Ilustracja przedstawia różne związki azotu. Jest podzielona na dwie części - dzień i noc. Na górze ilustracji zaznaczono stratosferę, na dole glebę i mikroorganizmy. Po stronie dnia jest chmura z deszczem, słońce, a pod nim chmura z błyskawicą, pod chmurą z błyskawicą jest samochód, są także dwa drzewa i traktor pracujący w polu. Wymieniono między innymi związki: ${\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, NO, ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_2$, ${\mathrm{N}}_2\mathrm{O}$. Po stronie nocy wyszczególniono następujące związki: ${\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_4{\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$, ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$. Po stronie dnia wokół samochodu, chmury z piorunem i słońca są strzałki z tlenkiem azotu(II) i tlenkiem azotu(IV), rodnikami oraz ozonem i tlenem dwucząsteczkowym. Po stronie nocy strzałki biegną od amoniaku do ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_4{\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$, a do niego od kwasu azotowego. Od ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$ I ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ strzałki prowadzą do kwasu azotowego. Pomiędzy ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$ i ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$ są strzałki skierowane w dwie strony. Ilustrację opisano w 23 punktach. Opisano: 1. OBIEG AZOTU W PRZYRODZIE. Obieg azotu w przyrodzie (cykl azotowy) stanowi cykl biogeochemiczny, który obejmuje przemiany związków azotowych w biosferze. Na ilustracji jest mapa, na której są obszary zaznaczone różnymi kolorami. Kolorem zielonym zaznaczono znaczne obszary południowej Kanady, USA, Ameryki Łacińskiej, Ameryki Południowej z wyjątkiem zachodniego wybrzeża, środkową część Afryki ku obszarom południowym, Europę bez Skandynawii, środkową i wschodnią część Azji, północno-wschodnią część Indii, Indonezję, Malezję, północną i wschodnią część Australii. Kolorem zielonym oznaczono także północne obszary Oceanu Atlantyckiego i Pacyfiku. Kolorem czerwonym zaznaczono obrzeża północnej części Ameryki Północnej, Europy, Azji. Kolorem fioletowym zaznaczono Centralne obszary oceanów. Bliżej brzegów kolor jest ciemnoniebieski, z wyjątkiem wspomnianej północnej części. Podpis pod ilustracją: Biosfera światowa: mapa o sztucznych barwach odznaczająca skupienia planktonu i roślin (też zwane biomasą) po powierzchni Ziemi. Dane zebrane przez CZCS. Opis: Dzięki cyklowi azotowemu jest zachowana równowaga pomiędzy atmosferą i biosferą. Podczas procesów spalania, wyładowań atmosferycznych, erupcji wulkanicznych oraz niektórych procesów przemysłowych następuje wiązanie azotu poprzez wytwarzanie jonów azotanowych(V). W glebie oraz w środowiskach wodnych azot jest wiązany przez bakterie azotowe np. sinice (cyjanobakterie) oraz inne wolno żyjące bakterie symbiotyczne. Bakterie azotowe w celu rozbicia azotu cząsteczkowego i połączenia azotu z wodorem wytwarzają niezbędny enzym nitrogenazę, który działa jedynie w warunkach beztlenowych. W związku z czym bakterie izolują się od środowiska tlenowego np. poprzez wytwarzanie warstwy śluzu lub żyją wewnątrz brodawek korzeniowych na roślinach motylkowych., 2. Na dole ilustracji biegnie strzałka z napisem: Mikroorganizmy, do wzoru ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$, będącego po stronie nocy. Opis. AMONIFIKACJA. To proces zamiany azotu znajdującego się w związkach organicznych (takich jak białka, kwasy nukleinowe, mocznik, kwas moczowy), wywodzących się ze szczątków roślinnych i zwierzęcych, do amoniaku (N H indeks dolny 3). Mechanizm procesu, przebiega w obecności mikroorganizmów (zwłaszcza bakterii amonifikacyjnych), a dzięki niemu organiczny azot staje się przyswajalny dla roślin. Na zdjęciu mikroskopowym są różowe pałeczki niebieskie kropki. Podpis pod zdjęciem: Bakterie Bacillus cereus barwione metodą Schaeffera-Fultona z widocznymi endosporami w kolorze zielono-niebieskim. Amonifikacja może przebiegać zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych (bez udziału tlenu)., 3. Na ilustracji biegnie strzałka od traktora do ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_3$. Opis. ŹRÓDŁO AMONIAKU. Rolnictwo to główne źródło emisji amoniaku (ok. 98%), z czego 72% emisji przypisuje się odchodom zwierząt gospodarskich. Wyzwalanie amoniaku jest zależne od obecności znajdujących się w nich związków azotowych. Emisja amoniaku i jej liczba jest zróżnicowana m.in. w zależności od gatunków zwierząt gospodarskich. Przykładowo w województwie wielkopolskim struktura emisji przedstawia się następująco: bydło – 18,8%, trzoda chlewna – 74,7 %, owce i kozy – 0,1%, drób kurzy 6,4%. Na ilustracji jest kogut i kilka kur. Są na podwórku. Podpis pod zdjęciem: Drób., 4. Na ilustracji po stronie nocy biegnie strzałka od amoniaki do ${\mathrm{N}\mathrm{H}}_4{\mathrm{N}\mathrm{O}}_3$. Opis. NITRYFIKACJA. Nitryfikacja to biologiczne utlenianie amoniaku do jonów azotanowych(III), a potem do anionów azotanowych(V), przez użycie małych skupisk bakterii autotroficznych i archeonów. Przekształcenie amoniaku w aniony azotanowe(III) jest zazwyczaj etapem, który ogranicza szybkość nitryfikacji. $2 {{\mathrm{NH}}_4}^{+} + 3 {\mathrm{O}}_2 + 2 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2 {{\mathrm{NO}}_2}^{-} + 4 {\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}$. Reakcja ta przebiega dwuetapowo. Początkowo powstaje hydroksyloamina, po czym jony azotanowe(III) są utleniane przez bakterie z rodzaju np. Nitrobacter do anionów azotanowych(V): $2 {{\mathrm{NO}}_2}^{-} + {\mathrm{O}}_2 \to 2 {{\mathrm{NO}}_3}^{-}$. Nitryfikacja jest ważnym krokiem w cyklu azotu w glebie. Proces ten został odkryty przez rosyjskiego mikrobiologa Siergieja Winogradskiego. Nitryfikacja autotroficzna wymaga określonych warunków, takich jak: pH od 5,5 do 9 (optymalnie 7,5), zawartość tlenu rozpuszczonego minimum 2 miligramy O indeks dolny 2 na decymetry sześcienne, obecność mikroelementów Ca, Fe, Cu, Mg, P, gazowy amoniak o stężeniu poniżej 1 miligram na decymetr sześcienny (jest toksyczny dla nitryfikatorów), brak innych toksycznych związków (fenoli, antybiotyków itp.), obecność tlenku węgla(IV) lub jonów węglanowych jako źródła węgla dla autotrofów, neutralizacja (np. przez dodatek kredy) powstającego kwasu azotawego(V), który hamuje obie fazy nitryfikacji., 5. Na ilustracji jest strzałka prowadząca od słońca do NO. Opis. ${\mathrm{N}\mathrm{O}}_{\mathrm{x}}$. Głównym zanieczyszczeniem emitowanym bezpośrednio do atmosfery jest tlenek azotu(II) (NO) wraz z niewielką ilością tlenku azotu(IV). W powietrzu wiejskim, z dala od źródeł NO, większość tlenków azotu w atmosferze występuje w postaci N O indeks dolny 2. NO i N O indeks dolny 2 są wspólnie nazywane N O indeks dolny x, ponieważ są szybko przekształcane wzajemnie w ciągu dnia. N O indeks dolny 2 jest rozszczepiany przez światło UV, dając NO i rodnik ·O, który łączy się z tlenem cząsteczkowym (O indeks dolny 2), dając ozon (O indeks dolny 3). ${\mathrm{NO}}_2 \stackrel{\mathrm{św}. }{\to } \mathrm{NO} + \mathrm{O}·$
${\mathrm{O}}_2 + \mathrm{O}· \to {\mathrm{O}}_3$. Dlatego w ciągu dnia NO, NO₂ i ozon istnieją w quasi-równowadze, która zależy od ilości światła słonecznego., 6. TLENEK AZOTU(II). Tlenek azotu(II) (NO) jest jedną z dwóch najważniejszych form reaktywnego azotu w powietrzu. Na ilustracji jest model 3D tlenku azotu(II) - niebieska kulka łączy się z czerwoną kulką. Opis. W temperaturze pokojowej występuje jako bezbarwny gaz, o temperaturze topnienia −163,6 °C i temperaturze wrzenia −151,7 °C. Posiada on jeden niesparowany elektron (dlatego też występuje jako rodnik), stąd jest niestabilny i bardzo reaktywny., 7. TLENEK AZOTU(IV). OTRZYMYWANIE. Tlenek azotu(II) (NO) przy zetknięciu z tlenem (O₂) reaguje z wytworzeniem brunatnych par tlenku azotu(IV) (N O indeks dolny 2) według równania reakcji chemicznej: $2 \mathrm{NO} + {\mathrm{O}}_2 \to 2 {\mathrm{NO}}_2$, 8. TLENEK AZOTU(IV). OTRZYMYWANIE. NO jest utleniany przez ozon w atmosferze w skali czasu wynoszącej dziesiątki minut, prowadząc do otrzymania NO₂ zgodnie z poniższym schematem reakcji chemicznej: $\mathrm{NO} + {\mathrm{O}}_3 \to {\mathrm{NO}}_2 + {\mathrm{O}}_2$, 9. RODNIKI. Organiczne rodniki nadtlenowe (nietrwałe związki utlenione) mogą być zaangażowane w ten cykl azotowy. Wszystkie formy nadtlenowe, pochodzące z reakcji, ulegają następnie w atmosferze dość skomplikowanym i licznym procesom prowadzącym do otrzymania alkoholi, aldehydów, azotanów(V), kwasów karboksylowych., 10. AZOT. Cząsteczki azotu (N indeks dolny 2) w powietrzu są bardzo stabilne i z tego też powodu nie łatwe do utlenienia. Kilka rodzajów bakterii rozwinęło specjalne mechanizmy pękania potrójnego wiązania w cząsteczce azotu i tworzenia jego utlenionych związków. Na ilustracji są połączone ze sobą wiązaniem potrójnym dwa atomy azotu. Każdy z nich ma po jednej czarnej pionowej kresce z boku. Podpis pod zdjęciem: Wzór strukturalny N indeks dolny 2. Ale o wiele bardziej istotne są procesy, w których potrójne wiązanie pęka, takie jak wysoka temperatura. Przykładem może być spalanie paliwa w silniku samochodowym. Większość antropogenicznych (wytworzonych przez człowieka) N O indeks dolny x pochodzi właśnie z tego źródła. Na zdjęciu są samochody na ulicy. Z rury wydechowej jednego z nich wydobywa się ciemny dym. Podpis pod zdjęciem: Spaliny. Opis. Pękanie wiązania ma miejsce również podczas innych reakcji, w których występuje wysoka temperatura, tj. w najgorętszych miejscach płomieni spalających biomasę np. podczas procesów spalania, erupcji wulkanicznych, czy procesów przemysłowych. Głównym źródłem pękania wiązania w cząsteczce azotu jest błyskawica (gdzie temperatury dochodzą do 30 000 stopni Celsjusza)., 11. TLENEK AZOTU(IV). Druga najważniejsza reaktywna forma azotu w powietrzu to tlenek azotu(IV) (N O indeks dolny 2). Tlenek azotu(IV) jest rozkładany przez światło słoneczne, tworząc tlenek azotu(II) (NO). Na ilustracji jest model czaszowy cząsteczki - do niebieskiej kulki przylegają z dwóch stron czerwone kulki. Podpis pod zdjęciem: Model 3D tlenku azotu(IV). Opis. Podstawowy stan elektronowy tlenku azotu(IV) jest stanem dubletowym, ponieważ azot posiada jeden niesparowany elektron. Samotny elektron w cząsteczce związku azotu oznacza również, że ten związek jest wolnym rodnikiem, dlatego też jest on często zapisywany jako ·N O indeks dolny 2., 12. Na ilustracji jest strzałka od tlenku azotu do kwasu azotowego. Opis. KWAS AZOTOWY(V). Kwas azotowy(V) może powstawać zarówno w ciągu dnia, jak i w nocy. W świetle dziennym wytwarzany jest w wyniku utleniania N O indeks dolny 2, co stanowi główny sposób usuwania tlenku azotu(IV) z atmosfery. $3 {\mathrm{NO}}_2 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to 2 {\mathrm{HNO}}_3 + \mathrm{NO}$, 13. KWAS AZOTOWY(V). Na ilustracji jest model kulkowo-pręcikowy. Niebieska kulka łączy się u góry i na dole po lewej stronie z czerwoną kulką - jedno wiązanie zaznaczono linią przerywaną - oraz na dole po prawej stronie z czerwoną kulką połączoną z małą, białą kulką. Podpis pod ilustracją: Model 3D kwasu azotowego(V). Kwas azotowy(V) jest częścią polarnych chmur stratosferycznych. Trihydrat kwasu azotowego(V) (HNO₃·3 H₂O) tworzy cząsteczki, na których rozwija się dziura ozonowa., 14. KWAS AZOTOWY(V). Kwas azotowy(V) (para) jest wchłaniany bezpośrednio przez ziemię i przekształcany w jony azotanowe(V)., 15. KWAŚNE DESZCZE. H N O indeks dolny 3 może rozpuścić się w kropelkach chmur i spowodować powstawanie kwaśnego deszczu. Na zdjęciu jest las. Na pierwszym planie stoją suche pnie drzew. Podpis pod zdjęciem: Uszkodzenia drzewostanu wywołane kwaśnymi deszczami w Czechach., 16. ASYMILACJA AZOTU. Asymilacja azotu ma na celu generowanie organicznych pochodnych azotowych, takich jak aminokwasy, z nieorganicznych form azotu dostępnych w środowisku naturalnym. Rośliny, grzyby i niektóre bakterie nie potrafiące wiązać azotu (N indeks dolny 2), zależą od właściwości absorbowania azotanów(V) lub amoniaku do własnych potrzeb. Natomiast zwierzęta, są uzależnione od azotu organicznego pochodzącego z pożywienia. Rośliny czerpią azot z gleby w formie anionów azotanowych(V) (N O indeks dolny 3 indeks górny -) i kationów amonowych (N H indeks dolny 4 indeks górny +). Dominującą postacią przyswajalnego azotu w glebach tlenowych, gdzie może mieć miejsce nitryfikacja, są aniony azotanowe(V). Jednak ze względu na fakt, iż występowanie amoniaku może przeważać na łąkach oraz w zalanych glebach beztlenowych (np. pola ryżowe), nie zawsze tak jest. Na liczebność różnych postaci azotu mogą wpływać same korzenie roślin, poprzez zmianę pH i dostarczanie związków organicznych lub tlenu. Ma to wpływ na aktywność drobnoustrojów, taką jak: wzajemna przemiana różnych gatunków azotu, uwalnianie amoniaku z materii organicznej w glebie, wiązanie azotu przez bakterie. Rośliny pobierają jony amonowe poprzez transportery amoniaku, które znajdują się w błonie komórkowej. Aniony azotanowe(V) przenoszone są przez różne białka transportowe, które wykorzystują gradient protonów do napędzania ich transportu. Azot cząsteczkowy przenoszony jest z korzenia do pędu przez ksylem w postaci azotanów(V), rozpuszczonego amoniaku i aminokwasów. Na ilustracji są trzy spiralne wstążki w różnych kolorach. Podpis pod zdjęciem: Glikoproteina Rhesus C PDN 3hd6., 17. TLENEK AZOTU(I). Tlenek azotu(I) (N indeks dolny 2 O) powstaje podczas procesów degradacji mikrobiologicznej. Jest to ważny gaz cieplarniany, ale nie reaguje w troposferze. W stratosferze niszczy ozon. Koncentracja N indeks dolny 2 O w atmosferze zwiększyła się z ok. 270 ppb do 322 ppb do 2008 r., a do wzrostu rozwoju tlenku azotu(I) w atmosferze niewątpliwie przyczynia się jego emisja z terenów rolniczych. Powodem jest prawie dziesięciokrotne zwiększenie zużycia nawozów azotowych w ostatnim czasie. Głównym źródłem emisji tego gazu jest gleba (za 2/3 emisji). Emisja tlenku azotu(I) z gleby jest zależna od ilości wprowadzonego nawozu azotowego do gleby oraz od intensywności nitryfikacji i denitryfikacji, które zależą od wielu innych czynników, takich jak: klimat, ocena gleby, czy też zabiegów agrotechnicznych. Emisja tego tlenku jest zależna również od ilości azotu wymywanego z gleb, co prowadzi do ich zubożenia w azot. Na ilustracji jest model cząsteczki: dwie niebieskie kulki są ze sobą połączone wiązaniem o długości 112,6 pikometrów. Kulka leżąca po prawej stronie łączy się z czerwoną kulką wiązaniem o długości 118,6 pikometra. Podpis pod zdjęciem: Model 3D tlenku azotu(I)., 18. RODNIK razy N O indeks dolny 3. Kolejna forma tlenku azotu to bardzo reaktywny rodnik azotanowy (razy N O indeks dolny 3), który powstaje w ciemności, co kontroluje chemię nocnej atmosfery. Rodniki azotanowe razy N O indeks dolny 3 są najbardziej aktywnymi utleniaczami. Rodniki to związki chemiczne, które są bardzo nietrwałe i zwykle reagują niezwykle szybko.

Reakcja tlenku azotu(IV) z ozonem prowadzi do powstania rodnika razy N O indeks dolny 3 o stosunkowo długim czasie życia: ${\mathrm{NO}}_2 + {\mathrm{O}}_3 \to ·{\mathrm{NO}}_3 + {\mathrm{O}}_2$. Rodniki ·NO₃ absorbują promieniowanie widzialne (570-670 nm). Pod wpływem tego promieniowania rozkładają się bezpośrednio na N O indeks dolny 2 i razy O (częściowo powstaje NO i O indeks dolny 2). Funkcją rodników razy N O indeks dolny 3 jest udział w procesach atmosferycznego utleniania aldehydów, alkanów i węglowodorów aromatycznych. Poza tym uczestniczą one w analogicznych procesach w hydrosferze., 19. TLENEK AZOTU(V). Reakcja między razy N O indeks dolny 3 i  razy N O indeks dolny 2 jest jedynym sposobem powstawania N indeks dolny 2 O indeks dolny 5 w atmosferze. Na ilustracji jest model cząsteczki. Są dwie niebieskie kulki. Każda z nich łączy się na górze z czerwoną kulką oraz na dole z czerwoną kulką. Niebieskie kulki łączą się za pośrednictwem jednej wspólnej czerwonej kulki. Po zewnętrznych stronach modeli zaznaczono wiązania linią przerywaną. Podpis pod zdjęciem: Model 3D tlenku azotu(V). $·{\mathrm{NO}}_3 + ·{\mathrm{NO}}_2 \leftrightarrow {\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5$. Tlenek azotu(V) jest nietrwały i może rozpaść się z powrotem na ·N O indeks dolny 3 i ·N O indeks dolny 2., 20. RODNIK razy N O indeks dolny 3 razy N O indeks dolny 3 tworzy się również w reakcji dysproporcjonowania tlenku azotu(V): ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5 \to ·{\mathrm{NO}}_3 + ·{\mathrm{NO}}_2$, 21. TLENEK AZOTU(V). N indeks dolny 2 O indeks dolny 5 utworzony w zanieczyszczonych obszarach może reagować z kroplami wody lub mokrymi powierzchniami z wytworzeniem kwasu azotowego(V) (H N O indeks dolny 3): ${\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_5 + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O} \to 2 {\mathrm{HNO}}_3$, 22. KWAS AZOTOWY(V). Kwas azotowy(V) może powstać również w reakcji rodnika azotanowego z wodą, zgodnie ze schematem: $·{\mathrm{NO}}_3 + {\mathrm{H}}_{2 }\mathrm{O} \to {\mathrm{HNO}}_3 + ·\mathrm{OH}$, 23. DENITRYFIKACJA. Denitryfikację stanowi redukcja jonów azotanowych (N O indeks dolny 3 indeks górny -) do wolnego azotu (N indeks dolny 2). Powstały azot zostaje uwolniony do atmosfery w postaci gazowej. Proces ten ma miejsce dzięki bakteriom denitryfikacyjnym (anaeroby, beztlenowce). Bakterie beztlenowe żyją w miejscach niedostępnych dla wolnego tlenu np. w głębokich warstwach gleby bądź w wodach gruntowych. Proces anammox to analogiczny proces przeprowadzany przez bakterie, który prowadzi do bezpośredniego utleniania nadmiernych jonów amonowych do azotu gazowego.