Gde ide Zemljin azot? Informacije mogu doći od dva atoma

Azot je jedan od osnovnih gradivnih blokova života, ali je koristan samo u odgovarajućim količinama. Previše azota u vodi, na primer, može dovesti do lošeg kvaliteta vode i postepenog umiranja akvatičnih organizama. Mikrobi uklanjaju azot iz vode pretvarajući ga u gas koji odlazi u atmosferu. Međutim, naučnicima je teško da utvrde koliko azota je uklonjeno na ovaj način.

Biogeohemičari Kalifornijskog univerziteta u Santa Barbari, Kalifornijskog univerziteta u Los Anđelesu i partnerskih institucija pokazuju da redak oblik azotnog gasa može funkcionisati kao prirodna oznaka za mikrobnu konverziju azota.

Preporučujemo

Ova tehnika zahteva sofisticiranu opremu, tako da se neće uskoro naći u rutinskom terenskom monitoringu. Međutim, obezbeđuje novi instrument za bolju ocenu kvaliteta vode i procene globalnog stanja azota.

„Problem je u tome što naša voda prirodno sadrži ogromnu količinu azotnog gasa koji je rastvoren iz vazduha, tako da može biti veoma teško uočiti gas koji proizvode mikrobi“, kažu istraživači. „Odgovor je zapisan u načinu na koji se atomi azota uparuju unutar molekula azota“.

Azotni ciklus

Azot je bitan za proteine i DNK, ali većina organizama ne može da koristi azotni gas direktno iz atmosfere. Dok azot kruži kroz vazduh, vodu i živi svet, neki mikrobi pretvaraju gas u upotrebljiva jedinjenja, dok drugi ta jedinjenja vraćaju u gas. Balans između ovih procesa pomaže u određivanju koliko azota je dostupno za podršku životu. Međutim, kvantifikovanje ovih procesa pokazalo se kao izazov.

Gasoviti azot, ili N2, sastoji se od dva spojena atoma azota. Oni mogu imati dve težine, koje se nazivaju izotopi: uobičajeni azot-14 i teži azot-15, koji ima jedan dodatni neutron. Većina molekula N2 sadrži dva atoma azota-14; neki sadrže po jedan od oba izotopa; a veoma retko oba atoma su azot-15.

U atmosferskom azotnom gasu, dva teška atoma azota-15 uparuju se češće nego što bi se očekivalo da se to desi slučajno. Sa druge strane, azotni gas koji proizvode mikrobi ima atome uparene gotovo nasumično. Kad se azot od mikroba pomeša sa azotom iz vazduha, redukuje taj višak teških parova. Kao rezultat, relativna zastupljenost ovog retkog molekula može otkriti koliko je azotnog gasa proizvedeno mikrobnom aktivnošću.

Upotreba veće mašine

Istraživači su merili gasoviti azot ekstrahovan iz uzoraka vode i sedimenta koristeći maseni spektrometar. Ovaj instrument koristi električna i magnetna polja za razdvajanje molekula prema njihovoj masi i naelektrisanju.

Obično teške azotne parove nije lako razlikovati jer drugi molekuli imaju gotovo identičnu masu. Međutim, znatna veličina spektrometra Panorama omogućava da se razdvoje molekuli sa ovim sićušnim razlikama u masi.

„Otkrili smo anomalno uparivanje teških atoma azota u Zemljinoj atmosferi i sad koristimo ovaj potpis azota u vazduhu kao moćan i specifičan geohemijski alat“, kažu naučnici.

Studija je okupila istraživače koji se bave podzemnim vodama, jezerima i morskim sredinama. Njihova združena stručnost na terenu i u laboratoriji omogućila je primenu pristupa na podzemne vode u Teksasu, jezera na Antarktiku i u Minesoti, priobalne basene kod Južne Kalifornije, Bengalskog zaliva i dubokomorske sedimente kod Aljaske.

Rezultati sa globalnim dometom

U današnje vreme, oticanje đubriva, ispuštanje otpadnih voda i druge ljudske aktivnosti igraju sve veću ulogu u azotnom ciklusu. Višak azota iz ovih izvora može pokvariti kvalitet vode i podstaći štetno razmnožavanje algi. Dok ta cvetanja algi odumiru, njihov raspad troši kiseonik i može stvoriti „mrtve zone“ sa niskim sadržajem kiseonika koje ugrožavaju ribe i drugi akvatični život.

Proučavanje azotnog ciklusa pomaže naučnicima da identifikuju kako ljudi mogu intervenisati da bi smanjili ili popravili štetu po životnu sredinu. Merenjem koliko azota mikrobi prirodno uklanjaju, ovaj pristup može pomoći da se procene inputi đubriva i otpadnih voda i da se informišu napori u cilju zaštite kvaliteta vode.

„Želimo da razumemo da li mikrobi u podzemnoj vodi mogu ublažiti zagađenje nitratima i koliko azota se ukloni usput pre nego što podstakne rast algi u jezerima, rekama i priobalnim vodama. Tako dobijamo jasniju sliku o tome da li azot ostaje u ekosistemu ili se uklanja iz rezervoara nutrijenata kao N2 gas“, kažu istraživači.

Ovaj pristup bi takođe mogao rešiti nedostatak u praćenju podzemnih voda. Mnogi uobičajeni programi za praćenje kvaliteta podzemnih voda ne mere gas N2 proizveden unutar akvifera, što može stvoriti znatne greške u računici odakle azot dolazi i gde odlazi, kažu naučnici. Ova studija i nova tehnika otvaraju vrata za mnogo potpuniju sliku o izvorima i sudbini azota u sistemima podzemnih voda.

Širi cilj je razumevanje tempa Zemljinog azotnog ciklusa. Naučnici računaju stanja azota da bi uporedili brzine kojima se upotrebljivi azot nabavlja i uklanja. Ova ravnoteža utiče na rast biljaka i mikroba koji održavaju mreže ishrane širom sveta.

„Proučavamo kako azot kruži na planeti i znamo da se ovi procesi uklanjanja azota dešavaju. Međutim, veoma je teško utvrditi koliko se brzo to dešava u određenom okruženju, što otežava izračunavanje globalnog stanja azota. Naš novi pristup obezbeđuje direktno merenje tog gubitka“, kažu istraživači.

U kombinaciji sa informacijama o transportu vode i akumulaciji gasovitog azota, merenja omogućavaju istraživačima da procene stope gubitka azota na nivou ekosistema. Proširivanje merenja na različite sredine može povezati lokalne procene gubitka azota sa regionalnim i globalnim stanjima.

Posmatrano zajedno, to nezavisan način da se proveri da li su inputi i gubici azota uravnoteženi širom planete i kako se ta ravnoteža menja tokom vremena.

(Telegraf Nauka/Phys.org)