Protossido di azoto (N ₂ O) è un potente gas serra, con 300 volte la capacità di riscaldamento dell'anidride carbonica. A causa del deflusso di fertilizzanti dai campi agricoli, un carico crescente di azoto si riversa in fiumi e torrenti, dove i microbi che respirano azoto rompono parte del fertilizzante in N ₂ Oh, che il fiume rilascia nell'atmosfera mentre precipita verso l'oceano. Ma, fino ad ora, gli scienziati non hanno un quadro chiaro di come funziona il processo, quale frazione del deflusso finisce come N ₂ O o quali misure potrebbero essere prese per mitigare N ₂ O emissioni.

"Gli esseri umani stanno fondamentalmente alterando il ciclo dell'azoto, "dice Matthew Winnick, unico autore di un nuovo articolo, pubblicato di recente in I progressi dell'AGU , e professore di geoscienze presso l'Università del Massachusetts Amherst. "Abbiamo cambiato il modo in cui l'azoto si muove attraverso l'ambiente". Gran parte di questo cambiamento può essere attribuito a enormi quantità di fertilizzanti chimici ricchi di azoto, sparsi sui campi agricoli, che scorrono in torrenti e fiumi quando piove, e ti converti in nitrato.

Gli scienziati sanno da tempo che i microbi nel suolo e nel letto dei corsi d'acqua contribuiscono al "processo di denitrificazione, "per cui il nitrato viene convertito in innocuo gas diazoto o N ₂ O. Ma l'esatto meccanismo dei processi di conversione è rimasto un mistero, come evidenziato dall'ampia gamma di N ₂ O stime delle emissioni, comprese tra lo 0,5% e il 10% delle emissioni globali, attribuibili annualmente ai flussi.

L'innovazione di Winnick è stata quella di rivisitare un ampio set di dati sperimentali che quantificava N ₂ O in 72 flussi negli Stati Uniti utilizzando una combinazione di modelli di reazione chimica, che può tracciare come l'azoto viene trasformato attraverso un sistema di flusso, e modelli di turbolenza del flusso, che catturano come le forze meccaniche del fiume stesso forniscono nitrati al letto del torrente, che è dove avviene la denitrificazione.

Questa nuova combinazione, accoppiando l'alta risoluzione del modello di reazione chimica con il modello di turbolenza, ha permesso a Winnick di vedere come i nitrati si sono spostati dal torrente al letto del torrente ed è stata la chiave della sua scoperta.

Si scopre che ciò che determina effettivamente la produzione di N ₂ O è "efficienza di denitrificazione, " o la frazione di nitrato, consegnato al letto del torrente, che è sottoposto alle varie reazioni nel processo di denitrificazione. Maggiore è l'efficienza del letto del torrente nella conversione del nitrato, meno N ₂ O viene rilasciato. Ma dove l'efficienza di denitrificazione è bassa, Winnick ha trovato livelli relativamente più alti di N ₂ O emissioni.

Per di più, anche l'alveo del torrente a cui viene consegnato il nitrato gioca un ruolo importante. Alvei costellati di piccole zone anossiche, o chiazze affamate di ossigeno, aiutano anche a prevenire il rilascio di N ₂ O.

Winnick suggerisce che questa nuova comprensione del ciclo dell'azoto potrebbe aiutare a informare gli sforzi per la mitigazione dei cambiamenti climatici. "L'aumento della capacità dei flussi di elaborare l'azoto antropogenico può anche ridurre il N . proporzionale ₂ O emissioni, " lui scrive.