El nitrógeno ayuda a mantener la diversidad de 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 diversos 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 nitrógeno y compuestos de óxido nitroso a la atmósfera, lo que altera el equilibrio del nitrógeno natural, contamina los ecosistemas y altera la ecología de regiones enteras.
Aumentan las concentraciones de óxido nitroso globalmente al efecto invernadero, que constantemente está calentando la Tierra. La liberación de óxidos de nitrógeno en el aire en grandes cantidades provoca smog y lluvia ácida que contamina la atmósfera, el suelo y el agua y afecta a las plantas y los animales. El aumento en 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 al suelo, pierde nutrientes como calcio y potasio, que son esenciales para mantener un equilibrio en ecosistemas de 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 a los estuarios y las zonas costeras de agua, donde se lo considera un contaminante.
Este trastorno en el equilibrio del ciclo del nitrógeno afecta la diversidad biológica. Las plantas que se han adaptado durante millones de años a suelos con bajo contenido de nitrógeno luchan por sobrevivir. Esto a su vez afecta los microbios y la vida animal que dependen de las plantas para la alimentación. En definitiva, los humanos se ven afectados. Se cree que la disminución de la producción de la pesca 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 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 relaciones nitrógeno-14 a nitrógeno-15, basadas en núcleos de hielo tomadas 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, luego de que las emisiones de combustibles fósiles aumentaran rápidamente.
