На протяжении веков господствующая наука указывала на то, что весь азот на Земле, доступный растениям, поступает из атмосферы. Но исследование Калифорнийского университета в Дэвисе показывает, что более четверти приходится на коренные породы Земли.
Исследование, которое будет опубликовано 6 апреля в журнале Science, показало, что до 26 процентов азота в природных экосистемах поступает из горных пород, а оставшаяся часть поступает из атмосферы.
До этого исследования поступление этого азота в глобальную наземную систему было неизвестно. Открытие может значительно улучшить прогнозы изменения климата, основанные на понимании углеродного цикла. По словам авторов, этот недавно обнаруженный источник азота может также питать углеродный цикл на суше, позволяя экосистемам вытягивать больше выбросов из атмосферы.
«Наше исследование показывает, что выветривание азота является глобально значимым источником питания для почв и экосистем во всем мире», - сказал соавтор Бен Хоултон, профессор Департамента земельных, воздушных и водных ресурсов Калифорнийского университета в Дэвисе и директор. Института Дэвиса Мьюира Калифорнийского университета. «Это противоречит многовековой парадигме, которая заложила основу наук об окружающей среде. Мы считаем, что этот азот может позволить лесам и пастбищам поглощать больше выбросов CO2, чем считалось ранее..
Выветривание имеет ключевое значение
Экосистемы нуждаются в азоте и других питательных веществах, чтобы поглощать загрязнение углекислым газом, а его количество, доступное из растений и почвы, ограничено. Если большое количество азота поступает из горных пород, это помогает объяснить, как естественные экосистемы, такие как бореальные леса, способны поглощать большое количество углекислого газа.
Но не всякая порода может выделять азот. Доступность каменного азота определяется выветриванием, которое может быть физическим, например, в результате тектонических движений, или химическим, например, когда минералы реагируют с дождевой водой.
В первую очередь поэтому выветривание каменного азота различается в зависимости от региона и ландшафта. В исследовании говорится, что большие территории Африки лишены богатых азотом коренных пород, в то время как в северных широтах наблюдается один из самых высоких уровней выветривания азота горных пород. По оценкам, горные регионы, такие как Гималаи и Анды, являются значительными источниками выветривания азота горных пород, что аналогично важности этих регионов для глобальных темпов выветривания и климата. Луга, тундра, пустыни и леса также подвержены значительной скорости выветривания каменного азота.
Геология и депонирование углерода
Сопоставление профилей питательных веществ в горных породах с их потенциалом поглощения углерода может помочь в решении вопросов сохранения. Области с более высоким уровнем выветривания каменного азота могут поглощать больше углерода.
«Геология может иметь огромный контроль над тем, какие системы могут поглощать углекислый газ, а какие нет», - сказал Хоултон. «Когда мы думаем о поглощении углерода, геология планеты может помочь нам принять решение о том, что мы сохраняем».
Таинственный разрыв
Работа также разъясняет «случай отсутствия азота». На протяжении десятилетий ученые признавали, что в почвах и растениях накапливается больше азота, чем можно объяснить одной лишь атмосферой, но они не могли точно определить, чего ему не хватало.
«Мы показываем, что парадокс азота высечен на камне», - сказал соавтор Скотт Морфорд, аспирант Калифорнийского университета в Дэвисе во время исследования.«В горных породах достаточно азота, и он распадается достаточно быстро, чтобы объяснить случаи, когда была эта загадочная щель».
В предыдущей работе исследовательская группа проанализировала образцы древней породы, собранной в горах Кламат в Северной Калифорнии, и обнаружила, что камни и окружающие деревья содержат большое количество азота. В текущем исследовании авторы опирались на эту работу, анализируя баланс азота на планете, геохимические показатели и создавая пространственную модель выветривания азота для оценки доступности азота в горных породах в глобальном масштабе.
Исследователи говорят, что работа не имеет непосредственных последствий для фермеров и садоводов, которые в значительной степени полагаются на азот в естественных и синтетических формах для выращивания продуктов питания. Прошлые исследования показали, что некоторые фоновые нитраты в грунтовых водах можно проследить до каменных источников, но необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять, сколько их.
Переписывание учебников
«Эти результаты потребуют переписывания учебников», - сказала Кендра Маклаухлан, программный директор отдела биологии окружающей среды Национального научного фонда, софинансировавшего исследование.«Хотя были намеки на то, что растения могут использовать азот, полученный из горных пород, это открытие разрушает парадигму о том, что основным источником доступного азота является атмосфера. Азот является одновременно самым важным ограничивающим питательным веществом на Земле и опасным загрязнителем, поэтому важно понять естественный контроль над его предложением и спросом. Человечество в настоящее время зависит от атмосферного азота для производства достаточного количества удобрений для поддержания мирового продовольственного снабжения. Открытие такого масштаба откроет новую эру исследований этого важного питательного вещества."
Профессор Калифорнийского университета в Дэвисе Рэнди Дальгрен из Департамента земельных, воздушных и водных ресурсов выступил соавтором исследования.
Исследование финансировалось Отделением наук о Земле и Отделом биологии окружающей среды Национального научного фонда, а также Фондом Эндрю Меллона.