Neue Forschungsergebnisse der UC Riverside zeigen, wie Mikroben im Wüstenboden nach Regenfällen eine Form der Verschmutzung in eine andere umwandeln: Lachgas.
Das ist nicht zum Lachen, denn Distickstoffoxid oder N2O ist das drittstärkste Treibhausgas. Die Wissenschaftler, die die Untersuchung durchführten, waren überrascht, dass die N2O-Produktion in der Wüstenhitze gemessen wurde.
„Das passiert nur in wassergesättigten Böden. Da die Wüste die meiste Zeit des Jahres trocken ist, dachten wir nicht, dass dieser Prozess in trockenen Böden stattfinden könnte“, sagte Alex Krichels, UCR-Umweltwissenschaftler und Erstautor der neuen Studie.
Die Studie, die in der Zeitschrift Biogeochemistry veröffentlicht wurde, untersucht, wie und warum die in der Wüste lebenden Bakterien N2O-Emissionen produzieren. Sie baut auf Arbeiten auf, die 2020 veröffentlicht wurden, als ein Team unter der Leitung des UCR-Landschaftsökologen Darrel Jenerette feststellte, dass Wüstenböden nach einem Regen erhebliche Mengen an N2O produzieren.
Traditionell, so Krichels, stammt N2O von stark gedüngten landwirtschaftlichen Feldern wie denen im Mittleren Westen. Die Landwirte fügen mehr Stickstoff, Ammonium und Nitrate hinzu, als die Pflanzen benötigen, und nach einem Regen wandeln Bakterien den Überschuss in N2O um, ein Prozess, der Denitrifikation genannt wird.
„Dies ist eine Strategie für die Bakterien, um zu überleben, nachdem eine Tonne Wasser hinzugefügt wurde und es keinen Sauerstoff für sie im Boden gibt“, so Krichels. „Wenn das passiert, verwenden sie statt Sauerstoff Nitrat und atmen Lachgas aus, ein Prozess, der Denitrifikation genannt wird.“
Im Gegensatz zur Düngung auf landwirtschaftlichen Feldern kann die Denitrifikation in Wüsten eine andere Quelle für Nitrat haben. „Die Nitratverschmutzung in Wüsten stammt aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, nicht aus der Düngung“, so Krichels. „Bei der Verbrennung werden Schadstoffe freigesetzt, die sich im Laufe der Zeit in den Böden ablagern und nach einem Regen als N2O wieder auftauchen.“
Autos oder industrielle Prozesse senden einige verschiedene Formen von Stickstoff in die Atmosphäre. „Kombiniert werden sie NOx genannt und können troposphärisches Ozon erzeugen, das schlecht für die Lunge ist und auch ein Treibhausgas darstellt. Es ist nicht zu verwechseln mit dem guten Ozon weiter oben in der Stratosphäre, das uns vor UV-Strahlen schützt“, erklärt Peter Homyak, Umweltwissenschaftler an der UCR und Mitautor der Studie.
Um festzustellen, ob Nebenprodukte fossiler Brennstoffe die Denitrifikation in der Wüste vorantreiben könnten, wählten die Forscher zwei südkalifornische Standorte im University of California Natural Reserve System. Sie verwendeten eine Box, die einem Sarg ähnelte“, so Krichels, mit Instrumenten zur Messung der chemischen Zusammensetzung der Luft, die nach der Zugabe von Nitrat aus dem Boden austrat.
Der Kasten enthielt auch eine Klimaanlage, da die Temperaturen oft 120 Grad erreichten. „Es wird angenommen, dass Temperaturen von weit über 100 Grad Fahrenheit mikrobielle Prozesse verhindern. Angesichts der Hitze an unseren Standorten war es überraschend, so viel N2O zu sehen“, so Krichels.
Krichels, der zuvor ähnliche Prozesse in Maisfeldern in Illinois untersuchte, sagte, dass die Emissionen, die nach Regenfällen in Wüsten entstehen, zehnmal höher sind als alles, was er im Mittleren Westen gesehen hat. „Die Emissionsraten sind wirklich hoch, aber nur von kurzer Dauer“, sagte er. „Dies geschieht nur, wenn trockenen Böden Wasser zugeführt wird.
Vieles deutet darauf hin, dass Dürren weltweit häufiger werden und dass diese Dürren von großen Regenereignissen unterbrochen werden. Da Dürren den Boden austrocknen, werden diese Klimaveränderungen die Zyklen von Austrocknung und Befeuchtung häufiger werden lassen und die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass diese Prozesse zu wichtigen Quellen von Treibhausgasen werden.
In Zukunft werden die Forscher die Studie an Standorten in Riverside und Joshua Tree wiederholen, um zu messen, ob die Nähe zu Städten die Lachgasemissionen aus den Böden nach Regenfällen erhöht.
Generell hofft Krichels, dass das Bewusstsein für diese Ergebnisse die Menschen dazu bewegt, die Emissionen fossiler Brennstoffe zu begrenzen, die die Denitrifizierung von Wüstenböden vorantreiben.
„Auf breiterer Ebene wissen viele Menschen nicht, dass diese Prozesse in Böden im Allgemeinen stattfinden oder dass der Stickstoff, den der Mensch der Atmosphäre hinzufügt, den Klimawandel und die menschliche Gesundheit auf diese Weise beeinflussen kann“, sagte Krichels. „In diesen Böden steckt eine Menge Leben, und das kann sich auf den gesamten Globus auswirken.“
Datum: März 9, 2022
Quelle: Universität von Kalifornien – Riverside
Journal Reference:
- Alexander H. Krichels, Peter M. Homyak, Emma L. Aronson, James O. Sickman, Jon Botthoff, Hannah Shulman, Stephanie Piper, Holly M. Andrews, G. Darrel Jenerette. Rapid nitrate reduction produces pulsed NO and N2O emissions following wetting of dryland soils. Biogeochemistry, 2022; DOI: 10.1007/s10533-022-00896-x