Первое глобальное долгосрочное спутниковое исследование переносимого по воздуху газообразного аммиака выявило «горячие точки» загрязняющего вещества в четырех наиболее продуктивных сельскохозяйственных регионах мира. Используя данные спутникового прибора NASA Atmospheric Infrared Sounder (AIRS), исследовательская группа под руководством Университета Мэриленда обнаружила неуклонный рост концентрации аммиака с 2002 по 2016 год над сельскохозяйственными центрами в США, Европе, Китае и Индии. Повышенное содержание аммиака в атмосфере связано с плохим качеством воздуха и воды.
Исследование, опубликованное 16 марта 2017 года в журнале Geophysical Research Letters, также описывает вероятные причины повышения содержания аммиака в воздухе в каждом регионе. Хотя особенности варьируются в зависимости от района, увеличение содержания аммиака в целом связано с удобрениями для сельскохозяйственных культур, отходами животноводства, изменениями в химическом составе атмосферы и потеплением почв, которые удерживают меньше аммиака. Результаты могут помочь пролить свет на стратегии борьбы с загрязнением аммиаком и побочными продуктами аммиака вблизи сельскохозяйственных угодий.
«Наше исследование сообщает о первых глобальных долгосрочных тенденциях атмосферного аммиака из космоса», - сказал Джуинг Уорнер, младший научный сотрудник в области атмосферных и океанических наук в UMD. «Измерять содержание аммиака на земле сложно, но разработанный нами спутниковый метод позволяет нам эффективно и точно отслеживать содержание аммиака. Мы надеемся, что наши результаты помогут лучше управлять выбросами аммиака».
Газообразный аммиак является естественной частью азотного цикла Земли, но избыток аммиака вреден для растений и ухудшает качество воздуха и воды. В тропосфере - самой нижней и самой плотной части атмосферы, где имеет место вся погода и где живут люди - газообразный аммиак вступает в реакцию с азотной и серной кислотами с образованием нитратсодержащих частиц, которые способствуют аэрозольному загрязнению, вредному для здоровья человека. Газообразный аммиак также может падать обратно на Землю и попадать в озера, ручьи и океаны, где он способствует вредному цветению водорослей и «мертвым зонам» с опасно низким уровнем кислорода.
"Небольшое количество аммиака поступает из выхлопных труб или дымовых труб. В основном это сельскохозяйственный продукт, получаемый из удобрений и животноводства", - сказал Рассел Дикерсон, профессор атмосферных и океанических наук в UMD. «Он оказывает сильное влияние на качество воздуха и воды, а также на экосистемы. Здесь, в Мэриленде, аммиак из атмосферы составляет до четверти загрязнения азотом в Чесапикском заливе, вызывая эвтрофикацию и приводя к мертвым зонам, которые очень затрудняют жизнь. для устриц, синих крабов и других диких животных."
В каждом крупном сельскохозяйственном регионе, выделенном в исследовании, с 2002 по 2016 год наблюдалась немного отличающаяся комбинация факторов, коррелирующих с повышенным содержанием аммиака в воздухе.
В Соединенных Штатах, например, не произошло резкого увеличения использования удобрений или серьезных изменений в практике их применения. Но Уорнер, Дикерсон и их коллеги обнаружили, что успешный закон о сокращении кислотных дождей в начале 1990-х, скорее всего, имел непреднамеренный эффект увеличения газообразного аммиака. Кислоты, вызывающие кислотные дожди, также вымывают из атмосферы газообразный аммиак, поэтому резкое уменьшение содержания этих кислот в атмосфере является наиболее правдоподобным объяснением увеличения содержания аммиака за тот же период времени.
Европа испытала наименьшее резкое увеличение содержания аммиака в атмосфере из четырех основных сельскохозяйственных районов, выделенных в исследовании. Исследователи предполагают, что это отчасти связано с успешным ограничением использования удобрений, богатых аммиаком, и улучшенными методами обработки отходов животноводства. Как и в Соединенных Штатах, основная потенциальная причина увеличения содержания аммиака связана с уменьшением содержания атмосферных кислот, которые обычно удаляют аммиак из атмосферы.
«Сокращение кислотных дождей - это хорошо. Количество аэрозолей резко упало - существенное преимущество для всех нас», - сказал Дикерсон. «Но это также увеличило содержание газообразного аммиака, что мы можем видеть из космоса».
В Китае сложное взаимодействие факторов связано с повышенным содержанием аммиака в атмосфере. Авторы исследования предполагают, что отчасти в этом могут быть виноваты усилия по ограничению диоксида серы - ключевого предшественника серной кислоты, одной из кислот, очищающих атмосферу от аммиака. Но Китай также значительно расширил сельскохозяйственную деятельность с 2002 года, расширив использование аммиакосодержащих удобрений и увеличив выбросы аммиака из отходов животноводства. Потепление сельскохозяйственных почв, по крайней мере частично, из-за глобального изменения климата, также может внести свой вклад.
«Увеличение содержания аммиака привело к резкому увеличению количества аэрозолей в Китае. Это является основной причиной густой дымки, наблюдаемой, например, в Пекине зимой», - сказал Уорнер. «Кроме того, мясо становится все более популярным компонентом китайской диеты. По мере того, как люди переходят от вегетарианской диеты к мясной, выбросы аммиака будут продолжать расти».
В Индии широкое увеличение использования удобрений в сочетании с большим вкладом отходов животноводства привело к самым высоким в мире концентрациям аммиака в атмосфере. Но исследователи отмечают, что концентрация аммиака не увеличивалась так быстро, как в других регионах. Авторы исследования предполагают, что это, скорее всего, связано с увеличением выбросов предшественников кислотных дождей и, следовательно, с некоторым усилением вымывания аммиака из атмосферы. По словам Дикерсона, это приводит к увеличению уровня дымки - опасной тенденции, подтвержденной другими спутниковыми приборами НАСА.
Во всех регионах исследователи объяснили некоторое увеличение содержания аммиака в атмосфере изменением климата, что отразилось на повышении температуры воздуха и почвы. Аммиак легче испаряется из более теплой почвы, поэтому, поскольку почвы в каждом регионе из года в год прогреваются, их вклад в атмосферный аммиак также увеличился с 2002 года.
Исследование также приписывает некоторые колебания аммиака лесным пожарам, но эти события носят спорадический и непредсказуемый характер. Таким образом, исследователи исключили лесные пожары из своего текущего анализа.
«Этот анализ предоставил первые доказательства некоторых процессов, которые, как мы подозревали, происходили в атмосфере в течение некоторого времени», - сказал Уорнер. «Мы хотели бы включить данные из других источников, таких как Объединенная полярная спутниковая система, в будущие исследования, чтобы построить более четкую картину».
Уорнер, Дикерсон и их коллеги надеются, что лучшее понимание атмосферного аммиака поможет политикам разработать подходы, которые лучше сбалансируют высокий спрос на сельское хозяйство с необходимостью защиты окружающей среды.
«По мере роста населения мира растет и спрос на продукты питания, особенно на мясо», - сказал Дикерсон.«Это означает, что фермеры и владельцы ранчо нуждаются в большем количестве удобрений, что усложняет поддержание чистоты воздуха и воды. Разумные методы ведения сельского хозяйства и сокращение выбросов парниковых газов могут помочь избежать неблагоприятных последствий».