Алексей Петров
Со страничек специализированных научных изданий и сми звучат все более тревожные сообщения о глобальном изменении климата. Политики борются за принятие новых законодательных мер по уменьшению выбросов углекислого газа в атмосферу, ученые разрабатывают методики его консервации и переработки.
В то же время практически никто, кроме узенького круга профессионалов, не интересуется другими антропогенными выбросами, так же значительно влияющими на целостность глобальных и локальных экосистем и впрямую затрагивающими здоровье млрд людей.
Идет речь о соединениях азота и их круговороте в природе.
Главный вывод ученых – скопление соединений азота в природе оказывает сильное воздействие на парниковый эффект, виновником которого совсем незаслуженно считают один только CO2.
Но в случае азотистых соединений картина бедствий значительно богаче: соединения азота также являются предпосылкой городского смога, они же повинны в повышении кислотности дождевых осадков, возникновении так именуемых «мертвых зон» в океанах и сокращении толщины озонового слоя.
По словам управляющего одной из научных групп, доктора Института Вирджинии Джеймса Гэлоуэя, не достаточно кто осознает, что неувязка выбросов активных нитросоединений в окружающую среду имеет такую же значимость и масштаб, как и неувязка роста атмосферной концентрации СО2. Более того, она куда труднее и многогранней, потому что в процессе круговорота в природе азот, не считая инертной формы, молекулы N2, может перебегать из ряда окисленных форм в восстановленные и реагировать с другими компонентами атмосферы.
Оксиды азота
Важными являются NO и NO2, другие - N2O, N2O3, N2O4, N2O5 и пары HNO3, значительно наименее устойчивы Эти формы нитросоединений могут совсем по-разному оказывать влияние на баланс в разных экосистемах и оказывать двойственное действие. До сего времени о схожем воздействии в почти всех случаях ученые имеют только самые общие представления. Потому пока даже тяжело представить, к каким последствиям приведет антропогенное повышение количества свободных нитросоединений в природе.
Оценке глобальных последствий скопления в природе лишних количеств соединений азота и была посвящена публикация Гэлоуэя и его коллег. Они представили целостную картину циркуляции соединений азота в природе и смогли смоделировать не только лишь прирост их концентрации в перспективе на будущие 20 лет, да и провести расчет их воздействия на экосистемы и здоровье людской цивилизации.
В собственной инертной форме молекулы N2 азот составляет приблизительно 78% земной атмосферы. Но выброс каждой излишней молекулы активного азотистого соединения в форме газов – оксидов либо аммиака, либо смесей азотсодержащих солей – приводит к каскаду событий в окружающей среде, каждое из которых сказывается на балансе разных экосистем и здоровье людей.
К примеру, молекула диоксида азота, выброшенная из трубы ТЭЦ, может окончить собственный путь в лесных массивах либо пресных водоемах в форме молекулы азотистой кислоты, убивающей аква жителей и насекомых. Попав в береговую зону морских вод, эта же молекула может вызвать так именуемый красноватый прилив – цветение динофлагеллатов, микробов красноватого цвета, вызывающих возникновение «мертвых зон», лишенных всякой актуальной активности.
А попав в атмосферу в форме закиси азота, известного всем «веселящего газа» N2O, азот вовлекается в прямые реакции разрушения озонового слоя Земли. Существует еще огромное количество других примеров негативного воздействия нитросоединений на живы системы. Касается это и аммонийных солей, вносимых в почву в качестве удобрений.
В первый раз понимание того, что масштабная сельскохозяйственная деятельность с применением азотных удобрений может нарушить природный баланс круговорота азота, пришло к ученым ещё 40 годов назад.
Но людям до сего времени не только лишь не удалось достигнуть понижения утрат азотистых соединений в агрохозяйстве, да и просто научиться быть заботливыми хозяевами земли.
В одних регионах нашей планетки – к примеру, в сельскохозяйственной Европе – большой перерасход азотных удобрений позволяет развитым странам экспортировать продовольствие в те регионы, где по каким-то причинам, нередко экономическим, внедрение удобрений не практикуется. Эта несуразная ситуация (очень удачная, вобщем, для европейских государств) выливается в завышенное содержание нитратов и в поставляемой еде, и в европейской земле.
Азотные удобрения
неорганические и органические азотосодержащие вещества, которые заносят в почву для увеличения урожайности. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают приемущественно из синтетического аммиака с применение процесса окисления атмосферного азота по процессу Габера-Боша. Из-за высочайшей мобильности соединений азота его низкое содержание в почве нередко лимитирует развитие культурных растений, потому внесение азотных удобрений вызывает большой полезный эффект.
Из всех типов удобрений азотные более подвержены воздействию со стороны почвенных микробов. В первую неделю после внесения до 70% массы удобрения потребляется микробами и грибами (иммобилизуются), только после их смерти входящий в их состав азот может употребляться растениями.
Огромные утраты азота удобрений происходят из-за выноса легкорастворимых нитратов и солей аммония из земли в итоге выпадения осадков, в процессе денитрификации , когда азотистые соединения восстанавливаются либо окисляются до инертной газообразной формы Т2 и улетучиваются, а так же из-за нитрификации, в процессе которой образуются растворимые соли азотистой и азотной кислот, просто выносимые из земли дождиками и системой орошений полей. В конечном итоге коэффициент использования удобрений растениями изредка добивается 50%, их применение может вызывать эвтрофикацию близкорасположенных водоёмов, означающую чрезмерное повышение интенсивности развития микробов и фактически полное угасание других форм жизни. Образующийся в процессе денитрификации N2O является сильным парниковым газом.
Попытавшись оценить в собственной статьемировой баланс свободно циркулирующих в природе соединений азота, Гэлоуэй наткнулся на ряд проблем. Так, если объем выпускаемых удобрений, исчисляемый на сегодня 200 миллионами тонн в год (в пересчете на азот), фиксируется многими организациями, а объем выкидываемых в атмосферу в итоге сжигания топлив летучих оксидов азота (25 Мт) агрессивно контролируется экологическим законодательством, то выделение тех же NOx в итоге лесных пожаров и естественной активности микробов совершено не понятно. Самые большие вопросы у ученых вызывают и масштабы выкидываемого в атмосферу азота в форме аммиака NH3. Этот газ появляется и в ряде хим производств, и в естественных природных процессах, и в процессе агропромышленной деятельности.
Если публикация Гэлоуэя носит быстрее систематизирующий нрав, то работа 2-ой научной группы, размещенная в том же номере Science, касается последних измерений концентрации нитросоединений в водах мирового океана.
Оказалось, что прирост антропогенных соединений азота в водах приводит к ускоренному росту фитопланктона на 3% каждый год и, соответственно, ускоренному поглощению углекислого газа из атмосферы. Таким макаром, население земли, удобряя земли, невольно удобряет и мировой океан, что выливается в его завышенную биологическую продуктивность и увеличение скорости поглощения углекислого газа. В то же время ученые, руководимые доктором Робертом Дьюсом из Техасского института, считают, что за этим благотворным воздействием прячется и нехороший фактор выделения в атмосферу закиси азота, газа, так вносящего собственный вклад в парниковый эффект.
5 заморочек с азотом
1-ая группа вопросов – это судьба азотистых соединений, попадающих во окружающий мир. Сейчас ученые могут обоснованно сказать, что приблизительно 18% всех выкидываемых в мир вокруг нас азотистых соединений преобразуются в инертный азот в итоге био усвоения его в береговых зонах океанов, 13% растворяется в водах открытого океана, 4% растворяется в атмосфере в форме N2O. Таким макаром, остается еще 65% от полного количества азотистых соединений, механизмы усвоения которых биосферой и природными процессами совсем неопознаны. Они могут поглощаться грунтовыми водами либо растительностью либо совсем преобразовываться в инертную форму молекулярного азота, но четкого ответа никто не знает.
2-ая группа касается воздействия соединений азота на глобальные климатические условия. Соединения азота могут быть впрямую вовлечены в формирование озонового слоя через прямые реакции закиси азота, приводящие к формированию О3 либо разрушение через реакции стратосферного озона с NO и NO2 на поверхности микрочастичек льда. Сложность в оценке этих явлений состоит в том, что и N2O и NO c NO2 выбрасываются в атмсоферу в процессе сжигания угля сразу. Какой из процессов будет превалировать – формирование ли азота либо его разложение, находится в зависимости от многих дополнительных критерий и пока довольно достоверному пророчеству не поддается. Гэлоуэй предрекает постепенное восстановление озонового слоя к 2020 году.
Не считая того, оксиды азота способны воздействовать на мировой баланс парниковых газов взаимодействуя с СО2 и метаном. К тому же повышение концентрации азотистых соединений в воздухе и почвах может вызвать в ряде регионов (в особенности в тропиках) бурный рост растительности, что может существенно воздействовать на баланс поглощаемого и вырабатываемого биосферой углекислого газа. Этот блок погодных вопросов так же таит внутри себя пока массу неясностей.
Отдельная группа вопросов касается тропического региона, потому что он содержит внутри себя наибольшее количество различных представителей флоры и фауны, и тут же проявятся более очень климатические конфигурации. «Газета.Ru» уже писала о внезапной смертельной опасности для теплолюбивых животных со стороны глобального увеличения температуры среды. В том, что ничего неплохого для тропиков в кислотных дождиках и загрязнении пресных водоемов нет колебаться не приходится, осталось только оценить масштабы опасности.
Не обошел стороной Гэлоуэй прямые опасности людскому здоровью со стороны соединений азота. То, что 40% современного населения Земли – около 2,5 млрд человек – живут только за счет азотистых удобрений – ни для кого не тайна. Но неизменные концентрации, пусть даже на уровне 10-х большой миллионной толики, в атмосфере ядовитых оксидов азота и аммиака способны очень подточить здоровье населения и уменьшить длительность жизни. Загрязнение питьевой воды солями азотной и азотистой кислот имеет те же последствия. По воззрению Гэлоуэя, тут сначала нужно предугадать меры по защите населения, потому что повышение выбросов азотистых соединений в атмосферы в будущие несколько десятилетий видится неминуемым.
Выделение в отдельную группу вопросов выработки биотоплив смотрится спорным, но Гэлоуэй аргументирует это огромным объемом удобрений применяемых в выращивании кукурузы и сладкого тростника, которые и перерабатываются в биоэтанол. Понятно, что усвоение вносимых в почву удобрений в наилучшем случае происходит на 30% а в ряде всевозможных случаев не превосходит и 10%. Неусвоившиеся соединения азота продолжают собственный путь в круговороте азота без помощи других – впитываются в почву, проникают в подземные водоемы, распадаются микробами и улетают в атмосферу, вымываются дождиками и попадают в реки, откуда берут путь на мировой океан. Как видно, это воздействие на биосферу носит глобальный нрав, и нарастающие объемы производства биотоплив требуют очень бережного дела к земле.
В конечном итоге Гэлоуэй предложил экологам на рассмотрение 5 групп вопросов, касающихся взаимодействия соединений азота с природными экосистемами. Они касаются судьбы азотистых соединений, попадающих во окружающий мир, воздействия соединений азота на климат Земли и на здоровье людей. В отдельные группы вынесены вопросы воздействия на тропические экосистемы и конфигурации выбросов азота с ростом производства разных видов биотоплива.
Комплексность трудности антропогенных выбросов нитросоединений значит, что в этом случае нельзя обойтись обычный стратегией уменьшения выбросов и консервирования излишков, как это предлагается в случае СО2. Каскадные процессы обоюдных перевоплощений нитросоединений и роль их в совсем разных природных и промышленных реакциях принуждает глядеть на делему сходу со всех боков.
Все же, Гэлоуэй смог предложить несколько направлений мер, призванных сдержать повышение выбросов нитросоединений в атмосферу.
Сначала, эти меры предполагают контроль и уменьшение выбросов оксидов азота – NO,N2O и NO2 в атмосферу. Технологии уже нынешнего денька позволят понизить выбросы азота в таковой форме с 25 Мт до 7 Мт в год. Повышение возможности растений усваивать природный азот способами генной инженерии либо какими-либо ординарными агротехническими усилиями понизит выбросы азотистых соединений еще на 15 Мт в год. Еще на 15 Мт азота каждогодние выбросы можно уменьшить, если соответствующим образом обрабатывать отходы животноводства. Ну и, в конце концов, если хотя бы у половины всего городского населения Земли, составляющего на сегодня приблизительно 3,2 млрд человек, был доступ к системам водоочистки, в мир вокруг нас выбрасывалось бы на 5 Мт азотистых соединений меньше.
Гэлоуэй планирует сделать для каждого обитателя планетки календарь учета индивидуальных выбросов азотистых соединений, доступ к которому будет осуществляться через всемирную сеть. Их можно уменьшить, контролируя режим энергопотребления в домашнем хозяйстве, употребляя еду, выращенную в своем регионе, и отдавая предпочтение вегетарианскому меню, а не мясным продуктам.
Как показала практика, глобальная финансовая система еще пока не достаточно готова к контролю и уменьшению выбросов углекислого газа, воздействие которого на климат планетки на сегодня не вызывает вопросов. Сумеет ли общественность правильно воспринять алармистский настрой Интернациональной азотной инициативы – увидим.
