Minimalismul metanului - natura
Subiecte
- Știința climei
- Geochimie
- Microbiologie
Acest articol a fost actualizat
O meta-analiză a emisiilor de metan la nivelul ecosistemului relevă o simplă dependență exponențială de temperatură, în ciuda varietății complexe de factori care controlează acest proces. Vezi meniul p.488
Metanul este al treilea cel mai mare factor care contribuie la efectul de seră, după vapori de apă și dioxid de carbon. Concentrația atmosferică de metan a crescut în cea mai mare parte a secolului XX, a fost stabilă între 1999 și 2006 și acum crește din nou, cu o rată de 0,4% pe an 1. Cauza acestei reluări nu este pe deplin înțeleasă, dar este probabil legată de o creștere a emisiilor de metan din zonele umede: aproape jumătate din emisiile globale de metan provin din zonele umede și orezale care se așteaptă să fie supuse unor feedback-uri legate de temperatură și alte condiții climatice globale Schimbare. Deși un set complex de factori influențează emisia de metan la nivelul ecosistemului, Yvon-Durocher și colab. 2 raportează într-o lucrare publicată astăzi la pagina 488 că răspunsul mediu al emisiilor de metan la temperatură într-o varietate de ecosisteme este bine descris printr-o relație matematică simplă. Ar putea fi la fel de simplu ca asta?
Majoritatea emisiilor naturale de metan provin de la microorganisme numite metanogeni, ale căror rate metabolice, în timpul creșterii în cultură cu substrat nelimitat, se modifică cu temperatura conform ecuației Arrhenius, o simplă dependență exponențială a ratei constante în reciprocitatea temperaturii absolute. Un astfel de comportament nu este surprinzător: deși metanogeneza cuprinde o rețea de reacții catalizate de enzime, dependența Arrhenius reflectă cinetica cu un singur pas care limitează rata. Dar raportul lui Yvon-Durocher și colegii săi cu privire la aceeași dependență de temperatură la nivelul ecosistemului este remarcabil, deoarece o serie de factori fizici, chimici și ecologici controlează producția de metan și eliberarea acestuia în atmosferă 3 .
Metanogeneza în soluri și sedimente este alimentată în cele din urmă de materie organică complexă; ce proporție din această materie organică este convertită în metan și cu ce viteză, depinde atât de dinamica ecosistemului, cât și de cinetica enzimatică a metanogenilor (Fig. 1). De exemplu, carbonul organic poate fi transformat în dioxid de carbon, mai degrabă decât în metan, atunci când sunt disponibili oxidanți precum oxigenul, azotatul, fierul (III) și sulfatul pentru a alimenta concurenții microbieni ai metanogenilor. Și când materia organică este transformată în metan, aceasta trebuie mai întâi descompusă de alți microbi în puținele substraturi simple pe care metanogenii le pot metaboliza, o sursă în amonte care poate limita rata metanogenezei.
Metanul (CH 4) este generat de microorganisme (metanogeni) care metabolizează substraturi produse prin descompunerea materiei organice complexe de către enzime extracelulare și microorganisme fermentative. Rata de emisie de metan în atmosferă este influențată de sensibilitatea individuală a acestor microorganisme la temperatură (indicată de E a) și de condițiile chimice, cum ar fi disponibilitatea oxigenului, care redirecționează fluxul de carbon către concurenții microbieni pe care îi oxidează. materie organică la carbon. dioxid. Emisia de metan depinde și de transportul gazelor prin difuzie, de fierberea cu bule și în vasculatura plantelor și de fracțiunea de metan consumată de microorganismele oxidante de metan. În ciuda acestui set complex de factori, Yvon-Durocher și colab. 2 raportează că răspunsul emisiilor de metan la nivelul ecosistemului poate fi descris prin simpla relație Arrhenius.