Badanie wpływu topnienia wiecznej zmarzliny na obieg azotu
Termokras(odnośnik otworzy się w nowym oknie) to forma terenu, która powstaje na obszarze wiecznej zmarzliny na skutek topnienia grubej warstwy lodu. Podczas gdy zamarznięta gleba topnieje powoli, kliny lodowe – często mające szerokość kilku metrów – rozmarzają w szybszym tempie. Szybki proces topnienia może spowodować zapadanie się gruntu, powodując erozję wzdłuż wybrzeża, a na lądzie – tworząc wiele zagłębień, w których zbiera się woda, w efekcie czego powstają niewielkie jeziora.
Procesy termokrasowe a globalne ocieplenie
Procesy termokrasowe nie tylko wpływają na krajobraz Arktyki, ale mogą również przyczyniać się do zmiany klimatu. „W wiecznej zmarzlinie uwięzione są szczątki roślin, a tym samym również węgiel organiczny i azot”, wyjaśnia Nicolas Valiente z Uniwersytetu Castilla-La Mancha(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Hiszpanii, stypendysta projektu NITROKARST(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Gleby wiecznej zmarzliny zawierają jedną z największych na świecie puli węgla organicznego i globalnych zasobów azotu. Proces rozmarzania gleby oraz mieszaniny gleby i lodu powoduje uwolnienie złożonej materii organicznej oraz aktywuje różnorakie drobnoustroje rozkładające te związki. W rezultacie wytwarzane są gazy cieplarniane, które przyczyniają się do ocieplenia klimatu: dwutlenek węgla, metan i podtlenek azotu”. Celem projektu NITROKARST, koordynowanego przez Uniwersytet Wiedeński(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Austrii i wspieranego w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie), jest lepsze zrozumienie podstawowych mechanizmów obiegu azotu z udziałem drobnoustrojów w glebach objętych procesami termokrasowymi. „Podtlenek azotu jest gazem cieplarnianym o 273 razy(odnośnik otworzy się w nowym oknie) większym potencjale cieplarnianym niż dwutlenek węgla”, mówi Valiente. „Drobnoustroje pozyskują energię z azotu uwalnianego podczas rozkładu materii organicznej, a produktem ich metabolizmu jest podtlenek azotu. Jak dotąd wciąż nie wiemy, w jaki sposób procesy te zachodzą w przypadku termokrasu”.
Zbieranie próbek w Arktyce kanadyjskiej
Aby rozwikłać wspomnianą zagadkę, Valiente i jego współpracownicy spędzili dwa tygodnie na badaniach terenowych w Arktyce kanadyjskiej, a konkretnie w Inuvik, mieście na Terytoriach Północno-Zachodnich. W ramach tych prac pobrano próbki gleby – z różnych głębokości i na różnych etapach procesu termokrasowego. „W stacji badawczej Western Arctic Research Centre(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Inuvik poddawaliśmy niektóre z tych próbek procesowi rozmrażania przez kilka dni, co miało symulować naturalny proces topnienia”, dodaje Valiente. „Następnie do próbek dodaliśmy białka ze znakowanym azotem i poddaliśmy je inkubacji w hermetycznych pojemnikach”. Po kilku dniach zespół projektu przeanalizował te próbki, aby określić zmiany pod względem mikrobiologicznym. Następnie próbki zostały przewiezione do Wiednia i poddane dalszej analizie.
Lepsze zrozumienie recyklingu azotu
„Nasze wstępne wyniki wskazują, że procesy recyklingu azotu różnią się w zależności od głębokości i zaawansowania procesów termokrasowych”, wyjaśnia Valiente. „W warstwie aktywnej – górnej warstwie gleby, która rozmarza latem – gdzie dostępność azotu jest ograniczona, wydaje się, że drobnoustroje mają tendencję do pobierania i wiązania go”. Przeciwne procesy zachodzą w wiecznej zmarzlinie, gdzie znajdują się większe zasoby azotu i gdzie jest on głównie wykorzystywany w procesie mineralizacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Chociaż podczas naszych dziewięciodniowych doświadczeń nie wykryliśmy znaczącej produkcji podtlenku azotu, zmineralizowany azot może być wykorzystywany jako źródło energii prowadzące do produkcji podtlenku azotu jako produktu ubocznego szlaków mikrobiologicznych”, zaznacza Valiente. Zdobycie głębszej wiedzy na temat procesów mikrobiologicznych zachodzących w tym miejscu otworzyło drogę do dalszych badań. Jak mówi Valiente, kolejnym znaczącym krokiem będzie wykorzystanie technik genomicznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) do identyfikacji mikroorganizmów odpowiedzialnych za przemiany azotu. „Cenne byłyby również badania odpowiadające na pytanie, czy w dłuższej perspektywie produkcja podtlenku azotu – jako produktu ubocznego innych procesów – ulega znacznemu wzrostowi w przypadku rozmarzania obszarów wiecznej zmarzliny pokrytych grubą warstwą lodu (podatnych na procesy termokrasowe)”, podsumowuje.
