น้ำฝนมีไนโตรเจนหรือไม่?

มากกว่าสามในสี่ของชั้นบรรยากาศของโลกประกอบด้วยไนโตรเจน แต่มีเพียงสี่ร้อยของหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของมวลมหาสมุทร บรรยากาศ และเปลือกโลกเท่านั้นที่ประกอบด้วยไนโตรเจน เนื่องจากละอองฝนไหลผ่านชั้นบรรยากาศระหว่างทางลงสู่พื้นดิน น้ำฝนจึงมีไนโตรเจนในปริมาณที่แตกต่างกัน แม้ว่าไนโตรเจนจะไม่ใช่องค์ประกอบหลักของมหาสมุทรและมวลดิน แต่ก็เป็นองค์ประกอบสำคัญสำหรับการก่อตัวของโปรตีนทั้งในพืชและสัตว์ น้ำฝนทำหน้าที่สำคัญในการถ่ายเทไนโตรเจนจากท้องฟ้าสู่ดิน

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

น้ำฝนมีไนโตรเจนอยู่เล็กน้อยในรูปของก๊าซไนโตรเจน (N2) แอมโมเนียม (NH4) และไนเตรต (NOx)

ก๊าซไนโตรเจนเป็นโมเลกุลสองอะตอมที่เสถียรมากซึ่งไม่สามารถโต้ตอบกับอะตอมหรือโมเลกุลอื่นได้ง่าย ตัวอย่างเช่น แม้ว่าสามในสี่ของทุกลมหายใจที่คุณหายใจเข้าไปจะประกอบด้วยไนโตรเจน แต่ไม่มีสิ่งใดที่ร่างกายเผาผลาญได้ พืชเกือบทุกชนิดก็เช่นเดียวกัน พวกมันไม่สามารถดึงไนโตรเจนจากชั้นบรรยากาศได้โดยตรง อันที่จริง พืชตระกูลถั่วที่ดึงไนโตรเจนจากบรรยากาศไม่ได้ทำโดยตรง แต่ผ่านความสัมพันธ์ทางชีวภาพกับแบคทีเรียที่ "ตรึงไนโตรเจน" ในรากของพวกมัน แบคทีเรีย "หายใจ" ในไนโตรเจนและแปลงเป็นสารประกอบที่รากสามารถดูดซับได้

ความคงตัวทางเคมีของไนโตรเจนทำให้ไนโตรเจนบริสุทธิ์ผสมกับน้ำได้ไม่ดีนัก แต่สารประกอบไนโตรเจน เช่น แอมโมเนียมและไนเตรต จะผสมกับน้ำ หากสารประกอบไนโตรเจนเหล่านั้นมีอยู่ในอากาศ ก็สามารถผสมกับน้ำและตกลงมากับน้ำฝนได้ คำถามก็คือ โมเลกุลไนโตรเจนที่เสถียรจะเปลี่ยนเป็นสารประกอบไนโตรเจนได้อย่างไร คำตอบคือต้องใช้พลังงาน ตัวอย่างเช่น ฟ้าผ่าให้พลังงานเพียงพอที่จะแยกโมเลกุลไนโตรเจนและกระตุ้นการก่อตัวของไนเตรต ซึ่งเป็นโมเลกุลที่มีไนโตรเจนและโมเลกุลของออกซิเจน แบคทีเรีย มูลสัตว์ที่เน่าเปื่อย และเครื่องยนต์สันดาปภายในยังเป็นแหล่งพลังงานที่ผลิตสารประกอบไนโตรเจนที่สามารถสิ้นสุดในชั้นบรรยากาศ

การศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของน้ำฝนในปี 2547 ที่ไซต์ 48 ใน 31 รัฐพบว่ามีไนเตรตในตัวอย่างเกือบทั้งหมด แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงในระดับสูงทั้งในเวลาและพื้นที่ การศึกษาหลายชิ้นในปี 1990 แสดงให้เห็นว่าสถานที่ต่างๆ ตามแนวชายฝั่งของอ่าวเม็กซิโกสามารถคาดหวังว่าจะได้รับแอมโมเนียมและไนเตรต 18 ปอนด์ต่อเอเคอร์ต่อปีจากน้ำฝน นั่นคือประมาณหนึ่งในสิบของความต้องการไนโตรเจนทั่วไปสำหรับการปลูกพืชผล

เนื่องจากน้ำฝนประกอบด้วยไนโตรเจนในรูปแบบที่พืชสามารถดูดซับได้ และพืชต้องการไนโตรเจนในการเจริญเติบโต เกษตรกรจึงสังเกตเห็นว่าน้ำฝนกระตุ้นการเจริญเติบโตของพืชมากกว่าน้ำจากแหล่งอื่น ดีตรงที่เกษตรกรไม่ต้องใส่ปุ๋ยเทียมมาก อย่างไรก็ตาม ในบางกรณี กิจกรรมของมนุษย์ส่งผลให้น้ำฝนมีไนโตรเจนมากเกินไป นั่นมีผลทำให้เสียสมดุลในระบบนิเวศที่เปราะบาง ซึ่งพืชบางชนิด ซึ่งปกติแล้วคือสาหร่าย ที่ปกติถูกจำกัดด้วยการขาดไนโตรเจน ตอนนี้มีไนโตรเจนส่วนเกินจากน้ำฝนเพียงพอที่จะสำลักน้ำอื่นๆ สิ่งมีชีวิต