion, da Luft und Wasser kontaminiert werden.

Menschlicher Beitrag zum Stickstoffkreislauf

Als Wissenschaftler den mühsamen Haber-Bosch-Prozess entwickelten, wurde es möglich, die Natur nachzuahmen und Stickstoff in Ammoniak umzuwandeln, das als Dünger für den Boden verwendet wird, von dem der größte Teil ins Grundwasser sickert. Dieser Prozess allein fügt dem globalen Kreislauf jährlich etwa 80 Megatonnen Stickstoff hinzu. Die Hauptenergiequelle für Menschen sind immer noch fossile Brennstoffe, die über 20 Megatonnen Stickstoffverbindungen wie Lachgas in die Atmosphäre als Treibhausgase freisetzen.

Stickstoff im Wasser

Der von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) festgelegte Trinkwasserstandard für die Stickstoffverbindung Nitrat von 45 mg pro Liter wird im Allgemeinen überschritten; selbst in den USA gilt bis zu 20 Prozent des Grundwassers als durch Düngemittel und Viehzucht kontaminiert. Nitrate sind potenziell krebserregend, und Werte unter dem WHO-Standard stehen in Zusammenhang mit Krebsarten wie nicht-Hodgkin-Lymphom sowie Blasen- und Eierstockkrebs. Nitrate werden mit anderen reproduktiven Erkrankungen in Verbindung gebracht, insbesondere Methämoglobinämie oder Blau-Säugling-Syndrom, das oft fälschlich diagnostiziert wird.

Stickstoff in der Luft

Schädliche Stickoxide, die in der unteren Atmosphäre verweilen, tragen zur Bildung von Ozon bei, das die menschliche Lunge auskleidet und Atemwegserkrankungen wie Asthma und reaktive Atemwegserkrankungen (RAD) verursacht. Das Einatmen reaktiven Stickstoffs wird auch mehreren kardiopulmonalen Erkrankungen, Krebsarten und der Anfälligkeit für Humane Rhinoviren zugeschrieben. Regelmäßige hohe Exposition könnte tödlich sein, da fast zwei Millionen Menschen aus Entwicklungsländern jedes Jahr an stickstoffbedingter Luftverschmutzung sterben.

Indirekte Auswirkungen

Stickstoffverbindungen in Luft und Wasser übertragen sich auf Land- und Wasserökosysteme. Dies hat nachgeschaltete Auswirkungen auf menschliche Krankheiten wie Malaria und West-Nil-Virus, da der Mückenlebenszyklus von Stickstoff beeinflusst wird. Schalentiere, die sich von schädlichen Algen ernähren, die aufgrund von überschüssigem Stickstoff gedeihen, führen zu Lebensmittelvergiftungen und sogar zu neurologischen oder Lähmungsstörungen. Bakterien, die die wasserbedingte Krankheit Cholera verursachen, werden ebenfalls mit erhöhtem Stickstoff in Verbindung gebracht.