沉積岩富含氮
我們腳下藏有前所未知的氮來源！
撰文／緬因（Doug Main）
翻譯／蔡雅鈴
不少科學家一直以為土壤裡的氮全都來自大氣，可能經由微生物的固氮作用，或是氮溶解在雨水落入大地。但他們沒注意到氮的另一種主要來源，對植物的生長也極為關鍵：今年4月發表在《科學》期刊的研究顯示，從岩床釋出的氮，佔土壤與植物裡氮含量的1/4。
除了少數研究，「（研究）社群不曾考慮岩石。」該研究的主要作者、美國加州大學戴維斯分校的全球生態學家霍爾頓（Benjamin Z. Houlton）如此表示。這項研究結果不只改變我們對植物氮循環的認識，甚至可能修正氣候模型。霍爾頓說：「植物在某些地區可能比預期中長得更大、更快，因此吸收了更多二氧化碳。」
當全球氣溫攀升，計算植物所處環境的二氧化碳濃度，顯得益發重要。雖然科學家尚不清楚植物吸收了多少二氧化碳，但霍爾頓指出，植物可能形成「多一些的緩衝……儲存了二氧化碳。」
氮會從沉積物進到地函（地殼的下一層），或是從火山噴發至大氣（氮佔大氣的78%），先前研究已調查過兩者的數值。1970年代的某些研究指出，數種沉積岩裡的氮來自古代海底的植物、藻類和動物屍體。少數論文顯示，氮在某些地區可能淋溶進入土壤，不過科學家沒有深入研究，而岩石風化釋出的氮量被認為無關緊要。霍爾頓說：「岩石風化釋出的氮未列入一般認定的氮循環。」
他和同事於2011年在《自然》期刊發表一項研究，他們在加州部份地區發現，在森林土壤氮含量方面，沉積岩上方的比火成岩的多出50%，且樹木的氮含量也多出42%。雖然該研究指出，氮在少數特定地區會從岩石進入土壤和植物，但並不表示全球都有此一現象。
因為加州擁有地球上大部份岩石的種類，霍爾頓和同事在新研究中依據加州地質資料建立模型。他們先測量近1000件加州地質樣本的氮含量及其他地區樣本的氮含量，然後開發出電腦模型，計算地球岩石碎裂後釋出氮至土壤的速度。
經由風化作用釋出的氮，最後會進入海洋，沉積在海底岩層；岩石因板塊運動而抬升，受剝蝕作用後釋出氮。這些氮經動植物吸收，再度固定在岩石，如此循環不息。風化作用包括物理作用的碎裂（例如岩石受風吹日曬而加速碎裂），以及化學作用的溶解（例如酸雨和岩石裡的化合物發生反應）。
美國凱利生態系統研究所的生物地球化學家施萊辛格（William Schlesinger）並未參與此研究，他表示，自己曾經測量到岩石有很高的氮含量，卻「未有所聯想」。施萊辛格過去並不認為岩石中的氮是土壤養份普遍或重要的來源，然而他對過度詮釋新發現的重要性提出警告，從合成肥料進入土壤的氮遠多於岩石釋出的氮。施萊辛格認為，應該把新發現整合到氮與碳的全球模型，不過他補充道：「我不認為這項發現會顛覆我們對氣候變遷的理解。」
儘管如此，這項新發現解釋了某些土壤中令人費解的高氮含量。霍爾頓說：「我們的研究有助於解釋測量值和模型預測值的差異。」加拿大和俄羅斯有許多森林生長在沉積層上，這些研究成果對氮含量高的大型森林尤其重要。
霍爾頓表示，新研究採用相當保守的方法測量岩石的氮含量，實際數值可能比他們團隊所計算的還高。他說：「人類活動大幅增加岩石的侵蝕量。」因此增加了岩石受風化作用而釋出的氮，「而我們的研究尚未考慮這點。
