Die Welt setzt Stickstoffdünger immer weniger effizient ein. Ein größerer Anteil als je zuvor wird in Flüsse und Ozeane gespült. Eine Umweltkatastrophe droht, sagen Stickstoffwissenschaftler, und die Welt muss dringend Strategien entwickeln, um sie zu verhindern. Die Stickstoffverschmutzung ist eines der am wenigsten diskutierten Umweltprobleme. Es wird vor Klimawandel und Artensterben gewarnt, gefolgt von Luftverschmutzung und Abholzung. Wenn Stickstoff erwähnt wird, steht er ganz unten auf der Liste. Obwohl es viele wissenschaftliche und technische Studien zur Stickstoffkrise gibt. Einige der Auswirkungen dieser Krise sind schon seit langem bekannt. Wir wissen zum Beispiel seit langem, dass die Verschmutzung durch stickstoffhaltige Verbindungen zu Algenblüten führt, die die Wasserwege verstopfen und Meeresbewohner töten. Die Stickstoffverschmutzung vergiftet unser Wasser und vergiftet unsere Luft – und sie verschlimmert andere Umweltprobleme. Die Schäden werden jedes Jahr schlimmer. Wenn die Dinge unkontrolliert bleiben, steuern wir auf eine globale Katastrophe zu.
Der Stickstoff-Notstand
Und hier ist das beunruhigendste an diesem Gas: Es ist nicht Kohlendioxid. Stickstoff gilt normalerweise als harmloses Zeug, schließlich macht der farblose Stoff 78 Prozent der Erdatmosphäre aus. Wenn Sie eine erfrischende Brise auf Ihren Wangen spüren, sind es meist Stickstoffmoleküle, die vorbeiziehen. In unseren Ökosystemen findet ein natürlicher Kreislauf von Stickstoff aus der Luft in und aus unseren Böden statt, wo er einen wichtigen Nährstoff für Pflanzen bildet. Das Problem ist, dass dieser Kreislauf durch die Aktivitäten des Menschen gefährlich aus dem Gleichgewicht geraten ist. Das Ergebnis ist, dass Stickstoff in schädlichen Formen die weitere Umwelt überschwemmt.
Algenblüte Florida
Einige der Auswirkungen dieser Krise sind schon seit langem bekannt. Wir wissen zum Beispiel seit langem, dass die Verschmutzung durch stickstoffhaltige Verbindungen zu Algenblüten führt, die die Wasserwege verstopfen. Aber auch andere Auswirkungen rücken jetzt ins Blickfeld, wie zum Beispiel die Art und Weise, wie die Stickstoffverschmutzung Torfmoore abtötet. Stickstoffhaltige Verbindungen schädigen auch das empfindliche Gleichgewicht der Atmosphäre, so ein Bericht von New Scientist
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Ein von den Vereinten Nationen eingesetztes Gremium, das das Problem bewerten soll, hat aufgedeckt, wie schlimm es geworden ist. In der Tat ist die Stickstoffverschmutzung eine der schlimmsten Krisen, denen wir gegenüberstehen. Glücklicherweise gibt es Möglichkeiten, wie wir uns aus diesem Loch befreien können – aber dazu müssen wir die Art und Weise, wie wir unsere Pflanzen anbauen, grundlegend ändern.
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Alles Leben auf der Erde ist auf Stickstoff angewiesen. Die meisten der entscheidenden chemischen Komponenten unseres Körpers, von den Proteinen …
Stickstoff-Krise: Eine vernachlässigte Bedrohung für die Lebenserhaltungssysteme der Erde
Teil 1 einer Diskussion über die Störung des globalen Stickstoffkreislaufs durch ein Wirtschaftssystem, das Profite höher bewertet als das Leben selbst, von Ian Angus
Planetary Boundaries. Nitrogen and biodiversity are farther out of safe limits than any others (Rockstrom et. al, Nature, 2009)
Vor fast einem halben Jahrhundert warnte der Ökologe C.C. Delwiche im Scientific American: „Von allen jüngsten Eingriffen des Menschen in die Kreisläufe der Natur übertrifft die industrielle Fixierung von Stickstoff alle anderen bei weitem an Ausmaß.“ ( C. C. Delwiche, “The Nitrogen Cycle,” Scientific American, September 1970, 137)
Obwohl das heute viel mehr zutrifft, ist die Stickstoffverschmutzung eines der am wenigsten diskutierten Umweltprobleme.
Fragt man grüne Aktivisten nach ihren größten Sorgen, werden Klimawandel und Artensterben wahrscheinlich als erstes genannt, gefolgt von Luftverschmutzung, Abholzung und vielleicht Bevölkerungswachstum. Wenn Stickstoff erwähnt wird, steht er ganz unten auf der Liste. Obwohl es viele wissenschaftliche und technische Studien zur Stickstoffkrise gibt, haben nur wenige populäre Bücher zu Umweltthemen etwas Substanzielles darüber zu sagen. Biobauern sind besorgt über den Stickstoff in synthetischen Düngern, aber es gibt keine Anti-Stickstoff-Demonstrationen, keine internationalen Abkommen zur Stickstoffreduzierung, keine Politiker, die die Wissenschaft verteidigen oder leugnen.
Wie der Bericht „Our Nutrient World“ von 2013 sagt,
„Während sich die jüngste wissenschaftliche und gesellschaftliche Debatte über die Umwelt vor allem auf CO2 im Zusammenhang mit dem Klimawandel konzentriert hat, sehen wir, dass dies nur ein Aspekt einer viel breiteren und noch komplexeren Reihe von Veränderungen ist, die in den biogeochemischen Kreisläufen der Welt stattfinden. Insbesondere wird immer deutlicher, dass die Veränderung der weltweiten Stickstoff- und Phosphorkreisläufe eine große neue Herausforderung darstellt, die bisher zu wenig Beachtung gefunden hat.“ (Mark A. Sutton et al., Our Nutrient World: The Challenge to Produce More Food and Energy with Less Pollution. (Edinburgh: Centre for Ecology and Hydrology, 2013)
Die wissenschaftlichen Argumente für ein Vorgehen gegen die Stickstoffstörung sind überzeugend. Planetary Boundaries-Studien haben zwei kritische Prozesse des Erdsystems identifiziert, die sich weiter außerhalb sicherer Grenzen befinden als alle anderen – der Verlust der biologischen Vielfalt und der Stickstoffkreislauf.
Die Zeitschrift Science beschreibt „massive Störungen des globalen Stickstoffregimes“ als eine „Hauptkomponente“ des Anthropozäns. (Elser, J. J. “A World Awash with Nitrogen.” Science, vol. 334, no. 6062, 2011, 1505)
In einem von der European Science Foundation geförderten Bericht heißt es, dass die industrielle Produktion von reaktivem Stickstoff „vielleicht das größte Einzelexperiment im globalen Geo-Engineering darstellt, das der Mensch je gemacht hat.
Der Riss im Stickstoffkreislauf ist eine große Gefahr für die Stabilität des Erdsystems.
In diesem und den folgenden Artikeln wird erörtert, wie der natürliche Kreislauf funktioniert und wie er im Anthropozän gestört wurde.
Wie bereits in dieser Serie erörtert, hängen Wachstum und Überleben aller lebenden Organismen vom ständigen Recycling von Materie und Energie auf jeder Ebene ab, von mikroskopisch kleinen Zellen bis hin zum gesamten Planeten. Die chemischen Elemente, die Leben ermöglichen, werden auf Zeitskalen von Mikrosekunden bis hin zu Millionen von Jahren ständig verwendet und wieder-verwendet. Das gilt vor allem für die großen Vier – Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff -, aus denen 96 % des menschlichen Körpers bestehen.
Die großen biogeochemischen Kreisläufe, die das Erdsystem formen und definieren, entwickelten sich über Milliarden von Jahren und nahmen ihre heutige Form an, lange bevor unsere frühesten Primatenvorfahren geboren wurden. In den letzten zwei Jahrhunderten und besonders seit 1950 haben menschliche Aktivitäten viele dieser Stoffwechselzyklen gestört und die Systeme und Bedingungen untergraben, die das Leben, wie wir es kennen, möglich machen.
Der komplexeste biogeochemische Kreislauf betrifft den Stickstoff, den man als den eigentlichen Stoff des Lebens bezeichnen kann. Stickstoff umfasst zwischen 13 % und 19 % aller Proteine, einschließlich Rubisco, dem Enzym, das die Photosynthese ermöglicht. Vaclav Smil fasst seine Bedeutung zusammen:
„Stickstoff ist in jeder lebenden Zelle vorhanden; im Chlorophyll, dessen Anregung durch Licht die Photosynthese antreibt (die wichtigste Energieumwandlung der Biosphäre); in den Nukleotiden der Nukleinsäuren (DNA und RNA), die alle genetischen Informationen speichern und verarbeiten; in Aminosäuren, aus denen alle Proteine bestehen; und in Enzymen, die die Chemie der lebenden Welt steuern….
„Es ist der Nährstoff, der für das kräftige vegetative Wachstum, für das satte Grün der Blätter, für deren Größe und verzögerte Seneszenz sowie für die Größe und den Proteingehalt der Getreidekörner, den Grundnahrungsmitteln der Menschheit, verantwortlich ist. Auch Stickstoffmangel ist nicht zu über-sehen: blassgrüne oder vergilbende Blätter, langsames und verkümmertes Pflanzenwachstum, geringe Erträge und gedrückter Proteingehalt der Samen.
„Die Bedeutung von Stickstoff für den Menschen ist nicht weniger kritisch. Wir müssen zehn vollständige, vorgeformte essentielle Aminosäuren zu uns nehmen, um unsere Körperproteine zu synthetisieren, die für Gewebewachstum und ‑erhalt benötigt werden. Eine verküm-merte geistige und körperliche Entwicklung sind die deutlichsten Folgen von Proteinmangelernährung.“ (Vaclav Smil, Enriching the Earth: Fritz Haber, Carl Bosch, and the Transformation of World Food Production (Cambridge, Mass: MIT, 2001), xiii-xiv)
Von den Elementen, die für das Leben essentiell sind, ist Stickstoff gleichzeitig das am häufigsten vorkommende und das am wenigsten verfügbare. In der Biosphäre gibt es mehr Stickstoff als Kohlenstoff, Phosphor, Sauerstoff und Schwefel zusammen. 78 % der Luft, die wir atmen, besteht aus Stickstoff – aber über 99 % des Stickstoffs in der Atmosphäre liegt in einer Form vor, die nur wenige lebende Organismen nutzen können.
Stickstoffatome haben eine ungewöhnlich starke Fähigkeit, mit verschiedenen Elementen stabile Verbindungen zu bilden. Insbesondere verbinden sie sich leicht mit einer unterschiedlichen Anzahl von Sauerstoff- und Wasserstoffatomen, um Ammoniak, Ammonium, Stickstoffoxid, Nitrit, Nitrat, Salpetersäure, Distickstoffoxid und eine Vielzahl von organischen Molekülen zu bilden. In diesen Formen wird er als reaktiver Stickstoff bezeichnet, weil er an biologischen und chemischen Prozessen teil-nehmen kann und weil die verschiedenen Stickstoffverbindungen sich leicht ineinander umwandeln können und dies auch tun. (Für das Pflanzenwachstum sind Ammonium und Nitrat besonders wichtig, und Landwirte bezeichnen diese speziellen Verbindungen gewöhnlich als verfügbaren Stickstoff).
Aber meistens verbinden sich die Stickstoffatome miteinander. Paare von Stickstoffatomen binden sich und bilden Dinitrogen, fast unzerbrechliche Moleküle, die chemisch und biologisch inert sind. Es sind diese Moleküle, die 78 % der Luft ausmachen. Die hohe Energie und Hitze von Blitzen kann Distickstoffmoleküle spalten und sie mit Sauerstoff zu Stickoxiden verbinden, aber das geschieht nicht oft genug oder in ausreichenden Mengen, um den reaktiven Stickstoff zu liefern, den das Leben braucht. (In wissenschaftlichen Artikeln wird Distickstoff oft als N2 und reaktiver Stickstoff als Nr abgekürzt. Der Klarheit halber werde ich die Worte verwenden, nicht die Abkürzungen).
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Das Leben, wie wir es kennen, ist nur möglich, weil irgendwann in ferner Vergangenheit einige Bakterien die Fähigkeit entwickelt haben, Stickstoff zu fixieren – atmosphärische Distickstoffmoleküle zu spalten und reaktive Stickstoffverbindungen zu erzeugen. Eine frühe Form der Biologischen Stickstoff-Fixierung (BNF) entwickelte sich wahrscheinlich vor über 3 Milliarden Jahren, zusammen mit den ersten einzelligen Organismen, aber der moderne Stickstoffkreislauf erfordert Sauerstoff, der damals selten war. Vor etwa 2,5 Milliarden Jahren, etwa zur gleichen Zeit, als die Sauerstoffrevolution begann, die Zusammensetzung der Erdatmosphäre zu verändern, entwickelten einige wenige Stämme von Bakterien und Archaeen, die als Diazotrophe bekannt sind, die moderne Form der BNF. Heute sind die Nachkommen dieser mikroskopisch kleinen Organismen die einzigen Organismen, die Stickstoff fixieren können. Keine andere Lebensform hat diese Fähigkeit entwickelt, aber jede andere Lebensform ist auf sie angewiesen.
Diazotrophe und andere Mikroben sind die Hauptakteure in einem zirkulären Prozess, der Stickstoff aus der Atmosphäre zu lebenden Organismen und wieder zurück transportiert. In terrestrischen Ökosystemen gibt es drei Hauptstufen, die jeweils Umwandlungen beinhalten, die nur von mikroskopisch kleinen Organismen durchgeführt werden können.
- Fixierung. Stickstoff diffundiert aus der Luft in den Boden und in Oberflächengewässer, wo Diazotrophe ihn in Ammoniak umwandeln (fixieren), ein reaktives Stickstoffgas, das sich in Wasser zu Ammonium auflöst. Im Meer erfolgt die Fixierung hauptsächlich durch einige Arten von Cyanobakterien, die oft fälschlicherweise als Blaualgen bezeichnet werden. Im Boden wird ein Teil des Ammoniums von freilebenden Mikroben gebildet, aber der weitaus größte Teil der Fixierung wird von einigen wenigen Arten durchgeführt, die symbiotisch in den Wurzeln von Leguminosen wie Luzerne, Klee und Bohnen leben. Bauern entdeckten schon vor Tausenden von Jahren, dass der Anbau von Hülsenfrüchten zusammen mit anderen Feldfrüchten oder in jährlichen Fruchtfolgen hilft, die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten.
- Nitrifikation. Einige Pflanzen, wie z. B. Reis, können Ammonium direkt nutzen, die meisten jedoch nicht. Spezialisierte Mikroben wandeln es schnell zuerst in Nitrit und dann in Nitrat um, das die Pflanzen über ihre Wurzeln aufnehmen und zur Herstellung von Aminosäuren und Proteinen verwenden. Wenn Pflanzen absterben und sich zersetzen, kehrt der von ihnen verbrauchte Stickstoff schließlich als organische Verbindungen in den Boden zurück, die zu Ammonium zerfallen, das dann in Nitrit und Nitrat umgewandelt und von anderen Pflanzen wiederverwendet werden kann. Natürlich werden einige Pflanzen von Vögeln oder Tieren gefressen, die einen Teil des Stickstoffs zum Aufbau ihres Körpers verwenden und den Rest ausscheiden – letztendlich kehrt er irgendwo in den Boden zurück. In natürlichen Ökosystemen ist organisches Material, das sich im Boden zersetzt hat, eine Hauptquelle für den reaktiven Stickstoff, der für neues Pflanzenwachstum benötigt wird.
- Denitrifikation. Ein Teil des reaktiven Stickstoffs wird in Meeressedimenten oder tiefen Böden vergraben, aber der größte Teil wird von anderen Mikroben verbraucht, die ihn in Gase umwandeln, die wieder in die Atmosphäre gelangen. Im Durchschnitt dauert der Zyklus von der anfänglichen Fixierung zurück in die Atmosphäre als Distickstoff etwa 500 Jahre für den Stickstoff in Böden und 10-mal länger in den Ozeanen.
Nitrogen cycle
Dies ist eine vereinfachte Darstellung eines sehr komplexen Prozesses. Ganze Bücher sind geschrieben worden, um den Stickstoffkreislauf zu beschreiben, und die meisten geben zu, dass er immer noch nicht vollständig verstanden ist. ( For a summary of the current state of knowledge (and ignorance) about the roles played by “an astonishing diversity of microorganisms” in the nitrogen cycle, see: Marcel M. M. Kuypers, Hannah K. Marchant, and Boran Kartal, “The Microbial Nitrogen-cycling Network,” Nature Reviews Microbiology 16, no. 5 (2018): , doi:10.1038/nrmicro.2018.9.)
Ein bestimmtes Stickstoffatom kann Teile des Kreislaufs viele Male durchlaufen, auf unterschiedliche Weise und in verschiedenen Zeiträumen, wobei es sich auf vielfältige Weise mit anderen Elementen verbindet und auf dem Weg von der Atmosphäre und zurück durch die Luft, das Wasser, die Böden, die Pflanzen, die Tiere und den Menschen geht.
Hinzu kommt, dass die verschiedenen biogeochemischen Kreisläufe nicht völlig isoliert voneinander verstanden werden können – jeder einzelne beeinflusst die anderen stark und wird von ihnen stark beeinflusst, wie der Synthesebericht des Internationalen Geosphären-Biosphären-Programms hervorhebt:
„Die atmosphärische CO2-Konzentration kann die Menge an Stickstoff beeinflussen, die von Pflanzen aufgenommen wird, die stickstofffixierende Symbionten in ihrer Wurzelstruktur haben, indem sie die biologische Stickstoff-fixierungsrate verändert. Diese speziellen Pflanzentypen können eine erhöhte Verfügbarkeit von Stickstoff nutzen, um den Blattstickstoff zu erhöhen, was wiederum zu einer erhöhten photosynthetischen Kapazität führt. Die biologische Stickstoff-Fixierungsrate wird jedoch auch durch ein anderes Element, Phosphor, begrenzt. Der CO2-Gehalt kann auch die Menge des für Pflanzen verfügbaren Phosphors verändern.“ ( Will Steffen et al., Global Change and the Earth System: A Planet under Pressure (Berlin: Springer, 2005), 29)
Viele weitere Beispiele könnten angeführt werden. Wenn der Boden zu wenig Wasser enthält, können Pflanzen nicht wachsen und Stickstoff aufnehmen. Wenn die Temperaturen zu warm sind, können Diazotrophe nicht so gut Stickstoff fixieren. Die planetarischen Kreisläufe sind eng miteinander verknüpft, und das Leben ist ein aktiver Teilnehmer.
Wenn auf die Stickstofffixierung keine Denitrifikation folgen würde – wenn es sich um einen einseitigen Prozess und nicht um einen Teil eines Kreislaufs handeln würde – wäre der gesamte Stickstoff in der Atmosphäre schon längst entfernt worden. Aber wie so oft in der Evolution der lebenden Materie hat die natürliche Auslese Organismen hervorgebracht, die den Prozess umkehrten. Über Hunderte von Millionen Jahren erzeugte die natürliche Selektion ein Gleichgewicht zwischen der Umwandlung von Distickstoff in reaktiven Stickstoff durch einige Bakterien und der Umwandlung von reaktivem Stickstoff in Distickstoff durch andere. Infolgedessen blieb die Menge an reaktivem Stickstoff in der Biosphäre im Laufe der Zeit ungefähr konstant – bis vor kurzem, wie wir sehen werden.
In den frühen 1800er Jahren formulierten Agrarchemiker das Gesetz des Minimums, das besagt, dass das Pflanzenwachstum nicht durch die Gesamtmenge der verfügbaren Nährstoffe, sondern durch die Menge des knappsten Nährstoffs begrenzt wird. In den meisten Fällen war der begrenzende Faktor Stickstoff in Formen, die Pflanzen leicht verwerten können. In den meisten Ökosystemen gibt es davon verhältnis-mäßig weniger als von anderen essentiellen Nährstoffen, und die Gesamtmenge in der Biosphäre nimmt mit der Zeit nicht zu. In den Ozeanen und an Land ist Stickstoff, wie der australische Ökologe Thomas White schrieb, „die am meisten begrenzende Chemikalie.“
„Als Nährstoff wird Stickstoff in Mengen benötigt, die nur von Kohlenstoff übertroffen werden. Er ist ein Hauptbestandteil aller lebenden Zellen. Ohne Stickstoff können Proteine nicht aufgebaut werden. Proteine sind die physikalisch-chemischen Grundstrukturen aller Lebewesen und werden aus Aminosäuren hergestellt. Stickstoff ist der Schlüsselbestandteil dieser Aminosäuren, den alle Organismen haben müssen. Kein Organismus – ob Pflanze, Tier oder Protist – kann überleben, geschweige denn wachsen, ohne eine ausreichende Versorgung mit Stickstoff für die Synthese von Proteinen. Die Produktivität allen Lebens auf der Erde, sowohl in terrestrischen als auch in aquatischen Umgebungen, ist durch den biologisch verfügbaren Stickstoff begrenzt.“ (T. C. R. White, The Inadequate Environment: Nitrogen and the abundance of animals (Berlin: Springer-Verlag, 2012), 12.)
Global und in den meisten Ökosystemen hat die Verfügbarkeit von reaktivem Stickstoff die Menge der Biomasse auf der Erde begrenzt, und die natürliche Selektion hat Organismen begünstigt, die ihn effizient nutzen. Doch im letzten Jahrhundert haben drei wichtige Prozesse das Gleichgewicht zwischen Fixierung und Denitrifikation gestört, indem sie der Biosphäre noch nie dagewesene Mengen an reaktivem Stickstoff zugeführt haben:
- Industrielle Produktion von Ammoniak für Düngemittel und Sprengstoffe nach dem Haber-Bosch-Verfahren;
- Großflächiger Anbau von Reis, Sojabohnen und anderen Pflanzen, die die Produktion von reaktivem Stickstoff fördern;
- Die Verbrennung fossiler Brennstoffe, bei der neben CO2 auch die Gase Stickstoffdioxid und Stickstoffoxid (NO2 und NO) entstehen.
- Diese Prozesse produzieren jetzt mehr reaktiven Stickstoff als alle natürlichen terrestrischen Systeme zusammen – und es gab keine entsprechende Zunahme der Denitrifikation.
- Als Ergebnis schreibt der Biogeochemiker James Galloway: „Wir akkumulieren reaktiven Stickstoff in der Umwelt mit alarmierenden Raten, und das könnte sich als genauso gravierend erweisen wie das Einbringen von Kohlendioxid in die Atmosphäre.“
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Im zweiten Teil werden die Umweltauswirkungen von überschüssigem reaktivem Stickstoff untersucht.
Teil zwei von Ian Angus‘ Untersuchung der Störung des globalen Stickstoffkreislaufs durch ein Wirtschaftssystem, das Profite höher bewertet als das Leben selbst.
Im ersten Teil dieses Artikels wurde beschrieben, wie die Stoffwechselaktivität spezialisierter Bakterien im Boden und in den Ozeanen den Stickstoffkreislauf antreibt, indem sie trägen Stickstoff aus der Luft in reaktiven Stickstoff „fixieren“, ihn in Formen umwandeln, die Pflanzen nutzen können, und ihn schließlich in die Atmosphäre zurückgeben.
Wie Wissenschaftler des deutschen Max-Planck-Instituts erklären, hat das „mikrobielle Stickstoffkreislauf-Netzwerk“ über Milliarden von Jahren ein konstantes Niveau an reaktivem Stickstoff in der globalen Biosphäre aufrechterhalten.
„Es gibt eine erstaunliche Vielfalt von Mikroorganismen, die Stickstoff umwandeln, und jeder dieser Mikroorganismen hat diskrete physiologische Anforderungen für ein optimales Wachstum. Da die Wachstumsbedingungen in der Natur sehr variabel und selten optimal sind, ist der Stickstoffumsatz durch einzelne Mikroorganismen zwangsläufig ineffizient. Stickstofftransformationen in der Umwelt werden jedoch von mikrobiellen Gemeinschaften durchgeführt, die Stickstoff effizienter recyceln als einzelne Mikroorganismen. Folglich entweicht sehr wenig bioverfügbarer Stickstoff in die Atmosphäre, und die geringe Menge, die als Distickstoffgas verloren geht, wird durch Stickstofffixierung ausgeglichen.“ (Marcel M. M. Kuypers, Hannah K. Marchant, and Boran Kartal, “The Microbial Nitrogen-cycling Network,” Nature Reviews: Microbiology 16, no. 5 (2018): 271.)
Dieser lebenswichtige Kreislauf wurde im Europa des 19. Jahrhunderts gestört,
als die Städte so groß wurden, dass der Stickstoff und andere Nährstoffe, die von der Stadtbevölkerung in Form von Nahrungsmitteln verbraucht wurden, nicht mehr in den Boden zurückkehren konnten, was zu einer Verschmutzung der Städte und einer Verringerung der Bodenfruchtbarkeit auf dem Land führte.(Ian Angus, “Cesspools, Sewage, and Social Murder: Environmental Crisis and Metabolic Rift in Nineteenth Century London,” Monthly Review, July-August 2018: 32–68)
Was Marx als „einen irreparabler Riss im interdependenten Prozess des sozialen Stoffwechsels“ wurde durch den Import von stickstoffreichem Guano und mineralischen Nitraten aus Südamerika zur Düngung von Feldern und durch den Bau von Abwasserkanälen zur Ableitung von Siedlungsabfällen in Flüsse und Meere gemildert – überspielt, nicht geheilt -.
Im 20. Jahrhundert öffneten jedoch fossile Brennstoffe und die industrielle Landwirtschaft einen noch größeren Graben,
indem sie Prozesse einsetzten, die jährlich mehr als doppelt so viel reaktiven Stickstoff in die Umwelt freisetzen, wie die Natur allein je produziert hat. Insbesondere werden jedes Jahr fast 200 Millionen Tonnen synthetische Düngemittel eingesetzt – und der größte Teil des darin enthaltenen reaktiven Stickstoffs entweicht in die weitere Umgebung, verschmutzt Luft und Wasser und stört die Ökosysteme.
Das einfache Diagramm in Teil 1 veranschaulichte, wie die bakterielle Aktivität den Stickstoff im Boden in natürlichen Ökosystemen kontrolliert. Die Einführung von synthetischen Düngemitteln, industrieller Landwirtschaft und fossilen Brennstoffen bedeutet, dass nur noch wenige solcher Ökosysteme existieren. Die natürliche bakterielle Fixierung ist nicht mehr die größte Quelle von reaktivem Stickstoff, und die kleinen Mengen, die den lokalen Ökosystemen immer entgangen sind, sind zu einer Flut geworden, die die gesamte Biosphäre betrifft. Dieses Diagramm, obwohl immer noch stark vereinfacht, vermittelt ein genaueres Bild des globalen Stickstoffkreislaufs im 21. Jahrhundert.
Klimawandelleugner behaupten oft, dass Kohlendioxid nicht schädlich sein kann, weil Pflanzen es zum Wachsen brauchen. Das gleiche falsche Argument kann über Stickstoff vorgebracht werden, und unsere Antwort ist die gleiche: Zu viel von einer guten Sache kann tödlich sein. Organismen und Ökosysteme, die sich in einer Welt entwickelt haben, in der das Angebot an reaktivem Stickstoff streng begrenzt war, werden nun durch eine beispiellose Stickstoffschwemme gestört und in vielen Fällen zerstört.
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Stickstoff-Kaskaden
Die wachsende Anreicherung von Kohlendioxid in der Atmosphäre kann direkt gemessen werden – sie hat kürzlich 413 Teile pro Million überschritten, eine deutlich höhere Konzentration als zu jedem anderen Zeitpunkt in den letzten 800.000 Jahren. Die genaue Beziehung zwischen dem CO2-Gehalt und den globalen Temperaturen zu bestimmen, ist ein komplexer Prozess, aber es besteht kein Zweifel, dass mehr CO2 mit höheren Temperaturen gleichzusetzen ist.
Es gibt keine gleichwertige Möglichkeit, die Anhäufung von reaktivem Stickstoff zu verfolgen oder seine Umweltauswirkungen in einfachen Worten zusammenzufassen. Im Gegensatz zu Kohlendioxid können sich die meisten der von reaktivem Stickstoff gebildeten Chemikalien leicht ineinander umwandeln, und sie haben je nach den örtlichen Bedingungen unterschiedliche Auswirkungen.
Viele Schwellenwerte für die Gesundheit von Mensch und Ökosystem wurden aufgrund der Nr-Verschmutzung überschritten, einschließlich derer für Trinkwasser (Nitrate), Luftqualität (Smog, Feinstaub, bodennahes Ozon), Süßwasser-Eutrophierung, Verlust der biologischen Vielfalt, stratosphärischer Ozonabbau, Klimawandel und Küstenökosysteme (tote Zonen). Jeder dieser Umwelteffekte kann durch die ‚Stickstoffkaskade‘ vergrößert werden: ein einziges Atom Nr kann nacheinander eine Kaskade negativer Umwelteinflüsse auslösen.“ (J. W. Erisman et al., “Consequences of Human Modification of the Global Nitrogen Cycle,” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 368, no. 1621 (July 2013))
Jede gegebene Stickstoffkaskade kann eine andere Abfolge von chemischen Umwandlungen und Auswirkungen beinhalten.
Ein Stickstoffatom, das aus landwirtschaftlich genutzten Böden in das Grundwasser sickert, wird beispielsweise einen anderen Weg nehmen als ein Atom, das durch die Verbrennung von Benzin in einem Auto entsteht, und beide können mehrere biogeochemische Prozesse stören. Eine Grafik im Scientific American beschreibt eine mögliche Kaskade:
„1. der Stickstoff, der bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht, kann schwere Luftverschmutzung verursachen …
„2. bevor er sich dann mit Wasser verbindet, um im Regen Salpetersäure zu erzeugen …
„3. und sich mit Stickstoff verbindet, der aus gedüngten Feldern, Exkrementen von Nutztieren, menschlichen Abwässern und Hülsenfrüchten austritt.
“ 4. wenn zu viel Stickstoff in terrestrische Ökosysteme gelangt, kann er zum Rückgang der Artenvielfalt und möglicherweise zu einem erhöhten Risiko für verschiedene menschliche Krankheiten beitragen.
“ 5. ein einziges Stickstoffatom aus einer Fabrik, einem Fahrzeug oder einem Bauernhof kann den Boden versauern und das Trinkwasser verunreinigen, bevor es in Flüsse gelangt …
“ 6. wo es in die Ozeane gelangen kann und dazu beiträgt, giftige Algenblüten und tote Zonen an den Küsten zu verursachen.
„7. An jedem Punkt dieser Kette können Bakterien das schädliche Atom in Distickstoffoxid umwandeln, ein starkes Treibhausgas, das auch den Verlust des schützenden strato-sphärischen Ozons beschleunigt. Nur Bakterien, die das Atom wieder in unschädliches N2-Gas umwandeln, können seine schädlichen Auswirkungen aufhalten.“ (Alan R. Townsend and Robert W. Howarth, “Fixing the Global Nitrogen Problem,” Scientific American 302, no. 2 (February 2010); 65–6.)
Stickstoffkaskaden verlaufen nicht linear
Atome können die gesamte Sequenz oder einen Teil davon wiederholt durchlaufen, eine Stufe wiederholen oder zu einer anderen Sequenz übergehen, und das über Zeiträume von Sekunden bis Jahrzehnten. Aber der Gesamteffekt lässt sich so zusammenfassen, dass mehr reaktiver Stickstoff in der Umwelt zu mehr Stickstoff-kaskaden und mehr Störungen in der Biosphäre führt.
Die WAGES* des Stickstoffs
Wie die Autoren des europäischen Berichts zur Bewertung von Stickstoff aus dem Jahr 2011 betonten, „gibt es eine enorme Vielfalt von Nr-Schadstoffformen … die zu vielen sekundären Schadstoffen (einschließlich vieler organischer Stickstoffformen im Wasser und in der Luft) und einer noch längeren Liste von Umweltauswirkungen führen. Das Problem von Nr in der Umwelt bietet einen Grad an Komplexität, den nur wenige Wissenschaftler vollständig abdecken können.“ ( Mark A. Sutton et al., “The Challenge to Integrate Nitrogen Science and Policies,” The European Nitrogen Assessment: 84.)
Sie fassten die Umweltbedrohungen durch übermäßigen reaktiven Stickstoff unter dem Akronym *WAGES – Water, Air, Greenhouse balance, Ecosystems, Soil – zusammen und widmeten jedem ein Kapitel.
Der Bericht „Our Nutrient World“ aus dem Jahr 2013 gab diesen Überblick über die WAGES-Bedrohungen, einschließlich der Auswirkungen von Stickstoff (N) und Phosphor ℗.
„Wasserqualität: Die Freisetzung von zu viel N und P in die Umwelt beeinträchtigt Meeres- und Süßwasser-Ökosysteme durch Eutrophierung, was zu Algenblüten mit toten Zonen und Fischsterben führt, während es auch Grundwasserleiter verschmutzt und verunreinigtes Trinkwasser verursacht. Weite Regionen der meisten Kontinente sind davon betroffen, und man schätzt, dass etwa 80 % der großen Meeresökosysteme in den Küstengewässern einer signifikanten Eutrophierung unterliegen. In Süßwasser-Ökosystemen werden im Allgemeinen Konzentrationen von 1–2 mg Nr pro Liter und 0,1 mg P pro Liter oder weniger als Ursache für Eutrophierung angesehen, aber die spezifischen Konzentrationen hängen von den lokalen hydrologischen und klimatischen Bedingungen ab.
Luftqualität: Reaktiver Stickstoff trägt durch Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Ammoniak (NH3), die zu hohen Konzentrationen von Stickstoffdioxid (NO2), Feinstaub (PM) und bodennahem (troposphärischem) Ozon (O3) führen, zu mehreren Luftverschmutzungsgefahren für die menschliche Gesundheit bei. Es wird geschätzt, dass 60 % der Weltbevölkerung in städtischen Gebieten PM, NO2 und anderen toxischen N‑Stoffen in Konzentrationen ausgesetzt sind, die über den Schwellenwerten für schädliche Wirkungen liegen, während 60 % des Anstiegs von troposphärischem O3 seit 1900 auf NOx-Emissionen zurückzuführen sind, wobei troposphärisches O3 auch einen Produktivitätsverlust von etwa 5 % bei landwirtschaftlichen Kulturen verursacht.
„Treibhausbilanz„: Die Störung von Nährstoffkreisläufen hat sowohl klimaerwärmende als auch kühlende Effekte. Das Treibhausgas Lachgas (N2O) ist die am längsten anhaltende Erwärmungskomponente, während NOx zum troposphärischen O3 beiträgt, das durch die Verringerung der CO2-Aufnahme der Pflanzen zu einer weiteren Erwärmung führt. Im Gegensatz dazu fördert die atmosphärische Nr-Deposition das Pflanzenwachstum und die CO2-Aufnahme, während Nr zu wasserlöslichem Feinstaub (PM) beiträgt, die beide kühlende Effekte haben. Als Ergebnis erfolgreicher Maßnahmen zur Reduzierung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen und anderen ozonabbauenden Substanzen ist Nr2O nun die Hauptursache für den Abbau von O3 in der Stratosphäre, was das Risiko von Hautkrebs erhöht.
„Ökosysteme und Artenvielfalt„: Die Bedrohung durch zu viele Nährstoffe beinhaltet den Verlust von Arten mit hohem Schutz- und Nahrungswert, die von Natur aus an wenige Nährstoffe angepasst sind und durch Eutrophierung bedroht sind. Die atmosphärische N‑Deposition über-steigt 5 kg pro ha jährlich in der Hälfte der CBD-Schutzgebiete in „globalen Biodiversitäts-Hotspots“ und G200-Ökore-gionen und ist schätzungsweise für 5–15% des derzeitigen globalen Biodiversitätsverlustes verantwortlich. Im Gegensatz dazu schränkt ein Mangel an N und P in Agrarökosystemen die Produktivität ein und kann Landwirte dazu zwingen, zusätzliche landwirtschaftliche Flächen zu suchen, was zu einer landwirtschaftlichen Ausbreitung führt, die unberührte Ökosysteme bedroht.
„Bodenqualität„: Ein zu hoher N‑Eintrag kann zu einer Versauerung des Bodens führen, sowohl in naturnahen und Waldökosystemen, die hohen atmosphärischen N‑Depositionen ausgesetzt sind, als auch in landwirtschaftlichen Ökosystemen mit intensiver Düngung. Während dies durch Kalkzugabe in Agrarökosystemen gemildert werden kann, führt der Effekt in natürlichen Böden tendenziell zu einer Verarmung an essentiellen Bodenbasen, während gleich-zeitig toxische Metalle mobilisiert werden, was zu weiteren Risiken für die Gesundheit von Wäldern und Süßwasserfisch-populationen führt. Eine unzureichende Nährstoffverfügbarkeit in der Landwirtschaft führt zu einem Verlust der Bodenfruchtbarkeit und kann die Erosion verschärfen, während ein Mangel an Mikronährstoffen auch die effiziente Nutzung der verfügbaren N- und P‑Ressourcen einschränken kann.“(Mark A. Sutton et al., Our Nutrient World: The Challenge to Produce More Food and Energy with Less Pollution. (Edinburgh: Centre for Ecology and Hydrology, 2013), 32–3. “G200 ecoregions” are locations identified by the conservation group WWF as priorities.)
Wie dieser Abriss zeigt, gibt es nur wenige (wenn überhaupt) ökologische Probleme, die keine Stickstoffkomponente haben, die nicht durch die massive Ausbreitung von reaktivem Stickstoff in Boden, Luft und Wasser entweder ausgelöst oder verschlimmert wurden. Neuere Studien zeigen, dass seine schädlichen Auswirkungen durch den Klimawandel noch verstärkt werden.(Richard Conniff, “The Nitrogen Problem: Why Global Warming Is Making It Worse,” Yale Environment 360, August 7, 2017.)
„Ich habe vor, gesondert über tote Zonen in den Ozeanen und toxische Algenblüten zu schreiben, aber eine vollständige Darstellung der reaktiven Stickstoffbedrohungen für die globale Umwelt würde den Rahmen dieser Serie sprengen. Leser, die mehr Details suchen, einschließlich umfassender Verweise auf die relevante wissenschaftliche und technische Literatur, sollten Kapitel 4 von Our Nutrient World und die Kapitel 5 bis 9 des European Nitrogen Assessment lesen, “ so Ian Angus
Der wichtigste Punkt ist, dass die Stickstoffschwemme (und die ungleiche Verteilung, die mancherorts, insbesondere in Afrika südlich der Sahara, zu Engpässen führt) die Biosphäre in vielerlei Hinsicht schädigt. Es ist schmerzlich klar, dass jede ernsthafte Bemühung, ökologische Katastrophen in diesem Jahrhundert zu verhindern, die Zügelung der Überproduktion von reaktivem Stickstoff beinhalten muss.
Um festzustellen, wie das geschehen kann, müssen wir verstehen, wie und warum die Schwemme entstanden ist. Wie hat der metabolische Riss in der Landwirtschaft des 19. Jahrhunderts, der durch die Verarmung und Verschwendung essenzieller Nährstoffe gekennzeichnet war, im 20. Jahrhundert zu planetarischen Rissen geführt, die durch ein massives Überangebot und eine Überbeanspruchung der gleichen Elemente verursacht wurden? Ein zukünftiger Artikel in dieser Serie wird sich mit dieser Frage befassen.
Teil 3- Eine kurze Geschichte
Seit Tausenden von Jahren ernähren sich bäuerliche Gemeinschaften auf der ganzen Welt, indem sie mit den Nährstoffkreisläufen der Natur arbeiten. Durch Versuch und Irrtum und sorgfältige Beobachtung lernten sie Wege, die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten.
Techniken wie das Ausbringen von Tierdünger und das Verbrennen von Ernterückständen auf den Feldern waren weit verbreitet, aber sie konnten die Stickstoffverarmung nur verlangsamen, nicht umkehren. Die einzige Möglichkeit, dies zu erreichen, war der Anbau von natürlichen Stickstofffixierern wie Bohnen und Erbsen, entweder in der Fruchtfolge mit Getreide oder durch Zwischenfruchtanbau – und tatsächlich zeigen archäologische Beweise, dass Erbsen und Linsen im Nahen Osten bereits vor 8.000 Jahren zusammen mit Weizen und Gerste angebaut wurden. Die gleiche Methode mit anderen Hülsenfrüchten wurde unabhängig voneinander auf vier Kontinenten entdeckt und umgesetzt. (Vaclav Smil, Anreicherung der Erde (MIT Press, 2001), 29.)
Im heutigen Mexiko und Guatemala waren die von den Maya-Bauern gepflegten Mehrkulturenfelder über Jahrtausende hinweg kontinuierlich produktiv. (Charles C. Mann, 1491: Neue Offenbarungen Amerikas vor Kolumbus (Alfred A. Knopf, 2005); 199.)
Natürlich variierte das traditionelle landwirtschaftliche Wissen stark, und es kam zu ungewollten Bodenzerstörungen, manchmal in großem Umfang. Dennoch sind effektive Methoden zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit seit Jahrtausenden bekannt und werden praktiziert.
Seit einigen Jahrhunderten werden die traditionellen Anbaumethoden jedoch von der kapitalistischen Landwirtschaft untergraben, deren Hauptan-liegen die Kapitalakkumulation ist. Die Notwendigkeit, jedes Jahr einen Gewinn zu erzielen, stand der Investition von Zeit und Geld in die langfristige Fruchtbarkeit entgegen. Wie die „Dust Bowl“-Historikerin Hannah Holleman erklärt, hat die Produktion für weit entfernte Märkte die Dynamik der Landwirtschaft radikal verändert.
„Die Cash-Crop-Landwirtschaft unterscheidet sich in ihren sozialen und ökologischen Folgen stark von der Subsistenzlandwirtschaft oder auch von der Landwirtschaft der Einheimischen zur Versorgung der lokalen Märkte. Sie ist volatil und unterliegt den Schwankungen des Weltmarktes. Und sie hat eine unersättliche Qualität, solange es Geld zu verdienen gibt oder, wegen der Rolle des Finanzwesens in der Landwirtschaft und der Steuern, Schulden zu bezahlen sind. Infolgedessen werden Felder bepflanzt, wenn sie ruhen sollten, Herden werden vergrößert, wenn sie reduziert werden sollten, und so weiter, was zu einer raschen Degradierung des Landes führt. (Hannah Holleman, Dust Bowls of Empire (Yale University Press, 2018), 71.)
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Die 1800er Jahre waren eine Zeit großer wissenschaftlicher Fortschritte, einschließlich des Wissens über die Bedingungen, die die Bodenfruchtbarkeit erzeugen und zerstören, aber das Wirtschaftssystem entmutigte die effektive Anwendung dieses Wissens. Wie Holleman sagt, „hat ein größeres wissenschaftliches Verständnis die zunehmende Bodendegradation ebenso wenig verhindert wie ein größeres Wissen über die Klimawissenschaft in den letzten Jahrzehnten die Beschleunigung des Klimawandels verhindert hat.“ (Holleman, Dust Bowls, 78.)
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Was ein zirkulärer Prozess gewesen war – Bauernhöfe ernährten die Menschen und menschliche Abfälle düngten den Boden – wurde zu einem linearen Prozess, bei dem Lebensmittel von den Bauernhöfen in die Städte transportiert und die Abfälle der Menschen in die Flüsse gekippt wurden.( Ian Angus, “Cesspools, Sewage, and Social Murder: Environmental Crisis and Metabolic Rift in Nineteenth-Century London,” Monthly Review, July 2018, 32–68.)
Hugh Gorman rechnet vor, dass „ganz grob gesagt der Stickstofffluss in die englischen Städte über die Lebensmittelversorgung von etwa 800 Tonnen im Jahr 1500 auf etwa 9.000 Tonnen im Jahr 1800 anstieg“ (Hugh S. Gorman, The Story of N, (Rutgers University Press, 2013) 49.)
Der Stickstofffluss von den Bauernhöfen in die städtischen Abwasserkanäle nahm in den folgenden Jahrzehnten rapide zu.
Uralte Nährstoffkreisläufe wurden unterbrochen, die Fruchtbarkeit des Bodens nahm ab. Karl Marx nannte dies „einen irreparablen Riss im zusammenhängenden Prozess des gesellschaftlichen Stoffwechsels, eines Stoffwechsels, der durch die Naturgesetze des Lebens selbst vorgeschrieben ist.“(Karl Marx, Capital, vol. 3 (Penguin, 1981): 949–50.)
Diese Kluft wurde in erster Linie durch die Verlagerung der Nahrungsmittelproduktion in andere Länder behoben. Marx schrieb, dass Großbritannien durch den Import von Getreide aus Irland „indirekt den Boden Irlands exportierte, ohne seinen Kultivatoren auch nur die Mittel zu geben, die Bestandteile des erschöpften Bodens zu ersetzen.“(Karl Marx, Capital, vol. 1 (Penguin, 1976), 860n.)
Hätte er länger gelebt, hätte er auch die Westverschiebung der Cash-Crop-Landwirtschaft in den Vereinigten Staaten gesehen, die durch völkermörderische Kriege gegen indigene Völker ermöglicht wurde, und den parallelen Prozess in England, wo die mit Weizen bebaute Fläche zwischen 1870 und 1900 um 50 % zurückging, während die Weizen- und Mehlimporte, hauptsächlich aus Kanada und Indien, um 90 % stiegen.
Wie Brett Clark und John Bellamy Foster schreiben, „versuchten die europäischen Nationen und die Vereinigten Staaten, um die Auswirkungen ihres Raubbaus an ihrem eigenen Boden zu kompensieren, andere Länder ihrer Bodennährstoffe zu berauben, wodurch ein globaler metabolischer Riss entstand.“(Brett Clark and John Bellamy Foster, “Guano: The Metabolic Rift and the Fertilizer Trade,” in Ecology and Power, ed. Alf Hornborg and Brett Clark (New York: Routledge, 2012), 72.)
Die Ära des fossilen Stickstoffs
Während viele Landwirte in England und Deutschland den Versuch aufgaben, mit ausgelaugten Böden Geld zu verdienen, wandten sich diejenigen, die es sich leisten konnten, hergestellten Düngemitteln zu, insbesondere stickstoffreichen Mischungen auf der Basis von Seevogel-Exkrementen, die aus einem einzigartigen Ökosystem vor der Küste Perus importiert wurden.
Der Humboldtstrom, der entlang der Westküste Südamerikas nach Norden fließt, bringt riesige Mengen an kleinen Fischen aus tiefen, kalten Gewässern nach oben. Seit Jahrtausenden haben diese Fische Millionen von Seevögeln angelockt, die auf den felsigen Chincha-Inseln vor Perus Küste nisten. Ihr Guano – das Quechua-Wort für Seevogel-Exkremente – ist reich an den wichtigsten Elementen für das Pflanzenwachstum: Stickstoff, Phosphor und Kalium. Da es in dieser Gegend fast nie regnet, sammelte sich der Guano über Jahrtausende hinweg an, anstatt weggespült zu werden: An manchen Stellen waren die Ablagerungen 20 Meter dick.
Die Bauern in der Gegend nutzten den Guano schon lange, um sandige Böden in Küstennähe und felsige Böden hoch in den Anden anzureichern. Lokale Gesetze und Bräuche begrenzten die jährlich entnommenen Mengen und schützten die Seevögel, die dafür sorgten, dass die Ressource reichlich vorhanden blieb.
In den 1840er Jahren „entdeckten“ englische Landbesitzer diesen mächtigen Dünger und nutzten ihn als Lösung für ihre Bodenfruchtbarkeitskrise. Vaclav Smil beschreibt das, was folgte, als „Guano-Manie“, einen verrückten Rausch, jedes Stückchen Guano, das gefunden werden konnte, so schnell wie möglich abzubauen (Smil, Enriching, 42.)
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Der Schaden für die Umwelt und die Lebensgrundlage der peruanischen Bauern spielte keine Rolle im Kalkül der Kaufleute, die die Inseln ausplünderten. Sie kümmerten sich auch nicht um das Leben der Arbeiter, meist Zwangsarbeiter aus China, die den Guano unter brutalen Bedingungen abbauten, die Marx als „schlimmer als Sklaverei“bezeichnete. (Karl Marx, “English Atrocities in China,” in Karl Marx and Frederick Engels, Collected Works (MECW) (International Publishers, 1975). 235.)
Im Jahr 1856 verabschiedete der US-Kongress aus Sorge darüber, dass britische Kaufleute ein effektives Monopol auf peruanischen Guano hatten, den Guano Islands Act, der US-Bürger ermächtigte, jede unbewohnte Insel mit Guano-Vorkommen „friedlich in Besitz zu nehmen“. Fast 100 kleine Inseln wurden schließlich von US-Gesellschaften unter diesem Gesetz beschlagnahmt, aber keine von ihnen hatte die Quantität und Qualität des Guano, der vor Peru gefunden wurde. (Historians often describe this as the beginning of US imperialism: that of course ignores the massive seizures of land from indigenous people in North America.)
Über drei Jahrzehnte wurden etwa 12 Millionen Tonnen Guano nach Norden verschifft, hauptsächlich nach England und Deutschland. Der Guano in Düngemittelqualität wurde viel schneller abgebaut, als die Seevögel ihn ersetzen konnten, so dass die Vorkommen bald erschöpft waren. In den 1880er Jahren war der Guanohandel fast zusammengebrochen. (Guano is still harvested in the Chincha Islands today, but the quantities are small and the nutrient content low.)
Zu diesem Zeitpunkt hatten die Investoren aus dem Norden ihren Blick bereits ins Landesinnere gerichtet, wo das extrem trockene Klima eine andere Stickstoffquelle erhalten hatte. Vor Millionen von Jahren hatten sich in der Atacama-Wüste im heutigen Nordchile von der Gischt des Ozeans mitgeführte Salze getrocknet und zu Caliche angereichert, einem Erz, das reich an Natriumnitrat ist. Caliche war schwieriger zu gewinnen und zu veredeln als Guano, aber es gab viel mehr davon. Die Exporte erreichten 1,3 Millionen Tonnen im Jahr 1900 und 2,5 Millionen Tonnen im Jahr 1913.(Smil, Enriching, 46. The exported ore was about 15% nitrogen.)
Natriumnitrat aus Chile, das im Miozän abgelagert wurde, war zu einer wichtigen Quelle für reaktiven Stickstoff geworden.
Kohle war eine noch ältere Quelle für fossilen Stickstoff. Zur Herstellung von Koks für die Stahlproduktion und von Gas für die städtische Beleuchtung wurde Kohle unter Ausschluss von Sauerstoff erhitzt, um Verunreinigungen auszutreiben, zu denen auch kleine Mengen von Stickstoff gehörten, die von alten Pflanzen übrig geblieben waren, die nicht vollständig zu Kohlenstoff reduziert worden waren. Der Herstellungsprozess wandelte den Stickstoff in Ammoniak um, das bis in die 1880er Jahre einfach in die Luft entlassen wurde. Als jedoch eine Technologie zur Abscheidung des Ammoniaks entwickelt wurde, fand sie in Großbritannien und Westeuropa weite Verbreitung.
Um 1900 produzierten Bergbau- und Fertigungsprozesse mehr als genug Phosphor und Kalium, um die Mengen zu ersetzen, die dem Boden durch die Landwirtschaft entzogen wurden, aber fossiler Stickstoff kam nicht einmal in die Nähe. Smil berechnet, dass die Gesamtproduktion von chilenischen Nitraten und Ammoniak aus Koksöfen in jenem Jahr etwa 340.000 Tonnen reaktiven Stickstoffs betrug – „in der Größenordnung von 2 % des gesamten Stickstoffs, der durch die Ernten jenes Jahres und deren Rückstände entfernt wurde.“(Smil, Enriching, 57.)
Die Wiederherstellung der Böden der Welt mit Dünger würde einen qualitativen Sprung in der Stickstoffproduktion erfordern. Das könnte nur geschehen, indem man ihn aus der Luft gewinnt – und das würde die Unterstützung der mächtigen Kräfte erfordern, die Stickstoff benutzen, um Menschen zu töten, statt sie zu ernähren.
Militärischer Stickstoff
Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wussten sachkundige Beobachter, dass ein Krieg bevorstand. Großbritannien, einst die mächtigste Industriemacht der Welt, war von Deutschland und den Vereinigten Staaten eingeholt oder überholt worden. Schon im Dezember 1887 sagte Friedrich Engels treffend voraus, dass die Rivalität zwischen den großen kapitalistischen Mächten zu „einem Weltkrieg … von bisher ungeahntem Ausmaß und Gewalt“ führen würde.
„Acht bis zehn Millionen Soldaten werden sich gegenseitig an die Gurgel gehen und dabei Europa kahler ausnehmen als ein Heuschreckenschwarm. Die Verwüstungen des Dreißig-jährigen Krieges in drei bis vier Jahren komprimiert und über den ganzen Kontinent ausgedehnt …. Das ist die Aussicht auf den Augenblick, wo die systematische Entwicklung der gegenseitigen Überbietung in der Rüstung ihren Höhepunkt erreicht und ihre unvermeidlichen Früchte trägt.“ (Marx Engels Collected Works, Vol. 26, 451.)
Die „gegenseitige Überbietung in der Rüstung“ war ein Wettrüsten, das schwere Investitionen in leistungsstarke Geschütze, Kriegsschiffe und U‑Boote sowie die Anhäufung der wichtigsten Chemikalie der modernen Kriegsführung – Stickstoff – beinhaltete.
Obwohl die meisten Berichte über die Nährstoffspaltung im 19. Jahrhundert die Bedeutung des Stickstoffs für die Landwirt-schaft betonen, wurde ein Großteil des fossilen Stickstoffs tatsächlich zur Herstellung von Schießpulver und Sprengstoffen verwendet. Ein Artikel des bekannten Industriechemikers Charles E. Munroe, der 1909 vom U.S. Naval Institute veröffentlicht wurde, gab die folgenden Zahlen für die Verwendung von Natriumnitrat in den Vereinigten Staaten im Jahr 1905 an.
Industrie Tonnen
Düngemittel…………. 42,213
Farbstoff……………….. 261
Chemikalien………….. 38,048
Glas……………… 11,915
Sprengstoffe…………. 133,034
Säuren……………… 29,301
Gesamt……………… 254,772
Düngemittel verbrauchten weniger als 17 % des importierten Nitrats, während Sprengstoffe mehr als die Hälfte verbrauchten. Munroe hatte keine Zahlen für andere Länder, glaubte aber, dass „ein viel größerer Prozentsatz des chilenischen Nitrats in der Landwirtschaft in Europa verwendet wird.“ Doch auch dort war die schnell wachsende Rüstungs- und Sprengstoffindustrie auf fossilen Stickstoff angewiesen.
„Es kann daher mit Sicherheit behauptet werden, dass ohne die Entdeckung und Ausbeutung der Nitratfelder in Chile die Spreng-stoffindustrie, wie sie heute bekannt ist, unmöglich gewesen wäre und die Entwicklungen im Bergbau und Transportwesen, die das letzte halbe Jahrhundert charakterisiert haben, nicht hätten gemacht werden können.“ (Charles E. Munroe, “The Nitrogen Question from the Military Standpoint,” Naval Institute Proceedings, vol. 35 Part 2 (1909), 722–23.)
Zehn Jahre zuvor hatte Sir William Crookes, Präsident der British Association for the Advancement of Science, in einer weithin veröffentlichten Ansprache davor gewarnt, dass die chilenischen Nitrate bald so erschöpft sein könnten wie der Guano, und wenn das geschehe, „stehen England und alle zivilisierten Nationen in der tödlichen Gefahr, nicht genug zu essen zu haben … Wir schöpfen aus dem Kapital der Erde, und unsere Entwürfe werden nicht ewig geehrt werden….“.
Crookes‘ Ansichten waren eine Mischung aus solider Wissenschaft, krudem Malthusianismus und offenem Rassismus. Er behauptete, dass „die große kaukasische Rasse“ ihre Überlegenheit dem Verzehr von Weizen verdankte, der „die geeignete und richtige Nahrung für die Entwicklung von Muskeln und Gehirn“ sei. Wenn die Weizenproduktion zurückginge, würde die „weiße Bevölkerung“ der Welt von „anderen Rassen … [die] indischen Mais, Reis, Meeräsche und andere Körner essen“ übertroffen werden. So bizarr solche Ideen auch waren, sie waren bezeichnend für eine herrschende Klasse, die glaubte, sie habe ein gottgegebenes Recht, die Welt zu beherrschen.
Ohne eine neue und zuverlässige Stickstoffquelle, so Crookes, wäre England in einem Krieg militärisch im Nachteil, weil jede der anderen Großmächte den Zugang zu chilenischem Nitrat blockieren könnte. Stickstoff wird nicht nur für die Ernährung der weißen Bevölkerung benötigt, sondern ist auch ein wesentlicher Bestandteil von Schießpulver und anderen Sprengstoffen, so dass eine solche Blockade verheerend sein könnte. „Die Fixierung von atmosphärischem Stickstoff ist daher eine der großen Entdeckungen, die auf den Einfallsreichtum der Chemiker warten.“ (William Crookes, “Address of the President Before the British Association for the Advancement of Science, Bristol, 1898,” Science, October 28 1898, 562, 571, 573.)
Munroes Artikel von 1909 beschrieb mehrere Projekte zur Gewinnung von Stickstoff aus der Luft, die es seiner Meinung nach ermöglichen würden, „einen längeren Krieg zu führen, ohne den Boden, von dem die Menschen für ihre Ernährung abhängen, seiner Fruchtbarkeit zu berauben.“ Er argumentierte, dass die US-Regierung sollte nicht nur die Stickstoff-Industrie zu unterstützen, sondern sollte eingreifen, um sicherzustellen, dass die Produktion war „strategisch im ganzen Land, so dass sie einigermaßen gut vor Angriffen geschützt werden, so dass sie die militärische Einrichtung im Falle einer ausländischen Invasion von einem Viertel, oder der internen Aufstände in jeder Ortschaft dienen kann.“(Munroe, “Nitrogen Question,” 727.)
Wie Mark Sutton von der Task Force on Reactive Nitrogen schreibt, war „die westliche Welt zu Beginn der 1900er Jahre effektiv zu einer ‚fossilen Stickstoffwirtschaft‘ geworden, da sowohl die Nahrungsmittel- als auch die militärische Sicherheit entscheidend von diesen Stickstoffquellen abhing.“(Mark A. Sutton, “Assessing Our Nitrogen Inheritance,” European Nitrogen Assessment (European Science Foundation, 2011), 1.)
In den folgenden Jahren gab es vor allem in Deutschland intensive Bemühungen, die militärische und landwirtschaftliche Abhängigkeit von einer Ressource zu beenden, die im Falle eines zwischenimperialistischen Krieges leicht blockiert werden konnte.
Der letztendliche Schlüssel zum Erfolg war nicht nur clevere Wissenschaft, sondern clevere Wissenschaft und Technik in Kombination mit ausreichend Kapital, um massive Produktionsanlagen zu bauen und zu unterhalten. Und wie so oft bei Projekten des „freien Unternehmertums“ spielten staatliche Unterstützung und Krieg eine entscheidende Rolle.
Der vierte Teil dieser Serie wird untersuchen, wie die kapitalistische Lösung des Stickstoffmangels zu einem massiven Überangebot und einer Überbeanspruchung geführt hat, und zu einem noch größeren Riss im globalen Stoffwechsel der Erde.
Quelle: https://www.darrinqualman.com/nitrogen-crisis/
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts verwandelte die profitorientierte Industrietechnologie die Stickstoffknappheit in eine umweltzerstörerische Stickstoffschwemme.
Jeder, der die ikonischen Graphen der Großen Beschleunigung gesehen hat, wird die Kurve auf der rechten Seite erkennen – ein Jahrhundert langsamen Wachstums, gefolgt von einem starken Aufschwung nach dem Zweiten Weltkrieg. Sehr ähnliche Diagramme, die den langfristigen Wachstumspfad der CO2- und Methan-Emissionen, des Primärenergieverbrauchs, der Versauerung der Ozeane und anderer wichtiger Umwelttrends zeigen, wurden vom International Biosphere-Geosphere Program im Jahr 2004 erstellt. Wie die beteiligten Wissenschaftler betonten, zeigte jeder der Trends einen radikalen Anstieg der Verschmutzung und Umweltzerstörung nach 1945 – „die schnellste Transformation der menschlichen Beziehung zur natürlichen Welt in der Geschichte der Menschheit“ ( I discuss the Great Acceleration at more length in Facing the Anthropocene (Monthly Review Press, 2016), particularly in chapters 2 and 7. Recent versions of the Great Acceleration graphs can be downloaded here: https://www.slideshare.net/IGBPSecretariat/great-acceleration-2015.)
Der Zweite Weltkrieg und seine Folgen schufen die Bedingungen für die Große Beschleunigung und leiteten eine neue Epoche in der Geschichte des Erdsystems ein, das Anthropozän.
Die Stickstoffproduktion spielt eine Schlüsselrolle bei diesem zerstörerischen Übergang zu globalen Umweltbedingungen, die kein Mensch je erlebt hat.
Bis 1900 wurde der gesamte reaktive Stickstoff der Erde von einigen wenigen Mikrobenarten produziert, die die Fähigkeit entwickelt hatten, ihn aus dem trägen Stickstoff der Luft herzustellen. Alle lebenden Organismen waren von der begrenzten Menge an Stickstoff, die die Mikroben produzieren konnten, abhängig – und entwickelten sich, um damit zu leben.
Dann, in einem geologischen Augenblick, überwältigte die industrielle Produktion einen biogeochemischen Kreislauf, der das Leben auf der Erde seit Milliarden von Jahren aufrechterhalten hat. Heute wird in Fabriken mehr reaktiver Stickstoff produziert als durch alle natürlichen Prozesse zusammen. Die kapitalistische „Lösung“ für den begrenzten biologischen Stickstoff führte direkt zu einer weitaus ernsteren Umweltkrise in unserer Zeit.
Die globale Umstellung auf industriellen Stickstoff begann Anfang des 20. Jahrhunderts, kurz nachdem Sir William Crookes an Wissenschaftler und Industrielle appelliert hatte, mehr Anstrengungen in die Forschung zur Stickstofffixierung zu stecken. Er war Engländer, aber die intensivsten Anstrengungen auf diesem Gebiet wurden in Deutschland unternommen, das der größte Importeur von chilenischen Nitraten war und sich im Falle eines Krieges richtigerweise als am meisten durch eine Blockade gefährdet sah. In den Jahren vor dem Ersten Weltkrieg spielte das größte Chemieunternehmen der Welt, die Badische Anilin- & Sodafabrik, immer BASF genannt, eine führende Rolle bei der Finanzierung der Forschung und der kommerziellen Produktion. (BASF was founded in 1865 as a dye-making company. It became part of IG Farben in 1926, and reemerged as an independent company in 1952.)
Die Gewinnung von reaktivem Stickstoff aus den reaktions-trägen Distickstoffmolekülen der Atmosphäre war eine gewaltige chemische und technische Herausforderung. Das Brechen der starken Bindung, die die Stickstoffatome zusammenhält, würde Drücke und Temperaturen erfordern, die weit über denen liegen, die von Wissenschaftlern des 19. Jahrhunderts in Laboratorien erreicht wurden, ganz zu schweigen von der kontinuierlichen Fabrikproduktion. Jahrhunderts erreicht werden konnten, ganz zu schweigen von der kontinuierlichen Produktion in Fabriken. Es ist ein Maß für das wahrgenommene Gewinnpotenzial, dass bis zum Beginn des Ersten Weltkriegs drei sehr unterschiedliche Stickstofffixierungstechnologien entwickelt und kommerziell betrieben wurden. Jede produzierte eine andere chemische Verbindung, aus der reaktiver Stickstoff relativ einfach gewonnen werden konnte. (The best history of the development of nitrogen fixing technologies is Vaclav Smil’s, Enriching the Earth (MIT Press,2001), to which my brief account is indebted.)
– Das Lichtbogenverfahren ahmte den Blitz nach, indem es Tausende von hochenergetischen elektrischen Funken pro Sekunde durch Distickstoffgas schickte und so Stickstoffoxid erzeugte.
– Das Cyanamid-Verfahren erhitzte Distickstoff und andere Chemikalien auf über 1000 ºC und erzeugte Kalziumnitrid.
– Bei der Ammoniak-Synthese wurden Distickstoff und Wasserstoff unter hohem Druck und hoher Temperatur in Gegenwart eines Katalysators gemischt, wobei Ammoniak entstand.
Alle drei Verfahren wurden bis weit in die 1930er Jahre hinein kommerziell genutzt, aber die Ammoniaksynthese erwies sich als die profitabelste – insbesondere, weil sie, obwohl sie enorme Energiemengen verbrauchte, weniger als ein Zehntel so viel Energie zur Herstellung einer Tonne festen Stickstoffs benötigte wie das Lichtbogenverfahren und etwa ein Drittel so viel wie das Cyanamid-Verfahren.(enzi Tamaru, “The History of the Development of Ammonia Synthesis,” in Catalytic Ammonia Synthesis: Fundamentals and Practice, ed. J. R. Jennings (New York: Springer Science, 1991), 16.)
Daher wird heute praktisch der gesamte synthetische Stickstoff durch Variationen des Haber-Bosch-Verfahrens hergestellt, das nach seinen Erfindern, die für ihre Arbeit mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden, genannt wird.
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Fritz Haber, ein Chemiker, dessen Forschung von der BASF finanziert wurde, erfand und demonstrierte 1909 das Verfahren zur Ammoniak-synthese. Carl Bosch, ein BASF-Ingenieur, erfand die Technologien, die Habers Verfahren von der Labordemonstration zur Massenproduktion führten. Anfang 1914 produzierte eine Ammoniaksyntheseanlage der BASF in Oppau, Westdeutschland, 20 Tonnen Ammoniumsulfatdünger pro Tag, und es gab Pläne, die Produktion im folgenden Jahr zu verdoppeln.
Diese Pläne wurden durch den Krieg unterbrochen.
„Der Erste Weltkrieg brachte Gemetzel, Zerstörung und Verschwendung ohnegleichen. Die Fähigkeit der Industriegesellschaft, menschliche Bedürfnisse durch Massenproduktion zu befriedigen, hatte sich in ihr Gegenteil verkehrt: in industrialisiertes Gemetzel. Der Krieg war ein extremer Ausdruck der Konkurrenz zwischen national-kapitalistischen Blöcken. Die gesamte industrielle Macht der rivalisierenden Blöcke wurde für den Bau, die Bewaffnung und die Unterhaltung von Massenarmeen eingesetzt….
„Zwei Faktoren waren entscheidend: Erstens waren die Großmächte durch die imperiale Rivalität geteilt, während ihre Industrien expandierten und miteinander konkurrierten; und zweitens, wenn die Mächte aufeinandertrafen, konnten dieselben Industrien die Mittel der Zerstörung in Massen produzieren.“ (Neil Faulkner, A Radical History of the World (London: Pluto Press, 2018), 294, 6)
Die BASF gehörte zu den größten der Konzerne, die zum industriellen Gemetzel beitrugen.
Mit staatlicher Finanzierung und garantierten Gewinnen wurde das Oppauer Werk schnell auf die Produktion von Salpetersäure für Sprengstoffe umgerüstet, und im Mai 1915 begannen die Lieferungen an die Munitionshersteller. Als französische Luftangriffe zeigten, dass Oppau anfällig für Angriffe war, wurde ein viel größeres Werk in Sachsen gebaut, außerhalb der Reichweite von Bomben. Bei Kriegsende produzierten die beiden Fabriken weit mehr festen Stickstoff als die deutschen Anlagen, die entweder das Cyanamidverfahren oder das ältere, auf Kokerei basierende Verfahren verwendeten.
Smil beschreibt dies als „einen der Ursprünge eines Phänomens, das einen Großteil der späteren Geschichte Deutschlands und der Welt geprägt hat: der Aufstieg eines militärisch-industriellen Komplexes“ (Smil, Enriching the Earth, 103.)
Die militärische Unterstützung machte die BASF zum Weltmarktführer in der Produktion von synthetischem Stickstoff: Als die BASF Mitte der 1920er Jahre mit fünf anderen Chemieunternehmen zur I.G. Farben fusionierte, machte ihr Stickstofffixierungsgeschäft zwei Drittel des immensen Gewinns des kombinierten Unternehmens aus.
Deutschland war nicht das einzige Land, in dem das Militär und private Unternehmen bei der Stickstofffixierung zusammen-arbeiteten. In den Vereinigten Staaten stellte der National Defense Act von 1916 $ 20 Millionen für den Bau von Fabriken zur Verfügung, die Stickstoff für die Rüstungsindustrie produzieren sollten, mit dem Versprechen, dass sie nach dem Ende des Krieges in Europa Dünger herstellen würden. Zwei Fabriken wurden in Alabama gebaut, aber der Krieg endete, bevor die Produktion begann, und die versprochene Umstellung auf Düngemittelherstellung fand nie statt.
Nach dem Krieg baute das U.S. Army’s Fixed Nitrogen Research Laboratory eine eigene Ammoniak-Produktionsanlage, um Verbesserungen des Haber-Bosch-Verfahrens zu testen, und stellte seine Forschungsergebnisse der Industrie kostenlos zur Verfügung. Wie der Historiker Timothy Johnston schreibt, „adaptierte die General Chemical Company … Technologien aus dieser Modellanlage in ihren eigenen Anlagen und wurde so bis zum Zweiten Weltkrieg zum größten Produzenten von Ammoniak in den Vereinigten Staaten.“[Timothy Johnston, “Nitrogen Nation: The Legacy of World War I and the Politics of Chemical Agriculture in America, 1916–1930,” Agricultural History 90, no. 2 (Spring 2016), 224.)
Die wichtigste technische Entwicklung der Zwischenkriegszeit war eine Modifikation des Haber-Bosch-Verfahrens zur Verwendung von Erdgas (Methan) als Wasserstoffquelle: Dies war preiswerter und erzeugte reineres Gas als die bisherigen Methoden. Da Deutschland keinen Zugang zu Erdgas hatte, verpachtete die I.G. Farben das neue Verfahren an Standard Oil of New Jersey, deren Werk in Louisiana es 1931 in Betrieb nahm. Seitdem ist die Stickstoffindustrie eng mit der Erdölindustrie verbunden, die sowohl Energie als auch Rohmaterial liefert. Heute werden etwa 3 % der weltweiten Erdgasproduktion zur Stickstofffixierung verwendet, und die industrielle Stickstoffproduktion verursacht etwa 3 % der weltweiten Kohlendioxidemissionen.
Nach einem Boom zu Kriegszeiten brachen die Getreidepreise in den 1920er Jahren ein, was viele Landwirte in den Ruin trieb und die Nach-frage nach Düngemitteln radikal schrumpfen ließ. Die Weltwirtschaftskrise in den 1930er Jahren verschlimmerte die Situation noch. Obwohl in jenen Jahren in einer Reihe von Ländern Anlagen zur Ammoniaksynthese gebaut wurden, ersetzte ihre Produktion größtenteils den Stickstoff aus Chile und aus älteren Technologien, und die weltweite Produktion von synthetischen Stickstoffdüngern wuchs nur langsam oder stagnierte. Es bedurfte eines weiteren Krieges und einer weiteren großen Dosis an Regierungs-/Militärausgaben, um einen Stickstoffboom auszulösen.
Krieg beschleunigt Stickstoff wieder
Zu Beginn der 1940er Jahre, noch vor dem Kriegseintritt, startete die US-Regierung ein Crash-Programm zur Ausweitung der Stickstoffproduktion für die Munition. Zehn Fabriken wurden in verschiedenen Teilen des Landes gebaut, die mit öffentlichen Geldern bezahlt, aber von privaten Unternehmen betrieben wurden. Die Gesamtproduktionskapazität der USA betrug zu Kriegszeiten etwa 880.000 Tonnen pro Jahr, die fast ausschließlich für Waffen verwendet wurden.
Am Ende des Krieges verkaufte die Regierung die Fabriken für einen Bruchteil ihres Wertes: Die meisten wurden von den Unternehmen gekauft, die sie betrieben hatten. [he sale of nitrogen-fixing plants was part of a more general post-war selloff of government-built factories. See Facing the Anthropocene, 138–141.)
Die größte Anlage in Ohio wurde von Allied Chemical übernommen, einem Konglomerat, zu dem auch General Chemical gehörte, das im Ersten Weltkrieg in die Stickstofffixierung eingestiegen war.
Die privaten Werke begannen 1947 mit der Auslieferung von Stickstoffdünger.
Andere, die von den staatlichen Stickstoffausgaben profitierten, waren die Ingenieurbüros, die die amerikanischen Haber-Bosch-Anlagen entworfen und gebaut hatten – nach dem Krieg nutzten sie das im Krieg erworbene Know-how, um ähnliche Fabriken für andere zu bauen. Bis 1960 betrieben allein in den Vereinigten Staaten 38 Unternehmen vierundfünfzig Anlagen mit einer Gesamtkapazität von 3,6 Millionen Tonnen fixiertem Stickstoff pro Jahr.[ Hugh Scott. Gorman, The Story of N (Rutgers University Press, 2013), 91.)
Weltweit verdreifachte sich die Kapazität der Ammoniaksynthese in den 1950er Jahren, verdoppelte sich in den 1960er Jahren und verdoppelte sich nochmals in den 1970er Jahren.(Smil, Enriching the Earth, 116.)
Die Stickstoffknappheit wurde „gelöst“, indem eine Schwemme erzeugt wurde.
Die Menge an reaktivem Stickstoff, die von allen terrestrischen Quellen produziert wird, ist heute mindestens doppelt so groß wie vor der Industrialisierung, und neuere Studien deuten darauf hin, dass sie mehr als dreimal so groß sein könnte.[Peter M. Vitousek et al., “Biological Nitrogen Fixation: Rates, Patterns and Ecological Controls in Terrestrial Ecosystems,” Philosophical Transactions of the Royal Society B 368, no. 1621 (July 5, 2013).)
Der meiste industriell produzierte Stickstoff wird in der Landwirtschaft verwendet, eine sehr ineffiziente Art, den vom Menschen benötigten Nährstoff bereitzustellen: Weniger als zehn Prozent des auf Nutzpflanzen aufgebrachten Stickstoffs findet seinen Weg durch die Nahrungskette bis in unsere Münder.[Of course, even the nitrogen in our food ends up in the environment.)
Der Rest kaskadiert durch die Umwelt als vielfältige Formen der Verschmutzung.
„Die negativen Folgen dieser Stickstoffeinträge sind beträchtlich und vielfältig und reichen von der Eutrophierung terrestrischer und aquatischer Systeme bis hin zur globalen Versauerung und dem Verlust von Ozon in der Stratosphäre. Besonders besorgniserregend ist die Tatsache, dass chemische Umwandlungen von Stickstoff entlang seines Transportweges in der Umwelt oft zu einer Kaskade von Effekten führen. So kann ein emittiertes Stickoxidmolekül zunächst photochemischen Smog verursachen und dann, nachdem es in der Atmosphäre zu Salpetersäure oxidiert und auf dem Boden abgelagert wurde, zur Versauerung und Eutrophierung von Ökosystemen führen.“[Nicolas Gruber and James N. Galloway, “An Earth-System Perspective of the Global Nitrogen Cycle,” Nature 451, no. 7776 (January 16, 2008), 293.)
Original:
Part One: Nitrogen Crisis: A neglected threat to Earth’s life support systems
Part Two: Nitrogen glut: Too much of a good thing is deadly for the biosphere
Part Three: Capitalism ‘Solves’ the Nitrogen Crisis: A Brief History
Part Four: How Capitalism ‘Solved’ the Nitrogen Crisis (continued)
Netzfrau Lisa Natterer
Quelle: netzfrauen.org
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