Neue Entdeckung Gestein setzt Stickstoff frei

Stickstoff ist ein wichtiger Baustein des Lebens. Bisher dachte man, dass er vor allem aus der Atmosphäre stammt. Doch nun haben Forscher entdeckt: Große Mengen werden durch Verwitterung freigesetzt.

Gesteinsformationen in Borneo
DPA/ Paul White

Gesteinsformationen in Borneo


Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff - doch noch ein weiteres Element gilt als unentbehrlich, damit Leben auf der Erde entstehen konnte: Stickstoff. Bei der Stickstoffbilanz der Erde standen Forscher allerdings vor einem Rätsel: Bisher ging man davon aus, dass das Element, das ständig in Ökosystemen der Erdoberfläche - etwa in Pflanzen und Böden - eingelagert wird, aus der Atmosphäre stammt. Sie besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff. Meteoriten sollen das Element einst auf die Erde gebracht haben.

Nun haben US-Forscher eine weitere Quelle gefunden: Gestein. Darin seien große Stickstoffmengen gebunden, diese würden durch Verwitterung freigesetzt. "Das wusste man so nicht", sagt Sönke Zaehle vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena. "Das trägt zum Verständnis des Erdsystems bei."

Das Team um Ben Houlton von der University of California in Davis hatte in den Klamath Mountains in Nordkalifornien einen Zusammenhang zwischen dem Stickstoffgehalt im Felsgestein und dem der umliegenden Bäume festgestellt. Durch Berechnungen und Modelle, die sie nun in der Fachzeitschrift "Science" vorstellten, bestimmten die Forscher nun, wie viel Stickstoff je nach Gesteins- und Landschaftstyp freigesetzt wird.

Forscher der University of California bei der Studie
DPA/ Scott Morford

Forscher der University of California bei der Studie

Demnach setzt Verwitterung pro Jahr weltweit zwischen 19 und 31 Millionen Tonnen Stickstoff frei. Damit würde bis zu 26 Prozent der Stickstoffmenge, die in vorindustrieller Zeit zirkulierte, aus Gestein stammen, schreiben sie. Heute wären es - wegen hoher Stickstoffemissionen durch Verkehr und Industrie - bis zu 16 Prozent. "Unsere Studie zeigt, dass Stickstoffverwitterung eine weltweit bedeutende Quelle von Nährstoffen für Böden und Ökosysteme ist", wird Houlton in einer Mitteilung seiner Universität zitiert.

Der Studie zufolge schwankt der Stickstoffgehalt je nach Gesteinsart stark. Demnach enthält Sedimentgestein, das einen Großteil der Erde bedeckt, pro Kilogramm etwa 500 bis 600 Milligramm Stickstoff, andere Gesteinstypen dagegen unter 100 Milligramm. Ob der Stoff tatsächlich freigesetzt wird, hängt aber von der Verwitterung ab. Diese variiert etwa je nach Struktur des Gesteins, Relief und Klima.

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Hohe Verwitterungsraten gibt es demnach in Gebirgsregionen wie Anden, Himalaya oder Alpen, ähnlich auch in Alaska und Nordkanada oder im Norden von Russland. Dagegen wird in Afrika, Australien und vielen tropischen und subtropischen Regionen nur wenig Stickstoff frei.

Diese Kalkulationen sind auch wichtig zu Prognosen zum Klimawandel, da Stickstoff das Wachstum von Pflanzen ankurbelt und somit bei der Aufnahme des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) eine Rolle spielt.

Friedhelm von Blanckenburg vom Geoforschungszentrum Potsdam, der nicht an der Studie beteiligt war, sieht ein neues Paradigma. "Die Forscher stellen einen bisher nicht bekannten Mechanismus vor, mit dem Gesteine - und nicht nur die Atmosphäre - Ökosysteme wie etwa Wälder mit Stickstoff ernähren".

Autor Houlton meint: "Die Geologie könnte kontrollieren, welche Systeme Kohlendioxid aufnehmen können und welche nicht." Sein Team glaube, dass dieser Stickstoff Wald und Grasland erlaube, mehr CO2 aus Emissionen einzulagern als bisher gedacht.

Von Walter Willems, dpa/joe



insgesamt 9 Beiträge
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Seite 1
permissiveactionlink 09.04.2018
1. Drängt sich eigentlich irgendwie auf.
Wenn Lebewesen absterben und sedimentieren, gelangt natürlich auch Stickstoff ins Gestein, das danach schnell in anorganische Ammoniumsalze oder Nitrate umgewandelt wird. Durch Erosion wird dann nach Äonen wieder Stickstoff "frei" allerdings nicht als N2-Gas, sondern als wasserlösliche Salze (s.o.). Dort, wo die Konzentration dieser Salze hoch ist, können sie (meist mit freundlicher Hilfe von Mykorrhiza-Pilzen) über die Wurzeln aufgenommen werden. Das erklärt die Korrelation. Man sollte aber nicht vergessen, dass der Löwenanteil der löslichen Stickstoffverbindungen durch Lebewesen produziert wird : Nur Bakterien sind in der Lage, Stickstoff aus der Luft zu "fixieren", d.h. dieses Element in verfügbare lösliche Form zu verwandeln. An Land tun das die Rhizobien oder Knöllchenbakterien genannten Prokaryonten in speziell von den Pflanzen ( bes. Fabaceae = Hülsenfrüchtler) dafür bereitgestellten Organen, den "Knöllchen", unter Nutzung eines Sauerstoffempfindlichen Enzyms, der Nitrogenase. Im Meer erfolgt die Stickstofffixierung in erster Linie durch Cyanobakterien ("Blaualgen"). Die Menschheit ist dank des sogenannten Haber-Bosch-Verfahrens in der Lage, Stickstoff großtechnisch zu fixieren, für die Landwirtschaft, die chemische Industrie und für Sprengstoffe aller Art. Aber ohne die Fähigkeiten der Bakterien zur N2-Fixierung würden die Biosysteme schnell zusammenbrechen. Als Ergänzung sei noch darauf hingewiesen, dass die Biochemie auf den Big Six beruht : Neben Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff gehören noch Schwefel (Aninosäuren Cystein und Methionin) und Phosphor (Energiestoffwechsel !, DNA) unbedingt dazu.
noalk 09.04.2018
2. Industrie und Verkehr setzen Stickstoff frei?
Nach meiner Kenntnis stammt dieser Stickstoff aus der Luft. Da kann man wohl nicht von Freisetzen reden. Oder sind mit "Stickstoff" Stickstoffverbindungen wie Ammoniak und Nitrat/nitrose Gase gemeint? Dann sollte das auch so formuliert werden.
helmut.alt 09.04.2018
3. Dieser Artikel enthält keine wissenschaftliche Aussage
und verwirrt mehr als er informiert. Stickstoff ist ein sog. Inertgas, d.h. es geht nur sehr schwer chemische Verbindungen ein. Beispiele sind Gewitter, bei denen weltweit etwa 3 Millionen Tonnen des verpönten NOx pro Jahr entstehen. Spezielle Pflanzen,Leguminosen, wie z. B. Klee, können den Luftstickstoff binden und daraus letztlich Aminosäuren und Proteine aufbauen. Mit Stickstoff selbst können Lebewesen nichts anfangen, es ist ein Luftverdünner, sonst nichts. Ich kenne keine Mineralien, die beim Zerfall in nennenswertem Umfang Stickstoff liefern würden,, ganz einfach auch deshalb weil es kaum stickstoffhaltige Mineralien gibt. Silikate und Carbonate enthalten keinen Stickstoff.
günter1934 09.04.2018
4.
Zitat von permissiveactionlinkWenn Lebewesen absterben und sedimentieren, gelangt natürlich auch Stickstoff ins Gestein, das danach schnell in anorganische Ammoniumsalze oder Nitrate umgewandelt wird. Durch Erosion wird dann nach Äonen wieder Stickstoff "frei" allerdings nicht als N2-Gas, sondern als wasserlösliche Salze (s.o.). Dort, wo die Konzentration dieser Salze hoch ist, können sie (meist mit freundlicher Hilfe von Mykorrhiza-Pilzen) über die Wurzeln aufgenommen werden. Das erklärt die Korrelation. Man sollte aber nicht vergessen, dass der Löwenanteil der löslichen Stickstoffverbindungen durch Lebewesen produziert wird : Nur Bakterien sind in der Lage, Stickstoff aus der Luft zu "fixieren", d.h. dieses Element in verfügbare lösliche Form zu verwandeln. An Land tun das die Rhizobien oder Knöllchenbakterien genannten Prokaryonten in speziell von den Pflanzen ( bes. Fabaceae = Hülsenfrüchtler) dafür bereitgestellten Organen, den "Knöllchen", unter Nutzung eines Sauerstoffempfindlichen Enzyms, der Nitrogenase. Im Meer erfolgt die Stickstofffixierung in erster Linie durch Cyanobakterien ("Blaualgen"). Die Menschheit ist dank des sogenannten Haber-Bosch-Verfahrens in der Lage, Stickstoff großtechnisch zu fixieren, für die Landwirtschaft, die chemische Industrie und für Sprengstoffe aller Art. Aber ohne die Fähigkeiten der Bakterien zur N2-Fixierung würden die Biosysteme schnell zusammenbrechen. Als Ergänzung sei noch darauf hingewiesen, dass die Biochemie auf den Big Six beruht : Neben Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff gehören noch Schwefel (Aninosäuren Cystein und Methionin) und Phosphor (Energiestoffwechsel !, DNA) unbedingt dazu.
Vor den Bakterien, die den Stickstoff der Luft als Stickstoffverbindungen zum Pflanzenwachstum bereitstellen, waren Blitze als NOx-Erzeuger tätig. Damals wie heute. Später kamen dann noch Waldbrände dazu und heute wissen wir, dass auch der Verkehr nicht unbeträchtlich zur Pflanzendüngung mit NOx beiträgt!
Igelnatz 09.04.2018
5. Beiträge 2 u 3
Das sind einfachste Grundlagen der Chemie. Weiterhin ist der Stickstoffkreislauf der Erde lange bekannt. Das wissenschaftlich Neue wird gar nicht deutlich! Ob Gesteinsverwitterung eine Quelle von Stickstoffverbindungen ist - vermutlich-oder einfach nur von N2?! Das kann man besser schreiben - ich könnte das besser schreiben!
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