Wetenschappers onthullen verborgen, door zonlicht aangedreven bron van een krachtig broeikasgas
Reservoir Cubillas met de Sierra Nevada op de achtergrond
De term broeikasgas doet vaak denken aan koolstofdioxide (CO2), en dat is terecht, aangezien het een belangrijke bijdrage levert aan de stijgende mondiale temperaturen. Echter, een krachtiger verontreinigende stof en broeikasgas dat vaak over het hoofd wordt gezien, is lachgas (N2O). Molecuul voor molecuul is N2O 300 keer sterker dan CO2 en het hoopt zich sneller op in de atmosfeer dan verwacht.
Een recente studie van onderzoekers uit Denemarken en Spanje heeft een nieuw abiotisch (niet-biologisch) pad voor de productie van N2O in oppervlaktewateren geïdentificeerd, dat ‘fotochemodenitrificatie’ wordt genoemd en wordt aangedreven door zonlicht. Ze ontdekten dat dit proces N2O produceert in hogere hoeveelheden dan biologische methoden zoals ammoniumoxidatie, die eerder werd beschouwd als de belangrijkste bron van N2O-uitstoot in oppervlaktewateren. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science.
N2O komt via verschillende wegen in de atmosfeer, waaronder antropogene bronnen zoals stikstofrijke synthetische meststoffen, chemische reductie van nitraat en nitriet in metaalrijke bodems en mariene sedimenten, en microbiële afbraak van stikstofverbindingen. Onder deze processen spelen microben zoals ammonium-oxiderende bacteriën en archaea een zeer significante rol in de stikstofcyclus en zijn zij belangrijke wereldwijde producenten van N2O.
Hoewel de huidige modellen rekening houden met verschillende factoren om N2O-emissies te voorspellen, zijn de atmosferische niveaus de afgelopen tien jaar sneller gestegen dan de voorspellingen van het Intergouvernementele Panel voor Klimaatverandering (IPCC). Dit onthult een kritieke lacune in ons begrip van mogelijke bronnen van N2O.
De ontdekking van dit voorheen ongekende fotochemodenitrificatiepad in deze studie kan verklaren waarom de waargenomen toename van atmosferische N2O-concentraties sneller is geweest dan voorspeld. In deze studie verzamelden onderzoekers watermonsters uit twee zoetwater- en kustmarine systemen en plaatsten ze in kwartsflesjes, waar de monsters, blootgesteld aan zonlicht, N2O produceerden.
Om de betrokkenheid van microbiële processen (biotische paden) uit te sluiten, voegden ze het biocide HgCl2 toe aan de watermonsters. Het biocide had echter geen effect op de N2O-productie, wat de abiotische aard van het fotochemodenitrificatieproces bevestigt. Om de substraten die betrokken zijn bij de abiotische productie van N2O te identificeren, voegden de onderzoekers isotopische tracers, stikstof-15 gelabeld nitriet en nitraat, toe aan de watermonsters.
Ze ontdekten dat nitriet het belangrijkste substraat was dat direct betrokken was bij het proces, terwijl nitraat waarschijnlijk indirect bijdraagt aan het proces. Het experiment toonde ook aan dat hoe hoger de intensiteit van de ultraviolette straling van zonlicht, hoe hoger de N2O-productie. De exacte chemische mechanismen achter fotochemodenitrificatie blijven echter onduidelijk.
De onderzoekers suggereren dat de reacties die betrokken zijn bij het abiotische proces vooral significant kunnen zijn in de belangrijkste mondiale N2O-emissiepunt hotspots, zoals eutrofe zoetwaterlichamen, kustgebieden en opwellende mariene gebieden. Het integreren van deze nieuw ontdekte N2O-productieweg in klimaatmodellen kan helpen de emissievoorspellingen te verbeteren en effectievere mitigatiestrategieën te informeren. Om ervoor te zorgen dat dit op wereldwijde schaal wordt opgenomen, moeten soortgelijke experimenten worden uitgevoerd in verschillende geografische locaties en omstandigheden.
