Производство аэробного метана - Aerobic methane production

Метан

Производство аэробного метана это потенциал биологический путь за атмосферный метан (CH4) производство под насыщенный кислородом условия. Существование этого пути было впервые высказано в 2006 году.[1] Хотя значительные данные свидетельствуют о существовании этого пути,[1][2][3][4][5] он остается малоизученным, а его существование вызывает споры.[2][6][7] Метан природного происхождения в основном производится в процессе метаногенез, форма анаэробное дыхание использован микроорганизмы как источник энергии.[8] Метаногенез обычно происходит только при аноксический условия. Напротив, аэробный Считается, что производство метана происходит в насыщенных кислородом средах в условиях, близких кусловия окружающей среды. Процесс включает немикробное образование метана из наземные растения. Температура и ультрафиолетовый свет считаются ключевыми факторами в этом процессе.[1] Метан также может производиться в аэробных условиях в приповерхностной океанской воде, процесс, который, вероятно, включает разложение метилфосфоната.[9]

Из наземных растений

Глобальное распределение метана в атмосфере
Часть серии о
Цикл углерода
Формы органического вещества. Webp
Метан

Первоначальное открытие

В 2005 году Франкенберг и другие. опубликовали результаты глобального исследования распределения метана, в котором они использовали космические спектроскопия поглощения в ближней инфракрасной области. Исследование выявило значительно повышенный CH4 соотношения смешивания в тропических регионах над вечнозелеными лесами.[10] Данные указывают на дополнительный тропический источник 30–40 Тг.[10] за период расследования (август – ноябрь). Этот вклад не может быть адекватно объяснен в рамках принятого в настоящее время глобального бюджета CH.4.[10] Эти данные побудили Кеплера и другие. 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 помощью CH4-свободный воздух для анализа производства CH4. Поскольку испытания проводились в аэробных условиях, маловероятно, что какой-либо CH4 произведенные будут связаны с метаногенными бактериями.[1] В дальнейшем эту возможность исключили измерением CH4 производство ткани листа, стерилизованной γ-излучение. Они предположили, что «структурный компонент пектин играет важную роль в на месте образование CH4 в растениях "[1] но не смогли идентифицировать химический механизм для этого CH4 производство.

Дальнейшее изучение

Ван и другие. (2008) обнаружили, что выбросы метана сильно различается по видам растений, отмечая, что кустарник виды с гораздо большей вероятностью производили метан, чем травянистый разновидность.[4] 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.[4] Последующее исследование Кепплера и другие. подтвердили свои предыдущие выводы и сочли "недвусмысленными изотоп доказательства того, что метоксил группы пектина могут выступать в качестве источника атмосферного CH4 в аэробных условиях »,[3] но снова не удалось определить химический механизм.

Влияние температуры и света

Кепплер и другие.. заметил, что высвобождение CH4 был «очень чувствителен к температуре - концентрации примерно удваивались с каждым повышением на 10 ° C в диапазоне 30–70 ° C, что свидетельствует о неферментативном, а не о фермент -опосредованный процесс ».[1] Они также отметили, что «уровень выбросов резко увеличился в 3–5 раз (до 870 нг на г (сухой вес) ч.−1), когда камеры подвергались воздействию естественного солнечного света ».[1] Вигано и другие.. обнаружили, что «излучение УФ-излучения почти мгновенно, что указывает на прямое фотохимический процесс ".[2]

Возможное экологическое значение

Кепплер и другие.. рассчитал «первую оценку» для вновь созданного ЦЗ4 источник. Их расчеты основывались на общих предположениях, которые, как они признали, не учитывали "сложность наземные экосистемы ".[1] По их оценкам, метан, выделяемый живой растительностью, находится в диапазоне 62–236 Тг / год.−1 (в среднем 149 тг в год−1) с основным вкладом в тропические леса и луга.[1] Они считали, что «обнаружение дополнительного источника такой величины, примерно 10-30% от нынешней годовой мощности источника, потребует пересмотра глобального CH.4 бюджет".[1] Более поздние оценки с использованием Кеплера и другие.'Данные, а также данные, полученные в результате более поздних исследований, предполагают меньшее глобальное значение.[3] Одно исследование показало, что максимальные глобальные выбросы метана наземными растениями могут составлять не более 0,2–1,0 Тг CH.4 год−1 по сравнению с общемировыми выбросами 550 тг CH4 год−1, значительно меньший вклад.[5]

Критика и противоречивые данные

После публикации Кепплера и другие.'s (2006 г.), научное сообщество нашло значительный отклик. Многие ставят под сомнение выводы, указывая на недостатки в Кепплере. и другие.'s методология. В частности, подвергся критике их метод масштабирования для расчета глобальных оценок выбросов метана наземными растениями.[2] В ряде последующих публикаций представлены противоречивые данные, что создает значительную неопределенность в отношении роли наземных растений в глобальном балансе метана.

Dueck и другие. провели аналогичные эксперименты с экспериментами в камере с неповрежденными растениями, проведенными Кепплером и другие.. Они не нашли «никаких доказательств значительных выбросов метана наземными растениями».[7] Они предположили, что предполагаемые выбросы, наблюдаемые Кепплером и другие. могло быть связано с «атмосферными концентрациями метана в межклеточных воздушных пространствах и воздушных пространствах в почвенной системе».[7] Вигано и другие. позже ответил на эту критику, предположив, что, если ультрафиолетовый свет на самом деле является важным фактором аэробных выбросов метана, «то неудивительно, что Dueck не обнаружил никаких выбросов. и другие. (2007), которые использовали для своих измерений металлогалогенные лампы HPI-T и стеклянные камеры ».[2] 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.[6]

В океане

Смотрите также: Метан § Геологические маршруты

Пересыщение Метана в насыщенной кислородом приповерхностной океанской воде - явление, которое широко наблюдается, но до сих пор плохо изучено.[11] Метан часто на 10–75% перенасыщен кислородсодержащей поверхностью. смешанный, заставляя океан выделять метан в атмосферу.[11] Одним из возможных источников перенасыщенного метана является разложение растворенных водяной столб метилфосфонат.[9] Важность разложения метилфосфоната в производстве CH4 в океане, вероятно, переменная и может быть связана с наличием Fe, N, и п в толще воды.[11]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j Кепплер, Франк; Гамильтон, Джон Т. Г.; Брасс, Марк; Рёкманн, Томас (12 января 2006 г.). «Выбросы метана наземными растениями в аэробных условиях». Природа. 439 (7073): 187–191. Bibcode:2006Натура 439..187K. Дои:10.1038 / природа04420. PMID  16407949.
  2. ^ а б c d е Vigano, I .; van Weelden, H .; Holzinger, R .; Keppler, F .; McLeod, A .; Рёкманн, Т. (26 июня 2008 г.). «Влияние УФ-излучения и температуры на выбросы метана из растительной биомассы и структурных компонентов» (PDF). Биогеонауки. 5 (3): 937–947. Bibcode:2008BGeo .... 5..937V. Дои:10.5194 / bg-5-937-2008.
  3. ^ а б c Кепплер, Франк; Гамильтон, Джон Т. Г.; Мак-Робертс, В. Колин; Вигано, Иван; Брасс, Марк; Рёкманн, Томас (июнь 2008 г.). «Метоксильные группы пектина растений как предшественник атмосферного метана: данные исследований по маркировке дейтерием». Новый Фитолог. 178 (4): 808–814. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2008.02411.x. PMID  18346110.
  4. ^ а б c Wang, ZP; Хан, XG; Wang, GG; Песня, Y; Галледж, Дж (1 января 2008 г.). «Аэробная эмиссия метана от растений в степи Внутренней Монголии». Экологические науки и технологии. 42 (1): 62–8. Bibcode:2008EnST ... 42 ... 62 Вт. Дои:10.1021 / es071224l. PMID  18350876.
  5. ^ а б Блум, А. Энтони; Ли-Тейлор, Джулия; Мадронич, Саша; Посланник, Дэвид Дж .; Палмер, Пол I; Reay, Дэвид С .; Маклеод, Энди Р. (01.07.2010). «Глобальные оценки выбросов метана от ультрафиолетового облучения листвы наземных растений». Новый Фитолог. 187 (2): 417–425. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2010.03259.x. ISSN  1469-8137. PMID  20456057.
  6. ^ а б Nisbet, R.E.R; Фишер, Р. Nimmo, R.H; Бендалл, Д.С.; Crill, PM; Гальего-Сала, A.V; Хорнибрук, E.R.C; Lopez-Juez, E; Лоури, D; Nisbet, P.B.R; Шакбург, Э.Ф .; Шрискантхараджа, S; Хау, Си-Джей; Нисбет, Э.Г. (13 января 2009 г.). «Выбросы метана от растений». Труды Королевского общества B: биологические науки. 276 (1660): 1347–1354. Дои:10.1098 / rspb.2008.1731. ЧВК  2660970. PMID  19141418.
  7. ^ а б c Dueck, TA; де Виссер, Р.; Poorter, H; Persijn, S; Гориссен, А; де Виссер, Вт; Шапендонк, А; Верхаген, Дж; Снел, Дж; Harren, FJ; Нгаи, AK; Ферстаппен, Ф; Bouwmeester, H; Voesenek, LA; ван дер Верф, А (2007). «Нет доказательств значительного аэробного выброса метана наземными растениями: подход с маркировкой 13C». Новый Фитолог. 175 (1): 29–35. Дои:10.1111 / j.1469-8137.2007.02103.x. PMID  17547664.
  8. ^ Тауер, Р. К. (1998). "Биохимия метаногенеза: дань уважения Марджори Стивенсон". Микробиология. 144 (9): 2377–2406. Дои:10.1099/00221287-144-9-2377. PMID  9782487.
  9. ^ а б Карл, Дэвид М .; Беверсдорф, Лукас; Björkman, Karin M .; Церковь, Мэтью Дж .; Мартинес, Асунсьон; Делонг, Эдвард Ф. (29 июня 2008 г.). «Аэробное производство метана в море». Природа Геонауки. 1 (7): 473–478. Bibcode:2008NatGe ... 1..473K. Дои:10.1038 / ngeo234.
  10. ^ а б c Франкенберг, К. (13 мая 2005 г.). «Оценка выбросов метана из глобальных космических наблюдений» (PDF). Наука. 308 (5724): 1010–1014. Bibcode:2005Наука ... 308.1010F. Дои:10.1126 / science.1106644. PMID  15774724.
  11. ^ а б c дель Валле, ДА; Карл, DM (2 октября 2014 г.). «Аэробное производство метана из растворенного метилфосфоната в толще воды и тонущих частиц в субтропическом круговороте северной части Тихого океана». Экология водных микробов. 73 (2): 93–105. Дои:10.3354 / ame01714.