窒素循環と炭素循環の主な違いは、窒素循環が大気、陸域、海洋の生態系間で複数の化学形態をとる窒素の変換と循環を記述するのに対し、炭素循環は大気、海洋、生物圏、地圏間の炭素とその複数の化学形態の移動を記述することである。

生態系では、生化学的なサイクルが自然のバランスを保つために重要です。したがって、生態系の多くの要素について、生態系のさまざまな構成要素を介した要素の動きをまとめたサイクルを描くことができるのです。このサイクルの中で、元素は複雑な分子に変換され、その分子が分解される過程で、より単純な分子に分解される。すべてのサイクルは、通常、非生物的な大きな貯水池を持っています。自然界では、窒素循環、炭素循環、リン循環、水循環が重要な生化学的循環となっています。そのため、環境を汚染から守るためには、物質の循環を理解し、効率的な循環を維持することが重要である。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 窒素サイクルとは 3. 炭素サイクルとは 4. 窒素サイクルと炭素サイクルの類似点 5. 横並び比較-窒素サイクルと炭素サイクルの表形式 6. 総まとめ

窒素サイクル（Nitrogen cycle）は何ですか？

窒素循環は、自然界で最も重要な地球化学的サイクルの一つである。大気、陸上、海洋の生態系におけるさまざまな化学形態の窒素の循環を解説しています。窒素の主な貯蔵庫は大気です。窒素を約78％含んでいるが、多くの生物は利用できない。だから、窒素は植物が利用できる形に変換する必要がある。このプロセスは窒素固定と呼ばれている。

さらに、窒素を固定する方法もいくつかある。その一つが生物学的固定法である。根粒菌などの共生菌は、マメ科植物の根粒に生息し、大気中の窒素を固定することができる。また、窒素固定バクテリアなど、窒素を固定する自由生活型のバクテリアも存在する。また、窒素の固定化方法として、工業的窒素固定化もあります。ハイバープロセスにより、窒素はアンモニアに変換され、**肥料や**に使用することができます。さらに、雷に打たれると、自然の窒素は硝酸塩に変化します。

図01：窒素の循環

ほとんどの植物は、窒素の必要量を土壌からの硝酸塩の供給に頼っている。動物は窒素の供給を直接または間接的に植物に依存しています。動植物が死ぬと、タンパク質などの窒素化合物は、腐生菌によって硝酸塩に戻される。これは、一連の酸化反応によって、タンパク質がアミノ酸に変換され、そのアミノ酸がアンモニアに変換されることで起こります。したがって、このプロセスは「硝化」であり、ニトロソモナスとニトロバクターが硝化に関与する2種類のバクテリアである。脱窒菌は硝化を逆転させることができる。土壌中の硝酸塩を窒素に還元し、それを大気中に放出するのです。

炭素循環は何ですか？

炭素循環は、異なる化学形態の炭素の変容と、大気圏、水圏、生物圏、地圏での循環を記述するもう一つの地球化学的サイクルである。生物にとっての主な炭素源は、大気中や地表水に溶け込んでいる二酸化炭素である。光合成を行う植物や藻類、アオコは、二酸化炭素を炭水化物などの炭素化合物に変換することができます。糖質は、その構造と機能から、他のほとんどの有機化合物の構成要素となる。

動物は植物から直接または間接的に炭素を得る。植物が光合成のために吸収した二酸化炭素は、植物や動物の呼吸によって相殺されます。このように、光合成と呼吸は、炭素循環の自然なバランスを維持するための主要なメカニズムである。

図02：炭素循環

同様に、光合成で生成された固定化された二酸化炭素の一部は、生物に蓄積される。その後、死ぬと、この炭素は土壌や水域に還元されます。この死骸が長く土壌に蓄積されると、化石燃料の鉱床に変化する。人が化石燃料を燃やすと、二酸化炭素が再び大気中に戻ってきます。このように、炭素化合物は異なる球の中を循環しているのです。

窒素サイクル（Nitrogen cycle）と炭素循環の共通点

• 窒素循環と炭素循環は、どちらも重要な生物地球化学的循環である。
• 各元素のさまざまな化学形態が環境中でどのように循環しているかを説明しています。
• この2つのサイクルによって、これらの元素は植物と動物の両方に有効なのです。
• 大気中のガスは、この両方の循環に関与しています。
• それだけでなく、どちらのサイクルも大気中のガスに始まり、大気中のガスに終わります。
• どちらのサイクルでも、化合物は土壌の中にも循環しています。
• 各サイクルの大部分を微生物が担っています。

窒素サイクル（Nitrogen cycle）と炭素循環の違い

窒素の循環は、窒素の異なる化学形態が環境中を循環することであり、炭素の循環は、炭素の循環である。これが、窒素循環と炭素循環の大きな違いです。窒素循環のリザーバーは大気中の窒素であり、炭素循環のリザーバーは炭酸ガスである。したがって、これは窒素循環と炭素循環の違いでもあるのです。さらに、窒素のリザーバーは炭素のリザーバーよりはるかに大きい。

また、窒素循環と炭素循環のもう一つの違いは、炭素循環の乱れは窒素循環の乱れよりもずっと早く人間や動物に影響を与えるということです。

窒素循環と炭素循環の違いについては、次のインフォグラフィックで詳しく説明しています。

概要 - 窒素サイクル（Nitrogen cycle） vs. 炭素循環

自然界では、窒素循環と炭素循環の2つが重要な栄養循環となっています。窒素循環とは、自然界でさまざまな形の窒素が循環していることを指します。一方、炭素循環は、自然界におけるさまざまな形態の炭素の循環を示すものである。したがって、窒素循環と炭素循環の重要な違いである。さらに、窒素循環は窒素固定、硝化、硝酸同化、アンモニア化、脱窒などのプロセスで行われ、炭素循環は光合成、呼吸、燃焼、分解などのプロセスで行われ、微生物はどちらの循環にも関与しているのです。また、窒素循環は窒素固定から始まり、炭素循環は光合成から始まります。ここでは、窒素循環と炭素循環の違いについてまとめています。

引用

1 "Nitrogen Cycle", Khan Academy, カーン・アカデミー.