Tack vare en nyutvecklad laserspektrometer, Empa-forskare kan för första gången visa vilka processer i gräsmarker som leder till lustgasutsläpp. Syftet är att minska utsläppen av denna potenta växthusgas genom att få en bättre förståelse för de processer som äger rum i marken.

Lustgas (N ₂ O, även känd som skrattgas) är en av de viktigaste växthusgaserna. Även om det är mycket mindre rikligt i atmosfären än koldioxid (CO ₂ ), den är cirka 300 gånger mer potent. N ₂ O finns kvar i atmosfären i mer än 100 år och bidrar därmed till stor del till den globala uppvärmningen. Det skadar också jordens skyddande ozonskikt. Den största källan till N ₂ O-utsläpp är jord - speciellt (men inte bara) när de gödslas.

Forskare runt om i världen letar efter sätt att minska N ₂ O-utsläpp. Men forskningen är fortfarande i sin linda. "Det är välkänt att mer lustgas rinner ut från jorden efter gödsling eller nederbörd, till exempel. Men lite forskning har ännu gjorts om de exakta processerna som äger rum i jorden, " säger Empa-utsläpps- och isotopforskaren Joachim Mohn.

Första mätningarna på gräsmark

Empa-forskare har, därför, utvecklat en laserspektrometer, vilket möjliggör extremt exakta fältmätningar. "Du kan se exakt vilken isotopsammansättning den avgivna lustgasen har. T.ex. om kväveatomen med en extra neutron är belägen i mitten av molekylen eller vid kanten, " förklarar Mohn. Den specifika bestämningen av isotoper gör det möjligt att dra slutsatser om bildningsprocesserna för N ₂ O. "Isotopmätningar kan också användas för att uppskatta omfattningen, till vilken den skadliga lustgasen i marken bryts ned till ofarligt kväve."

N ₂ O bildas genom olika mikrobiella processer. Det kan uppstå som en biprodukt av nitrifikation och som en mellanprodukt av denitrifikation. Vid nitrifikation, ammonium, t.ex. från gödselmedel, oxideras till nitrat. Vid denitrifikation, nitrat omvandlas till kväve.

"Empa och andra forskningsinstitutioner undersöker just nu vilken biokemisk process i en bakterie som föredrar att bilda vilken dikväveoxidisotop, " säger Mohn (se ruta). Baserat på dessa fynd, Empa forskare, tillsammans med forskare från ETH Zürich och Karlsruhe Institute of Technology (KIT), genomförde mer än 600 laserspektrometermätningar under flera månader i Bayern över gräsmark och analyserade på så sätt isotopsammansättningen av det emitterade N ₂ O.

På samma gång, forskarna registrerade påverkande variabler som markfuktighet, näringsinnehåll, lufttemperatur, vindhastigheter och tidpunkten för nederbörd och gödsling. En nyhet, som Joachim Mohn förklarar:"Med de masspektrometriinstrument som hittills använts var det helt enkelt omöjligt att mäta kontinuerligt över jord. Tack vare vår nya enhet, vi kan nu utföra mycket exakta mätningar i fält och jämföra resultaten, till exempel från gräsmark, med de från labbet."

Forskarna använder nu de första fältmätningarna för att kontrollera om tidigare emissionsmodeller tillåter bra förutsägelser eller om de behöver förbättras. Mohn:"Än så länge, det har bara varit möjligt att säga om en modell för att förutsäga lustgasutsläpp korrekt speglar tid och kvantitet. Om vi ​​också bestämmer isotopsignaturen, då vet vi omedelbart om modellen korrekt förutsäger de processer genom vilka dikväveoxid produceras."

Detta är ett viktigt steg för N ₂ O forskning, säger Empa-forskaren. "Det långsiktiga målet är att minska utsläppen av lustgas från naturliga och jordbruksmarker." Det är fortfarande en lång väg att gå, han medger. "Men nu har vi åtminstone nått en första milstolpe."