Проведено первое глобальное исследование аммиачных выбросов в атмосферу

Первое глобальное спутниковое исследование аммиачных выбросов в атмосферу выявило «горячие точки» загрязнений в четырех наиболее продуктивных сельскохозяйственных регионах мира. Используя данные атмосферной инфракрасной зондирующей станции NASA (NASA Atmospheric Infrared Sounder), исследовательская группа Университета штата Мэриленд обнаружила устойчиво возрастающие концентрации аммиака с 2002 по 2016 год над сельскохозяйственными центрами в Соединенных Штатах, Европе, Китае и Индии. Увеличение атмосферного аммиака связано с низким качеством воздуха и воды.

Вероятные причины увеличения содержания аммиака в воздухе по регионам также описаны в работе, опубликованной 16 марта 2017 года в журнале «Geophysical Research Letters». Несмотря на различную специфику в зависимости от регионов, в целом можно сказать, что увеличение содержания аммиака связано с удобрениями сельскохозяйственных культур, отходами животноводства, изменениями в химическом составе атмосферы и потеплениями почв, которые удерживают меньше аммиака. Полученные результаты могут помочь осветить стратегии борьбы с аммиачными загрязнениями и побочными продуктами аммиака рядом с сельскохозяйственными областями.

«В нашем исследовании говорится о первых глобальных и долгосрочных тенденциях атмосферного аммиака, наблюдаемых из космоса», говорит Джуинг Уорнер (Juying Warner), научный сотрудник в области атмосферных и океанических наук Университета штата Мэриленд. «Измерение содержания аммиака в земле затруднительно, но разработанный нами спутниковый метод позволяет нам эффективно и точно отслеживать содержание аммиака. Надеемся, что наши результаты помогут лучше управлять выбросами аммиака», добавил ученый.

Газообразный аммиак является естественной частью азотного цикла на Земле, однако избыток аммиака вреден для растений и снижает качество воздуха и воды. В тропосфере — самой низкой, наиболее плотной части атмосферы, в которой протекают все погодные явления и где живут люди, газообразный аммиак реагирует с азотной и серной кислотами с образованием частиц, содержащих нитрат, которые способствуют аэрозольным загрязнениям , наносящим ущерб здоровью человека. Газ аммиака также может опуститься на Землю и попасть в озера, ручьи и океаны, где он способствует вредным цветениям водорослей и «мертвым зонам» с опасно низким уровнем кислорода.

По словам Рассела Дикерсона (Russell Dickerson), профессора атмосферных и океанических наук, лишь малая часть аммиака поступает из выхлопных труб автомобилей и дымовых труб промышленности. По его мнению, основная масса аммиачных выбросов происходит из-за сельскохозяйственной деятельности с внесением удобрений, а также животноводства. «Это оказывает огромное влияние на качество воздуха, воды и экосистем. Здесь, в штате Мэриленд, аммиак из атмосферы вносит до четверти азотных загрязнений в Чесапикском заливе, вызывая эвтрофикацию и приводя к мертвым зонам, которые делают жизнь очень трудной для устриц, синих крабов и других диких животных», отметил профессор.

На этой карте показаны глобальные тенденции в атмосферном аммиаке (NH3), измеренные в космосе в период с 2002 по 2016 год. Горячие цвета представляют собой увеличение аммиака из-за повышенного применения удобрений, уменьшения вымывания кислотными дождями и глобального потепления. Холодные цвета представляют собой уменьшение аммиачных выбросов из-за уменьшения сжигания в сельском хозяйстве или уменьшения числа лесных пожаров.

В каждом крупном сельскохозяйственном регионе, отмеченном в исследовании, наблюдалось несколько иное сочетание факторов, кореллирующих с увеличением содержания аммиака в воздухе в период с 2002 по 2016 год.

Например, в США не происходило резкого увеличения использования удобрений или серьезных изменений в практике их применения. Однако Уорнер, Дикерсон и их коллеги обнаружили, что успешно реализованные законопроекты по сокращению кислотных дождей в начале 90-х годов имели, скорее всего, непреднамеренный эффект увеличения газообразного аммиака. Дело в том, что кислоты, вызывающие кислотные дожди, также вычищают аммиачный газ из атмосферы, и поэтому резкое их уменьшение в атмосфере является наиболее правдоподобным объяснением увеличения содержания аммиака в течение того же периода времени.

В Европе наблюдалось наименьшее увеличение атмосферного аммиака по сравнению с остальными тремя сельскохозяйственными регионами в мире. Исследователи предполагают, что это отчасти объясняется успешными ограничениями на удобрения с высоким содержанием аммиака, а также улучшенными методами обработки отходов животноводства. Как и в США, основная потенциальная причина увеличения количества аммиака связана с уменьшением количества атмосферных кислот, которые обычно удаляют аммиак из атмосферы.

Снижение кислотных дождей является безусловно нужным и полезным шагом, считает Дикерсон, т.к. это снижает содержание аэрозолей в атмосфере. С другой стороны, это вызвало увеличение газообразного аммиака, что наблюдают станции слежения из космоса.

В Китае увеличение атмосферного аммиака вызвано многими факторами. Авторы исследования предполагают, что одним из таких факторов могли стать меры, предпринимаемые китайским правительством по ограничению использования двуокиси серы — ключевого предшественника серной кислоты, являющейся, в свою очередь одной из кислот, удаляющих аммиак из атмосферы. Кроме того, с 2002 года Китай также значительно расширил сельскохозяйственную деятельность, увеличив использование аммиачно-содержащих удобрений и увеличив выбросы аммиака из отходов животноводства. Потепление сельскохозяйственных земель, обусловленное, по крайней мере, частично, глобальным изменением климата, также могло внести свой вклад.

«Увеличение содержания аммиака привело к увеличению аэрозольных выбросов в Китае, что является основной причиной густой дымки, наблюдаемой в Пекине в зимний период, например», отмечает Уорнер. «Кроме того, мясо становится более популярным компонентом китайской диеты. По мере перехода людей с вегетарианской диеты на мясную, уровень выбросов аммиака будет расти», считает исследователь.

В Индии широкое увеличение использование удобрений в сочетании с большим количеством отходов животноводства привело к самым высоким концентрациям атмосферного аммиака в мире. Но исследователи отмечают, что увеличение концентрации аммиака не было таким быстрым, как в других регионах. По мнению исследователей это скорее всего связано с увеличением кислотных дождей и, как следствие, с большим «вымыванием» аммиака из атмосферы. Как результат — повышение уровня дымки, опасной тенденции, подтвержденной другими спутниковыми приборами NASA.

Кроме того, некоторое увеличение атмосферного аммиака объясняется изменением климата, выражающееся в более высоких температурах воздуха и почвы. Аммиак легче испаряется с теплой почвы, поэтому увеличение температур почв с каждым годом неизбежно приводило к увеличению аммиачных выбросов с 2002 года.

Определенная часть аммиачных выбросов также обусловлена лесными пожарами, однако эти события являются спорадическими и непредсказуемыми. По этой причине исследователи исключили лесные пожары в их текущем анализе.

«Этот анализ предоставил первое свидетельство для некоторых процессов, которые, как мы подозревали, происходили в атмосфере в течение некоторого времени», сказал Уорнер. Ученые также намерены включить в будущие исследования данные из других источников, таких как Совместная полярная спутниковая система (Joint Polar Satellite System).

Уорнер, Дикерсон и их коллеги надеются, что более глубокое понимание атмосферного аммиака поможет политикам разработать подходы, которые лучше сбалансируют высокий спрос на сельское хозяйство с необходимостью защиты окружающей среды.

«По мере роста мирового населения растет и спрос на продовольствие, особенно мясо», отмечает Дикерсон. «Это означает, что фермерам и владельцам ранчо требуется больше удобрений, что затрудняет поддержание чистого воздуха и воды. Мудрая сельскохозяйственная практика и снижение выбросов парниковых газов могут помочь избежать неблагоприятных последствий».

Phys.org — News and Articles on Science and Technology