氮——全球变暖的罪魁祸首

二氧化碳排放、全球气温上升、冰盖融化和气候变化每天都是新闻。但是，我们对二氧化碳的热爱是否使我们忽视了一种更危险的物质所构成的威胁?全球变暖的罪魁祸首是氮，忽视它可能会给人类健康和环境带来巨大的代价。

自然氮

从大气中提取的氮气被细菌转化为植物和动物可以使用的氮化合物。©EPA

氮是生命必不可少的一部分。植物、动物和细菌都使用氮作为氨基酸的基本组成部分，这些氨基酸结合在一起形成蛋白质。蛋白质不仅让我们生长和正常运作，而且它们构成了人体内几乎所有化学反应的基础。氮的主要来源是大气，它以氮气(公式N)的形式存在₂）.然而，在气态形式下，氮是非常惰性的(不活泼的)，只有少数生物能够利用它。吸收氮气并将其转化为有用化合物的自然过程被称为固氮，这是由固氮细菌(偶尔也有闪电)完成的。它们将氮“固定”成另一种含氮化合物:氨(NH)_3.）.氨在生物上比氮气更容易获得，并被硝化细菌用来形成亚硝酸盐(NO_{2 -})，然后硝酸盐(NO_{3 -}）.这些硝酸盐是植物可以处理的氮的形式，因此是将氮引入我们食物链的形式。但如果所有大气中的氮最终都进入了植物或动物体内，那么很快就会出现短缺。幸运的是，有反硝化细菌完成了这个循环，将硝酸盐转化为惰性的、不可接近的氮₂。这个循环是由细菌将一种化合物转化为另一种化合物的速度和土壤中可用细菌的数量自然调节的。在过去，这导致了任何时候生物圈中可用氮的自然上限。然而，技术进步极大地提高了这一自然极限，其后果是深远的。那么发生了什么?

氮过量的原因

工业革命的到来预示着一个重大的变化，它极大地影响了氮的平衡。煤和石油等化石燃料的大规模燃烧释放出高浓度的氮氧化物(包括一氧化二氮或氮₂O)烟雾;第一次世界大战期间，随着哈伯-博世工艺的发展，氮问题进一步升级，该工艺允许惰性氮₂不用缓慢的固氮细菌就能将气体转化为氨。所产生的氨成为一种宝贵的资源，可以用来制造用于农作物的廉价肥料。其他导致氮化合物水平上升的因素是为农业而燃烧树木和植物，以及生产尼龙。但是，既然成功的工业和农业对全球至关重要，我们真的想停止人为地制造我们自己有用的氮化合物吗?为什么我们要回到氮循环的自然极限呢?

我们为什么要担心呢?

这些氮化合物主要影响两个方面:环境和人类健康。当一氧化二氮(N₂到达平流层后，它会破坏臭氧层，导致更高水平的紫外线辐射，增加患皮肤癌和白内障的风险。讽刺的是，当N₂O离地球表面更近，它实际上可以产生臭氧，而臭氧在安静晴朗的日子里会变成烟雾。雾霾与呼吸系统疾病、肺损伤、癌症风险增加和免疫系统减弱有关。

智利圣地亚哥上空的烟雾。这可能是由大气中的氮氧化物引起的。

除了对臭氧的诡计，氮氧化物溶解在大气中的水里形成酸雨，酸雨腐蚀石头和金属制品，破坏建筑物。1967年，俄亥俄河上的一座桥梁因酸雨腐蚀而倒塌，造成46人死亡。但令人担忧的不仅仅是建筑损坏;植物(包括我们的粮食作物)甚至人类都处于危险之中。酸雨、阿尔茨海默病和脑损伤以及许多呼吸系统疾病之间存在联系。所以，总的来说，这不是好消息!但问题还不止于此。田地中过度使用化肥和动物饲料中过量使用氮化合物导致氮渗入溪流和河流。藻类的生长通常受到氮供应的限制，它们利用大量的氮生长失控，导致大规模的藻华。它们耗尽了水中所有的氧气，阻挡了光线，使水生生物窒息，阻止了水下植物的光合作用。 Worryingly, nitrate levels in the Norwegian lakes have doubled in the last ten years, and in northern Europe we are depositing nitrogen compounds at over 100 times the natural rate. The outlook for these lakes seems bleak. Returning to the land, higher nitrogen levels in the soil mean that a few plants are able to out-compete the rest. These tend to be plants able to quickly utilise the excess nitrogen for rapid growth, leaving fewer resources and more shade for other species. This can lead to many species of plant becoming extinct, and will in turn have knock-on effects on all the animals, insects and birds that use them. Many species-rich heathlands in the Netherlands have been taken over by species-poor forests for precisely this reason.

最后，氮氧化物导致全球变暖。虽然大气中一氧化二氮的浓度比二氧化碳低得多，但一氧化二氮的全球变暖潜势是二氧化碳的300多倍。因此，尽管二氧化碳导致了气候变化及其相关问题，但氮化合物可以说更糟。它们有更大的全球变暖潜力，可能导致更夸张的气候变化问题，并对健康和环境造成严重破坏!那么我们能做些什么呢?

补救措施

目前，大气中80%的氮化合物来自人类活动。这个问题是我们这个高度技术驱动的社会的副产品，但解决方案也在其中。同样的技术创新可以用于减少排放，催化转换器可以将氮氧化物转化为无害的氮气。立法也可以发挥作用。在加州，拥有超过一千头奶牛的大型农场现在必须向空气资源委员会申请许可证，以控制动物的集中浸出水平。但最终，有一个解决方案可以保证解决这个氮问题:减少我们日常生活中使用的氮量。这一切都很好，但就像所有解决大问题的方法一样，这将是一项非常非常艰苦的工作……