När det gäller växthusgaser, koldioxid tenderar att stjäla rampljuset - men ny forskning i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) avslöjar hur forskare har utvecklat en ny, prediktivt verktyg för att uppskatta lustgasutsläpp (N2O) från floder och vattendrag runt om i världen. N2O, en växthusgas med 300 gånger så hög uppvärmningspotential som koldioxid, kvarstår i över ett sekel i jordens atmosfär och är känd för att orsaka betydande skador på jordens ozonskikt. Floder och bäckar kan vara källor till N2O eftersom de är hotspots för denitrifiering, en process där mikrober omvandlar löst kväve till kvävgas.

Medan tidigare forskning har försökt kvantifiera var och när N2O släpps ut, floder och bäckar har utgjort en betydande utmaning eftersom det är svårt att exakt mäta N2O från strömmande vatten, särskilt i skalan av ett helt flodsystem. Den aktuella studien presenterar en allmänt användbar prediktiv modell för att uppskatta N2O-utsläpp från vattenvägar baserat på enkla mätvärden inklusive bäckstorlek, markanvändning och marktäcke av intilliggande landskap, biomtyp och varierande klimatförhållanden.

"Snabb förändring av markanvändningen, såsom omvandling av historiska våtmarker till jordbruksmarker, har ökat tillförseln av biotillgängligt kväve från landskapet till skada för mottagande vattendrag och floder, sa Jennifer Tank, Galla professor vid institutionen för biologiska vetenskaper vid University of Notre Dame, medförfattare till studien och chef för Notre Dames Environmental Change Initiative. "En del av det kvävet kommer att omvandlas av mikrober till N2O, och eftersom det är en kraftfull växthusgas, var och när det händer i strömmande vatten är av stort intresse, både nu och i framtiden."

Att arbeta med ett internationellt team av forskare, Tank och hennes doktorand Martha Dee analyserade tidigare publicerade utsläppsdata från strömmar och floder runt om i världen, inklusive Michigans Kalamazoo River, New Yorks Hudson River, floden Swale-Ouse i Storbritannien och sex stora floder över Afrika. Dessutom, teamet samlade in sina egna mätningar av N2O från två flodnätverk regionalt, inklusive Manistee River i Michigan och Tippecanoe River i Indiana. Forskarnas analys av den kombinerade datamängden fann att N2O-utsläppen är beroende av flodens storlek – när den ökar, produktionen av N2O skiftar från strömbädden till det överliggande vattnet.

"Den nuvarande förståelsen av dikväveoxidproduktion är begränsad i ström- och flodnätverk i en tid av snabb global förändring, " sa Dee medförfattare till studien. "Vår studie använder en mångsidig, global uppsättning data kombinerat med regionala mätningar för att skapa en modell som bättre kan förutsäga effekten av mänsklig aktivitet och miljöfaktorer på N2O-produktion."

Den nya modellen kommer att vara ett värdefullt verktyg för både forskare och vattenförvaltare, eftersom ramverket möjliggör noggrann förutsägelse av N2O-utsläpp under en mängd olika scenarier inklusive vattentemperatur, förändringar i markanvändning och klimatförändringarnas inverkan på utsläppsresultat.