Озера играют важную роль в глобальном круговороте азота. Обитающие в водоемах микроорганизмы превращают соединения азота, такие как нитраты или аммиак, в газообразный азот, который затем улетучивается в атмосферу. Этот процесс называется денитрификацией, и именно таким способом из внутренних водоемов удаляется около 20% естественного азота. Однако новое исследование, проведенное под руководством ученых из Базельского университета, показывает, что эта очищающая способность крайне чувствительна к климатическим изменениям, передает EurekAlert!.

Для исследования были взяты пробы из озера Бальдеггерзее, расположенного в озерном регионе Люцерн в Швейцарии. Этот водоем площадью 5,3 квадратных километра является типичным примером озера умеренного пояса, где вода полностью перемешивается в течение года.

Исследователи доказали, что активность денитрификации тесно связана именно с сезонным перемешиванием воды. Например, зимой теплая и богатая кислородом поверхностная вода Бальдеггерзее, промежуточный слой и холодная, бедная кислородом глубоководная часть полностью перемешиваются.

В этой фазе денитрификация протекает почти на 50% активнее, чем в период летнего расслоения воды, и именно здесь кроется опасность, связанная с изменением климата. По словам соавтора исследования Кэмерона Коллбека, способность озер выводить азот сильно зависит от времени года, ритм которых нарушается из-за климатических сдвигов.

При повышении температуры фаза зимнего перемешивания может сократиться примерно на 27 дней. В результате снизится и количество выводимого из воды азота. По словам ученого-эколога, до конца неясно, почему денитрификация активизируется именно в зимний период.

Озера играют критически важную роль в глобальном круговороте азота: если внутренние водоемы не будут выводить этот элемент, он через реки попадет в океан. Это, в свою очередь, может иметь серьезные последствия для прибрежных экосистем - вплоть до бурного цветения водорослей и образования так называемых "мертвых зон". По словам соавтора исследования доктора Морица Леманна, полученные результаты показывают, что даже относительно небольшие сдвиги в сезонном ритме перемешивания озер могут повлиять на круговорот азота как на уровне отдельного водоема, так и в глобальном масштабе.

Пробы отложений и модель озера

Для измерения денитрификации использовались два метода. Сначала в пробы донных отложений добавили молекулы азота, содержащие редкий изотоп. Изотопная метка и специальные методы измерения позволили определить, какая часть меченного азота превратилась в газообразный. Этот показатель и отражал активность денитрификации.

Затем была создана модель всего озера Бальдеггерзее для оценки общего количества выводимого азота. Кэмерон Коллбек отметил, что результаты моделирования совпали с данными фактических наблюдений. Это позволило сделать надежные прогнозы относительно вывода азота из озера и подтвердило, что зима действительно является периодом наиболее интенсивной денитрификации.

В донных отложениях ученые также обнаружили своеобразное сотрудничество микробов. Определенные бактерии расщепляют хитин - прочную молекулу, которая содержится в панцирях зоопланктона и отмерших водорослях и оседает на дно озера. В процессе этого распада образуются соединения, служащие источником энергии для других микроорганизмов. Те, в свою очередь, запускают денитрификацию, превращая нитраты в газообразный азот. Таким образом, расщепление хитина служит топливом для процесса, который выводит избыточный азот из воды.

На следующем этапе ученые планируют выяснить, влияют ли наблюдаемые процессы на образование оксида азота(I), более известного как закись азота (или "веселящий газ"), который наносит вред климату.

Подробнее об открытии исследователей можно прочитать в научном журнале Nature Microbiology.