Эксперт из Стэнфорда объясняет, почему веселящий газ становится растущей климатической проблемой

Закись азота, также известная как «веселящий газ», является самым важным парниковым газом после метана и углекислого газа и самой большой угрозой для озонового слоя, связанной с деятельностью человека. Стэнфордский ученый Роб Джексон объясняет, почему выбросы газа растут быстрее, чем ожидалось, и что нужно сделать, чтобы обратить эту тенденцию вспять.

Джози Гартуэйт

Углекислый газ и метан являются крупнейшими факторами глобального потепления, связанными с деятельностью человека. Но выбросы закиси азота, более известной как веселящий газ, также быстро растут, в основном из-за крупномасштабного земледелия с использованием синтетических удобрений и разведения крупного рогатого скота.

Выбросы закиси азота растут быстрее всего в странах с развивающейся экономикой, где растут как растениеводство, так и поголовье скота. (Изображение предоставлено: iStock)

Согласно новым оценкам, опубликованным 7 октября в журнале, выбросы закиси азота в результате деятельности человека выросли на 30 процентов за последние четыре десятилетия, превысив самые высокие уровни выбросов, прогнозируемые учеными в климатических моделях. Природа. «Нам нужно как можно быстрее повернуть клапан на выбросы», — сказал соавтор исследования Роб Джексон, профессор наук о системе Земля в Стэнфордском университете.

В индустриальную эпоху углекислый газ вызывал примерно в 10 раз большее потепление, чем закись азота. Но закись азота более эффективна: один фунт газа нагревает атмосферу примерно в 300 раз больше, чем фунт углерода за 100-летний период. «Мы вдвойне заботимся о закиси азота, потому что она остается в атмосфере долгое время — обычно столетие или более после выброса», — сказал Джексон.

За десятилетия, прошедшие с тех пор, как Монреальский протокол 1987 года привел к поэтапному отказу от хлорфторуглеродов, когда-то распространенных ингредиентов хладагентов и аэрозолей, закись азота также стала самой большой антропогенной угрозой для озонового слоя, который защищает Землю от вредного ультрафиолетового излучения. Здесь Джексон обсуждает источники выбросов закиси азота, где и почему они увеличиваются, а также практические решения, чтобы остановить их рост.

Что вызывает повышение уровня закиси азота (N₂O) выбросы в странах с развивающейся экономикой, особенно в Бразилии, Китае и Индии, и чем они отличаются от деятельности, ответственной за эти выбросы в Соединенных Штатах?

Большинство изменений, которые мы наблюдали, были связаны с увеличением производства продуктов питания, с меньшим вкладом от сжигания большего количества ископаемого топлива. Население мира продолжает расти. Так же как и использование удобрений в почвах (основной источник N₂O от наших действий), а также поголовье коров по всему миру и продукция аквакультуры. Коровы ответственны за N₂Многие из них питаются непосредственно из навоза и за счет выбросов на основе удобрений из зерна.

Н₂Выбросы O растут быстрее всего в странах с развивающейся экономикой, где растут как растениеводство, так и поголовье скота. В Бразилии, например, использование азотных удобрений с 2005 года увеличилось вдвое. Бразилия теперь также является крупнейшим в мире производителем коров с поголовьем более 200 миллионов голов. В Соединенных Штатах, как и в Китае и Индии, большую роль играют выбросы от синтетических удобрений.

В исследовании упоминается новый N₂O-климатическая обратная связь, возникающая в результате взаимодействия между выбросами азота и изменением климата. Как работает эта обратная связь и каковы последствия этого открытия?

Изменение климата и выбросы парниковых газов меняются N₂О выбросы. Более высокие температуры имеют тенденцию к увеличению N₂О выбросы. Напротив, избыток углекислого газа в атмосфере стимулирует рост многих растений, увеличивая поглощение азота и уменьшая азот.₂Выбросы O немного в результате. Вырубка тропических лесов приводит к двум компенсирующим эффектам: быстрому всплеску выбросов в почву, уравновешиваемому в целом более низкими долгосрочными выбросами с пастбищ и отрастающими лесами, если они не удобряются.

Каковы наиболее перспективные решения по сокращению или устранению N₂O выбросы от сельского хозяйства и промышленности?

Установление жестких ограничений на количество навоза и удобрений, которые можно вносить в ландшафт, может помочь снизить выбросы закиси азота. (Изображение предоставлено: iStock)

Самое важное изменение, которое мы можем сделать, — это повысить эффективность использования азота нашими культурами за счет меньшего расхода азотных удобрений и более точного времени их внесения в то время, когда они нужны растениям. Выбросы от сельскохозяйственных почв в Европе сократились на одну пятую с 1990 по 2010 год отчасти благодаря их «Директиве по нитратам». Многие фермеры в США экономят на удобрениях, не допуская загрязнения воздуха, рек, грунтовых вод и прибрежных зон азотом.Тем не менее, в отличие от Европы, наш N₂Выбросы O по-прежнему немного увеличиваются, в первую очередь из-за увеличения сельскохозяйственной деятельности.

На использование ископаемого топлива и промышленность приходится около одной седьмой части выбросов в результате деятельности человека. Китай имеет особенно высокие промышленные выбросы. Крупнейшим точечным источником здесь, в США, является химический завод во Флориде, производящий адипиновую кислоту для производства нейлона. это N₂Выбросы O в 2018 году были эквивалентны загрязнению углекислым газом от двух миллионов автомобилей. Компания работает над его снижением. Сокращение выбросов от промышленных источников — самый простой плод в нашем арсенале N₂О смягчение.

Насколько сильны потребители, чтобы повлиять на этот компонент изменения климата через продукты, которые мы покупаем и едим?

Много. Крупный рогатый скот прямо или косвенно несет ответственность за значительное количество N₂Выбросы O (и также являются одним из крупнейших источников метана). Употребление меньшего количества говядины и сыра сделает большинство из нас более здоровыми и уменьшит выброс парниковых газов. Рыба лучше говядины по выбросам, а растения лучше рыбы. Кроме того, по оценкам Министерства сельского хозяйства, американцы выбрасывают впустую от 30 до 40 процентов всей пищи, которую мы производим, — продуктов на сумму более ста миллиардов фунтов стерлингов и сто пятьдесят миллиардов долларов каждый год. Пищевые отходы приводят к ненужным выбросам парниковых газов.

Почему наблюдаемые N₂O концентрации теперь начинают превышать прогнозируемые уровни во всех сценариях? Что не учитывали эти сценарии?

Мы просто не добились глобального прогресса, особенно с ростом сельскохозяйственного производства. Причина номер один заключается в том, что в большинстве стран нет политики по сокращению выбросов азота.₂О выбросы. Некоторые из них сократили промышленные выбросы, особенно те, которые связаны с производством нейлона.Те страны, которые имеют сельскохозяйственные стимулы, показали, что оплата фермерам за более эффективное использование удобрений, установление жестких ограничений на количество навоза и удобрений, которые можно вносить в ландшафт, и другие меры могут снизить выбросы при сохранении урожайности и улучшении качества воды ниже по течению. . Без более широких политических мандатов или финансовых стимулов, или того и другого, выбросы, вероятно, будут продолжать расти.

Джексон является проректором Мишель и Кевина Дугласов в Стэнфордской школе наук о Земле, энергетике и окружающей среде (Stanford Earth) и старшим научным сотрудником Института окружающей среды Вудса и Института энергетики Precourt. Ведущий автор исследования Nature Ханьцинь Тянь работает в Обернском университете.

Исследование было поддержано Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Национальным научным фондом, Министерством торговли США, Национальным управлением океанических и атмосферных исследований (НОАА) и Управлением сельского хозяйства и окружающей среды и аналитических служб правительства Шотландии.

Чтобы прочитать все истории о Стэнфордской науке, подпишитесь на двухнедельный выпуск Стэнфордский научный дайджест.