ROTEIRO DE AULA- CICLOS biogeoquimicos

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Introdução
Do que seu corpo é feito? Ele é literalmente composto por átomos. Uma enorme quantidade deles. Cerca de 7.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de átomos, para ser preciso. De onde vieram todos esses átomos? Se nós realmente buscarmos a origem desses átomos, a maioria dos elementos que compõem os nossos corpos — e os de todos os outros seres vivos! — surgiu durante o mecanismo de morte das estrelas, há bilhões de anos atrás. Isso é muito interessante, mas não mostra tudo. Onde os átomos do seu corpo estiveram recentemente, durante seu tempo na terra?
A energia flui, mas a matéria é reciclada
A energia flui direcionalmente pelos ecossistemas da Terra, normalmente entrando sob a forma de luz solar e saindo como calor. Mas os componentes químicos, que compõem os organismos vivos, são reciclados. O que isso significa? Por um lado, os átomos do seu corpo não são novos. Em vez disso, eles têm sidos reutilizados na biosfera por um longo tempo, e constituíram muitos organismos e o meio ambiente ao longo do caminho. Você pode ou não acreditar na reencarnação como um conceito espiritual, mas não há dúvida que os átomos do seu corpo tem sido parte de um grande número de seres vivos e de elementos do meio ambiente ao longo do tempo!
Explicação da foto 
O diagrama acima compara o deslocamento da energia e da matéria através dos ecossistemas. A energia—setas amarelas—normalmente entra na forma de luz e então é capturada na forma de ligações químicas pelos produtores, como as plantas, posteriormente é transferida para os consumidores, como os animais, que se alimentam de plantas ou de outros animais. Finalmente, quando as plantas e os animais morrem, a energia das ligações químicas e a matéria de seus corpos são liberadas pelos decompositores. Em cada transferência, parte da energia é convertida em calor não utilizável—setas vermelhas—e finalmente, toda a energia é dissipada.
Os átomos—setas verdes—que constituem os corpos dos organismos, em contraste, não se perdem. Embora a energia contida nas ligações entre átomos possa ser liberada como calor, os átomos permanecem iguais. Eles são simplesmente reciclados, mudando formas e no final irão repor o conjunto de elementos inorgânicos e compostos incorporados nos tecidos dos produtores.
Os seis elementos mais comuns nas moléculas orgânicas — carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre — podem ser encontrados em diferentes formas químicas. Eles podem ser armazenados por períodos longos ou curtos na atmosfera, na terra, na água ou abaixo da superfície da Terra, bem como nos corpos de organismos vivos. Processos geológicos — tais como intemperismo das rochas, erosão, drenagem de água e subducção de placas continentais — desempenham um papel nesta reciclagem de materiais, assim como as interações entre os organismos.
O modo pelo qual um elemento — ou, em alguns casos, um composto como a água — flue entre os vários seres vivos, formas não vivas e o meio ambiente é chamado de ciclo biogeoquímico. Este nome reflete a importância da química e da geologia, bem como a da biologia, para nos ajudar a entender esses ciclos.
Quais ciclos biogeoquímicos são fundamentais para a vida?
A água, que contém hidrogênio e oxigênio, é essencial para os organismos vivos. Isto coloca o ciclo da água bem alto na lista de importância dos ciclos que nos interessam!
A hidrosfera —o conjunto de lugares onde a água pode ser encontrada em seu ciclo na Terra — é grande e diversificada. A água está presente como líquido sobre a superfície da terra e no subsolo, como gelo nas calotas polares e geleiras e como vapor d'água na atmosfera. Para obter mais informações sobre como a água circula entre essas formas, confira o artigo ciclo da água. A água compõe mais da metade de nossos corpos, mas os seres humanos não conseguem sobreviver só com água. Em vez disso, há outros elementos-chave que mantêm nossos corpos funcionando e que são parte dos ciclos biogeoquímicos.
O carbono é encontrado em todas as macromoléculas orgânicas e também é um componente chave dos combustíveis fósseis. Veja o artigo sobre o ciclo do carbono para mais informações. O nitrogênio é necessário para nosso DNA e proteínas e é crítico para a agricultura humana. Veja o artigo sobre ciclo do nitrogênio para mais informações.
Esses ciclos não acontecem isoladamente, e o ciclo da água é particularmente importante para os outros ciclos biogeoquímicos. Por exemplo, o movimento da água é importante para a lixiviação do nitrogênio e do fosfato em rios, lagos e oceanos. O oceano é o maior reservatório — tanque de armazenamento — de carbono. Embora cada elemento ou composto tenha o sua própria rota, todas esses nutrientes químicos chave fazem seus ciclos através da biosfera, movendo-se entre o mundo biótico—seres vivos—e abiótico—seres não vivos— e de um organismo vivo para o outro.
Ciclo da Agua
Principais pontos
A maior parte da água na Terra é água salgada encontrada nos oceanos. Somente uma pequena fração é composta de água doce facilmente acessível, que é a que os humanos precisam. A água encontrada na superfície da Terra pode passar por um ciclo rapidamente, entretanto muito da água da Terra está no gelo, nos oceanos e em reservatórios subterrâneos; essa água se transforma e circula vagarosamente. O ciclo da água é complexo e envolve mudanças de estado na água bem como movimentos físicos da água através de e entre ecossistemas. A água subterrânea é encontrada no subsolo entre as partículas de solo e nas fendas de rochas. Aquíferos são reservatórios de água subterrânea frequentemente aproveitados em poços.
Água: Por que é importante?
A água é imensamente importante para os seres vivos. Mais de metade do seu corpo é composto de água, e se fôssemos dar uma olhada em suas células, descobriríamos que elas são mais de 70% água! Então, você—como a maioria dos animais terrestres—precisa de um suprimento confiável de água doce para sobreviver. De toda a água da Terra, 97,5% é água salgada. Da água restante, mais de 99% está na forma de água subterrânea ou gelo. Dito isso, menos de 1% da água doce é encontrada em lagos, rios e outras formas disponíveis na superfície.
O gráfico pizza mostra que 97,5% da água da Terra, ou 1.365.000.000 de quilômetros cúbicos, é água salgada. Os 2,5% restantes, ou 35.000.000 de quilômetros cúbicos, é água doce. Dessa água doce, 68,9% está congelada em geleiras ou cobertura de neve permanente. As águas subterrâneas—como a umidade do solo, pântanos e solo congelado—somam 30,8%. O 0,3% restante está em lagos e rios. Esse gráfico não menciona pequenos reservatórios de água, como a atmosfera e os corpos de organismos vivos.
Muitos organismos vivos dependem desse pequeno suprimento de água doce disponível na superfície, e a falta de água pode ter sérios efeitos sobre os ecossistemas. Humanos, obviamente, desenvolveram algumas tecnologias para aumentar a disponibilidade de água. Estas tecnologias incluem cavar poços para obter água subterrânea, coletar água da chuva e usar dessalinização—remoção de sal—para obter água doce do oceano. Entretanto, água potável limpa e segura não está sempre disponível em muitas partes do mundo de hoje.
A maior parte da água da Terra não passar por um ciclo—se move de um lugar para outro—muito rapidamente. Podemos ver isso na figura abaixo, que mostra o tempo médio que uma molécula de água individual passa em cada importante reservatório de água da Terra, uma medida chamada tempo de residência. A água nos oceanos, subterrânea e na forma de gelo tende a passar por um ciclo muito lentamente. Somente a água superficial passa rapidamente por um ciclo .
A barras do gráfico mostram o tempo de residência médio das moléculas de água em vários reservatórios. O tempo de residência para geleiras e solo congelado é de 1.000 a 10.000 anos. O tempo de residência para águas subterrâneas é de duas semanas a 10.000 anos. O tempo de residência para oceanos e mares é 4.000 anos. O tempo de residência para lagos e reservatórios é 10 anos. O tempo de residência parapântanos é de um a 10 anos. O tempo de residência para a umidade do solo é de duas semanas a um ano. O tempo de residência para rios é de duas semanas. O tempo de residência na atmosfera é de 1,5 semanas. O tempo de residência na biosfera, ou o tempo de residência nos organismos vivos, é de uma semana.
A barras do gráfico mostram o tempo de residência médio das moléculas de água em vários reservatórios. O tempo de residência para geleiras e solo congelado é de 1.000 a 10.000 anos. O tempo de residência para águas subterrâneas é de duas semanas a 10.000 anos. O tempo de residência para oceanos e mares é 4.000 anos. O tempo de residência para lagos e reservatórios é 10 anos. O tempo de residência para pântanos é de um a 10 anos. O tempo de residência para a umidade do solo é de duas semanas a um ano. O tempo de residência para rios é de duas semanas. O tempo de residência na atmosfera é de 1,5 semanas. O tempo de residência na biosfera, ou o tempo de residência nos organismos vivos, é de uma semana.
O ciclo da água
O ciclo da água é conduzido pela energia do sol. O sol aquece a superfície oceânica e outras águas superficiais, fazendo com que a água líquida evapore e o gelo sublime—transforme-se diretamente de sólido a gás. Esse processo conduzido pelo sol move a água para a atmosfera na forma de vapor de água. Com o tempo, o vapor de água na atmosfera se condensa em nuvens e finalmente cai como precipitação, chuva ou neve. Quando a precipitação atinge a superfície da Terra, ela tem poucas opções: pode evaporar novamente, fluir pela superfície, ou percolar—afundar—no solo.
Em ecossistemas de terra firme, ou terrestres, em seu estado natural, normalmente a chuva atinge as folhas e outras superfícies de plantas antes de atingir o solo. Parte da água evapora rapidamente da superfície das plantas. A água que sobra atinge o solo e, na maioria dos casos, começará a se mover para baixo, adentrando o solo.
Em geral, a água se move ao longo da superfície como escoamento somente quando o solo está saturado de água, quando está chovendo muito ou quando a superfície não consegue absorver muita água. Uma superfície não absorvente pode ser uma rocha em um ecossistema natural ou asfalto ou cimento em um ecossistema urbano ou suburbano.
A água evapora da superfície do oceano e forma nuvens por condensação. A água nas nuvens pode cair como precipitação tanto em terra quanto no mar. As nuvens formadas sobre o mar podem se mover para a terra. Quando a chuva cai sobre a terra, ela pode escoar pela superfície, infiltrar-se no solo—mover-se para dentro dele a partir da superfície—e percolar através do solo, movendo-se para baixo para se tornar água subterrânea. Águas subterrâneas em níveis superiores podem escoar para rios, lagos ou oceanos. Águas próximas à superfície do solo podem ser absorvidas por plantas e se mover para fora de seus corpos através da transpiração das folhas. O escoamento de neve derretida e a sublimação da neve e gelo são outros processos que contribuem para o ciclo da água.
Em níveis superiores do solo a água pode ser absorvida pelas raízes das plantas. As plantas usam parte da água em seu metabolismo e a água que está nos tecidos das plantas pode acabar no corpo de um animal quando as plantas são comidas. Entretanto, a maior parte da água que entra no corpo da planta será perdida novamente para atmosfera em um processo chamado transpiração. Na transpiração, a água entra através das raízes, viaja para cima através dos tubos vasculares formados por células mortas e evapora através de poros encontrados nas folhas, chamados de estômatos.
[Por que uma planta absorveria água que não vai usar?]
Se a água não é absorvida pelas raízes das plantas, pode percolar para o subsolo e leito rochoso, formando as águas subterrâneas. Água subterrânea é a água encontrada nos poros entre partículas de areia e cascalho ou em fendas de rochas, e é um reservatório importante de água doce. Águas subterrâneas rasas fluem lentamente através de poros e fissuras e acabam encontrando seu caminho até um riacho ou lago, onde podem novamente se tornar parte da água superficial.
Algumas águas subterrâneas se situam profundamente no leito rochoso e podem ficar lá por milênios. Reservatórios de águas subterrâneas, ou aquíferos, são usualmente a fonte de água potável ou de irrigação, drenadas através de poços. Hoje, muitos aquíferos estão sendo usados mais rapidamente do que conseguem se renovar pela água que se move da superfície para baixo.
O ciclo da água direciona outros ciclos.
O ciclo da água é importante por si só e padrões do ciclo da água e chuva têm grandes efeitos sobre os ecossistemas da Terra. Entretanto, chuvas e escoamentos superficiais também têm papéis importantes na ciclagem de vários elementos. Esses incluem o carbono, o nitrogênio, o fósforo e o enxofre. Em particular, escoamentos superficiais ajudam a mover elementos de ecossistemas terrestres, situados em terra, para ecossistemas aquáticos.
Ciclo do Carbono
Principais pontos
O carbono é um elemento essencial nos corpos dos organismos vivos. Também é economicamente importante para os humanos modernos, na forma de combustíveis fósseis.
O dióxido de carbono —CO2 da atmosfera é absorvido por organismos fotossintéticos e usado para produzir moléculas orgânicas, que viajam através das cadeias alimentares. No final, os átomos de carbono são liberados como na respiração.
Processos geológicos lentos, incluindo a formação de rochas sedimentares e combustíveis fósseis, contribuem para o ciclo de carbono em longas escalas de tempo. Algumas atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento, aumentam a concentração atmosférica de CO2 e afetam o clima da Terra e oceanos.
Carbono: bloco de construção e fonte de combustível
Cerca de 18% do nosso corpo, em massa, é formado por átomos de carbono e esses átomos são a chave da nossa existência. Sem carbono, você não teria as membranas plasmáticas das suas células, as moléculas de açúcar que você usa como energia ou, até mesmo, o DNA que carrega as instruções para construir e comandar seu corpo.
Carbono é parte de nossos corpos, mas também é parte de nossas indústrias atuais. Compostos de carbono de plantas e algas pré-históricas formam os combustíveis fósseis, tais como carvão e gás natural, que nós usamos hoje como fontes de energia. Quando estes combustíveis fósseis são queimados, dióxido de carbono CO2 é liberado no ar, levando a níveis cada vez mais altos de CO2 na atmosfera. Este aumento nos níveis de CO2 afetam o clima da Terra e é a principal preocupação ambiental no mundo.
Vamos dar uma olhada no ciclo do carbono e ver como o CO2 atmosférico e o carbono utilizado pelos organismos vivos se encaixam no quadro mais amplo do ciclo do carbono.
O ciclo do carbono
É mais fácil estudar o ciclo do carbono como dois subciclos interligados:
Um que envolve trocas rápidas de carbono entre organismos vivos e outro que envolve a ciclagem de longo prazo de carbono por meio de processos geológicos. Apesar de nós olharmos para eles separadamente, é importante perceber que estes ciclos estão interligados. Por exemplo, o mesmo conjunto de co2 atmosférico e oceânico que é utilizado pelos organismos também é alimentado e depletado pelos processos geológicos.
Como um breve resumo, o carbono existe no ar tanto quanto o gás dióxido de carbono —CO2 que se dissolve na água e reage com as moléculas de água para produzir o bicarbonato —HCO3. A Fotosíntese pelas plantas, bactérias e algas converte o dióxido de carbono ou bicarbonato em moléculas orgânicas. As moléculas orgânicas feitas por fotossintetizadores são passadas através de cadeias alimentares e a respiração celular converte o carbono orgânico de volta em gás dióxido de carbono.
O armazenamento por longo prazo do carbono orgânico ocorre quando a matéria dos organismos vivos é enterrada profundamente no subsolo ou quando afunda no oceano e forma uma rocha sedimentar. A atividade vulcânica e, mais recentemente, a atividade humana de queima de combustíveisfósseis reconduzem este carbono armazenado ao ciclo do carbono. Embora a formação de combustíveis fósseis aconteça numa escala lenta de tempo geológico, a liberação humana do carbono contido—na forma de CO2 ocorre numa escala temporal muito rápida.
Ciclo biológico do carbono
O carbono entra em todas as cadeias alimentares, tanto terrestres quanto aquáticas, através dos autótrofos ou auto-alimentadores. Quase todos os autótrofos são fotossintetizadores, como as plantas e algas.
Autótrofos capturam dióxido de carbono do ar ou íons bicarbonato da água e os usam para fazer compostos orgânicos tais como glicose. Heterótrofos, ou consumidores, tais como seres humanos, consomem as moléculas orgânicas, e o carbono orgânico passa pelas cadeias e teias alimentares.
Como o carbono volta para a atmosfera ou o oceano? Para liberar a energia armazenada nas moléculas que contêm carbono, tais como os açúcares, autótrofos e heterótrofos decompõem estas moléculas em um processo chamado respiração celular. Neste processo, os carbonos da molécula são liberados como dióxido de carbono. Os decompositores também liberam compostos orgânicos e dióxido de carbono quando decompõem organismos mortos e produtos residuais.
O carbono pode rapidamente percorrer esta via biológica, especialmente nos ecossistemas aquáticos. No total, são estimadas 1.000 a 100.000 milhões de toneladas métricas de carbono que se movem através da via biológica a cada ano. Como comparação, uma tonelada métrica é cerca do peso de um elefante ou de um carro pequeno.
O ciclo geológico do carbono
A via geológica do ciclo do carbono é muito mais demorada que a via biológica descrita acima. De fato, normalmente leva milhões de anos para o carbono completar o ciclo através da via geológica. O carbono pode ser armazenado por longos períodos de tempo na atmosfera, em corpos de água líquida—principalmente oceanos, nos sedimentos oceânicos, no solo, em rochas, em combustíveis fósseis e no interior da Terra.
O nível de dióxido de carbono na atmosfera é influenciado pelo reservatório de carbono nos oceanos e vice-versa. O dióxido de carbono da atmosfera dissolve-se na água e reage com as moléculas de água pra formar carbonato de cálcio CaCO3— um componente chave das conchas de organismos marinhos. Quando os organismos morrem, seus restos podem afundar e no final tornar-se parte do sedimento no fundo do oceano. Ao longo do tempo geológico, o sedimento transforma-se em rocha calcária, que é o maior reservatório de carbono na Terra.
Em terra, o carbono é armazenado no solo como carbono orgânico originário da decomposição de organismos vivos ou como carbono inorgânico proveniente da erosão de rochas e minerais terrestres. Em regiões mais profundas do subsolo estão os combustíveis fósseis como óleo, carvão e gás natural, que são restos de plantas decompostas sob condições anaeróbias - sem oxigênio. Combustíveis fósseis levam milhões de anos para se formar. Quando os seres humanos os queimam, o carbono é liberado na atmosfera como dióxido de carbono.
Uma outra maneira do carbono entrar na atmosfera é pela erupção de vulcões. Sedimentos contendo carbono no fundo do oceano são carregados para o interior da Terra em um processo chamado subducção, no qual uma placa tectônica desliza para baixo de outra. Este processo forma dióxido de carbono, que pode ser liberado na atmosfera por erupções vulcânicas ou fontes hidrotermais.
Ciclo do Nitrogênio
Principais pontos
Nitrogênio é um componente chave nos corpos de organismos vivos. Átomos de nitrogênio são encontrados em todas as proteínas e no DNA. Nitrogênio existe na atmosfera como o gás N2. Na fixação de nitrogênio, as bactérias convertem N2 em amônia, uma forma de nitrogênio aproveitável pelas plantas. Quando os animais comem as plantas, eles adquirem compostos de nitrogênio metabolizáveis.
Nitrogênio é comumente um nutriente limitante na natureza, e na agricultura. Um nutriente limitante é o nutriente que tem a menor disponibilidade e limita o crescimento. Quando fertilizantes contendo nitrogênio e fósforo são carregados em escoamentos para lagos e rios, eles podem resultar num crescimento aumentado de algas—isso é chamado de eutrofização.
Introdução
O nitrogênio está em todo lugar! Na verdade, N2 gasoso corresponde a aproximadamente 78%, por volume, da atmosfera da Terra, superando muito O2 que normalmente pensamos como sendo o "ar". Mas ter nitrogênio ao redor e ser capaz de usá-lo são duas coisas diferentes. Seu corpo e os corpos de outros animais e plantas, não tem uma boa maneira de converter N2 à uma forma metabolizável. Nós animais—e nossos vegetais compatriotas—simplesmente não temos as enzimas certas para capturar, ou fixar, nitrogênio atmosférico. Ainda assim, seu DNA e proteínas contêm bastante nitrogênio. De onde vem esse nitrogênio? No mundo natural, vem das bactérias!
Bactérias têm um papel-chave no ciclo do nitrogênio.
Nitrogênio entra no mundo vivo através das bactérias e outros procariotos unicelulares, que convertem nitrogênio atmosférico N2—a formas biologicamente utilizáveis num processo chamado de fixação de nitrogênio. Algumas espécies de bactérias fixadoras de nitrogênio são organismos de vida livre no solo ou na água, enquanto outras são simbiontes benéficos que vivem dentro de plantas.
[Quais são alguns exemplos de procariotos fixadores de nitrogênio?]
Microrganismos fixadores de nitrogênio capturam nitrogênio atmosférico convertendo-o em amônia—NH3—que pode ser absorvida por plantas e usada para fazer moléculas orgânicas. As moléculas que contêm nitrogênio são passadas para animais quando as plantas são ingeridas. Elas podem ser incorporadas ao corpo do animal ou degradadas e excretadas como resíduos, como a ureia encontrada na urina.
Procariotos têm vários papéis no ciclo do nitrogênio. Bactérias fixadoras de nitrogênio (no solo e dentro de raízes e nódulos radiculares de algumas plantas) convertem nitrogênio gasoso da atmosfera em amônia. Bactérias nitrificantes convertem amônia em nitritos ou nitratos. Amônia, nitritos e nitratos são todos formas de nitrogênio fixado e podem ser assimilados por plantas. Bactérias desnitrificantes convertem nitratos de volta a nitrogênio gasoso.
Procariotos têm vários papéis no ciclo do nitrogênio. Bactérias fixadoras de nitrogênio (no solo e dentro de raízes e nódulos radiculares de algumas plantas) convertem nitrogênio gasoso da atmosfera em amônia. Bactérias nitrificantes convertem amônia em nitritos ou nitratos. Amônia, nitritos e nitratos são todos formas de nitrogênio fixado e podem ser assimilados por plantas. Bactérias desnitrificantes convertem nitratos de volta a nitrogênio gasoso.
O nitrogênio não permanece eternamente nos corpos de organismos vivos. Ao invés disso, é convertido de suas formas orgânicas de volta a N2 gasoso por bactérias. Esse processo frequentemente envolve várias etapas nos ecossistemas terrestres. Compostos nitrogenados de organismos mortos ou dejetos são convertidos em amônia—NH3 —por bactérias, e a amônia é convertida em nitritos e nitratos. No fim, os nitratos são degradados a N2 gasoso por procariotos desnitrificantes.
Ciclo de nitrogênio em ecossistemas marinhos
Até agora, nós focamos no ciclo natural de nitrogênio como ele ocorre em ecossistemas terrestres. No entanto, etapas similares, de forma geral, ocorrem no ciclo marinho do nitrogênio. Lá, os processos de amonificação, nitrificação e desnitrificação são realizados por bactérias marinhas e arqueas.
A ilustração mostra o ciclo do nitrogênio. Gás nitrogênio da atmosfera é fixado a nitrogênio orgânico por bactérias fixadoras de nitrogênio. Esse nitrogênio orgânico entra nas cadeias alimentares terrestres. Ele sai das cadeias alimentares como resíduos nitrogenados no solo. A amonificação desses rejeitos nitrogenados por bactérias e fungos no solo converte o nitrogênio orgânico em íon amônio—NH4+. Amônio é convertido a nitrito—NO2- —e então a nitrato—NO3- —por bactérias nitrificantes. Bactérias desnitrificantes convertem nitrato de volta a gás nitrogênio,que entra novamente na atmosfera. O nitrogênio de escoamentos e dos fertilizantes vai para o oceano, onde entra nas cadeias alimentares marinhas. Parte do nitrogênio orgânico cai até o fundo do oceano como sedimento. Outra parte do nitrogênio orgânico no oceano é convertido em íons nitrito e nitrato, que são então convertidos a nitrogênio gasoso num processo análogo ao que ocorre no ambiente terrestre.
Alguns compostos que contêm nitrogênio caem no fundo do oceano como sedimento. Durante longos períodos de tempo, os sedimentos ficam comprimidos e formam rochas sedimentares. Eventualmente, um levantamento geológico pode mover a rocha sedimentar para a terra. No passado, os cientistas não acreditavam que esta rocha sedimentar rica em nitrogênio fosse uma fonte importante deste composto para os ecossistemas terrestres. No entanto, um novo estudo sugere que ela possa realmente ser muito importante — o nitrogênio é liberado gradualmente para as plantas pelo desgaste da rocha ou pelas condições meteorológicas
Nitrogênio como um nutriente limitante
Em ecossistemas naturais, muitos processos, tais como a produção primária e a decomposição, são limitados pela oferta de nitrogênio disponível . Em outras palavras, o nitrogênio é frequentemente o nutriente limitante, o nutriente que está em menor oferta e, portanto, limita o crescimento dos organismos ou populações.
Como sabemos se um nutriente é limitante? Frequentemente, isso é testado da seguinte forma:
Quando um nutriente é limitante, adicionar mais dele vai aumentar o crescimento—por exemplo, fará com que as plantas cresçam mais do que se nada fosse adicionado. Se, ao invés disso, um nutriente não limitante for adicionado, não haverá efeito — por exemplo, as plantas crescerão igualmente se o nutriente estiver presente ou ausente. Por exemplo, se adicionarmos nitrogênio na metade das plantas de feijão em um jardim e acharmos que elas cresceram mais do que as plantas não tratadas, isto sugeriria que o nitrogênio era o composto limitante. Se, ao invés disso, nós não virmos diferença no crescimento na nossa experiência, isto sugeriria que algum outro nutriente, que não o nitrogênio, devesse ser o limitante.
O nitrogênio e o fósforo são os dois nutrientes limitantes mais comuns nos ecossistemas naturais e na agricultura. É por isso que, se você olhar para um saco de fertilizante, você verá que ele contém muito nitrogênio e muito fósforo.
Atividades humanas afetam o ciclo do nitrogênio.
Nós humanos podemos não ser capazes de fixar o nitrogênio biologicamente, Mas certamente o fazemos industrialmente! Cerca de 450 milhões de toneladas métricas de nitrogênio fixado são geradas anualmente usando um método químico chamado Processo de Haber-Bosch, no qual o N2 reage com o hidrogênio em altas temperaturas.
 A maioria deste nitrogênio fixado vai para a produção dos fertilizantes que usamos em nossos próprios gramados, jardins e campos agrícolas. Em geral, a atividade humana libera nitrogênio no ambiente por dois meios principais: queima de combustíveis fósseis e utilização, na agricultura, de fertilizantes que contêm nitrogênio. Ambos os processos aumentam os níveis dos compostos que contêm nitrogênio na atmosfera. Altos níveis de nitrogênio atmosférico — além de N2 — estão associados a efeitos nocivos, como a produção de chuva ácida — como ácido nítrico—HNO3 e contribuições para o efeito estufa — como o óxido nitroso N2O.
Além disso, quando os fertilizantes artificiais que contêm nitrogênio e fósforo são utilizados na agricultura, o excesso de fertilizante acaba indo para lagos, riachos e rios por escoamento superficial. Um efeito importante do escoamento de fertilizantes é a eutrofização das águas salgadas e doces. Nesse processo, o escoamento de nutrientes provoca crescimento excessivo de algas ou outros microrganismos. Sem o escoamento de nutrientes, seu crescimento seria limitado pela disponibilidade de nitrogênio ou fósforo.
A eutrofização pode reduzir a disponibilidade de oxigênio na água durante a noite porque as algas e microrganismos que se alimentam deles utilizam grandes quantidades de oxigênio na respiração celular. Isso pode causar a morte de outros organismos que vivem nos ecossistemas afetados, tais como peixes e camarões e resulta em áreas de pouco oxigênio, áreas pobres de espécies chamadas zonas mortas.