L’azoto (N2) è l’elemento più abbondante presente nell’atmosfera.  Se come gas non è respirabile (dal greco “azoon = privo di vita”) molti dei composti in cui è presente ( aminoacidi, proteine, DNA,RNA, ATP etc.) sono indispensabili per i viventi. Inoltre nell’atmosfera esso entra in diversi processi chimici che incidono sul clima terrestre.
Il ciclo dell’azoto è un ciclo biogeochimico che si svolge tra suolo, atmosfera, biosfera, ma viene definito gassoso perché il deposito maggiore di azoto è l’atmosfera dove si trova come gas nella percentuale del 78,08%.
L’azoto subisce nel terreno una serie di trasformazioni operate dai microrganismi, e alle quali partecipano composti sia organici che inorganici.
L’azoto organico viene trasformato in NH3, la quale può essere usata dalle piante oppure può essere ossidata a nitrato (nitrificazione), infine lo ione nitrico può essere ridotto con produzione di N2 e N2O (denitrificazione). Contemporaneamente al processo di mineralizzazione, i microrganismi assimilano azoto minerale trasformandolo in azoto organico.
Il ciclo dell’azoto comprende 5 fasi:
1. Fissazione: l’azoto elementare viene convertito in NH3 da parte di microrganismi sia liberi che in simbiosi con le piante.
2. Mineralizzazione: l’azoto organico viene convertito in azoto inorganico:NH4+ in NO3
3. Nitrificazione: ossidazione dell’NH4 + in ioni NO2– e NO3-
4. Riduzione assimilativa del nitrato: riduzione del nitrato a livello di NH4+ o di N amminico come costituente della cellula
5. Denitrificazione: riduzione del nitrato e formazione di N2 e N2O.
Se in forma gassosa come N2 o come ossidi NOX non è assorbibile dalle piante, l’azoto lo è invece sotto forma solida solubile dei suoi nitrati (X+NO3-). Il cammino da N2 a NO3- parte da una fissazione organica per ammonificazione del gas atmosferico ad opera dei batteri azotofissatori del suolo e dell’acqua (simbionti o liberi), secondo la reazione N2+ 8H+ + energia → 2NH4+
I batteri azotofissatori simbionti più noti sono quelli del genere Rhizobacterium contenuti nei tubercoli radicali delle Leguminose. Essi fissano l’azoto presente nell’aria circolante nel suolo attraverso un primo enzima che scinde il triplo legame di N2 e che quindi consente alla nitrogenasi di favorire la formazione di composti ammoniacali assimilabili dalla pianta. La quantità di azoto fissato dipende dalla pressione di O2 presente nel nodulo radicale regolata dalla leghemoglobina. Esistono anche batteri azotofissatori liberi e aerobi (Azotobacter, Clostridium) che sono in grado di fissare l’azoto solo quando i composti azotati sono scarsi nel substrato in cui vivono (suolo, acqua). Accanto alla fissazione organica esiste anche una fissazione diretta inorganica, innescata nell’atmosfera da radiazioni cosmiche o da fulmini che forniscono l’energia necessaria (ben 941 kJ/mol per rompere il triplo legame N≡N) per far reagire l’N2 elementare con l’O2 o con l’idrogeno dell’acqua atmosferica permettendo la formazione di ossidi acidi o di ammoniaca che scendono al suolo con le piogge.
Alla fissazione dell’N2 segue una nitrificazione in cui i sali d’ammonio vengono ossidati prima in nitriti (NO2-) dai batteri nitrosanti come il Nitrosomonas e/o da funghi del suolo e poi, da altri eubatteri come il Nitrobacter , in nitrati (NO3-), forma chimica in possono finalmente essere assorbiti dalle piante.
L’assimilazione dei nitrati come fonte di N è attuata da funghi, batteri e lieviti. La denitrificazione si divide in:
· denitrificazione assimilativa: l’NH4+ viene ottenuto dall’uso del nitrato come fonte di N per la sintesi delle proteine.  Non causa una perdita di N, ma una temporanea immobilizzazione
· denitrificazione dissimilativa: il nitrato NO3– viene usato come accettore di elettroni in reazioni di ossidazione. È la vera denitrificazione, dove il nitrato sostituisce l’ossigeno in un meccanismo respiratorio. La principale specie batterica coinvolta è lo Pseudomonas.
Oltre alle fonti naturali, l’uomo è il principale responsabile delle emissioni di NO / NO2 derivanti da processi di combustione. Tra questi la combustione che avviene nei motori delle auto svolge un ruolo di primaria importanza. Se le concentrazioni medie contenute nell’aria raggiungono livelli troppo elevati, in presenza di particolari condizioni, può verificarsi la formazione di smog da ozono. Inoltre, in atmosfera gli ossidi di azoto possono essere convertiti in acido nitrico che contribuisce alla formazione delle piogge acide con le note conseguenze negative.  L'ozono è un inquinante secondario, la sua presenza dipende da inquinanti primari e fattori ambientali, le strategie per il controllo dell'ozono troposferico sono quindi complesse e devono mirare alla diminuzione degli inquinanti primari.