Ny kilde til global nitrogen opdaget

I århundreder, den herskende videnskab har vist, at alt kvælstof på jorden, der er tilgængeligt for planter, kommer fra atmosfæren. Men en undersøgelse fra University of California, Davis, indikerer, at mere end en fjerdedel kommer fra Jordens grundfjeld.

Studiet, offentliggøres 6. april i tidsskriftet Videnskab , fandt, at op til 26 procent af kvælstoffet i naturlige økosystemer stammer fra klipper, med den resterende fraktion fra atmosfæren.

Før dette studie, tilførslen af ​​dette nitrogen til det globale landsystem var ukendt. Opdagelsen kan i høj grad forbedre klimaforandringer, som er afhængige af at forstå kulstofkredsløbet. Denne nyligt identificerede kilde til nitrogen kunne også fodre kulcyklussen på land, tillader økosystemer at trække flere emissioner ud af atmosfæren, sagde forfatterne.

"Vores undersøgelse viser, at nitrogenforvitring er en globalt vigtig ernæringskilde til jord og økosystemer verden over, "sagde medlederforfatter Ben Houlton, en professor i UC Davis Department of Land, Luft- og vandressourcer og direktør for UC Davis Muir Institute. "Dette er i modstrid med det århundreder lange paradigme, der har lagt grundlaget for miljøvidenskaberne. Vi tror, ​​at dette kvælstof kan tillade skove og græsarealer at binde flere fossile brændstoffers CO2-udledninger end tidligere antaget."

Forvitring er nøglen

Økosystemer har brug for nitrogen og andre næringsstoffer for at absorbere kuldioxidforurening, og der er en begrænset mængde af det tilgængeligt fra planter og jord. Hvis en stor mængde nitrogen kommer fra klipper, det hjælper med at forklare, hvordan naturlige økosystemer som boreale skove er i stand til at optage høje niveauer af kuldioxid.

Men ikke en hvilken som helst sten kan udvaske nitrogen. Tilgængeligheden af ​​stenkvælstof bestemmes af vejrlig, som kan være fysisk, såsom gennem tektoniske bevægelser, eller kemisk, som når mineraler reagerer med regnvand.

Det er primært grunden til, at forvitring af stenkvælstof varierer på tværs af regioner og landskaber. Undersøgelsen sagde, at store områder af Afrika er blottet for nitrogenrigt grundfjeld, mens nordlige breddegrader har nogle af de højeste niveauer af klippekvælstofforvitring. Bjergrige områder som Himalaya og Andesbjergene anslås at være væsentlige kilder til forvitring af stenkvælstof, svarende til disse regioners betydning for globale vejrforhold og klima. Græsarealer, tundra, ørkener og skove oplever også en betydelig grad af forvitring af stenkvælstof.

Geologi og kulstofbinding

Kortlægning af næringsstofprofiler i sten til deres potentiale for kulstofoptagelse kan hjælpe med at drive bevaringshensyn. Områder med højere niveauer af forvitring af stenkvælstof kan muligvis binde mere kulstof.

"Geologi kan have en enorm kontrol over, hvilke systemer der kan optage kuldioxid, og hvilke der ikke gør, " sagde Houlton. "Når man tænker på kulstofbinding, planetens geologi kan hjælpe med at styre vores beslutninger om, hvad vi bevarer."

Mystisk hul

Værket belyser også "tilfældet med det manglende kvælstof". I årtier, Forskere har erkendt, at der ophobes mere nitrogen i jord og planter, end det kan forklares af atmosfæren alene, men de kunne ikke finde ud af, hvad der manglede.

"Vi viser, at paradokset ved nitrogen er skrevet i sten, "sagde den medførende forfatter Scott Morford, en UC Davis -kandidatstuderende på studietidspunktet. "Der er nok nitrogen i klipperne, og det bryder hurtigt nok sammen til at forklare de tilfælde, hvor der har været dette mystiske hul. "

I tidligere arbejde, forskergruppen analyserede prøver af gammel sten indsamlet fra Klamath -bjergene i det nordlige Californien for at konstatere, at klipperne og de omkringliggende træer der indeholdt store mængder nitrogen. Med den nuværende undersøgelse, forfatterne byggede på det værk, analysere planetens nitrogenbalance, geokemiske proxyer og opbygning af en rumlig nitrogenforvitringsmodel til at vurdere stenkvælstoftilgængeligheden på globalt plan.

Forskerne siger, at arbejdet ikke har umiddelbare konsekvenser for landmænd og gartnere, som i høj grad er afhængige af nitrogen i naturlige og syntetiske former for at dyrke mad. Tidligere arbejde har indikeret, at noget baggrundsnitrat i grundvandet kan spores tilbage til stenkilder, men yderligere forskning er nødvendig for bedre at forstå hvor meget.

Omskrivning af lærebøger

"Disse resultater vil kræve omskrivning af lærebøgerne, " sagde Kendra McLauchlan, programdirektør i National Science Foundations afdeling for miljøbiologi, som medfinansierede forskningen. "Mens der var antydninger af, at planter kunne bruge stenafledt nitrogen, denne opdagelse knuser paradigmet om, at den ultimative kilde til tilgængeligt nitrogen er atmosfæren. Nitrogen er både det vigtigste begrænsende næringsstof på Jorden og et farligt forurenende stof, så det er vigtigt at forstå de naturlige kontroller på dets udbud og efterspørgsel. Menneskeheden er i øjeblikket afhængig af atmosfærisk nitrogen for at producere nok gødning til at opretholde verdens fødevareforsyning. En opdagelse af denne størrelse vil åbne en ny æra for forskning om dette essentielle næringsstof. "