El óxido nitroso (N 2 O) es un potente gas de efecto invernadero, con 300 veces la capacidad de calentamiento del dióxido de carbono.
Debido a la escorrentía de fertilizantes de los campos agrícolas, una carga cada vez mayor de nitrógeno se está lavando en ríos y arroyos, donde los microbios que respiran nitrógeno descomponen parte del fertilizante en N2O, que el río libera a la atmósfera a medida que cae hacia el océano.
Pero, hasta ahora, los científicos no han tenido una idea clara de cómo funciona el proceso, qué fracción de la escorrentía termina como N2O o qué pasos se podrían tomar para mitigar las emisiones de N2O.
“Los seres humanos están alterando fundamentalmente el ciclo del nitrógeno”, dice Matthew Winnick, único autor del nuevo artículo, publicado recientemente en AGU Advances , y profesor de geociencias en la Universidad de Massachusetts Amherst. “Hemos cambiado la forma en que el nitrógeno se mueve por el medio ambiente”. Gran parte de este cambio se puede atribuir a enormes cantidades de fertilizantes químicos ricos en nitrógeno, que se esparcen sobre los campos agrícolas, que desembocan en arroyos y ríos cuando llueve y se convierten en nitratos.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los microbios en el suelo y el lecho de los ríos contribuyen al “proceso de desnitrificación”, mediante el cual el nitrato se convierte en gas dinitrógeno inofensivo o N2O.
Pero la mecánica exacta de los procesos de conversión sigue siendo un misterio, como lo demuestra el una amplia gama de estimaciones de emisiones de N2O, en algún lugar entre el 0,5% y el 10% de las emisiones globales, atribuibles anualmente a los arroyos.
La innovación de Winnick fue volver a revizar un gran conjunto de datos experimentales que cuantificaron el N2O en 72 río en los EE. UU.
Utilizando una combinación de modelos de reacción química, que pueden rastrear cómo se transforma el nitrógeno a través de un sistema de corrientes y modelos de turbulencia de corrientes, que capturan cómo la mecánica las fuerzas del propio río entregan nitrato al lecho del arroyo, que es donde ocurre la desnitrificación.
Esta novedosa combinación, que combina la alta resolución del modelo de reacción química con el modelo de turbulencia, permitió a Winnick ver cómo el nitrato se movía del arroyo al lecho del arroyo y fue clave para su descubrimiento.
Resulta que lo que determina efectivamente la producción de N2O es la “eficiencia de desnitrificación”, o la fracción de nitrato, entregada al lecho del río, que se somete a las diversas reacciones en el proceso de desnitrificación.
Cuanto mayor sea la eficiencia del lecho del río en la conversión de nitratos, menos N2O se libera.
Pero donde la eficiencia de la desnitrificación es baja, Winnick encontró niveles comparativamente más altos de de N2O en las emisiones.
Además, el lecho del arroyo al que se entrega el nitrato también juega un papel importante.
Los lechos de arroyos tachonados con pequeñas zonas anóxicas, o parches privados de oxígeno, también ayudan a prevenir la liberación de N2O.
Winnick sugiere que esta nueva comprensión del ciclo del nitrógeno podría ayudar a informar los esfuerzos de mitigación del cambio climático. “El aumento de la capacidad de los arroyos para procesar el nitrógeno antropogénico también puede reducir las proporcionales de las emisiones N2 O”, escribe.
Referencia: M. J. Winnick. Stream Transport and Substrate Controls on Nitrous Oxide Yields From Hyporheic Zone Denitrification. AGU Advances, 2021