“เมื่อฝนตกลงในทะเลทราย ก๊าซเรือนกระจกอาจพุ่งขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศ
แม้ไม่มีสิ่งมีชีวิตใดอยู่เลยในดินก็ตาม”
เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่นักวิทยาศาสตร์เชื่อกันว่า จุลินทรีย์ในดินเป็นผู้รับผิดชอบแต่เพียงผู้เดียวว่าเป็นคนปล่อยก๊าซเรือนกระจกแบบพัลส์ (pulse emissions หรือกล่าวอย่างง่ายก็คือปะทุขึ้น) ไม่ว่าจะเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) และไนตริกออกไซด์ (NO)
ก๊าซเหล่านี้มักระเบิดขึ้นมาบ่อยครั้งในพื้นที่แห้งแล้งหลังจากฝนตก ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่ามีส่วนสำคัญต่อภาวะโลกร้อนและมลภาวะในชั้นบรรยากาศ แต่เมื่อ ดร. ไอแซค แยเกิล (Isaac Yagle) และ ศาสตราจารย์ อิลยา เกลฟานด์ (Ilya Gelfand) จากสถาบันเบลาสไตน์เพื่อการวิจัยทะเลทรายตรวจสอบอย่างจริงจัง พวกเขาก็พบว่าเราคิดผิดมาตลอด
“ผลการศึกษาของราแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยาเคมีสามารเป็นตัวขับเคลื่อนการปล่อยก๊าซเหล่านี้ในทันที ไม่ใช่แค่ทางชีววิทยาเท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับก๊าซไนโตรเจน” ดร. แยเกิล “สิ่งนี้เปลี่ยนแปลงวิธีที่เราเข้าใจและจำลองการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากดินในพื้นที่แห้งแล้งได้”
ดินที่ไร้ซึ่งชีวิต
ทีมวิจัยได้นำดินจากทะเลทรายในพื้นที่ต่าง ๆ มาตรวจสอบเพื่อเปรียบการปล่อยก๊าซตามธรรมชาติ แต่เพื่อความละเอียดพวกเขาได้นำดินเหล่านั้นไปผ่านการฆ่าเชื้อด้วยการฉายรังสีแกมมาปริมาณสูง จากนั้นดินก็จะถูกทำให้เปียกเพื่อจำลองสถานการณ์ฝนตก
ทว่าภายในไม่กี่หลังจากนั้น ดินตัวอย่างกลับปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไนตรัสออกไซด์ และไนตริกออกไซด์ขึ้นมา ยิ่งไปกว่านั้น มันกลับปล่อย NO มากกว่าดินที่มีชีวิตถึง 13 เท่าและ N2O มากกว่าถึง 5 เท่า สร้างความงุนงงให้กับทีมวิจัยเนื่องจากเชื่อกันว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ต้องเกิดจากจุลินทรีย์เท่านั้น
แม้ว่าการปล่อยก๊าซ CO2 ในดินที่มีชีวิตจะยังคงสูงกว่าเนื่องจากการหายใจของจุลินทรีย์ แต่ส่วนใหญ่ยังคงเกิดจากกระบวนการที่ไม่ใช่ทางชีวภาพ เช่น ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับคาร์บอเนตในดินและการปล่อยก๊าซทางกายภาพ
“การปล่อยก๊าซเรือนกระจกของ CO2 และก๊าซไนโตรเจนถูกวัดภายใน 5 นาทีหลังจากการเปียกชื้น การปล่อยก๊าซ CO2 นั้นมีปริมาณมากกว่าดินที่ถูกฉายรังสีประมาณ 2 เท่า และมีความสัมพันธ์กับปริมาณคาร์บอนในดิน” ทีมวิจัยเขียน
“อย่างไรก็ตาม ดินที่ได้รับการฉายรังสีกลับปล่อย N2O ออกมามากกว่าดินที่มีชีวิตถึง 5 เท่า และ NO ออกมามากกว่า 13 เท่า และการปล่อยมลพิษดังกล่าวมีความสัมพันธ์กับปริมาณ N ในดิน”
มันเกิดอะไรขึ้นกันแน่?
ทีมวิจัยเชื่อว่า โดยทั่วไปแล้วในดินที่แห้งแล้งและเป็นด่างซึ่งมีความร้อนภายใต้แสงแดดจัดนั้น มีการสะสมตัวของไนโตรเจนเป็นอย่างมากในช่วงฤดูแล้ว โดยเฉพาะไนโตรต์ (NO2⁻)
จากนั้นเมื่อน้ำมาถึง มันก็จะทำให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีล้วน ๆ ที่ชื่อว่า เคมีโมไนตริฟิเคชัน (chemodenitrification) ที่ทำให้ NO2⁻ สลายตัวเป็น NO และ N2O โดยไม่ต้องอาศัยจุลินทรีย์ นอกจากนี้ น้ำยังละลายคาร์บอเนตและปล่อย CO2 ออกมา ทำให้เกิดพัลส์ก๊าซที่ไม่ใช่ชีวภาพ
การทดสอบแบบเคียงข้างกันของทีมวิจัยทำให้ประเด็นนี้ชัดเจน แม้ว่าดินจะได้รับการฆ่าเชื้อแล้ว แต่การปล่อยก๊าซในช่วงแรกก็ยังคงพุ่งสูง และเมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบระดับไนโตรเจนอนินทรีย์ พบว่าพัลส์ N2O และ NO แรกดูเกือบจะเหมือนกันในดินที่ผ่านการฆ่าเชื้อและดินที่มีชีวิต ซึ่งเป็นหลักฐานว่าเคมีอชีวภาพมีบทบาทสำคัญต่อการเริ่มต้น
ถึงกระนั้น จุลินทรีย์ก็ยังมีบทบาทสำคัญในดินที่มีชีวิต CO2 โดยรวมสูงขึ้นเนื่องจากจุลินทรีย์มีส่วนช่วยในการหายใจอย่างต่อเนื่อง ในอีกไม่กี่ชั่วโมงและหลายวันต่อมา เมื่อแบคทีเรียและอาร์เคียฟื้นตัวจากภาวะแห้งแล้ง พวกมันก็จะกลับมาเกิดกระบวนการไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันอีกครั้ง โดยสร้างกระบวนการทางชีวภาพทับซ้อนบนรากฐานทางเคมีอชีวภาพ
ข้อมูลสำคัญ
ปฏิกิริยาที่ไม่เกี่ยวข้องทางชีวภาพเป็นตัวกำหนดในช่วงเวลาที่มีความชื้นในช่วงแรก ขณะที่กิจกรรมของจุลินทรีย์เป็นตัวกำหนดในช่วงสองที่ยาวนานและสม่ำเสมอกว่า อย่างไรก็ตาม สำหรับก๊าซไนโตรเจน การปะทุขึ้นส่วนใหญ่อยู่ในกระบวนการทางเคมี
ข้อมูลเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากไนตรัสออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีพลังทำลายล้างสูง และยังเป็นสารทำลายโอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ ขณะที่ไนตริกออกไซด์ก็เป็นองค์ประกอบสำคัญของโอโซนระดับพื้นดินและหมอกควัน
ไม่เพียงเท่านั้น พื้นที่แห้งแล้งทั่วโลกมีการผันผวนมากขึ้น เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศทำให้รูปแบบสภาพอากาศไม่เหมือนเดิม ซึ่งหมายความว่าจะมีฝนที่ถี่ขึ้น และอาจเกิดพายุฝนฟ้าคะนองบ่อยครั้งขึ้น
แบบจำลองส่วนใหญ่ในปัจจุบันนั้นประเมินก๊าซเรือนกระจกจากดินเป็นกระบวนทางจุลินทรีย์ แต่ผลการศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่าแบบจำลองเหล่านั้นอาจมองข้ามส่วนสำคัญทะเลทรายและกึ่งทะเลทราย ซึ่งมีผลต่อภาวะโลกร้อนและมลพิษทางอากาศอย่างมาก
“งานวิจัยของเราเน้นย้ำถึงความเป็นในการพิจารณากระบวนการที่ไม่มีชีวิตในการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมของดินที่แห้งแล้ง” ศาสตราจารย์เกลฟานด์ กล่าว “การเพิกเฉยอาจทำให้การประเมินการปล่อยก๊าซมลพิษในระดับภูมิภาคและระดับโลก อยู่ในเกณฑ์ที่ต่ำเกินไป”
สืบค้นและเรียบเรียง
วิทิต บรมพิชัยชาติกุล
ที่มา
อ่านเพิ่มเติม : ฟ้าแลบ: มลพิษจากฟากฟ้าที่เรามองไม่เห็น
