Protoxyde d'azote (N 2 O) est un puissant gaz à effet de serre, avec 300 fois la capacité de réchauffement du dioxyde de carbone. En raison du ruissellement d'engrais des champs agricoles, une charge croissante d'azote se déverse dans les rivières et les ruisseaux, où les microbes respirateurs d'azote décomposent une partie de l'engrais en N 2 , que la rivière libère dans l'atmosphère lorsqu'elle dégringole vers l'océan. Mais, jusqu'à maintenant, les scientifiques n'ont pas une idée claire du fonctionnement du processus, quelle fraction du ruissellement se transforme en N 2 O ou quelles mesures pourraient être prises pour atténuer N 2 O émissions.

"Les humains modifient fondamentalement le cycle de l'azote, " dit Matthieu Winnick, seul auteur d'un nouvel article, publié récemment dans AGU Avances , et professeur de géosciences à l'Université du Massachusetts Amherst. "Nous avons changé la façon dont l'azote se déplace dans l'environnement." Une grande partie de ce changement peut être attribuée à d'énormes quantités d'engrais chimiques riches en azote, répandu sur les champs agricoles, qui se jettent dans les ruisseaux et les rivières quand il pleut, et se convertir en nitrate.

Les scientifiques savent depuis longtemps que les microbes du sol et du lit des cours d'eau contribuent au « processus de dénitrification, " par lequel le nitrate est converti soit en gaz diazote inoffensif, soit en N 2 O. Mais la mécanique exacte des processus de conversion est restée un mystère, comme en témoigne la large gamme de N 2 O estimations des émissions—entre 0,5 % et 10 % des émissions mondiales—attribuables annuellement aux cours d'eau.

L'innovation de Winnick était de revisiter un grand ensemble de données expérimentales qui a quantifié N 2 O dans 72 flux à travers les États-Unis en utilisant une combinaison de modèles de réaction chimique, qui peut retracer comment l'azote est transformé à travers un système de cours d'eau, et les modèles de turbulence de flux, qui capturent comment les forces mécaniques de la rivière elle-même livrent du nitrate au lit du cours d'eau, c'est là que se produit la dénitrification.

Cette combinaison inédite, coupler la haute résolution du modèle de réaction chimique avec le modèle de turbulence, a permis à Winnick de voir comment le nitrate se déplaçait du cours d'eau au lit du cours d'eau et a été la clé de sa découverte.

Il s'avère que ce qui détermine effectivement la production de N 2 O est "l'efficacité de dénitrification, " ou la fraction de nitrate, livré au lit du cours d'eau, qui est soumis aux diverses réactions du processus de dénitrification. Plus le lit du cours d'eau est efficace pour convertir le nitrate, moins N 2 O est libéré. Mais là où l'efficacité de dénitrification est faible, Winnick a trouvé des niveaux comparativement plus élevés de N 2 O émissions.

Par ailleurs, le lit du cours d'eau auquel le nitrate est délivré joue également un rôle important. Lits de cours d'eau parsemés de petites zones anoxiques, ou des plaques privées d'oxygène, également aider à empêcher la libération de N 2 O.

Winnick suggère que cette nouvelle compréhension du cycle de l'azote pourrait aider à éclairer les efforts d'atténuation du changement climatique. "L'augmentation de la capacité des cours d'eau à traiter l'azote anthropique peut également réduire l'azote proportionnel 2 émissions, " il écrit.