Lystgass er en av de farligste klimagassene vi kjenner.

Hvert lystgassmolekyl har 300 ganger større effekt på klimaet enn et molekyl av karbondioksid, og utslippene av lystgass øker mer enn andre klimagassutslipp.

For å kunne begrense klimagassutslipp i framtiden er det helt avgjørende å forstå hvordan lystgass blir produsert.

Kunstgjødsel og fossilt brensel

Etableringen av Norsk Hydro i 1905 står som en av de største milepælene i norsk industrihistorie. Grunnleggerne av selskapet var ingeniøren Sam Eyde og fysikeren Kristian Birkeland. Sammen hadde de lyktes med å utvinne nitrogen fra luft og kunne dermed produsere kunstgjødsel.

Siden den gang har kunstgjødsel vært den viktigste ingrediensen i moderne landbruk og har bidratt til en formidabel økning i jordbruksproduksjonen.

Lenge etter at kunstgjødselproduksjonen begynte, har forskere oppdaget at produksjon og bruk av kunstgjødsel har store negative bivirkninger. I selve produksjonsprosessen slippes det ut lystgass. I tillegg antar forskerne at én prosent av nitrogenet i kunstgjødsel blir omdannet til lystgass i jordbruksjorda.

En annen stor nitrogenkilde er forbrenning av olje, gass og kull. Gjennom forbrenningsprosessen blir nitrogenforbindelser sluppet ut i lufta og blir ført tilbake til jorda gjennom nedbør der noe av nitrogenet omdannes til lystgass. 

Lystgassproduksjon i skogsjord

Professor Jan Mulder fra Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU) har studert lystgassproduksjon i mange år. Han har lenge hatt en mistanke om at utslippene fra skogbunnen i områder med stor tilførsel av nitrogenforbindelser, bidrar til global oppvarming.

Gjennom to prosjekter har Mulder og hans norske og kinesiske forskerkollegaer utført detaljerte studier av hvordan lystgass blir produsert i skogbunnen.

– Vi vet at skogbunn er surere enn jordbruksjord, rett og slett fordi sur jord er dårlig egnet til jordbruk. I sur jord produseres det mer lystgass enn i jord med en høyere pH, forklarer Mulder.

Optimale forhold for lystgassproduksjon

For å undersøke hvor mye lystgass som produseres i skogbunnen, valgte Mulder og hans samarbeidspartnere å reise til Sør-Kina, nærmere bestemt til Chongqing-provinsen.

Helt siden 1980-tallet har det vært kjent at subtropiske regnskoger i Sør-Kina har hatt en stor belastning fra luftbåren forurensning inkludert nitrogenforbindelser fra landbruk og fossilt brensel. I tillegg er temperaturene og nedbørsmengdene i dette området optimale for lystgassproduksjon. 

– Vi ønsket å forstå dynamikken i lystgassproduksjonen og valgte et område der vi både kunne studere skogshellinger med varierende jordfuktighet og svært våt jord tett ved bekker og små elver, sier Mulder.

Overraskende resultater

Gjennom gjentatte målinger av lystgassutslippene fikk forskerne et innblikk i hvordan vanntilførsel og temperatur påvirket lystgassproduksjonen. Forskerne forventet å finne størst lystgassproduksjon i de våte områdene nær bekkene, fordi det er lite oksygen i jorda her og dermed gode forhold for lystgassproduksjon.

Resultatet fra feltstudiene overrasket Mulder og kollegaene. I den godt drenerte delen av skogbunnen med sterkt varierende vanninnhold var det adskillig større lystgassproduksjon enn i de permanent våte områdene.

Bakterier produserer lystgass

Lystgass blir produsert ved at bakterier i jorda omdanner ulike nitrogenforbindelser til lystgass. Gjennom feltstudiene i Sør-Kina har forskerne sett at lystgassproduksjonen varierer med vanninnhold, temperatur og oksygenforhold. 

– I de årene vi studerte lystgassutslipp, var det svært mye nedbør. Dette har sannsynligvis hatt stor innvirkning på lystgassutslippene i hellingene, tror Mulder.

Når jorden blir våt, fortrenges oksygenet, og forholdene ligger til rette for at bakteriene kan omdanne nitrogenforbindelser – først til lystgass, senere til det ufarlige nitrogengass. Særlig det siste steget, omdanning til nitrogengass, tar flere timer før det er ordentlig i gang.

Før alle bakteriene er aktive, har jorden gjerne tørket ut slik at prosessen avbrytes. I denne første nedbrytningsfasen er lystgassproduksjonen så stor at ti prosent av alt nitrogenet som blir tilført skogbunnen bli omdannet til lystgass.

Klimamodeller må justeres

I dagens klimamodeller er lystgassproduksjon fra jordbruksjord inkludert, men ikke fra skogbunn. At så mye som ti prosent av nitrogenet som tilføres skogbunn fra atmisfæren, kan omdannes til lystgass betyr at også denne kilden til klimagassutslipp må tas hensyn til i framtidige modeller.

– Ved å ta inn våre resultater i framtidige klimamodeller vil vi få et mer realistisk bilde av hvordan lystgass fra skogbunn bidrar til klimaendringer, mener Mulder.

Laboratoriestudier

For å forstå mer om mekanismene i lystgassproduksjonen gjennomførte forskerne laboratorieforsøk ved NMBU. Jord fra studieområdet ble plassert i laboratoriet og tilsatt nitrogen.

Uten tilgang til oksygen fra luften ble det tilsatte nitrogenet raskt omdannet til lystgass. I jord som kom fra de våte områdene ble lystgass nesten umiddelbart omdannet videre til ufarlig nitrogengass.

I jord fra skogshellingen tok det mange timer før lystgass ble omdannet til nitrogengass. Dermed ble utslippene av lystgass til atmosfæren mye større fra skogshellingene enn fra den våte jorda.

– Gjennom våre forsøk har vi forstått at utslipp fra skogbunn er langt større enn tidligere antatt. De viktigste faktorene som påvirker utslipp, er temperatur og nedbør i tillegg til nitrogentilgjengelighet og jordas surhetsgrad, sier Mulder.

Referanse:

Huang mfl: Nitrogen saturation, soil acidification, and ecological effects in a subtropical pine forest on acid soil in southwest China. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, november 2015, doi:10.1002/2015JG003048. Sammendrag