Sekret skał

W Sekcji Archeo w Pulsarze prezentujemy archiwalne teksty ze „Świata Nauki” i „Wiedzy i Życia”. Wciąż aktualne, intrygujące i inspirujące.

Wśród ekspertów dominowała do tej pory opinia, że cały azot znajdujący się w glebie pochodzi bezpośrednio z atmosfery, przyniesiony dzięki mikroorganizmom lub wodzie deszczowej. Tymczasem wygląda na to, że naukowcy przegapili jeszcze jedno ważne źródło tego pierwiastka potrzebnego roślinom do wzrostu: zdaniem autorów badań opublikowanych w kwietniu (2018) w „Science”, nawet jedna czwarta azotu znajdującego się w glebie i roślinach może pochodzić ze skalnego podłoża.

Jeśli nie liczyć kilku rozproszonych badań, „środowisko naukowe nigdy nie przyjrzało się dokładnie skalnemu rezerwuarowi azotu” – mówi główny autor pracy Benjamin Z. Houlton, ekolog planetarny z University of California w Davis. Konsekwencje tego odkrycia wykraczają daleko poza uzupełnienie wiedzy o cyklu azotowym – następnym krokiem może być modyfikacja modeli klimatycznych. Na niektórych obszarach Ziemi wegetacja może bowiem rozwijać się szybciej i bujniej, niż dotąd sądzono, a to oznacza także pochłonięcie większych ilości dwutlenku węgla – mówi Houlton.

Ponieważ temperatury na globie rosną z roku na rok, naukowcy starają się jak najdokładniej oszacować, ile maksymalnie dwutlenku węgla mogłyby wchłonąć ziemskie rośliny. Dokładny bilans pozostaje wciąż nieznany, ale, jak zauważa Houlton, możliwości roślin w „przechwytywaniu zanieczyszczeń węglowych mogą być zapewne nieco większe, niż sądzimy”.

Autorzy poprzednich badań zajmowali się głównie szacowaniem, ile azotu znajdującego się w warstwach skalnych przenika w dół, do płaszcza Ziemi (warstwa globu pod skorupą ziemską), a ile za pośrednictwem wulkanów trafia do atmosfery (jak wiemy, składa się ona w 78% z azotu). Od początku lat 70. pojawiło się kilka prac pokazujących, że niektóre typy skał osadowych mogą zawierać azot pochodzący z resztek dawnych roślin, glonów i zwierząt zgromadzonych na dnie dawnych oceanów. Niektóre z tych prac sugerowały, że pochodzący z takiego źródła pierwiastek może przenikać do gleb. Jednakże późniejsi badacze nie poszli tym tropem i w rezultacie powszechnie uznano, że ilość azotu uwalnianego ze skał podczas ich wietrzenia jest znikoma. „Pomijano ten azot w bilansach jego krążenia na globie. Paradygmat był inny” – mówi Houlton.

W 2011 roku on i jego współpracownicy opublikowali w Nature wyniki badań wskazujących, że gleby leśne rozwinięte na skałach osadowych w Kalifornii zawierają o 50% więcej azotu niż gleby wytworzone na skałach magmowych (wulkanicznych). Zmierzyli też, że drzewa, które rosną na tym osadowym podłożu skalnym, zawierają o 42% więcej azotu. Badania sugerowały zatem, że wspomniany pierwiastek może docierać do gleb i roślin również ze skał, choć sądzono, że dzieje się tak w nielicznych miejscach, a w skali świata zjawisko to nie ma większego znaczenia.

W najnowszej pracy Houlton i jego koledzy uznali, że potraktują Kalifornię jak uniwersalny model geologiczny, wychodząc z założenia, że ten amerykański stan jest bogaty w skały różnego typu. Badacze zmierzyli poziom azotu w blisko 1000 miejscach w Kalifornii oraz wielu miejscach na globie. Następnie opracowali komputerowy model, który pokazywał, jak szybko ziemskie skały wietrzeją i uwalniają azot do gleby.

Azot uwolniony ze skał podczas ich wietrzenia finalnie trafia na dno oceanów, gdzie zostaje włączony do nowo powstających skał. W wyniku ruchów płyt tektonicznych skały te zostają wydźwignięte i stają się lądem; wtedy zaczynają niszczeć i oddają azot, który zostaje wchłonięty przez rośliny i zwierzęta, a potem znów uwięziony w skałach – cykl się zamyka. Wietrzenie może polegać zarówno na fizycznym niszczeniu, które nabiera tempa, w miarę jak skały są dźwigane i stają się grzbietami górskimi, oraz na rozkładzie chemicznym, na przykład, podczas reakcji kwaśnych wód deszczowych ze składnikami skał.

William Schlesinger, biogeochemik z Cary Institute of Ecosystem Studies w Millbrook, który nie był zaangażowany w badania opisane w Science, przyznaje, że zdarzyło mu się zarejestrować zwiększony poziom azotu w skałach, ale – jak mówi – „nie dodał wtedy dwa do dwóch”. Założył bowiem, że ma do czynienia z anomalią, a nie powszechnym i obfitym źródłem kluczowego dla roślin pierwiastka. Badacz przestrzega jednak przed przypisywaniem nadmiernego znaczenia nowym odkryciom. Zwraca uwagę, że ilość azotu trafiającego do gleb ze skał jest dziś niewielka w porównaniu z azotem dostarczanym w formie nawozów sztucznych. Schlesinger zgadza się jednak, że wyniki nowych pomiarów powinno się uwzględnić w modelach krążenia pierwiastków, choć nie sądzi, aby „dane te wpłynęły znacząco na naszą wiedzę o zmianach klimatycznych”.

Bez wątpienia badania zgrabnie tłumaczą zagadkę obecności zaskakująco dużych ilości azotu w niektórych glebach. „Pomagają zrozumieć, skąd wzięła się luka między tym, co pokazują obserwacje, a tym, co wynika z modeli” – mówi Houlton. Dla niego szczególnie interesującym przykładem są rozległe, bogate w azot lasy Kanady i Rosji, pod którymi znajdują się głównie skały osadowe. Houlton podkreśla, że uwzględnione w pracy szacunki są ostrożne i zawartość azotu w glebach jest prawdopodobnie wyższa. „Rzecz jasna, działalność człowieka przyczyniła się do znacznego przyspieszenia tempa erozji, co z kolei zwiększyło skalę ucieczki azotu z niszczonych skał – dodaje naukowiec. – Jednak nie przyglądaliśmy się temu zjawisku w naszych badaniach”.

Dziękujemy, że jesteś z nami. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża wyselekcjonowane badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.