Четверть азота попала в биосферу из горных пород

Атмосфера оказалась не единственным для живых организмов на Земле источником азота, как считалось ранее. Проанализировав баланс азота вблизи поверхности Земли, американские геологи пришли к выводу, что до четверти всего азота в природные экосистемы попадает из горных пород земной коры в результате химической и физической эрозии. Уточнение геохимического цикла азота может довольно сильно повлиять, в частности, на оценку объема поглощающегося растениями углекислого газа и прогнозирование климатических изменений на планете, пишут ученые в Science.

Традиционно считалось, что атмосфера — единственный для биосферы источник азота на Земле. Ученые утверждали, что именно атмосферный азот попадает в экосистемы через почву или поглощается растениями, участвуя после этого в различных метаболических процессах. При этом, поскольку азот помогает растениям поглощать из воздуха углекислый газ, геохимический цикл азота оказывается тесно связан с циклом углерода и может оказывать сильное влияние, например, на скорость климатических изменений на планете. Тем не менее, однозначные пути геохимического транспорта азота как на коротких временных масштабах — длительностью от нескольких лет до нескольких веков, — так и на более продолжительных — в сотни и тысячи лет — до конца не изучен и постоянно уточняется.

Группа американских геологов под руководством Бенджамина Хултона (Benjamin Z. Houlton) из Калифорнийского университета в Дейвисе оценила суммарный баланс массы азота на планете с учетом последних экспериментальных данных, чтобы оценить правильность современных моделей и определить, действительно ли атмосфера — единственный для биосферы источник азота. Для этого ученые учли все известные пути транспорта азота между атмосферой, сушей, океаном, земной корой и мантией, включая те оценки, которые были сделаны для осаждения соединений азота в виде твердых минералов из океанской воды для довольно долгих временных интервалов.

Оказалось, что при рассмотрении баланса масс азота с учетом всех известных количественных данных появляется несоответствие в потоке азота величиной от 14 до 34 мегатонн азота в год. Полностью замкнуть такой цикл удается, предположив транспорт азота из горных пород земной коры в почву и биосферу. Геологи объясняют возможность такого транспорта химической и физической эрозией, благодаря которой он попадает в почву и воздух, после чего становится участником метаболических циклов в живых организмах. По оценкам ученых, доля азота, который попадает в экосистемы из горных пород таким образом, составляет от 8 до 26 процентов (остальная доля приходится на атмосферный азот).

Чтобы проверить это предположение, геологи оценили возможный приток азота из горных пород в атмосферу по всему миру, исходя из данных о содержании азота в поверхностном слое земной коры и возможной подверженности тех или иных горных пород эрозии: как химической (например, в результате взаимодействия с дождевой водой), так и физической (в первую очередь, в результате геологических процессов).

Сделанные качественные оценки подтвердили, что предложенный геологами механизм перехода азота из горных пород в почву и его дальнейшее активное участие в химических процессах, протекающих в природных экосистемах, вполне вероятен.

Авторы исследования отмечают, что обнаруженный ими эффект может быть крайне важным, в частности, для исследования геохимического цикла углерода. Из-за того, что азот активно участвует в механизмах поглощения растениями углекислого газа из атмосферы, учет взаимного влияния углеродного и азотного цикла на Земле помогут уточнить современные геохимические модели и климатические прогнозы, связанные, в частности, с оценкой скорости глобального потепления на планете.

Поглощение углекислого газа тесно связано с путями переноса азота не только на поверхности суши, но и в океане. Например, недавно ученые показали, что значительную часть неорганического углерода, растворенного в темной части океана, поглощают бактерии из группы Nitrospinae, которые получают энергию, окисляя соединения азота.

Александр Дубов