Дебаты сосредотачиваются о том, как азот – один из самых важных источников пищи для океанской жизни и диспетчера атмосферного углекислого газа – становится переделанным в форму, которая может выйти из океана и возвратиться к атмосфере, где это снова использовано в глобальном цикле азота.Исследователи спорили, по какому из двух механизмов удаления азота, денитрификации и anammox, является самым важным в океанах.
Вопрос не просто научное любопытство, но и имеет приложения реального мира, потому что один механизм вносит больше парниковых газов в атмосферу, чем другой.«Азот управляет большой частью производительности океана», сказал Эндрю Бэббин, первый автор исследования и аспирант, который работает с Бесс Уорд, профессором Уильяма Дж. Синклера Принстона Геонаук. «Понимание езды на велосипеде азота крайне важно для понимания производительности океанов, а также мирового климата», сказал он.В новом исследовании исследователи нашли, что оба из этих азот «стратегии выхода» работают в океанах с денитрификацией, вытирающей приблизительно 70 процентов азота и избавления anammox от остальных.
Исследователи также нашли, что это отношение 70-30 могло перейти в ответ на изменения в количестве и качестве нуждающегося азота удаления. Исследование было опубликовано онлайн на этой неделе в журнале Science.Двумя другими членами исследовательской группы был Ричард Кейл и Аллан Девол, оба преподавателя в Школе Вашингтонского университета Океанографии.
Важный для жизни и климата Земли, азот – элемент что циклы между почвами и атмосферой и между атмосферой и океаном. Бактерии около поверхностного азота шаттла помощи в океанскую пищевую цепь, преобразовывая или «фиксируя» атмосферный азот в формы, которые может использовать фитопланктон.Без этого фиксированного азота фитопланктон не мог поглотить углекислый газ от воздуха, подвиг, который помогает проверить сегодняшние возрастающие уровни углекислого газа в атмосферу. Когда эти крошечные морские морские водоросли умирают или потребляются хищниками, их раковинами биомассы в океанские внутренние районы, где это становится едой для других типов бактерий.
До приблизительно 20 лет назад, большинство ученых думало, что денитрификация, выполненная некоторыми из этих бактерий, была основным путем, что зафиксированный азот был переработан назад к газу азота. Второй процесс, известный как анаэробное окисление аммиака или anammox, был обнаружен голландским изучением исследователей, как азот удален в станциях очистки сточных вод.Оба процесса происходят в областях океана, которые являются естественно низкими в кислороде или бескислородными, из-за местного отсутствия водного обращения и интенсивной производительности фитопланктона, лежащей над этими регионами.
В мировом океане такие регионы происходят только в Аравийском море, и от побережий Перу и Мексики.В этой бескислородной окружающей среде анаэробный банкет бактерий на распадающемся фитопланктоне, и в процессе вызывает денитрификацию нитрата в газ азота, который не может использоваться в качестве питательного вещества большей частью фитопланктона. Во время этого процесса также произведен аммоний, хотя морской geochemists никогда не был в состоянии обнаружить аммоний, который они знали, должен быть там.
Та загадка была решена в начале 2000-х открытием anammox реакции в морской среде, в которой анаэробные бактерии питаются аммонием и преобразовывают его в газ азота.Но другая загадка скоро появилась: anammox ставки, которые голландские и немецкие команды исследователей измерили в океанах, казалось, составляли всю потерю азота, не оставляя роли для денитрификации.Тогда в 2009 команда Уорда опубликовала исследование в журнале Nature, показывающем, что денитрификация была все еще крупным актером в возвращении азота к воздуху, по крайней мере в Аравийском море.
Бумага далее питала противоречие.Назад в Принстоне, Уорд подозревал, что оба процесса были необходимы с денитрификацией, производящей в большом количестве аммоний, который anammox тогда преобразовал в газ азота.
Чтобы уладить проблему, Уорд и Бэббин решили посмотреть на точно, что продолжалось в бескислородной океанской воде, когда бактериям дали азот и другие питательные вещества, чтобы пережевать.Они забрали пробы воды из бескислородного региона в океане к югу от Нижней Калифорнии и принесли пробирки воды в лабораторию на судне.
Работая в крепком, гибком «мешке перчатки», чтобы помешать воздуху загрязнять воду низкого кислорода, Бэббин добавил определенные суммы и типы азота и органических соединений к каждой пробирке, и затем отметил или денитрификация, или anammox произошел.«Мы провели комплекс экспериментов, в которых мы добавили различные типы органического вещества с переменным содержанием аммония, чтобы видеть, изменится ли отношение между денитрификацией и anammox», сказал Бэббин. «Мы нашли, что мало того, что увеличенный аммиак одобрял anammox, как предсказано, но и что точные пропорции потери азота, подобранной точно, как предсказано на основе содержания аммония».Объяснение почему, в прошлых экспериментах, некоторые исследователи нашли главным образом денитрификацию, в то время как другие нашли только anammox, сводится к своего рода «цветку и кризису» цикл жизни фитопланктона, объяснил Уорд.
«Если у Вас будет большой цветок планктона, тогда когда те организмы умрут, большое количество органического вещества снизится и будет ухудшено», сказала она, «но мы ученые не должны всегда там измерять это. Другими словами, если Вы не находитесь там на дневном ланче, поставлен, Вы не измерите эти процессы».
Исследователи также связали ставки потери азота с поставкой органического материала, который стимулирует ставки: больше органического материала равняется большему количеству потери азота, таким образом, количество материала имеет значение также, сказал Бэббин.У этих двух путей есть отличные метаболизмы, которые оказываются важными в глобальном изменении климата, сказал он. «Денитрификация производит углекислый газ, и оба производит и потребляет закись азота, которая является другим главным парниковым газом и веществом истончения озонового слоя», сказал он. «Anammox, однако, потребляет углекислый газ и не имеет никакого известного побочного продукта закиси азота.
Баланс между двумя поэтому оказывает значительное влияние на производство и потребление парниковых газов в океане».