Grazie a uno spettrometro laser di nuova concezione, I ricercatori dell'Empa possono per la prima volta mostrare quali processi nelle praterie portano alle emissioni di protossido di azoto. L'obiettivo è ridurre le emissioni di questo potente gas serra acquisendo una migliore comprensione dei processi che avvengono nel suolo.

Protossido di azoto (N ₂ Oh, noto anche come gas esilarante) è uno dei più importanti gas serra. Sebbene sia molto meno abbondante nell'atmosfera dell'anidride carbonica (CO ₂ ), è circa 300 volte più potente. n ₂ O rimane nell'atmosfera per più di 100 anni e quindi contribuisce ampiamente al riscaldamento globale. Danneggia anche lo strato protettivo di ozono della Terra. La più grande fonte di N ₂ O le emissioni sono il suolo, specialmente (ma non solo) quando fertilizzato.

I ricercatori di tutto il mondo stanno cercando modi per ridurre N ₂ O emissioni. Ma la ricerca è ancora agli inizi. "È noto che più protossido di azoto fuoriesce dal terreno dopo la fertilizzazione o la pioggia, Per esempio. Ma sono state ancora fatte poche ricerche sugli esatti processi che avvengono nel suolo, ", afferma il ricercatore Empa sulle emissioni e sugli isotopi Joachim Mohn.

Prime misurazioni su prato

I ricercatori dell'Empa hanno, perciò, sviluppato uno spettrometro laser, che consente misurazioni sul campo estremamente precise. "Puoi vedere esattamente quale composizione isotopica ha il protossido di azoto emesso. Ad esempio, se l'atomo di azoto con un neutrone aggiuntivo si trova nel mezzo della molecola o sul bordo, " spiega Mohn. La determinazione specifica degli isotopi permette di trarre conclusioni sui processi di formazione di N ₂ O. "Le misurazioni degli isotopi possono essere utilizzate anche per stimare l'estensione, a cui il nocivo protossido di azoto nel suolo viene degradato ad innocuo azoto."

n ₂ O si forma attraverso vari processi microbici. Può presentarsi come sottoprodotto della nitrificazione e come prodotto intermedio della denitrificazione. Nella nitrificazione, ammonio, per esempio. dai fertilizzanti, viene ossidato a nitrato. Nella denitrificazione, il nitrato viene convertito in azoto.

"L'Empa e altri istituti di ricerca stanno attualmente studiando quale processo biochimico in un batterio preferisce formare quale isotopo di protossido di azoto, " dice Mohn (vedi riquadro). Sulla base di questi risultati, Ricercatori dell'Empa, insieme a scienziati dell'ETH di Zurigo e del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), effettuato più di 600 misurazioni spettrometro laser per diversi mesi in Baviera su praterie e quindi analizzato la composizione isotopica del N emesso ₂ O.

Allo stesso tempo, i ricercatori hanno registrato variabili influenti come l'umidità del suolo, contenuto di nutrienti, temperatura dell'aria, velocità del vento e il tempo di precipitazione e fertilizzazione. Una novità, come spiega Joachim Mohn:"Con gli strumenti di spettrometria di massa utilizzati finora era semplicemente impossibile misurare continuamente sul suolo. Grazie al nostro nuovo dispositivo, ora possiamo effettuare misurazioni molto precise sul campo e confrontare i risultati, ad esempio da prati, con quelli del laboratorio."

I ricercatori stanno ora utilizzando le prime misurazioni sul campo per verificare se i precedenti modelli di emissione consentono buone previsioni o se devono essere migliorati. Mohn:"Finora, è stato solo possibile dire se un modello per la previsione delle emissioni di protossido di azoto riflette correttamente il tempo e la quantità. Se determiniamo anche la firma isotopica, quindi sappiamo immediatamente se il modello prevede correttamente i processi mediante i quali viene prodotto il protossido di azoto".

Questo è un passo importante per N ₂ Oh ricerca, dice il ricercatore dell'Empa. "L'obiettivo a lungo termine è ridurre le emissioni di protossido di azoto dai suoli naturali e agricoli". C'è ancora molta strada da fare, lui concede. "Ma almeno ora abbiamo raggiunto un primo traguardo".