El nitrógeno ayuda a mantener la diversidad de la vida vegetal, el equilibrio entre los animales de pastoreo y los depredadores, y los procesos que controlan la producción y el ciclo del carbono y varios minerales del suelo. Se encuentra en concentraciones controladas en muchos ecosistemas, tanto en tierra como en el mar. La quema de combustibles fósiles de diversos procesos industriales agrega compuestos de nitrógeno y óxido nitroso a la atmósfera, lo que altera el equilibrio del nitrógeno natural, contamina los ecosistemas y altera la ecología de regiones enteras.
El aumento de las concentraciones de óxido nitroso en todo el mundo aumenta el efecto invernadero, que está calentando constantemente la Tierra. La liberación de óxidos nítricos en el aire en grandes cantidades provoca smog y lluvia ácida que contamina la atmósfera, el suelo y el agua y afecta a plantas y animales. El aumento de nitrógeno y óxido nitroso es causado por automóviles, plantas de energía y una amplia variedad de industrias.
A medida que los óxidos nitrosos se filtran en el suelo, pierde nutrientes como el calcio y el potasio, que son esenciales para mantener un equilibrio en los ecosistemas de las plantas. Con la pérdida de estos compuestos, la fertilidad del suelo disminuye. Además, los suelos se vuelven significativamente más ácidos, al igual que los sistemas de arroyos y lagos a medida que el nitrógeno alimenta el suministro de agua. El nitrógeno se transporta en grandes cantidades desde los ríos hacia los estuarios y las zonas costeras de agua, donde se considera un contaminante.
Esta alteración en el equilibrio del ciclo del nitrógeno afecta la diversidad biológica. Las plantas que se han adaptado durante millones de años al suelo bajo en nitrógeno luchan por sobrevivir. Esto a su vez afecta los microbios y la vida animal que dependen de las plantas para alimentarse. En definitiva, los humanos se ven afectados. Se cree que la disminución de la producción pesquera se debe en parte al exceso de nitrógeno en los ecosistemas costeros.
Los aumentos en las concentraciones de nitrógeno han sido difíciles de rastrear, pero los científicos de la Universidad de Brown en Rhode Island están midiendo la presencia de diferentes isótopos de nitrógeno para encontrar la fuente de nitrógeno en diferentes áreas. Los científicos han descubierto que las proporciones de nitrógeno 14 a nitrógeno 15, basadas en núcleos de hielo tomados en Groenlandia, han cambiado desde la Revolución Industrial. Con un registro de nitratos que se remonta a 1718, el mayor cambio en la relación ocurrió entre 1950 y 1980, después de que las emisiones de combustibles fósiles aumentaron rápidamente.