Карта показала самые загазованные места на Земле

Попытка провести ИК-спетроскопический анализ земной атмосферы с орбиты позволила химикам четко определить самые загазованные аммиаком районы. Самое интересное, что главным источником газа оказалась не промышленность, а животноводческие хозяйства.

Ученым из Брюссельского свободного университета (Université Libre de Bruxelles) и Парижского университета (University of Paris) под руководством доктора Кларисс (Lieven Clarisse) на основе данных, полученных со спутника, впервые удалось выяснить, как в атмосфере всего земного шара распределяется аммиак. Этому загрязнителю, считает доктор Кларисс, в настоящее время уделяется явно недостаточно внимания. Кроме того, что это вещество неприятно пахнет, оно еще и оказывает негативный эффект на экосистемы и здоровье людей. Конечно, вклад аммиака в загрязнение атмосферы и наземных экосистем существенно меньше, чем углекислого газа, окислов азота или серы. Но в изучении аммиака в атмосфере есть одно явное преимущество. Этот показатель четко демонстрирует, насколько развито животноводство в том или ином регионе. Ведь основной источник этого газа -- крупный рогатый скот. По крайней мере на карте, показывающей средние концентрации аммиака в атмосфере за 2008 год, которую составили ученые по спутниковым данным, хорошо видно 28 «горячих регионов», где его присутствие ощущается особенно сильно. Среди них можно выделить три региона, где концентрации самые высокие и превышают 1 мг на кв. м. Это прежде всего Индо-Гангская низменность с ее священными коровами, Центральная долина в США вместе с долинами Сакраменто и Сан-Хоакин, а также Южно-Казахстанская область. Нетрудно догадаться, что повышенные концентрации аммония в атмосфере этих регионов связаны с интенсивным развитием животноводства.

Как работает метод 

Собственно, сам метод давно известен -- это инфракрасная спектроскопия. Суть ее в том, что длины связей между атомами в молекулах меняются, точнее колеблются с определенной частотой. При этом выделяется энергия в четко определенной части инфракрасного спектра. Для каждой связи она своя, поэтому колебания связи N-H легко отличить от всех остальных. Интенсивность же излучения при помощи несложных расчетов показывает количество аммиака в атмосфере. Так что установленный на спутнике ИК-спектрометр легко справился с этой задачей.

Жизнь аммиака

Аммиак (NH₃) – ядовитый газ с резким, неприятным запахом нашатырного спирта. Источниками аммиака могут быть как естественные процессы (гниение, например), так и деятельность человека, в основном сельскохозяйственная. Пальма первенства принадлежит крупному рогатому скоту: примерно 39% всего газа выпускает в атмосферу именно он. Другой источник -- химические процессы. Почти 17% этого вещества поступает в воздух от разложившихся химических удобрений. Совсем небольшая доля – менее 5% попадает в атмосферу с выбросами химической промышленности, при сжигании ископаемого топлива или из сточных вод.   

Вообще аммиак – конечный продукт азотистого обмена в организме животных, в том числе человека. Он образуется при метаболизме органических соединений, содержащих азот, – белков и аминокислот. Чтобы обезвредить высокотоксичный аммиак, печень преобразует его в мочевину, а уже та выводится почками из организма. Но при гидролизе мочевины в атмосферу снова выделяется аммиак. Большая часть аммиака очень быстро связывается атмосферной водой и выпадет на поверхность Земли. Остальное долетает до верхних слоев тропосферы и связывается уже там. Наверху воды меньше, зато в большом количестве присутствуют окислы серы, азота, а также соляная кислота. Соответственно, образуются соли аммония -- сульфаты, нитраты или хлориды. Так как соли аммония нелетучи, они тоже довольно быстро оседают на поверхность. Однако все же спутниковый спектрометр успевает их увидеть. Тем более что восходящие потоки постоянно подпитывают систему. Есть еще один побочный эффект у такого механизма -- соли просто не успевают разлететься по верхним слоям тропосферы, поэтому очень просто локализовать источники аммиака.

Какие неприятности можно ждать от солей аммония

Как говорит доктор Кларисс, аммонийные соли вызывают целый ряд неприятных последствий для окружающей среды. Твердые соли аммония, содержащиеся в атмосфере, могут вызывать сердечно-сосудистые заболевания и болезни верхних и нижних дыхательных путей у человека. В водных экосистемах большое количество солей аммония может привести к цветению воды – значит, водные обитатели будут испытывать стресс из-за нехватки кислорода. Если говорить о растительных сообществах, то выпадение солей аммония действует на них как удобрение. Казалось бы, эффект от такого воздействия должен быть положительным. Но, как говорит доктор Кларисс, сами по себе соли аммония без всего комплекса сельскохозяйственных работ приводят к разрастанию сорных растений, которые постепенно вытесняют все остальные с данной территории. Так экосистема теряет свое биоразнообразие.

«Нам удалось сделать огромный шаг вперед в разработке методов дистанционного зондирования нижних слоев атмосферы», -- говорит доктор Кларисс. Теперь на основе новой методики можно определять концентрации и других загрязняющих веществ в воздухе нашей планеты. А еще и следить за развитием животноводства в разных регионах земного шара.

Подробно о результатах исследования можно прочитать в журнале Nature Geoscience Letters.