Водохранилище Кубильяс с горами Сьерра-Невада на заднем плане. Фото: Элизабет Леон-Пальмеро
При упоминании термина «парниковый газ» на ум часто приходит углекислый газ (CO2), и это правильно, поскольку он является основным фактором повышения глобальной температуры. Однако более мощным загрязнителем и парниковым газом, который часто упускают из виду, является закись азота (N2O). Молекула за молекулой, N2O в 300 раз сильнее, чем CO2, и накапливается в атмосфере быстрее, чем ожидалось.
Недавнее исследование, проведённое учёными из Дании и Испании, выявило новый абиотический (небиологический) способ образования N2O в поверхностных водах, называемый фотохемоденитрификацией, который происходит под воздействием солнечного света. Они обнаружили, что этот процесс образует N2O с более высокой скоростью, чем биологические методы, такие как окисление аммиака, которое ранее считалось основным источником выбросов N2O в поверхностных водах.
Работа опубликована в журнале Science.
N2O попадает в атмосферу различными путями, в том числе из антропогенных источников, таких как богатые азотом синтетические удобрения, химическое восстановление нитратов и нитритов в богатых металлами почвах и морских отложениях, а также в результате микробного разложения азотистых соединений.
Среди них наиболее важную роль в круговороте азота играют такие микроорганизмы, как бактерии, окисляющие аммиак, и археи, которые являются основными мировыми производителями N2O.
Хотя текущие модели учитывают различные факторы для прогнозирования выбросов N2O, за последнее десятилетие атмосферные уровни росли быстрее, чем прогнозировала Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). Таким образом, выявляется критический пробел в нашем понимании возможных источников N2O.
Образцы воды, взятые из пресноводных и морских прибрежных систем, подверглись воздействию ультрафиолетового излучения. Источник: Science (2025). DOI: 10.1126/science.adq0302
Открытие этого ранее неизвестного пути фотохемоденитрификации в ходе данного исследования может объяснить, почему наблюдаемое увеличение концентрации N2O в атмосфере происходит быстрее, чем предполагалось.
В ходе этого исследования учёные взяли образцы воды из двух пресноводных и прибрежных морских систем и поместили их в кварцевые пробирки, где под воздействием солнечного света из образцов образовался N2O.
Чтобы исключить участие микроорганизмов (биотических процессов), они добавили в образцы воды биоцид HgCl2. Однако биоцид не повлиял на образование N2O, что подтверждает абиотическую природу процесса фотохимической денитрификации.
Чтобы определить субстраты, участвующие в абиотическом образовании N2O, исследователи добавили в образцы воды изотопные индикаторы — нитриты и нитраты, меченные азотом-15.
Они обнаружили, что нитрит является основным субстратом, непосредственно участвующим в этом процессе, в то время как нитрат, вероятно, участвует в процессе косвенно. Эксперимент также показал, что чем выше интенсивность ультрафиолетового излучения солнечного света, тем выше выработка N2O. Однако точные химические механизмы, лежащие в основе фотохемоденитрификации, остаются неясными.
Исследователи предполагают, что реакции, участвующие в абиотическом процессе, могут быть особенно значимыми в основных очагах глобальных выбросов N2O, таких как эвтрофные пресноводные водоёмы, прибрежные регионы и зоны апвеллинга в море.
Интеграция этого недавно открытого способа производства N2O в климатические модели может помочь улучшить прогнозы выбросов и разработать более эффективные стратегии по смягчению последствий. Чтобы обеспечить включение в глобальный масштаб, необходимо провести аналогичные эксперименты в разных географических регионах и условиях.