Studi baru ‘membuka pintu menuju gambaran yang lebih lengkap tentang sumber dan nasib nitrogen dalam sistem air tanah’, kata Dr Alan Seltzer dari UCD.
Para ilmuwan telah menemukan cara baru untuk meningkatkan penilaian kualitas air dengan menggunakan gas nitrogen yang langka.
Nitrogen adalah kunci kehidupan di Bumi, namun hanya berguna jika dalam jumlah yang tepat. Misalnya, konsentrasi nitrogen yang tinggi dalam air dapat menyebabkan kualitas air yang buruk dan kematian hewan air secara bertahap.
Mikroba kecil yang hidup di air dapat menghilangkan nitrogen dengan mengubahnya menjadi gas yang lepas ke atmosfer – meskipun jumlah nitrogen yang dihilangkan dari proses ini masih sulit ditentukan oleh para peneliti.
Dalam sebuah studi baru yang ditulis bersama oleh Dr Alan Seltzer dari University College Dublin, para peneliti telah menunjukkan bahwa bentuk gas nitrogen yang langka dapat bertindak sebagai sidik jari alami untuk konversi nitrogen mikroba. Seltzer adalah asisten profesor hidrogeologi dan sistem air tanah di universitas tersebut.
“Masalahnya adalah air kita secara alami mengandung sejumlah besar gas nitrogen yang terlarut dari udara, sehingga gas yang dihasilkan mikroba sangat sulit dilihat,” jelas penulis pertama Jiarui Liu, yang melakukan penelitian sebagai peneliti pascadoktoral di University of California, Los Angeles (UCLA) dan University of California, Santa Barbara.
“Jawabannya tertulis pada cara atom nitrogen berpasangan di dalam molekul nitrogen.” Makalah tersebut dipublikasikan di jurnal Science kemarin (8 Oktober).
Menurut penelitian tersebut, isotopolog 15N15N yang langka dan ditemukan secara alami dapat digunakan untuk menentukan jumlah produksi nitrogen dalam air, sehingga menawarkan para ilmuwan alat baru untuk meningkatkan penilaian kualitas air dan memperkirakan anggaran nitrogen global.
Gas nitrogen – atau N2 – terdiri dari dua atom nitrogen yang digabungkan, jelas UCD. Ini hadir dalam dua bobot, juga disebut isotop; nitrogen-14 yang umum dan nitrogen-15 yang lebih berat.
Kebanyakan molekul N2 mengandung dua atom nitrogen-14, sementara beberapa lainnya mengandung satu dari setiap isotop. Dalam keadaan yang sangat jarang, kedua atom tersebut adalah nitrogen-15. Dalam gas nitrogen di atmosfer, dua atom berat nitrogen-15 berpasangan lebih sering dari yang diharapkan, sedangkan gas nitrogen yang dihasilkan oleh mikroba memiliki atom yang berpasangan hampir secara acak.
Para ilmuwan telah menemukan bahwa ketika nitrogen dari mikroba bercampur dengan nitrogen dari udara, hal ini akan mengurangi kelebihan uap berat tersebut, sehingga menciptakan kelimpahan relatif dari molekul langka yang dapat mengungkapkan berapa banyak gas nitrogen yang dihasilkan oleh aktivitas mikroba.
Tim mengukur gas nitrogen yang diekstraksi dari sampel air dan sedimen menggunakan spektrometer massa Panorama UCLA. Instrumen ini menggunakan medan listrik dan magnet untuk memisahkan molekul berdasarkan massa dan muatannya.
“Di UCLA, kami menemukan anomali pasangan atom nitrogen berat di atmosfer bumi dan kini kami memanfaatkan nitrogen di udara sebagai alat geokimia yang kuat dan unik,” kata ahli geokimia Edward Young, salah satu penulis makalah dan penasihat pascadoktoral Liu di UCLA.
“Kami ingin memahami apakah mikroba di air tanah dapat mengurangi polusi nitrat, dan berapa banyak nitrogen yang dihilangkan sebelum dapat memicu pertumbuhan alga di danau, sungai, dan perairan pesisir,” kata Liu. “Ini memberi kita gambaran yang lebih jelas tentang apakah nitrogen tetap berada di ekosistem atau dikeluarkan dari sumber nutrisi sebagai gas N2.”
Seltzer menambahkan: “Banyak program pemantauan rutin kualitas air tanah tidak mengukur gas N2 yang dihasilkan dalam akuifer, sehingga dapat menimbulkan bias besar dalam perhitungan kita mengenai dari mana nitrogen berasal dan ke mana perginya.
“Studi ini, dan teknik baru yang menarik ini, membuka pintu menuju gambaran yang lebih lengkap tentang sumber dan nasib nitrogen dalam sistem air tanah.”
Seltzer baru-baru ini dianugerahi Hibah Awal Dewan Riset Eropa untuk proyeknya yang disebut TabPhish yang menelusuri air tanah dengan fokus pada perubahan ketinggian air dan siklus nitrogen. Penelitian ini akan memperluas kerjasamanya dengan UCLA.
“Aplikasi pertama ini memberikan landasan yang kuat untuk pekerjaan kami yang akan datang dan mewakili awal dari perangkat baru yang kuat untuk lebih memahami sumber dan nasib nitrogen dalam sistem air tanah yang terkena dampak aktivitas manusia,” katanya.