اكتشاف مسار خفي لإنتاج أكسيد النيتروز الأشد تأثيرا في الاحتباس الحراري يعتمد على ضوء الشمس

كثيراً ما يتبادر إلى الذهن مصطلح غاز الدفيئة، وهو أمرٌ صحيح، إذ يُعدّ ثاني أكسيد الكربون (CO 2 ) مساهماً رئيسياً في ارتفاع درجات الحرارة العالمية. ومع ذلك، فإنّ أكسيد النيتروز (N 2 O) هو مُلوّثٌ وغاز دفيئةٌ أشدّ تأثيراً، وغالباً ما يُغفل عنه. فجزيء N 2 O أقوى بـ 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون، ويتراكم في الغلاف الجوي أسرع من المتوقع.

حددت دراسة حديثة أجراها باحثون من الدنمارك وإسبانيا مسارًا غير حيوي (وليس بيولوجيًا) جديدًا لإنتاج أكسيد النيتروز في المياه السطحية، يُسمى التحلل الضوئي الكيميائي، ويعتمد على ضوء الشمس.

ووجد الباحثون أن هذه العملية تُنتج أكسيد النيتروز بمعدلات أعلى من الطرق البيولوجية مثل أكسدة الأمونيا، والتي كانت تُعتبر سابقًا المصدر الرئيسي لانبعاثات أكسيد النيتروز في المياه السطحية.

تم نشر العمل في مجلة العلوم .

الكائنات الحية الدقيقة ودورة النيتروجين

يدخل أكسيد النيتروز إلى الغلاف الجوي من خلال مسارات مختلفة، بما في ذلك المصادر البشرية مثل الأسمدة الصناعية الغنية بالنيتروجين، والاختزال الكيميائي للنترات والنتريت في التربة الغنية بالمعادن والرواسب البحرية، والتحلل الميكروبي للمركبات النيتروجينية.

ومن بين هذه الكائنات الحية الدقيقة، مثل البكتيريا المؤكسدة للأمونيا والعتائق، تلعب الدور الأكثر أهمية في دورة النيتروجين وهي من المنتجين الرئيسيين لغاز N2O على مستوى العالم .

على الرغم من أن النماذج الحالية تأخذ في الاعتبار عوامل مختلفة للتنبؤ بانبعاثات أكسيد النيتروز ، إلا أن مستوياته في الغلاف الجوي زادت بوتيرة أسرع من توقعات الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) خلال العقد الماضي. وهذا يكشف عن فجوة حرجة في فهمنا للمصادر المحتملة لأكسيد النيتروز .

إن اكتشاف مسار إزالة النتروجين الضوئي غير المعترف به سابقًا في هذه الدراسة قد يفسر سبب كون الزيادة الملحوظة في تركيزات أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي أسرع من المتوقع.

الطبيعة غير الحيوية لعملية إزالة النترتة الضوئية

في هذه الدراسة، جمع الباحثون عينات من المياه من نظامين للمياه العذبة والساحلية البحرية ووضعوها في قوارير كوارتز حيث أنتجت العينات غاز N2O عند تعرضها لأشعة الشمس .

لاستبعاد تورط العمليات الميكروبية (المسارات الحيوية)، أضاف الباحثون المبيد الحيوي HgCl 2 إلى عينات المياه، ومع ذلك، لم يكن للمبيد الحيوي أي تأثير على إنتاج أكسيد النيتروز، مما يؤكد الطبيعة غير الحيوية لعملية إزالة النترتة الضوئية.

لتحديد العناصر الأساسية المشاركة في الإنتاج غير الحيوي لغاز N2O ، أضاف الباحثون مواد تتبع نظيرية ونتريت ونترات مُسمّاة بالنيتروجين 15 إلى عينات المياه .

شدة الأشعة فوق البنفسجية

وجد الباحثون أن النتريت كان الركيزة الرئيسية المشاركة مباشرةً في العملية، بينما يُرجَّح أن النترات تُساهم فيها بشكل غير مباشر.

كما وجدت التجربة أنه كلما زادت شدة الأشعة فوق البنفسجية من ضوء الشمس، زاد إنتاج أكسيد النيتروز . ومع ذلك، لا تزال الآليات الكيميائية الدقيقة وراء عملية إزالة النترتة الضوئية غير واضحة.

ويشير الباحثون إلى أن التفاعلات المشاركة في العملية غير الحيوية قد تكون ذات أهمية خاصة في المناطق الرئيسية لانبعاثات أكسيد النيتروز العالمية، مثل المسطحات المائية العذبة المغذية، والمناطق الساحلية، والمناطق البحرية الصاعدة.

إن دمج مسار إنتاج أكسيد النيتروز المُكتشف حديثًا في نماذج المناخ قد يُحسّن تنبؤات الانبعاثات ويُسهم في وضع استراتيجيات تخفيف أكثر فعالية، ولضمان الشمول على نطاق عالمي، يجب إجراء تجارب مماثلة في مواقع جغرافية وظروف مختلفة.