Duke Univ. Doktoranden Weiyi Tang sätter upp en genomströmningsinkubator för att mäta oceanisk kvävefixering på en forskningskryssning. Kredit:Karyn Perdue, Museum of Life and Science, Durham, N.C.
Kvävefixering är förvånansvärt hög i kustvatten och kan spela en större roll än förväntat i koldioxid (CO) 2 ) upptag i dessa vatten, visar en ny studie ledd av Duke University-forskare.
Att veta var och när kvävefixering sker kommer att hjälpa forskare att bättre kvantifiera kustvattnets förmåga att absorbera och lagra koldioxid och hjälpa till i framtida klimatförutsägelser.
"Tidigare modeller antydde att det mesta av kvävefixering inträffade i det öppna havet. Vi fann motsatsen:priserna är faktiskt högre i kustområden. De har bara förbisetts tills nu, sa Nicolas Cassar, professor i biogeokemi vid Duke's Nicholas School of the Environment, som var senior författare på studien.
Det mesta av denna förbisedda aktivitet drivs av mikrober kända som cyanobakteriella diazotrofer som lever i kustvatten, visar studien.
De små organismerna tar upp kvävgas (N 2 ) och omvandla den till ammoniak (NH 3 ), en form av kväve som växtplankton, basen av det marina näringsnätet, kan användas som mat. Detta ger i sin tur bränsle till fotosyntesen genom växtplankton och upptaget av CO 2 .
"Detta innebär att vi måste se över den globala distributionen av marint N 2 fixera och omvärdera dess roll i kustens kolcykel, sa Weiyi Tang, en Ph.D. student i geo- och havsvetenskap vid Duke's Nicholas School, som utförde forskningen som en del av sin doktorsavhandling.
En provtagare används för att samla in havsvattenprover som kommer att användas för att mäta kvävefixeringshastigheter och karakterisera mikrobiella samhällen. Kredit:Weiyi Tang, Duke Univ.
Cassar och Tang publicerade sin peer-reviewed studie 19 februari in Naturkommunikation .
Deras resultat är baserade på tusentals havsvattenprover som samlats in från 6, 000 kilometer av västra Nordatlanten under två 10-dagars forskningskryssningar 2015 och 2016.
Att samla in den där oöverträffade mängden data på så kort tid till sjöss var möjligt, Cassar förklarade, eftersom hans labbteam har utvecklat ett instrument som låter dem göra nästan kontinuerlig realtidsanalys av N 2 fixering. De använder en metod som kallas FARACAS, eller genomflödesinkubationsacetylenreduktionsanalyser genom kavitets ring-down laserabsorptionsspektroskopi.
Tidigare, det enda sättet forskare hade för att kvantifiera marin kvävefixering, som tenderar att vara väldigt episodiskt till sin natur, var att sporadiskt samla in prover, kanske två gånger dagligen, på platser där deras forskningsfartyg stannade. Det här var som att bara läsa två kapitel i en bok istället för alla, sa Cassar. Det lämnade luckor i berättelsen.
"Vårt nya instrument låter oss samla nästan kontinuerliga prover över vidsträckta hav medan fartyget rör sig, vilket gör det till ett mycket bättre verktyg för att hjälpa forskare. Det är som en biogeokemisk kompass, ", sa han. "Medan varje datapunkt inte är helt oberoende vid denna upplösning, vi kan samla in mer data om en kryssning än vad du hittar i den befintliga litteraturen."
En metaanalys av den befintliga litteraturen som Tang sedan genomförde visar att kvävefixering sannolikt är betydande i andra kustområden över hela världen, för, inte bara i västra Nordatlanten.
"Kvävefixering är en av de viktigaste processerna som styr livet på jorden och i haven. Att utveckla denna nya teknik för att mäta kvävefixering förändrar redan vår förståelse av var och när det händer, " sa Hedy Edmonds, programdirektör vid National Science Foundation (NSF) Division of Ocean Sciences, som finansierade forskningen genom ett KARRIÄR-anslag (#1350710) till Cassar.
