הנשימה היא אחד התהליכים החשובים ביותר הנדרשים מכל היצורים החיים. בעלי חיים לוקחים חמצן ומוציאים פחמן דו חמצני. צמחים זקוקים לפחמן דו חמצני ומוציאים חמצן כמוצר פסולת. עם זאת, אף אחד מהגזים הללו לא נמצא בשפע ביותר באטמוספירה של כדור הארץ. האוויר מורכב בעיקר מחנקן.
TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)
חנקן מהווה כ- 78 אחוז מהאוויר באטמוספירה של כדור הארץ.
ממה מורכב האוויר
חנקן הוא הגז הנפוץ ביותר באטמוספירה. האוויר מורכב מ- 78 אחוז חנקן. חמצן מהווה 21 אחוז, וארגון הגז האצילי האינרטי מהווה 0.9 אחוז מהאוויר. 0.1 האחוזים הנותרים מורכבים ממספר גזי עקבות. מרבית ה- 0.1 אחוז הוא פחמן דו חמצני. גזים עקבות אחרים כוללים ניאון, הליום, מתאן (CH4), תחמוצת החנקן (N2O) ואוזון (O3.)
כימיה של האטמוספירה
גז חנקן אינו מגיב מאוד עם מולקולות אחרות באטמוספירה והוא קיים בעיקר באוויר כ- N2. התנהגותו הלא ריאקטיבית של החנקן נובעת מהקשרים המשולשים העוצמתיים הנוצרים בין שלושת זוגות האלקטרונים המשותפים בין שני אטומי חנקן. לקשרים אלה יש רדיוסים קצרים יחסית, מה שדורש יותר אנרגיה כדי להישבר. חנקן הופך תגובתי יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. בטמפרטורות נמוכות יותר, נוכחותם של זרזים מסוימים גורמת לחנקן להיות תגובתי יותר מול מולקולות אחרות. תגובה שכיחה אחת המבוססת על חנקן המתרחשת באטמוספירה היא היווצרות NO, תחמוצת חנקן, במהלך סופות כאשר הברק מכה.
קיבוע חנקן
חנקן חשוב לכל האורגניזמים מכיוון שהוא מהווה בסיס לתרכובות רבות הנחוצות לחיים. חלבונים, אנזימים, הורמונים וכלורופיל מכילים כולם חנקן. חומצות גרעין מכילות גם חנקן ויוצרות השרשראות הארוכות של הנוקלאוטידים המרכיבים את עמוד השדרה של ה- DNA וה- RNA. עם זאת, יצורים חיים אינם יכולים להשתמש ב- N2 בצורתו הגזית באטמוספירה. גז חנקן שנמצא בכיסי אוויר בתוך האדמה הופך לצורה הניתנת לשימוש על ידי צמחים בתהליך הנקרא קיבוע חנקן. אורגניזמים המקבעים חנקן כוללים סוגים מסוימים של חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים החיים על שורשי הקטניות כמו פולי סויה, אספסת ותלתן אדום. המיקרואורגניזמים ממירים את N2 לתרכובות אחרות כגון אמוניום וחנקה, אשר נלקחים על ידי שורשי הצמח. הצרכנים אוכלים את הצמחים ומעבירים מאוחר יותר תרכובות חנקן בחזרה לקרקע באמצעות סילוק או פירוק. צמחים מחזירים גם חנקן לאדמה כשהם מתפרקים. המיקרואורגניזמים המקבעים חנקן בקרקע מפרקים את התרכובות הללו, ומחזור החנקן נמשך.
זיהום אוויר
מכיוון שחנקן יכול להיות מאוד תגובתי בטמפרטורות גבוהות, תרכובות תחמוצת חנקן נוצרות כשנשרף דלק. אחת התרכובות הללו, דו חמצני (NO2), הוא תוצר לוואי של בעירה ונמצא בפליטות מכוניות ומפעלים. בצורה גזית, NO2 הוא גורם לגירוי נשימה. בנוכחות מים באטמוספירה, הם יכולים להגיב ליצירת גשם חומצי.