figyelembe vett

Tárgyak

  • Klímatudomány
  • Geokémia
  • Mikrobiológia

Ez a cikk frissült

Az ökoszisztéma szintű metánkibocsátás metaanalízise egyszerű exponenciális függést mutat a hőmérséklettől, annak ellenére, hogy a folyamatot irányító tényezők összetett sokfélesége létezik. Lásd a menüt 488. o

A metán a harmadik legnagyobb mértékben hozzájárul az üvegházhatáshoz a vízgőz és a szén-dioxid után. A metán légköri koncentrációja a 20. század nagy részében nőtt, 1999 és 2006 között stabil maradt, és most ismét növekszik, évi 0,4% -os ütemben 1. Ennek az újraindulásnak az oka nem teljesen tisztázott, de valószínűleg a vizes élőhelyek metán-kibocsátásának növekedésével függ össze: a globális metán-kibocsátás majdnem fele vizes élőhelyekből és rizsföldekből származik, amelyek várhatóan a hőmérséklet és más globális éghajlat visszacsatolásának vannak kitéve. változás. Noha az összetett tényezők együttese befolyásolja a metán kibocsátást az ökoszisztéma szintjén, Yvon-Durocher és mtsai. 2 egy ma megjelent, a 488. oldalon publikált cikkben beszámoltak arról, hogy a metánkibocsátás átlagos reakciója a hőmérsékletre számos ökoszisztémában jól leírható egyszerű matematikai összefüggéssel. Lehet ilyen egyszerű?

A legtöbb természetes metánkibocsátás a metanogéneknek nevezett mikroorganizmusokból származik, amelyek metabolikus sebessége a korlátlan szubsztráttal rendelkező kultúrában történő növekedés során az Arrhenius-egyenlet szerint változik a hőmérséklettel, ami az állandó sebesség egyszerű exponenciális függése az abszolút hőmérséklet reciprokjában. Ez a viselkedés nem meglepő: bár a metanogenezis enzim-katalizált reakciók hálózatát foglalja magában, az Arrhenius-függőség a sebességkorlátozó egylépéses kinetikát tükrözi. Figyelemre méltó azonban Yvon-Durocher és munkatársai jelentése az azonos hőmérséklet-függőségről az ökoszisztéma szintjén, mert számos fizikai, kémiai és ökológiai tényező szabályozza a metántermelést és annak légkörbe történő kibocsátását 3 .

A talajban és az üledékekben a metanogenezist végső soron komplex szerves anyagok táplálják; ennek a szerves anyagnak mekkora hányada alakul metánné, és milyen sebességgel, mind az ökoszisztéma dinamikájától, mind a metanogének enzimatikus kinetikájától függ (1. ábra). Például a szerves szén átalakulhat metán helyett szén-dioxiddá, ha oxidánsok, például oxigén, nitrát, vas (III) és szulfát állnak rendelkezésre a metanogének mikrobiális versenytársainak táplálására. Amikor pedig a szerves anyag metánné alakul, azt először más mikrobáknak fel kell bontaniuk arra a néhány egyszerű szubsztrátumra, amelyet a metanogének képesek metabolizálni, felfelé irányuló ellátás, amely korlátozhatja a metanogenezis sebességét.

A metánt (CH 4) olyan mikroorganizmusok (metanogének) hozzák létre, amelyek metabolizálják az extracelluláris enzimek és a fermentatív mikroorganizmusok által bonyolult szerves anyagok bomlásával keletkező szubsztrátumokat. A légkörbe történő metánkibocsátás sebességét befolyásolja ezen mikroorganizmusok hőmérsékletre való érzékenysége (amelyet E a jelöl), valamint olyan kémiai körülmények, mint például az oxigén rendelkezésre állása, amelyek a szén áramlását mikrobiális versenytársakra terelik, amelyeket oxidálnak. szerves anyag szénné. dioxid. A metánkibocsátás függ a diffúziós gázbuborék-transzporttól, a buborékok forrásától és a növények érrendszerétől, valamint a metán-oxidáló mikroorganizmusok által elfogyasztott metán-résztől is. E bonyolult tényezők ellenére Yvon-Durocher és mtsai. 2 szerint a metán-kibocsátás ökoszisztéma-szintű reakciója az egyszerű Arrhenius-kapcsolattal írható le.

Teljes méretű kép

A metánnak a termelőhelyről a légkörbe történő szállítása szintén olyan hatásoknak van kitéve, amelyek elhomályosíthatják a tisztán biokémiai hőmérsékletfüggést. A metánt aerob és anaerob mikrobiális folyamatokban fogyasztják, és az ilyen fogyasztáson átmenő területeken történő szállítás jelentősen csökkentheti a nettó kibocsátást. De a fogyasztás nagymértékben elkerülhető, ha fizikai és anyagcsere-tényezők együttesen elősegítik a forrást - a metánbuborékok képződését és felszabadulását, ami nagyon gyakori a produktív édesvízi tavakban és mocsarakban. A növények érrendszere megkönnyítheti a metán transzportját is, amikor a gyökerek behatolnak a talaj metántermelő részeibe, és közvetlen csatornát biztosítanak a légkörbe; de ugyanezek a vezetékek oxigént is hordoznak, amely gátolja a metanogenezist és elősegíti a metánfogyasztást.

A metánkibocsátás hőmérséklet-függőségének ökoszisztéma-szintű függőségéről szóló 127 vizsgálat elemzésében Yvon-Durocher és mtsai. felismeri ezt a komplex tényezősort, de arra a következtetésre jut, hogy az összesített hőmérsékleti reakciót mégis az Arrhenius-egyenlet írja le, látszólagos aktiválási energiájával (Ea) 0,96 elektronvolt, hasonlóan a tiszta metanogén kultúrákban megfigyelt 1,10 eV-hoz. Ea a hőmérsékletre való érzékenység mértéke; például 0, 96 és 1, 10 eV megfelel a sebességi állandó 3, 5 és 4, 2-szeresének növekedésével 20 ° C és 30 ° C közötti hőmérséklet-emelkedés esetén.

Statisztikailag elmondható, hogy a figyelembe vett vizsgálatok nagy száma magabiztos kijelentést tesz lehetővé, hogy a számított Ea (0, 96 eV) átlag pontosan tükrözi a metánt kibocsátó ökoszisztémák átlagos hőmérséklet-érzékenységét, feltételezve, hogy az adategyüttest tartalmazó helyek véletlenszerű mintát képviselnek ezeknek a környezeteknek. De a hőmérsékleten kívüli tényezők hatása nyilvánvalónak tűnik a szerzők által figyelembe vett egyes adatsorok szétszóródásában és diffúziójában. Például a figyelembe vett tanulmányok körülbelül 40% -ának Arrhenius-plot (r 2) korrelációs együtthatói 0,5-nél kisebbek voltak, ami azt jelzi, hogy ezen emissziós adatok szórásának kevesebb mint a felét Arrhenius kapcsolata magyarázza, és a a vizsgálatok alacsonyabb hőmérsékleten magasabb metán-kibocsátást mértek (ellentétben az Arrhenius-egyenlettel megjósolt hatással).

A közölt Ea ökoszisztéma-szint magasabb, mint az úgynevezett aerob anyagcsere 4 "univerzális hőmérséklet-függése" - E E 0,67 ± 0,15 eV, amely magában foglalja a növények, protozoonok, gerinctelenek és gerincesek sokféle anyagcseréjét. és ez szintén magasabb, mint az 50 E aerob és anaerob mikroorganizmusok különféle csoportja esetében megfigyelt átlagos E a (0,72 eV) 5. A metanogén ökoszisztémákra vonatkozóan itt közölt magasabb E átlag tükrözheti, hogy a metanogének biokémiája (amelyek átlagos E értéke 1,10 eV) közvetlenül korlátozza a metán kibocsátást egyes ökoszisztémákban, vagy hogy azok a szervezetek, amelyek szubsztrátumokat szolgáltatnak a metanogénekhez, hasonlóan magas hőmérsékletűek. függőség. Ezen megállapítások egyértelmű következménye azonban az, hogy a metántermelés hirtelenebb mértékben növekszik a hőmérséklettel, mint azt az éghajlatváltozási modellek rögzítenék, amelyek feltételezik, hogy a metánkibocsátást az E a tipikusabb (alacsonyabb) értékei szabályozzák. Például az előrejelzett globális felmelegedés 6 tartományában ebben az évszázadban (1,0–3,7 ° C) 0,96 eV Ea a metánkibocsátás 14–63% -os növekedését jelzi, szemben a 10–40% -kal 0,67 E eV.

Yvon-Durocher és munkatársai megállapításai korlátozzák, és talán leegyszerűsítik egy sokkal nagyobb klímaváltozási rejtvény egy darabját. A globális éghajlatváltozásra adott válaszként a metán-kibocsátás visszajelzései végső soron az itt figyelembe vett közvetlen hőmérsékleti hatások és olyan közvetett hatások kombinációjából származnak, mint például az örökfagy megolvasztása (és ebből adódóan új szerves anyagok elérhetősége), a növényzet változásai és nagymértékben . a talajok és vizes élőhelyek elárasztása vagy kiszáradása. Ezenkívül a metán globális felmelegedéshez viszonyított arányos hozzájárulása (az elmúlt évszázadban mintegy 20%) csökkenhet, mivel a szén-dioxid a jövőben egyre hangsúlyosabb szerepet játszik 7. De ebben az összetett problémában, ellentétben a metán légkörbe áramlásával, minden segít.

Változtassa meg a történetet

Hozzászólások

Megjegyzés beküldésével vállalja, hogy betartja a közösségi feltételeket és irányelveket. Ha valami visszaélést tapasztal, vagy nem felel meg feltételeinknek vagy irányelveinknek, kérjük, jelölje meg nem megfelelőnek.