Nguyên nhân hình thành Oxit Nito và sự tác động đến môi trường

Các hoạt động của con người đã bổ sung một lượng lớn các hợp chất nitơ phản ứng vào môi trường và gần như đã tăng gấp đôi lượng đầu vào chủ yếu là tự nhiên hiện có vào đầu thời đại công nghiệp. Tuy nhiên, một phần lớn trong số này bị mất và chảy qua đất, đường dẫn nước và bầu khí quyển của Trái đất. Điều này đã làm tăng lượng khí thải oxit nitơ khoảng 40-50% so với mức trước công nghiệp.

Trước cuộc Cách mạng Công nghiệp, nồng độ oxit nitơ trong khí quyển nằm trong phạm vi an toàn do sự hấp thụ tự nhiên. Nhưng trong một thời gian dài, các hoạt động của con người đã tạo ra lượng khí thải nhanh hơn nhiều so với khả năng Trái đất có thể loại bỏ chúng. Nồng độ oxit nitơ ngày nay cao hơn bất kỳ thời điểm nào khác trong 800.000 năm qua.

Phát thải Nitrous Oxide: Nguồn nhân tạo

Kể từ cuộc Cách mạng Công nghiệp, các nguồn phát thải oxit nitơ của con người ngày càng tăng. Các hoạt động như nông nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và các quy trình công nghiệp là nguyên nhân chính làm tăng nồng độ oxit nitơ trong khí quyển. Cùng với nhau, các nguồn này chịu trách nhiệm cho 77% tổng lượng khí thải oxit nitơ của con người. Các nguồn khác bao gồm đốt sinh khối (10%), lắng đọng khí quyển (9%) và nước thải của con người (3%).

Nguồn: Báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC: Biến đổi khí hậu 2007, Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu.

Nông nghiệp

Nguồn phát thải oxit nitơ lớn nhất của con người là từ nông nghiệp chiếm 67%. Nông nghiệp tạo ra cả khí thải trực tiếp và gián tiếp. Khí thải trực tiếp đến từ đất nông nghiệp được bón phân và phân gia súc (42%). Trong khi lượng khí thải gián tiếp đến từ dòng chảy và rửa trôi phân bón (25%). Nông nghiệp tạo ra 4,5 triệu tấn oxit nitơ mỗi năm.

Do sự hấp thu nitơ không hiệu quả của thực vật và động vật, chỉ có khoảng 10 đến 15% nitơ phản ứng từng đi vào miệng con người dưới dạng thức ăn. Phần còn lại bị thất thoát ra môi trường. Các phương thức canh tác công nghiệp hóa đã làm trầm trọng thêm sự mất mát này và kết quả là làm tăng lượng khí thải. Do đó, nông nghiệp là nguồn phát thải nitơ oxit quan trọng nhất của con người.

Đất nông nghiệp được bón phân

Việc sử dụng phân bón tổng hợp cho nông nghiệp là một nguồn phát thải oxit nitơ chính. Phân bón giúp nuôi sống cây trồng bằng cách bổ sung nitơ trực tiếp vào đất. Nhưng vi khuẩn đất cũng tận dụng lượng nitơ dư thừa này và sử dụng nó để tạo ra năng lượng mà chúng cần để sống và phát triển. Các quá trình nitrat hóa và khử nitrat của vi sinh vật tạo ra oxit nitơ sau đó được giải phóng vào khí quyển. Tương tự như vậy, việc sử dụng phân chuồng làm phân bón cũng dẫn đến khí thải từ đất nông nghiệp. Oxit nitơ có thể được tạo ra nhanh chóng khi đất ấm và ẩm đồng thời chứa nguồn cung cấp nitơ phản ứng sẵn sàng.

Phân bón tổng hợp gây ra sự căng thẳng nặng nề đối với môi trường cũng như chất lượng thực phẩm được sản xuất. Những hóa chất tổng hợp này được thực vật hấp thụ và sau đó được chúng ta hấp thụ. Ngoài ra, một lượng lớn khí tự nhiên được sử dụng để sản xuất phân bón tổng hợp vì nó là thành phần chính. Quá trình sản xuất cũng tiêu tốn rất nhiều năng lượng nên tác động của chúng đối với biến đổi khí hậu thực sự lớn hơn khi chúng ta tính đến yếu tố này.

Phân gia súc

Việc lưu trữ và xử lý phân gia súc là một nguồn phát thải oxit nitơ nông nghiệp trực tiếp khác. Khi phân gia súc không được sử dụng làm phân bón hoặc để lại trên đồng ruộng trong quá trình chăn thả, nó phải được lưu giữ để xử lý và tiêu hủy trong các hệ thống quản lý chất thải động vật. Nhiều hệ thống trong số này tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn sản xuất oxit nitơ.

Các quá trình vi sinh vật chịu trách nhiệm tạo ra oxit nitơ trong đất, quá trình nitrat hóa và khử nitrat, cũng chịu trách nhiệm cho oxit nitơ thải ra khi nitơ trong phân bị phân hủy. Vì vậy, những nơi như trang trại gia cầm, thịt bò và bò sữa tạo ra một lượng đáng kể oxit nitơ.

Các hệ thống chăn nuôi thâm canh có hiệu quả sử dụng đạm thấp, tạo ra lượng thất thoát lớn. Chỉ một phần nhỏ nitơ ăn vào trong thức ăn chăn nuôi (khoảng 5-30%) được giữ lại trong sữa, thịt và trứng. Phần lớn, 70-95%, bị thất thoát qua chất thải động vật. Lượng nitơ dư thừa này được thêm vào môi trường và làm tăng lượng khí thải Oxit nitơ.

Dòng chảy và rửa trôi phân bón

Dòng chảy và rửa trôi phân bón từ đất nông nghiệp là nguồn gián tiếp tạo ra oxit nitơ. Lượng mưa hoặc nước tưới làm cho một phần nitơ phản ứng trong phân bón ngấm vào nước ngầm hoặc bị cuốn trôi vào các mương thoát nước, cuối cùng chảy vào các con sông, cửa sông và vùng ven biển nối liền.

Điều này làm tăng nồng độ nitơ ở những khu vực này, vi khuẩn sẽ phân hủy gây ra lượng khí thải nitơ oxit lớn hơn. Việc lạm dụng phân bón hoặc lượng mưa quá nhiều thường làm cho tác động của dòng chảy và rửa trôi trở nên tồi tệ hơn.

Phát thải oxit nitơ từ sông, cửa sông và vùng nước ven biển thường được coi là do con người gây ra vì hầu hết nitơ phản ứng đi vào các hệ sinh thái này có liên quan đến các hoạt động nông nghiệp.

Đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và các quy trình công nghiệp

Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch và các quy trình công nghiệp là một nguồn phát thải oxit nitơ quan trọng. Cả hai kết hợp này chịu trách nhiệm cho 10% lượng khí thải của con người, tương đương với 700.000 tấn oxit nitơ mỗi năm.

Oxit nitơ là sản phẩm phụ của quá trình đốt cháy nhiên liệu trong các nguồn di động và cố định. Khi bất kỳ nhiên liệu hóa thạch nào bị đốt cháy, một phần nitơ có trong nhiên liệu và không khí xung quanh bị oxy hóa tạo ra khí thải oxit nitơ. Phần lớn lượng khí thải cố định đến từ các nhà máy điện đốt than. Đối với khí thải di động, hầu hết tất cả đều đến từ ô tô và xe tải được sử dụng để vận chuyển người và hàng hóa.

Các quy trình công nghiệp cũng gây ra khí thải oxit nitơ. Hai nguồn công nghiệp chính là sản xuất axit nitric và adipic. Axit nitric là một thành phần quan trọng trong phân bón tổng hợp, trong khi axit adipic chủ yếu được sử dụng để sản xuất sợi tổng hợp. Đối với cả hai axit này, trong quá trình sản xuất, quá trình oxy hóa các hợp chất nitơ sẽ tạo ra oxit nitơ.

Đốt sinh khối

Một lượng đáng kể oxit nitơ được tạo ra từ quá trình đốt sinh khối, chiếm 10% lượng khí thải do con người gây ra. Đốt sinh khối là đốt thực vật sống và chết. Trong những đám cháy này, một số nitơ trong sinh khối và không khí xung quanh bị oxy hóa tạo ra khí thải nitơ oxit.

Các đám cháy lớn chủ yếu được con người sử dụng để tiêu hủy chất thải cây trồng và dọn sạch đất cho nông nghiệp hoặc các mục đích sử dụng khác. Mặc dù các vụ cháy rừng tự nhiên có thể góp phần vào việc này, nhưng phần lớn việc đốt cháy sinh khối là do con người gây ra. Điều này tạo ra 700.000 tấn oxit nitơ mỗi năm.

Sự lắng đọng khí quyển

Sự lắng đọng trong khí quyển là một nguồn phát thải oxit nitơ đáng kể khác của con người. Các hoạt động của con người giải phóng các hợp chất nitơ vào không khí, những hợp chất này cuối cùng sẽ rơi trở lại bề mặt Trái đất. Điều này cung cấp cho các hệ sinh thái một nguồn nitơ bổ sung có sẵn, kích thích các vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat gây ra lượng khí thải tăng lên. Điều này tạo ra 9% lượng khí thải do con người gây ra.

Hơi từ phân bón và khói từ đốt nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối có chứa khí nitơ phản ứng. Những khí này cuối cùng rơi ra khỏi bầu khí quyển do mưa cuốn trôi chúng hoặc chúng bị dính vào bụi và phấn hoa lắng xuống đất. Sự lắng đọng trong khí quyển tạo ra 700.000 tấn oxit nitơ mỗi năm.

Nước thải của con người

Cũng như chất thải động vật, chất thải của con người là một nguồn phát thải oxit nitơ đáng kể. Nhà máy xử lý nước thải và bể tự hoại được sử dụng để lưu trữ và xử lý nước thải. Nhiều hệ thống trong số này tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn sản xuất oxit nitơ. Nước thải của con người tạo ra 3% lượng khí thải của con người.

Vi khuẩn sử dụng các quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa để phân hủy các chất hữu cơ gốc nitơ có trong chất thải của con người (urê, amoniac và protein). Điều này tạo ra 200.000 tấn oxit nitơ mỗi năm.

Phát thải Nitrous Oxide: Nguồn tự nhiên

Ngoài việc được tạo ra bởi các hoạt động của con người, oxit nitơ cũng được giải phóng vào khí quyển bởi các quá trình tự nhiên. Đất, đại dương và bầu khí quyển của Trái đất đều là những nguồn phát thải oxit nitơ tự nhiên.

Nguồn oxit nitơ do con người tạo ra nhỏ hơn lượng khí thải tự nhiên nhưng chúng làm đảo lộn sự cân bằng trong chu trình nitơ tồn tại trước Cách mạng Công nghiệp. Lượng oxit nitơ được sản xuất bởi các nguồn tự nhiên được bù đắp hoàn toàn bởi các bể tự nhiên và đã có hàng ngàn năm. Trước sự tác động của con người, nồng độ oxit nitơ khá ổn định nhờ sự cân bằng tự nhiên này.

Đất dưới thảm thực vật tự nhiên là một nguồn oxit nitơ quan trọng, chiếm 60% tổng lượng khí thải được tạo ra tự nhiên. Các nguồn tự nhiên khác bao gồm đại dương (35%) và các phản ứng hóa học trong khí quyển (5%).

Nguồn: Báo cáo đánh giá lần thứ tư của IPCC: Biến đổi khí hậu 2007, Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu.

Đất dưới thảm thực vật tự nhiên

Nguồn oxit nitơ tự nhiên lớn nhất là từ đất dưới thảm thực vật tự nhiên. Điều này tạo ra 60% lượng khí thải tự nhiên. Đất không canh tác chiếm phần lớn diện tích đất trên Trái đất. Vì vậy, oxit nitơ được tạo ra bởi các vi khuẩn phân hủy nitơ trong các loại đất này được coi là nguồn tự nhiên.

Đất rừng mưa nhiệt đới và ven sông là những yếu tố đóng góp quan trọng cho nguồn này vì chúng có hàm lượng dinh dưỡng và độ ẩm cao hơn. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat của vi sinh vật. Đất dưới thảm thực vật tự nhiên tạo ra 6,6 triệu tấn oxit nitơ mỗi năm.

Đại dương

Một nguồn phát thải nitơ oxit tự nhiên quan trọng đến từ các đại dương. Các vi khuẩn sản xuất oxit nitơ sống trong đại dương tạo ra những khí thải này. Điều này tạo ra 35% lượng khí thải tự nhiên tương đương với 3,8 triệu tấn oxit nitơ mỗi năm.

Phần lớn oxit nitơ trong đại dương phát sinh từ hoạt động của vi sinh vật trong và xung quanh các hạt chìm, chẳng hạn như phân viên. Những hạt này cung cấp các điều kiện yếm khí cần thiết cho quá trình khử nitơ, một quá trình tạo ra oxit nitơ như một sản phẩm phụ.

Phản ứng hóa học khí quyển

Các phản ứng hóa học trong khí quyển tạo ra một lượng đáng kể khí thải nitơ oxit. Bầu khí quyển đóng vai trò là nguồn cung cấp oxit nitơ thông qua quá trình oxy hóa amoniac tạo ra 5% lượng khí thải.

Amoniac là một loại khí tự nhiên xuất hiện trong khí quyển. Các đại dương, phân từ động vật hoang dã cũng như thực vật già cỗi và thối rữa tạo thành nguồn amoniac tự nhiên quan trọng nhất trong không khí. Quá trình oxy hóa amoniac từ các nguồn tự nhiên tạo ra 600.000 tấn oxit nitơ mỗi năm.

Nguồn: whatsyourimpact.org