岩石可能是碳储存和全球气候预测的关键

几个世纪以来，流行的科学表明地球上所有的氮都来自于大气。但是来自加州大学戴维斯分校的一项研究表明，超过四分之一来自地球的基岩。

这项研究发表在《科学》(Science)杂志上。研究发现，在自然生态系统中，多达26%的氮来自岩石，其余部分来自大气。

在这项研究之前，氮对全球土地系统的输入是未知的。这一发现将极大地改善气候变化的预测，而这些预测依赖于对碳循环的理解。这两位作者说，这一新发现的氮源也可以为陆地上的碳循环提供养分，使生态系统能够从大气中吸收更多的碳排放。

“我们的研究表明，氮的风化作用是全球土壤和生态系统营养的重要来源，”联合首席作家本·霍顿说，他是加州大学戴维斯分校土地、空气和水资源部的教授，同时也是加州大学戴维斯缪尔研究所的主任。“这与已经为环境科学奠定基础的几个世纪的范例背道而驰。”我们认为，这种氮可以让森林和草原吸收更多的化石燃料二氧化碳排放，而不是以前认为的那样。

风化作用是关键

生态系统需要氮和其他营养物质来吸收二氧化碳的污染，而且从植物和土壤中可以获得的数量有限。如果大量的氮来自岩石，它有助于解释像北方森林这样的自然生态系统如何能够吸收高水平的二氧化碳。

但不是所有的岩石都能浸出氮气。岩石氮的可用性是由风化作用决定的，它可以是物理的，如通过构造运动或化学，例如矿物与雨水发生反应。

这就是为什么岩石氮的风化作用在不同的地区和景观中不同的原因。该研究称，非洲大片地区缺乏富含氮的基岩，而北纬地区的岩石氮风化程度最高。喜马拉雅山脉和安第斯山脉等多山地区被认为是岩石氮风化的重要来源，类似于这些地区对全球气候和气候的重要性。草原、苔原、沙漠和林地也有相当数量的岩石氮风化。

地质和碳封存

将岩石中的营养成分映射到它们对碳吸收的潜在可能有助于推动保护的考虑。岩石氮风化程度较高的地区可能会吸收更多的碳。

“地质学可能对哪些系统能够吸收二氧化碳以及哪些系统不能够产生巨大的控制，”Houlton说。“在考虑碳封存时，地球的地质情况可以帮助指导我们的决定。”

神秘的差距

该研究还阐明了“缺少氮的情况”。几十年来，科学家们已经认识到，土壤和植物中积累的氮比单独的大气所能解释的更多，但他们不能准确地指出缺失了什么。

“我们证明了氮的悖论是用石头写的，”研究报告的作者之一、加州大学戴维斯分校的研究生斯科特·莫福德说。“岩石中有足够的氮，它分解得足够快，可以解释为什么会有这种神秘的缝隙。”

在之前的研究中，研究小组分析了从北加利福尼亚的克拉特山脉收集的古代岩石样本，发现那里的岩石和周围的树木含有大量的氮。在目前的研究中，作者建立了这个工作，分析了地球的氮平衡，地球化学指标，并建立了一个空间氮风化模型来评估全球范围的岩石氮的可用性。

研究人员说，这项工作对农民和园艺工人没有直接的影响，他们非常依赖天然和合成形式的氮来种植食物。过去的研究表明，地下水中的硝酸盐可以追溯到岩石来源，但需要进一步研究才能更好地了解地下水的含量。

重写教科书

“这些结果将需要改写教科书，”美国国家科学基金会环境生物学部门的项目主任Kendra McLauchlan说，该部门共同资助了这项研究。虽然有迹象表明植物可以使用岩石衍生的氮，但这一发现打破了可用氮的最终来源是大气的范例。氮是地球上最重要的限制营养物质，也是一种危险的污染物，因此了解自然对其供需的控制是很重要的。人类目前依靠大气中的氮来生产足够的肥料来维持世界粮食供应。这一重大发现将开启研究这一基本营养素的新时代。