Fotoquimiodesnitrificación: Una Nueva Ruta Fotoquímica para la Producción de Óxido Nitroso en Sistemas Acuáticos

El óxido nitroso (N₂O) es tanto un potente gas de efecto invernadero como el mayor destructor del ozono estratosférico, que nos protege de la radiación ultravioleta (UV) dañina del sol. Desde la era preindustrial, los niveles atmosféricos de N₂O han aumentado un 23%, principalmente debido al incremento de nitrógeno reactivo en el medio ambiente, en gran parte por la producción industrial de fertilizantes. Una cantidad significativa de este nitrógeno termina en aguas dulces y costeras, donde incrementa la producción de N₂O. El rápido aumento de la concentración de N₂O en la atmósfera durante la última década, incluso más rápido de lo previsto por el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC), subraya la necesidad de identificar mejor las fuentes de N₂O.

Los oxidadores de amoníaco y los desnitrificadores son los grupos microbianos que se asume que producen N₂O en sistemas acuáticos. Sin embargo, recientemente hemos descrito el descubrimiento de un nuevo proceso fotoquímico que genera el potente gas de efecto invernadero N₂O en aguas dulces y marinas. Sin la mediación de los microorganismos habituales conocidos por producir N₂O, este mecanismo abiótico, que denominamos fotoquimiodesnitrificación, ocurre en aguas superficiales tanto dulces como marinas y es impulsado por la luz solar en presencia de nitrógeno inorgánico.

Realizamos experimentos en dos embalses de agua dulce en el sureste de la Península Ibérica (Granada y Córdoba), en la costa del mar Mediterráneo (Motril, Granada), y en el mar Báltico (Boknis Eck, Alemania). En estos experimentos detectamos un aumento constante y sustancial en las concentraciones de N₂O, el cual se correlacionó con la dosis de luz solar recibida durante los experimentos. Usando trazadores isotópicos (es decir, ¹⁵N-nitrito y ¹⁵N-nitrato para rastrear la formación de N₂O), demostramos que la luz solar promueve la conversión abiótica del nitrito en N₂O. También mostramos que el nitrato contribuye a la formación de óxido nitroso después de ser reducido a nitrito por la luz solar. Esta reacción fue denominada “fotoquimiodesnitrificación”. Las tasas de producción debidas a la fotoquimiodesnitrificación fueron mayores que las atribuidas a la oxidación microbiana del amoníaco, el principal proceso biológico que produce N₂O en aguas superficiales.

La producción de N₂O por fotoquimiodesnitrificación es mayor en la superficie del agua y disminuye con la profundidad, debido a que la luz solar se atenúa con la profundidad. Esto sugiere que la fotoquimiodesnitrificación podría tener un impacto desproporcionado en los flujos de N₂O hacia la atmósfera. Esto se debe a que el N₂O recién formado en la interfaz atmósfera/agua puede difundirse más rápidamente hacia la atmósfera en comparación con el N₂O producido y almacenado en las capas más profundas de la columna de agua (como ocurre típicamente con la producción biológica). Este nuevo proceso podría contribuir significativamente a las emisiones globales de N₂O tanto en aguas dulces como marinas superficiales, especialmente en regiones con mayor disponibilidad de nitrógeno inorgánico y mayor radiación solar, como aguas dulces eutróficas, zonas costeras y regiones tropicales. Este descubrimiento representa un avance importante en el estudio de las fuentes globales de N₂O, destacando las incertidumbres en nuestra comprensión actual de los inventarios y flujos globales de este gas.

Este trabajo de investigación fue financiado en parte por la Asociación Española de Ecología Terrestre y la Sociedad Ibérica de Ecología (AEET-SIBECOL) a través de una beca para Jóvenes Investigadores otorgada a la Dra. Leon-Palmero (PHOTON, 2021).