Производство аэробного метана - Aerobic methane production
Аэробные производство метана является потенциальным биологическим пути для атмосферного метана (СН 4 ) производство в соответствии с окисленных условиях. Существование этого пути было впервые теоретизировано в 2006 году. Хотя существенные доказательства предполагают существование этого пути, он остается малоизученным, а его существование является спорным. Встречающийся в природе метан в основном вырабатывается в процессе метаногенеза , формы анаэробного дыхания, используемого микроорганизмами в качестве источника энергии. Метаногенез обычно происходит только в бескислородных условиях. Напротив, считается, что аэробное производство метана происходит в насыщенной кислородом среде в условиях, близких к окружающим . Процесс включает немикробное образование метана из наземных растений . Считается, что ключевыми факторами в этом процессе являются температура и ультрафиолетовое излучение . Метан также может производиться в аэробных условиях в приповерхностной океанской воде, процесс, который, вероятно, включает разложение метилфосфоната.
Из наземных растений
| Часть серии о |
| Углеродный цикл |
|---|
 |
Первоначальное открытие
В 2005 году Frankenberg et al. опубликовали результаты глобального исследования распределения метана, в котором они использовали космическую абсорбционную спектроскопию в ближней инфракрасной области . Исследование выявило значительно повышенное соотношение смеси CH 4 в тропических регионах над вечнозелеными лесами. Данные указывают на дополнительный тропический источник 30–40 Тг за период исследования (август – ноябрь). Этот вклад невозможно адекватно объяснить в рамках принятого в настоящее время глобального бюджета CH 4 . Эти данные побудили Keppler et al. провести свое исследование, чтобы изучить возможность образования метана растительным материалом. Их исследование включало эксперименты по инкубации в стеклянных флаконах с отделившимися листьями и эксперименты в камере из оргстекла с интактными растениями. В обоих случаях материал герметизировали в контролируемой среде с воздухом, не содержащим CH 4 , для анализа образования CH 4 . Поскольку испытания проводились в аэробных условиях, маловероятно, что производимый CH 4 может быть связан с метаногенными бактериями. Эта возможность была дополнительно исключена путем измерения продукции CH 4 тканью листа, стерилизованной гамма-излучением . Они предположили, что «структурный компонент пектин играет важную роль в образовании CH 4 in situ в растениях», но не смогли идентифицировать химический механизм этого производства CH 4 .
Дальнейшее изучение
Wang et al. (2008) обнаружили, что выбросы метана сильно различаются в зависимости от видов растений, отметив, что виды кустарников с гораздо большей вероятностью производят метан, чем виды трав . Они также отметили, что среди тестируемых травянистых видов те, которые выделяли метан, испускали его из стеблей, но не из отдельных листьев, в то время как виды кустарников обычно выделяли более высокие концентрации метана из отдельных листьев. Последующее исследование Keppler et al. подтвердили свои более ранние выводы и обнаружили «однозначные изотопные доказательства того, что метоксильные группы пектина могут действовать как источник атмосферного CH 4 в аэробных условиях», но снова не смогли идентифицировать химический механизм.
Влияние температуры и света
Keppler et al. . наблюдали, что высвобождение CH 4 было «очень чувствительным к температуре - концентрации примерно удваивались с увеличением на каждые 10 ° C в диапазоне 30–70 ° C, что свидетельствует о неферментативном, а не опосредованном ферментом процессе». Они также отметили, что «было обнаружено, что уровни выбросов резко увеличиваются в 3–5 раз (до 870 нг на г (сухой вес) ч -1 ), когда камеры подвергаются воздействию естественного солнечного света». Vigano et al. . обнаружили, что «излучение от УФ-излучения почти мгновенно, что указывает на прямой фотохимический процесс ».
Возможное экологическое значение
Keppler et al. . рассчитали «первую оценку» для вновь установленного источника CH 4 . Их расчеты основывались на общих предположениях, которые, как они признали, не учитывали «сложность наземных экосистем ». Они оценили метан выпустил живую растительность , чтобы быть в диапазоне 62-236 Tg года -1 ( в среднем 149 Tg в год -1 ) с основным вкладом присвоенного тропических лесов и лугами. Они считали, что «обнаружение дополнительного источника такой мощности, примерно 10-30% нынешней годовой мощности источника, потребует пересмотра глобального бюджета CH 4 ». Более поздние оценки с использованием Keppler et al. ' S данные, а также данные , полученные более поздние исследования предложили меньшее глобальное значение. Одно исследование показало, что максимальные глобальные выбросы метана от наземных растений могут быть порядка 0,2–1,0 Тг CH 4 год -1 по сравнению с общими глобальными выбросами 550 Тг CH 4 год -1 , что является значительно меньшим вкладом.
Критика и противоречивые данные
После публикации Keppler et al. ' Ы (2006) выводы, была существенная реакция со стороны научного сообщества. Многие подвергли сомнению полученные данные, указав на недостатки в работе Keppler et al. " Методология сек. В частности, подвергся критике их метод масштабирования для расчета глобальных оценок выбросов метана наземными растениями. В ряде последующих публикаций представлены противоречивые данные, порождающие значительную неопределенность в отношении роли наземных растений в глобальном балансе метана.
Dueck et al. провели аналогичные эксперименты с экспериментами в камере с неповрежденными растениями, проведенными Keppler et al. . Они не обнаружили «никаких доказательств значительных выбросов метана наземными растениями». Они предположили, что предполагаемые выбросы, наблюдаемые Keppler et al. могло быть связано с «атмосферными концентрациями метана в межклеточных воздушных пространствах и воздушных пространствах в почвенной системе». Vigano et al. позже ответил на эту критику, предположив, что, если УФ-свет действительно является важным фактором в аэробных выбросах метана, «неудивительно, что Dueck et al . (2007), которые использовали галогенид металла HPI-T , не обнаружили выбросов . лампы и стеклянные камеры для их измерений ». Другие исследования показали, что обнаруженные выбросы метана были связаны с переносом растворенного метана из почвы в воду или со спонтанным разложением растительного вещества в определенных стрессовых условиях.
В океане
Перенасыщение метаном кислородсодержащих приповерхностных вод океана - явление, которое широко наблюдается, но все еще плохо изучено. Метан часто на 10–75% пересыщен в насыщенном кислородом поверхностном смешанном слое , в результате чего океан вносит метан в атмосферу. Одним из возможных источников этого перенасыщенного метана является разложение растворенного в водной колонке метилфосфоната. Важность разложения метилфосфоната в производстве CH 4 в океане, вероятно, непостоянна и может быть связана с доступностью Fe , N и P в толще воды.