Закись азота (N2O) является мощным парниковым газом, согревающая способность которого в 300 раз выше, чем у углекислого газа. Из-за стока удобрений с сельскохозяйственных полей все большее количество азота попадает в реки и ручьи, где микробы, дышащие азотом, расщепляют часть удобрений до N2O, который высвобождается рекой. в атмосферу, когда он падает к океану. Но до сих пор у ученых не было четкого представления о том, как работает этот процесс, какая часть стока превращается в N2O или какие шаги можно предпринять для уменьшения N. 2Выбросы O.
«Люди коренным образом изменяют азотный цикл», - говорит Мэтью Винник, единственный автор новой статьи, недавно опубликованной в AGU Advances, и профессор геонаук Массачусетского университета в Амхерсте. «Мы изменили то, как азот перемещается в окружающей среде». Большая часть этих изменений может быть связана с огромным количеством богатых азотом химических удобрений, разбросанных по сельскохозяйственным полям, которые стекают в ручьи и реки во время дождя и превращаются в нитраты..
Ученым давно известно, что микробы в почве и русле рек участвуют в «процессе денитрификации», посредством которого нитраты превращаются либо в безвредный газообразный диазот, либо в N2O. Но точная механика процессов конверсии осталась загадкой, о чем свидетельствует широкий диапазон оценок выбросов N2O - где-то между.5% и 10% глобальных выбросов - ежегодно приходящиеся на потоки.
Инновация Винника заключалась в том, чтобы пересмотреть большой набор экспериментальных данных, в которых количественно определялся N2O в 72 водотоках по всей территории США с использованием комбинации моделей химических реакций, которые могут проследить, как трансформируется азот. через систему ручьев и модели турбулентности рек, которые показывают, как механические силы самой реки доставляют нитраты в русло ручья, где происходит денитрификация.
Эта новая комбинация, объединяющая высокое разрешение модели химической реакции с моделью турбулентности, позволила Виннику увидеть, как нитрат перемещается из ручья в русло, и стала ключом к его открытию.
Оказывается, что эффективно определяет производство N2O «эффективность денитрификации», или доля нитрата, доставленная в русло реки, которая подвергается воздействию различные реакции в процессе денитрификации. Чем выше эффективность русла реки в преобразовании нитратов, тем меньше выделяется N2O. Но там, где эффективность денитрификации низкая, Винник обнаружил сравнительно более высокие уровни выбросов N2O..
Кроме того, большую роль играет и русло ручья, в который доставляется нитрат. Русла водотоков, усеянные небольшими бескислородными зонами или участками, лишенными кислорода, также помогают предотвратить выброс N2O.
Винник предполагает, что это новое понимание круговорота азота может помочь в усилиях по смягчению последствий изменения климата. «Увеличение способности водотоков перерабатывать антропогенный азот может также сократить пропорциональные выбросы N2O», - пишет он.