에어로빅 메탄 생산

Aerobic methane production
메탄

에어로빅 메탄 생산은 산소가 함유된 조건에서 대기 중 메탄(CH4) 생산을 위한 잠재적인 생물학적 경로다. 이 통로의 존재는 2006년에 처음 이론화되었다.[1] 유의미한 증거가 이 경로의 존재를 암시하고 있지만,[1][2][3][4][5] 그것은 잘 이해되지 않고 있으며 그 존재는 논란이 되고 있다.[2][6][7] 자연적으로 발생하는 메탄은 주로 미생물이 에너지원으로 사용하는 혐기성 호흡의 한 형태인 메탄노제시스 과정에 의해 생성된다.[8] 메타노제네시스는 보통 음산성 조건에서만 발생한다. 이와는 대조적으로, 에어로빅 메탄 생산은 근거리 조건 하에서 산소화된 환경에서 발생하는 것으로 생각된다. 그 과정은 지상 식물 물질에서 나오는 비 미생물 메탄 생성을 포함한다. 이 과정에서 온도와 자외선이 핵심 요인으로 꼽힌다.[1] 메탄은 지표면 부근의 바닷물에서 에어로빅 조건에서 생성될 수도 있는데, 이 과정에서 메틸인스포네이트가 분해될 가능성이 있다.[9]

지상 식물로부터

지구 대기 메탄 분포
다음 시리즈의 일부
탄소 순환
Forms of organic matter.webp
지역별
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메탄
바이오게화학
리스트

초기 발견

2005년에 프랑켄베르그 외 연구진은 우주에 의한 근적외선 흡수 분광법을 사용한 전지구적 메탄 분포 연구 결과를 발표했다. 이 연구는 상록수 숲보다 높은 열대 지역의 CH4 혼합비율을 확인했다.[10] 이 자료에는 조사 기간(811월)에 걸쳐 30~40Tg의[10] 열대원이 추가로 발생한 것으로 나타났다. 이러한 기여는 현재 수용된 CH의4 글로벌 예산 내에서 적절하게 설명될 수 없었다.[10] 이러한 발견은 케플러 외 연구진이 식물 물질에 의한 메탄 형성 가능성을 조사하기 위한 연구를 수행하도록 자극했다. 이들의 연구에는 잎이 분리된 유리병 배양 실험과 온전한 식물을 이용한 플렉시글라스 챔버 실험이 포함됐다. 두 경우 모두 CH의4 생산을 분석하기 위해 CH-프리4 공기로 통제된 환경에서 밀봉되었다. 이 테스트는 유산소 조건에서 수행되었기 때문에 CH가4 생성되는 어떤 CH도 메탄 유발 박테리아와 관련될 가능성이 낮았다.[1] 이러한 가능성은 γ방사선으로 멸균된 잎조직에 의한 CH생산을4 측정함으로써 더욱 배제되었다. 그들은 "구조적 요소 펙틴이 식물에서 CH의4 상황 형성에 중요한 역할을 한다"[1]는 이론을 세웠으나, 이 CH4 생산을 위한 화학적 메커니즘을 식별할 수 없었다.

추가 연구

왕 외 (2008) 관목종이 초본종보다 메탄을 생산할 가능성이 훨씬 높다는 점에 주목하면서 메탄 방출은 식물 종별로 크게 다르다는 것을 발견했다.[4] 그들은 또한 그들이 실험한 초본종들 중에서 메탄을 방출하는 종들은 줄기에서는 그렇게 했지만 분리된 잎에서는 그렇지 않은 반면, 관목종은 일반적으로 분리된 잎에서 더 높은 메탄 농도를 방출한다고 언급했다.[4] 케플러 외 연구진의 후속 연구는 이전의 연구 결과를 재확인하고 "펙틴의 메톡실 그룹이 에어로빅 조건에서 대기 중 CH의4 원천 역할을 할 수 있다는 모호하지 않은 동위원소 증거"[3]를 발견했지만, 다시 화학적 메커니즘을 식별하지 못했다.

온도 및 빛의 영향

케플러 외.. CH의4 방출은 "매우 온도에 민감하다. 30~70°C 범위에서 10°C 증가할 때마다 약 2배씩 농도가 증가하여 효소 매개 프로세스가 아닌 비응진성이 있음을 의미한다"[1]고 관찰했다. 그들은 또한 "방출률이 자연광에 노출되었을 때 3–5 (g (건조 중량) h−1 당 최대 870 ng)의 비율만큼 급격하게 증가하는 것으로 나타났다"고 언급했다.[1] 비가노 외.. "UV 조사로부터의 방출은 거의 즉각적이며, 직접적인 광화학 과정을 나타낸다"[2]는 것을 발견했다.

잠재적 환경적 중요성

케플러 외.. 새로 구축된 CH4 선원에 대해 "최초 추정치"를 계산했다. 이들의 계산은 광범위한 가정에 근거한 것으로, 그들은 "지상 생태계의 복잡성"[1]을 무시했음을 인정했다. 그들은 살아있는 식물이 방출하는 메탄은 62–236 Tg yr−1 (평균 149 Tg yr−1) 범위에 있으며 열대림과 초원에 주요 기여도가 할당되어 있다고 추정했다.[1] 그들은 "현재 연간 공급원 강도의 약 10-30%인 이 규모의 추가 공급원이 검출되면 세계 CH4 예산에 대한 재고가 필요할 것"[1]이라고 믿었다. 나중에 추정할 때 케플러 등의 데이터와 이후의 연구에 의해 생성된 데이터를 사용하여 전지구적 유의성이 더 낮다는 것을 시사했다.[3] 한 연구는 지상 발전소에서 배출되는 메탄의 최대 전세계 배출량은 0.2–1.0 Tg CH4 yr의−1 순서에 불과할 수 있다고 제안했는데, 이는 기여도가 현저히 낮은 550 Tg CH4 yr의−1 전지구 배출량과 비교된다.[5]

비판 및 상충되는 데이터

케플러 외 연구진(2006)의 연구결과 발표 이후, 과학계의 실질적인 반응이 있었다. 많은 이들은 케플러 외 연구소의 방법론의 결함을 지적하며 이 발견에 의문을 제기했다. 특히 이들이 지구상 식물의 메탄가스 배출량 추정치를 계산하는 상향조정 방식이 비판받았다.[2] 많은 후속 간행물들이 상반된 자료를 제시하여 지구 메탄 예산에 대한 지상 식물의 역할에 상당한 불확실성을 야기시켰다.

오레크 등은 케플러 외 연구진이 수행한 온전한 식물실 실험과 유사한 실험을 실시했다. 그들은 "지상식물의 상당한 메탄 방출에 대한 증거가 없다"[7]고 밝혔다. 그들은 Keppler 등이 관측한 추정 배출물은 "세포간 공기와 토양계 공기 공간의 주변 메탄 농도"[7]와 관련이 있을 수 있다고 제안했다. 비가노 외 연구진은 이후 이러한 비판에 대해 "만약 UV 빛이 사실 에어로빅 메탄 배출의 중요한 요소라면, 라일크 외 연구원에 의해 배출이 발견되지 않았다는 것은 놀라운 일이 아니다"라고 제안했다. (2007) 금속 할로겐화 HPI-T 램프와 유리 챔버를 측정용으로 사용했다."[2] 다른 연구들은 검출된 메탄 방출이 물에 있는 토양에서 용해된 메탄의 운반이나 특정 스트레스 조건 하에서 식물 물질의 자발적인 파괴와 관련이 있다고 제안했다.[6]

바다에서

참고 항목: 메탄 § 지질학적 경로

산소가 함유된, 지표면에 가까운 바닷물에 메탄이 과도하게 축적되는 것은 널리 관찰된 현상이지만, 아직도 잘 이해되지 않고 있다.[11] 메탄은 종종 산소화된 표면 혼합층에서 10-75% 과포화 되어 대기에 메탄의 원인이 된다.[11] 이 과포화 메탄의 한 가지 가능한 원천은 용해된 물기둥 메틸인스포네이트의 분해다.[9] 해양에서의 CH4 생산에서 메틸인스포네이트의 분해의 중요성은 가변적일 수 있으며, 물기둥에서 Fe, N, P의 가용성과 관련이 있을 수 있다.[11]

참조

  1. ^ a b c d e f g h i j Keppler, Frank; Hamilton, John T. G.; Braß, Marc; Röckmann, Thomas (12 January 2006). "Methane emissions from terrestrial plants under aerobic conditions". Nature. 439 (7073): 187–191. Bibcode:2006Natur.439..187K. doi:10.1038/nature04420. PMID 16407949.
  2. ^ a b c d e Vigano, I.; van Weelden, H.; Holzinger, R.; Keppler, F.; McLeod, A.; Röckmann, T. (26 June 2008). "Effect of UV radiation and temperature on the emission of methane from plant biomass and structural components" (PDF). Biogeosciences. 5 (3): 937–947. Bibcode:2008BGeo....5..937V. doi:10.5194/bg-5-937-2008.
  3. ^ a b c Keppler, Frank; Hamilton, John T. G.; McRoberts, W. Colin; Vigano, Ivan; Braß, Marc; Röckmann, Thomas (June 2008). "Methoxyl groups of plant pectin as a precursor of atmospheric methane: evidence from deuterium labelling studies". New Phytologist. 178 (4): 808–814. doi:10.1111/j.1469-8137.2008.02411.x. PMID 18346110.
  4. ^ a b c Wang, ZP; Han, XG; Wang, GG; Song, Y; Gulledge, J (1 January 2008). "Aerobic methane emission from plants in the Inner Mongolia steppe". Environmental Science & Technology. 42 (1): 62–8. Bibcode:2008EnST...42...62W. doi:10.1021/es071224l. PMID 18350876.
  5. ^ a b Bloom, A. Anthony; Lee-Taylor, Julia; Madronich, Sasha; Messenger, David J.; Palmer, Paul I.; Reay, David S.; McLeod, Andy R. (2010-07-01). "Global methane emission estimates from ultraviolet irradiation of terrestrial plant foliage". New Phytologist. 187 (2): 417–425. doi:10.1111/j.1469-8137.2010.03259.x. ISSN 1469-8137. PMID 20456057.
  6. ^ a b Nisbet, R.E.R; Fisher, R; Nimmo, R.H; Bendall, D.S; Crill, P.M; Gallego-Sala, A.V; Hornibrook, E.R.C; Lopez-Juez, E; Lowry, D; Nisbet, P.B.R; Shuckburgh, E.F; Sriskantharajah, S; Howe, C.J; Nisbet, E.G (13 January 2009). "Emission of methane from plants". Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 276 (1660): 1347–1354. doi:10.1098/rspb.2008.1731. PMC 2660970. PMID 19141418.
  7. ^ a b c Dueck, TA; de Visser, R; Poorter, H; Persijn, S; Gorissen, A; de Visser, W; Schapendonk, A; Verhagen, J; Snel, J; Harren, FJ; Ngai, AK; Verstappen, F; Bouwmeester, H; Voesenek, LA; van der Werf, A (2007). "No evidence for substantial aerobic methane emission by terrestrial plants: a 13C-labelling approach". The New Phytologist. 175 (1): 29–35. doi:10.1111/j.1469-8137.2007.02103.x. PMID 17547664.
  8. ^ Thauer, R. K. (1998). "Biochemistry of Methanogenesis: a Tribute to Marjory Stephenson". Microbiology. 144 (9): 2377–2406. doi:10.1099/00221287-144-9-2377. PMID 9782487.
  9. ^ a b Karl, David M.; Beversdorf, Lucas; Björkman, Karin M.; Church, Matthew J.; Martinez, Asuncion; Delong, Edward F. (29 June 2008). "Aerobic production of methane in the sea". Nature Geoscience. 1 (7): 473–478. Bibcode:2008NatGe...1..473K. doi:10.1038/ngeo234.
  10. ^ a b c Frankenberg, C. (13 May 2005). "Assessing Methane Emissions from Global Space-Borne Observations" (PDF). Science. 308 (5724): 1010–1014. Bibcode:2005Sci...308.1010F. doi:10.1126/science.1106644. PMID 15774724.
  11. ^ a b c del Valle, DA; Karl, DM (2 October 2014). "Aerobic production of methane from dissolved water-column methylphosphonate and sinking particles in the North Pacific Subtropical Gyre". Aquatic Microbial Ecology. 73 (2): 93–105. doi:10.3354/ame01714.