В исследовании, опубликованном 16 марта 2017 года в журнале Geophysical Research Letters, также описаны вероятные причины увеличения содержания аммиака в воздухе в каждом регионе. Хотя специфика варьируется в зависимости от региона, повышение уровня аммиака в значительной степени связано с удобрениями для сельскохозяйственных культур, отходами животноводства, изменениями химического состава атмосферы и потеплением почв, которые удерживают меньше аммиака. Результаты могут помочь осветить стратегии борьбы с загрязнением аммиаком и его побочными продуктами 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. «Измерение аммиака с земли сложно, но разработанный нами спутниковый метод позволяет нам отслеживать аммиак эффективно и точно.
Мы надеемся, что наши результаты помогут лучше управлять выбросами аммиака».Газообразный аммиак является естественной частью круговорота азота Земли, но его избыток вреден для растений и снижает качество воздуха и воды.
В тропосфере — самой нижней и самой плотной части атмосферы, где бывает любая погода и где живут люди — газообразный аммиак реагирует с азотной и серной кислотами с образованием нитратсодержащих частиц, которые способствуют загрязнению аэрозолями, наносящим вред здоровью человека. Газообразный аммиак также может падать обратно на Землю и попадать в озера, ручьи и океаны, где он способствует вредоносному цветению водорослей и «мертвым зонам» с опасно низким уровнем кислорода.
«Небольшое количество аммиака поступает из выхлопных труб или дымовых труб. Это в основном сельское хозяйство, из удобрений и животноводства», — сказал Рассел Дикерсон, профессор атмосферных и океанических наук в UMD. "Это оказывает сильное влияние на качество воздуха и воды, а также на экосистемы. Здесь, в Мэриленде, аммиак из атмосферы вносит четверть азота в загрязнение Чесапикского залива, вызывая эвтрофикацию и приводя к мертвым зонам, которые делают жизнь очень сложной. трудно для устриц, синих крабов и других диких животных ».
В каждом крупном сельскохозяйственном регионе, выделенном в исследовании, наблюдалась несколько разная комбинация факторов, которые коррелируют с повышенным содержанием аммиака в воздухе с 2002 по 2016 год.В Соединенных Штатах, например, не произошло резкого увеличения использования удобрений или серьезных изменений в практике внесения удобрений. Но Уорнер, Дикерсон и их коллеги обнаружили, что успешное законодательство по сокращению кислотных дождей в начале 1990-х годов, скорее всего, имело непреднамеренный эффект увеличения газообразного аммиака.
Кислоты, вызывающие кислотные дожди, также удаляют газообразный аммиак из атмосферы, и поэтому резкое уменьшение содержания этих кислот в атмосфере является наиболее вероятным объяснением увеличения количества аммиака за тот же период времени.Европа испытала наименее значительный рост атмосферного аммиака из четырех основных сельскохозяйственных регионов, отмеченных в исследовании.
Исследователи предполагают, что это частично связано с успешным ограничением использования богатых аммиаком удобрений и улучшенными методами обработки отходов животноводства. Как и в Соединенных Штатах, основная потенциальная причина увеличения содержания аммиака связана с уменьшением содержания кислот в атмосфере, которые обычно удаляют аммиак из атмосферы.
«Уменьшение количества кислотных дождей — это хорошо. Объем аэрозолей резко упал — существенная выгода для всех нас», — сказал Дикерсон. «Но это также увеличило содержание газообразного аммиака, что мы можем видеть из космоса».В Китае с повышенным содержанием аммиака в атмосфере связано сложное взаимодействие факторов. Авторы исследования предполагают, что попытки ограничить диоксид серы — ключевой прекурсор серной кислоты, одной из кислот, вычищающих аммиак из атмосферы, — могут быть частично ответственны за это.
Но с 2002 года Китай также значительно расширил сельскохозяйственную деятельность, расширив использование аммиачных удобрений и увеличив выбросы аммиака из отходов животноводства. Также может способствовать потепление сельскохозяйственных почв, по крайней мере частично из-за глобального изменения климата.
«Увеличение содержания аммиака привело к резкому увеличению количества аэрозолей в Китае. Это является основным фактором, способствующим густой дымке, наблюдаемой, например, в Пекине зимой», — сказал Уорнер. «Кроме того, мясо становится все более популярным компонентом китайской диеты. По мере того, как люди переходят с вегетарианской диеты на мясную, выбросы аммиака будут продолжать расти».В Индии широкое увеличение использования удобрений в сочетании с большим объемом 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, как следствие, некоторой повышенной очисткой атмосферы от аммиака.
По словам Дикерсона, это приводит к увеличению уровня дымки — опасная тенденция, подтвержденная другими спутниковыми инструментами НАСА.Во всех регионах исследователи объясняют 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 с каждым годом нагреваются, их вклад в атмосферный аммиак также увеличился с 2002 года.
Исследование также приписывает некоторые колебания уровня аммиака лесным пожарам, но эти события являются спорадическими и непредсказуемыми. Таким образом, исследователи исключили лесные пожары в своем текущем анализе.«Этот анализ предоставил первые свидетельства некоторых процессов, которые, как мы подозревали, происходили в атмосфере в течение некоторого времени», — сказал Уорнер. «Мы хотели бы использовать данные из других источников, таких как Объединенная полярная спутниковая система, в будущих исследованиях, чтобы составить более четкую картину».
Уорнер, Дикерсон и их коллеги надеются, что лучшее понимание атмосферного аммиака поможет политикам выработать подходы, которые лучше уравновешивают 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 фермерам и владельцам ранчо требуется больше удобрений, что затрудняет поддержание чистоты воздуха и воды.
Разумные методы ведения сельского хозяйства и сокращение выбросов парниковых газов могут помочь избежать неблагоприятных последствий».