Таємницю вмісту азоту в ґрунтах розгадано

Але, виявляється, досі вони оминали увагою дуже важливе джерело цього природного елемента, який відіграє вирішальну роль у розвитку рослин. Отож, майже чверть азоту в ґрунті та рослинах просочується назовні з корінної підстильної породи (бедроку). Про це повідомили американські вчені у статті, опублікованій у Science.

Окрім кількох поодиноких досліджень, «вчені ніколи не вважали за потрібне розглядати породи як серйозне джерело азоту», — вказує Бенджамін Г’юлтон, еколог з Університету Каліфорнії в Дейвісі. Це відкриття важливе не лише з огляду на розуміння кругообігу елементів в природі — воно також може вплинути на побудову кліматичних моделей, адже пояснює, чому в деяких регіонах рослини виростають більшими і швидшими темпами і, отже, поглинають більше діоксиду вуглецю.

Тією мірою, як глобальні температури зростають, розрахунки того, скільки рослини поглинають діоксиду вуглецю, що затримує тепло, стають напрочуд важливими. Автори дослідження зазначають, що, можливо, рослини «утворюють дещо більший природний резервуар для парникових газів, ніж вважали раніше».

У попередніх дослідженнях вчені встановили, скільки азоту містять осадові відкладення аж до мантії (шар під земною корою) і скільки його виділяють в атмосферу вулкани. Починаючи з 1970-х, окремі дослідження показали, що декілька типів осадових порід містять азот, що походить з давно померлих рослин, тварин і водоростей, що протягом мільйонів років нагромаджувалися на стародавньому морському дні. Приблизно півдюжини публікацій доводили, що в деяких місцях цей елемент здатний проникати в ґрунт. Утім, вчені не розвивали цих ідей, адже вважали, що кількість азоту, яка виділяється в атмосферу під час вивітрювання порід, є незначною.

Г’юлтон та його колеги у 2011 році опублікували в Nature дослідження, в якому встановили, що лісові ґрунти над осадовими породами в певних частинах Каліфорнії містять на 50% більше азоту, ніж в регіонах над вулканічними породами. Вони також виявили на 42% більшу концентрацію азоту в деревах, що ростуть над осадовою підстильною породою. Хоча дослідження вказувало на те, що в окремих специфічних ділянках азот якось прокладає собі шлях догори, тоді це ще не розглядали як глобальний феномен.

У своєму новому дослідженні команда Г’юлтона обрала Каліфорнію як модель геологічної системи, оскільки у ній є більшість типів порід, які є на планеті. Вони виміряли концентрацію азоту у приблизно 1000 каліфорнійських зразків. Згодом вчені створили комп’ютерну модель, яка дозволила розрахувати, наскільки швидко відбувається розлам порід і виділення азоту. Визволений у такий спосіб азот врешті досягає океану. Рух тектонічних плит підіймає породи, які в процесі ерозії виділяють азот. Цей азот поглинають рослини і тварини, які, помираючи, відкладаються на морському дні. Разом з органічними рештками азот знову повертається в породи, утворюючи таким чином замкнений цикл. Ерозія — це як фізичний колапс порід, коли вони рухаються вверх і руйнуються, так і хімічний розпад, який відбувається, коли кислотні дощі реагують з їхніми компонентами.

Вільям Шлезінгер, біохімік з Інституту дослідження екосистем у Мілбруку (штат Нью-Йорк), який не брав участі в дослідженні, стверджує, що він якось виміряв істотні рівні азоту в породах, але «не додав два до двох». Він подумав, що такий механізм не може бути поширеним джерелом речовин, що живлять ґрунт. Він, однак, застерігає проти надто широкої інтерпретації результатів дослідження, стверджуючи, що кількість азоту, яка виділяється з порід, є незначною порівняно з тим, скільки його надходить до ґрунтів через синтетичні добрива. Він вважає, що це відкриття можна інкорпорувати в глобальні моделі кругообігу азоту та вуглецю, але додає, що воно навряд чи зможе суттєво змінити наше розуміння зміни клімату.

Тим не менше, результати обґрунтовують високі рівні азоту в деяких ґрунтах, які раніше не вдавалось пояснити. «Наше дослідження дозволяє заповнити прогалину між тим, що відомо зі спостережень, і тим, що випливає з моделей», — каже Г’юлтон. Ці результати особливо важливі під час інтерпретації масивних лісів, багатих на азот, що ростуть в Канаді та Росії. Значні площі цих лісів ростуть саме на осадкових формаціях.

Doug Main

Mystery of Earth's Missing Nitrogen Solved

Scientific American, 29/05/2018

Зреферував Є. Л.