专家过去认为，土壤中几乎所有的氮都直接来自大气，由微生物固存或溶解在雨水中。但事实证明，科学家们一直忽略了这种对植物生长至关重要的元素的另一个主要来源：根据四月份发表在科学杂志上的一项研究，土壤和植物中高达四分之一的氮是从基岩中渗出的。
加州大学戴维斯分校的全球生态学家、主要研究作者本杰明·Z·霍尔顿说，除了少数零星的研究，“[研究]界从未想过要研究岩石”。这一发现的意义不仅在于理解地球的氮循环；它还可能改变气候模型。霍尔顿说，这表明某些地区的植物可能比以前认为的生长得更快更大，因此可以吸收更多的二氧化碳。
红杉森林生长在富含氮的土壤和岩石之上，这有助于解释为什么它们能长到如此巨大的尺寸。图片来源：Feargus Cooney 盖蒂图片社
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随着全球气温升高，计算植物吸收多少吸热二氧化碳变得越来越重要。确切的数量仍然不确定，但霍尔顿指出，植物可以提供“更多的缓冲……来储存我们的碳污染”。
之前的研究已经考察了沉积物中有多少氮进入地幔（地壳下方的层）以及火山向大气中释放多少氮（大气中有 78% 是氮）。从 20 世纪 70 年代开始，一些研究表明，几种类型的沉积岩含有来自古代海底沉积的早已死亡的植物、藻类和动物的氮。一些论文表明，这种元素可能在某些地方渗入土壤。但科学家们并未跟进这些发现，岩石风化释放的氮量被认为是微不足道的。“它没有进入我们思考氮循环如何运作的范式，”霍尔顿说。
他和他的同事在 2011 年在自然杂志上发表了一项研究，发现加利福尼亚州部分地区沉积岩上方的森林土壤比火成岩（火山岩）区域的土壤多含 50% 的氮。他们还发现，在沉积基岩上生长的树木中氮含量高出 42%。尽管这项研究表明，这种元素正在从岩石进入少数特定地区的土壤和植物，但它并未表明这是一种全球范围内的重要现象。
在他们的新研究中，霍尔顿和他的同事以加利福尼亚州为模型地质系统，因为该州包含了地球上大部分的岩石类型。他们测量了近 1000 个加利福尼亚州样本和来自全球其他地区的样本中的氮含量。然后，他们开发了一个计算机模型来计算地球岩石分解并将氮释放到土壤中的速度。
风化过程释放的氮最终进入海洋，在那里沉积在海底形成的岩石中。构造板块运动将岩石抬升；它们降解并释放出氮，氮被植物和动物吸收并再次被困在岩石中——从而使循环永续。风化可能既包括物理分解——当岩石被向上推升并暴露于山脉中的元素时会加速物理分解——也包括化学溶解，例如当酸性雨水与岩石中的化合物发生反应时。
纽约州米尔布鲁克卡里生态系统研究所的生物地球化学家威廉·施莱辛格没有参与这项研究，他说他曾经测量过岩石中大量的氮含量，但没有“把两者联系起来”。他曾认为这不是土壤养分的一个广泛或重要的来源。但施莱辛格警告不要过度解读新发现的意义，他指出，通过合成肥料进入土壤的氮量远远超过来自岩石的氮量。他认为这项发现应该被纳入全球氮和碳模型中，但他补充说，“我不认为它会改写我们对气候变化的理解。”
尽管如此，这些发现解释了某些土壤中令人费解的高氮含量。“我们的研究有助于解决观测结果和模型预测之间的差距，”霍尔顿说。这些结果在考虑加拿大和俄罗斯富含氮的大片森林时尤其重要，其中许多森林覆盖在沉积地层之上。
霍尔顿说，这项新研究使用了对岩石中氮含量相当保守的测量方法，实际数量可能高于他的团队计算的数量。“当然，人类和我们的活动大大增加了侵蚀量，”这将通过风化作用促进氮的释放，他说——“我们没有在研究中考虑到这一点。”