Aerob metanproduktion
Aerob metanproduktion är en potentiell biologisk väg för atmosfärisk metanproduktion (CH 4 ) under syresatta förhållanden. Förekomsten av denna väg teoretiserades först 2006. Även om betydande bevis tyder på existensen av denna väg, är den fortfarande dåligt förstådd och dess existens är kontroversiell. Naturligt förekommande metan produceras huvudsakligen genom processen för metanogenes , en form av anaerob andning som används av mikroorganismer som energikälla. Metanogenes sker vanligtvis endast under anoxiska förhållanden. Däremot aerob metanproduktion ske i syresatta miljöer under nära omgivande förhållanden . Processen involverar generering av icke-mikrobiell metan från landlevande växtmaterial . Temperatur och ultraviolett ljus anses vara nyckelfaktorer i denna process. Metan kan också produceras under aeroba förhållanden i havsnära havsvatten, en process som sannolikt involverar nedbrytning av metylfosfonat.
Från landväxter
| Del av en serie om |
| kolcykeln |
|---|
 |
Inledande upptäckt
År 2005, Frankenberg et al. publicerade resultaten av en global metandistributionsstudie där de använde rymdburen nära-infraröd absorptionsspektroskopi . Studien identifierade signifikant förhöjda CH 4 blandningsförhållanden i tropiska områden ovanför vintergröna skogar. Data indikerade en ytterligare tropisk källa på 30–40 Tg under undersökningens tidsperiod (augusti–november). Detta bidrag kunde inte förklaras tillräckligt inom den för närvarande accepterade globala budgeten på CH 4 . Dessa fynd föranledde Keppler et al. att genomföra sin studie för att undersöka möjligheten till metanbildning av växtmaterial. Deras studie inkluderade inkubationsexperiment av glasflaskor med lossnade löv och experiment med plexiglaskammare med intakta växter. I båda fallen förseglades materialet i en kontrollerad miljö med CH 4 -fri luft för att analysera produktionen av CH 4 . Eftersom testerna utfördes under aeroba förhållanden var det osannolikt att någon CH 4 som produceras skulle vara relaterad till metanogena bakterier. Denna möjlighet uteslöts ytterligare genom att mäta CH4- produktion av bladvävnad steriliserad med y-strålning . De teoretiserade att "den strukturella komponenten pektin spelar en framträdande roll i in situ -bildningen av CH 4 i växter" men kunde inte identifiera en kemisk mekanism för denna CH 4 -produktion.
Ytterligare studier
Wang et al. (2008) fann att metanutsläppen varierade mycket beroende på växtarter, och noterade att buskarter var mycket mer benägna att producera metan än örtarter . De noterade också att bland örtarter som de testade, gjorde de som avgav metan det från stjälkar, men inte från lossnade löv, medan buskarter vanligtvis släppte ut högre metankoncentrationer från lossnade löv. En uppföljningsstudie av Keppler et al. bekräftade sina tidigare fynd och fann "otvetydiga isotopbevis för att metoxylgrupper av pektin kan fungera som en källa till atmosfärisk CH 4 under aeroba förhållanden", men lyckades återigen inte identifiera den kemiska mekanismen.
Påverkan av temperatur och ljus
Keppler et al. . observerade att frisättningen av CH 4 var "mycket temperaturkänslig - koncentrationerna fördubblades ungefär med varje 10 °C ökning över intervallet 30–70 °C, vilket tyder på en icke-enzymisk snarare än en enzymmedierad process". De påpekade också att "utsläppshastigheter visade sig öka dramatiskt, med en faktor på 3–5 (upp till 870 ng per g (torrvikt) h -1), när kamrarna exponerades för naturligt solljus". Vigano et al. . fann att "utsläpp från UV-strålning är nästan omedelbara, vilket indikerar en direkt fotokemisk process ".
Potentiell miljöbetydelse
Keppler et al. . beräknade en "första uppskattning" för den nyligen etablerade CH 4 -källan. Deras beräkningar baserades på breda antaganden, som de medgav att de försummade "komplexiteten hos terrestra ekosystem" . De uppskattade att metan som frigörs av levande vegetation ligger i intervallet 62–236 Tg yr −1 (i genomsnitt 149 Tg yr −1 ) med det huvudsakliga bidraget tilldelat tropiska skogar och gräsmarker. De ansåg att "upptäckten av ytterligare en källa av denna storleksordning, cirka 10-30 % av den nuvarande årliga källans styrka, skulle kräva omprövning av den globala CH 4 -budgeten". Senare uppskattningar, med användning av Keppler et al. ' s data såväl som data producerade av senare studier antydde en mindre global betydelse. En studie antydde att de maximala globala utsläppen av metan från landväxter kanske bara är i storleksordningen 0,2–1,0 Tg CH 4 yr −1 jämfört med totala globala utsläpp på 550 Tg CH 4 yr −1 , ett betydligt mindre bidrag.
Kritik och motstridiga uppgifter
Efter publiceringen av Keppler et al. s (2006) fynd, det var en betydande respons från det vetenskapliga samfundet. Många ifrågasatte resultaten och pekade på brister i Keppler et al. s metodik. I synnerhet kritiserades deras uppskalningsmetod för att beräkna globala uppskattningar av metanutsläpp från landbaserade anläggningar. Ett antal uppföljningspublikationer presenterade motstridiga data, vilket genererade betydande osäkerhet i markväxternas roll för den globala metanbudgeten.
Dueck et al. genomförde liknande experiment som kammarexperimenten med intakta växter utförda av Keppler et al. . De fann "inga bevis för betydande metanutsläpp från landbaserade växter". De föreslog att de förmodade utsläppen observerade av Keppler et al. kan ha varit relaterat till "omgivande metankoncentrationer i intercellulära luftrum och luftrum i marksystemet". Vigano et al. svarade senare på denna kritik genom att antyda att om UV-ljus i själva verket är en viktig faktor i aeroba metanemissioner, "så är det inte förvånande att inga utsläpp hittades av Dueck et al. (2007), som använde metallhalogen HPI - T lampor och glaskammare för deras mått”. Andra studier antydde att de upptäckta metanemissionerna var relaterade till transport av löst metan från marken i vatten, eller till spontan nedbrytning av växtmaterial under vissa stressförhållanden.
I havet
Övermättnad av metan i syresatt, havsnära havsvatten är ett fenomen som har observerats i stor utsträckning, men som fortfarande är dåligt förstått. Metan är ofta 10–75 % övermättad i det syresatta ytblandade lagret , vilket gör att havet bidrar med metan till atmosfären. En möjlig källa för denna övermättade metan är nedbrytningen av löst vattenkolonnmetylfosfonat . Betydelsen av nedbrytningen av metylfosfonat vid produktionen av CH 4 i havet är sannolikt varierande och kan vara relaterad till tillgängligheten av Fe , N och P i vattenpelaren .