האם מי גשמים מכילים חנקן?

יותר משלושת רבעי האטמוספירה של כדור הארץ מורכבת מחנקן, אך רק ארבע-מאיות אחוז אחד ממסת האוקיאנוסים, האטמוספירה וקרום כדור הארץ מורכב מחנקן. מכיוון שטיפות גשם עוברות באטמוספירה בדרכן לקרקע, מי גשמים מכילים גם חנקן בכמויות שונות. אף כי חנקן אינו מרכיב עיקרי באוקיאנוסים ובמסתות יבשות, הוא מהווה יסוד חיוני ליצירת חלבונים בצמחים ובעלי חיים כאחד. מי גשמים מבצעים את העבודה הקריטית בהעברת חנקן מהשמים לקרקע.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מי גשמים מכילים כמויות קטנות של חנקן בצורת גז חנקן (N2), אמוניום (NH4) וחנקות (NOx).

גז חנקן הוא מולקולה דו-אטומית יציבה מאוד שאינה מתקשרת בקלות עם אטומים או מולקולות אחרות. לדוגמא, למרות ששלושת רבעי מכל נשימה שאתה לוקח מורכבת מחנקן, כל זה אינו מטבוליזם על ידי גופך. הדבר נכון לגבי כמעט כל הצמחים - הם לא יכולים לקחת חנקן ישירות מהאטמוספרה. למעשה, קטניות שיכולות להוציא חנקן מהאטמוספרה אינן עושות זאת ישירות, אלא באמצעות קשר סימביוטי עם חיידקים "מקבעים חנקן" בשורשיהם. החיידקים "נושמים" חנקן וממירים אותו לתרכובות שהשורשים יכולים לספוג.

היציבות הכימית של חנקן פירושה חנקן טהור אינו מתערבב היטב עם מים. אך תרכובות חנקן, כגון אמוניום וחנקות, מתערבבות עם מים. אם תרכובות חנקן אלה קיימות באוויר, הן יכולות להתערבב עם מים ולרדת עם מי גשמים. השאלה היא אם כן, כיצד יכולות מולקולות חנקן יציבות להמיר לתרכובות חנקן? התשובה היא שזה לוקח אנרגיה. לדוגמא, ברק מספק מספיק אנרגיה לפיצול מולקולות חנקן ולעורר היווצרות חנקות - מולקולות עם מולקולות חנקן וחמצן. חיידקים, זבל בעלי חיים מתפרק ומנועי בעירה פנימית הם גם מקורות אנרגיה המייצרים תרכובות חנקן העלולות להגיע לאטמוספרה.

מחקר שנערך בשנת 2004 על ההרכב הכימי של מי גשמים ב -48 אתרים ב -31 מדינות מצא חנקות כמעט בכל הדגימות, אם כי קיימת מידה גבוהה של שונות הן בזמן והן במרחב. כמה מחקרים בשנות התשעים הראו כי מיקומים לאורך חוף מפרץ מקסיקו יכולים לצפות לקבל 18 קילו אמוניום וחנקות לדונם בשנה ממי גשמים. זה בערך עשירית מדרישות החנקן האופייניות לגידול יבולים.

מכיוון שמי גשמים מכילים חנקן בצורות שצמחים יכולים לספוג, וצמחים זקוקים לחנקן כדי לגדול, החקלאים הבחינו כי מי גשמים מעוררים יותר צמיחת צמחים מאשר מים ממקורות אחרים. זה טוב, מכיוון שחקלאים אינם צריכים למרוח כמות רבה יותר של דשן מלאכותי. עם זאת, בחלק מהמקרים פעילויות אנושיות גורמות לעודף חנקן במי גשמים. זה משפיע על השלכת האיזון בכמה מערכות אקולוגיות שבירות בהן צמחים מסוימים - בדרך כלל אצות - המוגבלים בדרך כלל על ידי מחסור בחנקן יש כיום מספיק חנקן ממי גשמים בכדי לחנוק אחרים אורגניזמים.