Landbrugsafstrømning bidrager til global opvarmning, men en ny undersøgelse giver indsigt i afbødning af klimaændringer

Dinitrogenoxid (N ₂ O) er en kraftig drivhusgas, med 300 gange kuldioxidens opvarmningsevne. På grund af gødningsafstrømning fra landbrugsmarker, en stigende mængde kvælstof skyller ud i floder og vandløb, hvor nitrogenindåndende mikrober bryder noget af gødningen ned i N ₂ O, som floden frigiver til atmosfæren, når den tumler mod havet. Men, indtil nu, forskere har ikke haft et klart billede af, hvordan processen fungerer, hvilken brøkdel af afstrømningen ender med som N ₂ O eller hvilke skridt der kan tages for at afbøde N ₂ O emissioner.

"Mennesker ændrer fundamentalt nitrogencyklussen, "siger Matthew Winnick, eneste forfatter til et nyt papir, udgivet for nylig i AGU forskud , og professor i geovidenskab ved University of Massachusetts Amherst. "Vi har ændret, hvordan nitrogen bevæger sig gennem miljøet." Meget af denne ændring kan tilskrives enorme mængder kvælstofrig kemisk gødning, spredt på landbrugsmarker, som løber ud i åer og floder, når det regner, og bliver omdannet til nitrat.

Forskere har længe vidst, at mikrober i jorden og streambed bidrager til "denitrifikationsprocessen, "hvorved nitrat omdannes til enten harmløs dinitrogengas eller N ₂ O. Men den nøjagtige mekanik i konverteringsprocesserne er forblevet et mysterium, som det fremgår af den brede vifte af N ₂ O -estimater for emissioner - et sted mellem .5% og 10% af de globale emissioner - der årligt kan tilskrives vandløb.

Winnicks innovation var at gense et stort eksperimentelt datasæt, der kvantificerede N ₂ O i 72 strømme i USA ved hjælp af en kombination af kemiske reaktionsmodeller, som kan spore, hvordan nitrogen omdannes gennem et strømsystem, og stream turbulensmodeller, som fanger hvordan selve de mekaniske kræfter leverer nitrat til vandløbet, hvor denitrifikation sker.

Denne nye kombination, parring af den høje opløsning af den kemiske reaktionsmodel med turbulensmodellen, tilladt Winnick at se, hvordan nitrat flyttede fra åen til vandløbet og var nøglen til hans opdagelse.

Det viser sig, at det, der effektivt bestemmer produktionen af ​​N ₂ O er "denitrifikeringseffektivitet, "eller fraktionen af ​​nitrat, leveret til streambedet, der udsættes for de forskellige reaktioner i denitrifikationsprocessen. Jo større strømbedets effektivitet ved omdannelse af nitrat, jo mindre N ₂ O frigives. Men hvor denitrifikeringseffektiviteten er lav, Winnick fandt forholdsvis højere niveauer af N ₂ O emissioner.

Desuden, sengen i strømmen, hvortil nitratet afgives, spiller også en vigtig rolle. Streambeds besat med små anoksiske zoner, eller plaster sultet af ilt, også hjælpe med at forhindre frigivelse af N ₂ O.

Winnick foreslår, at denne nye forståelse af kvælstofcykling kan hjælpe med at informere indsatsen mod afbødning af klimaændringer. "Forøgelse af strømme til at behandle menneskeskabt nitrogen kan også reducere proportionalt N ₂ O emissioner, " han skriver.