Lachgas (N ₂ O) is een krachtig broeikasgas, met 300 keer het opwarmende vermogen van koolstofdioxide. Door het wegstromen van kunstmest van de akkers, een toenemende hoeveelheid stikstof spoelt in rivieren en beken, waar stikstof-ademende microben een deel van de mest afbreken tot N ₂ O, die de rivier in de atmosfeer loslaat terwijl deze naar de oceaan tuimelt. Maar, tot nu, wetenschappers hebben geen duidelijk beeld gehad van hoe het proces werkt, welk deel van de afvoer eindigt als N ₂ O of welke stappen kunnen worden ondernomen om N . te verminderen ₂ O-emissies.

"Mensen veranderen de stikstofcyclus fundamenteel, " zegt Matthew Winnick, enige auteur van een nieuw artikel, onlangs gepubliceerd in AGU-vooruitgang , en hoogleraar geowetenschappen aan de Universiteit van Massachusetts Amherst. "We hebben de manier veranderd waarop stikstof door de omgeving beweegt." Een groot deel van deze verandering kan worden toegeschreven aan enorme hoeveelheden stikstofrijke kunstmest, verspreid over landbouwvelden, die uitmonden in beken en rivieren als het regent, en omgezet worden in nitraat.

Wetenschappers weten al lang dat microben in de bodem en in de rivierbedding bijdragen aan het "denitrificatieproces, " waarbij nitraat wordt omgezet in ofwel onschadelijk distikstofgas ofwel N ₂ O. Maar de exacte mechanica van de conversieprocessen is een mysterie gebleven, zoals blijkt uit het brede scala van N ₂ Schattingen van O-emissies - ergens tussen 0,5% en 10% van de wereldwijde emissies - die jaarlijks aan stromen kunnen worden toegeschreven.

De innovatie van Winnick was om een ​​grote experimentele dataset opnieuw te bezoeken die N . kwantificeerde ₂ O in 72 stromen in de VS met behulp van een combinatie van chemische reactiemodellen, die kan traceren hoe stikstof wordt omgezet door een stroomsysteem, en stroomturbulentiemodellen, die vastleggen hoe de mechanische krachten van de rivier zelf nitraat leveren aan de bedding van de stroom, waar denitrificatie plaatsvindt.

Deze nieuwe combinatie, de hoge resolutie van het chemische reactiemodel koppelen aan het turbulentiemodel, liet Winnick zien hoe nitraat zich van de stroom naar de stroombedding bewoog en was de sleutel tot zijn ontdekking.

Het blijkt dat wat effectief de productie van N . bepaalt ₂ O is "denitrificatie-efficiëntie, " of de fractie van nitraat, geleverd aan de stroombedding, dat wordt onderworpen aan de verschillende reacties in het denitrificatieproces. Hoe groter de efficiëntie van het stroombed bij het omzetten van nitraat, hoe minder N ₂ O komt vrij. Maar waar de denitrificatie-efficiëntie laag is, Winnick vond relatief hogere niveaus van N ₂ O-emissies.

Verder, ook de bodem van de stroom waaraan het nitraat wordt afgegeven speelt een belangrijke rol. Stroombeddingen bezaaid met kleine anoxische zones, of plekken die geen zuurstof meer hebben, ook helpen voorkomen dat N . vrijkomt ₂ O.

Winnick suggereert dat dit nieuwe begrip van stikstofcycli zou kunnen helpen bij de inspanningen om de klimaatverandering tegen te gaan. "Het vergroten van het vermogen van stromen om antropogene stikstof te verwerken, kan ook de proportionele N . verminderen ₂ O emissies, " hij schrijft.