De eerste wereldwijde, langetermijnsatellietstudie van ammoniakgas in de lucht heeft "hotspots" van de verontreinigende stof onthuld in vier van 's werelds meest productieve landbouwregio's. Met behulp van gegevens van NASA's Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) satellietinstrument, het door de Universiteit van Maryland geleide onderzoeksteam ontdekte van 2002 tot 2016 gestaag toenemende ammoniakconcentraties boven landbouwcentra in de Verenigde Staten, Europa, China en Indië. Verhoogde atmosferische ammoniak is gekoppeld aan een slechte lucht- en waterkwaliteit.

De studie, gepubliceerd op 16 maart 2017 in het journaal Geofysische onderzoeksbrieven , beschrijft ook de waarschijnlijke oorzaken van verhoogde ammoniak in de lucht in elke regio. Hoewel de details per gebied verschillen, de toename van ammoniak hangt grotendeels samen met meststoffen, vee dierlijk afval, veranderingen in de atmosferische chemie en opwarmende bodems die minder ammoniak vasthouden. De resultaten kunnen helpen bij het verhelderen van strategieën om de vervuiling door ammoniak en ammoniakbijproducten in de buurt van landbouwgebieden te beheersen.

"Onze studie rapporteert de eerste wereldwijde, langetermijntrends van atmosferische ammoniak vanuit de ruimte, " zei Juying Warner, als associate research scientist in atmosferische en oceanische wetenschappen aan de UMD. "Ammoniak uit de grond meten is lastig, maar de satellietgebaseerde methode die we hebben ontwikkeld, stelt ons in staat om ammoniak efficiënt en nauwkeurig te volgen. We hopen dat onze resultaten zullen bijdragen aan een beter beheer van de ammoniakemissies."

Gasvormige ammoniak is een natuurlijk onderdeel van de stikstofcyclus van de aarde, maar een teveel aan ammoniak is schadelijk voor planten en vermindert de lucht- en waterkwaliteit. In de troposfeer - de laagste, dichtste deel van de atmosfeer waar alle weersomstandigheden plaatsvinden en waar mensen leven - ammoniakgas reageert met salpeter- en zwavelzuur om nitraatbevattende deeltjes te vormen die bijdragen aan aerosolvervuiling die schadelijk is voor de menselijke gezondheid. Ammoniakgas kan ook terugvallen naar de aarde en meren binnendringen, beken en oceanen, waar het bijdraagt ​​aan schadelijke algenbloei en "dode zones" met gevaarlijk lage zuurstofniveaus.

"Weinig ammoniak komt uit uitlaatpijpen of schoorstenen. Het is voornamelijk agrarisch, van kunstmest en veeteelt, " zei Russell Dickerson, een professor in atmosferische en oceanische wetenschap aan de UMD. "Het heeft een diepgaand effect op de lucht- en waterkwaliteit - en ecosystemen. Hier in Maryland, ammoniak uit de atmosfeer draagt ​​maar liefst een kwart bij aan de stikstofvervuiling in de Chesapeake Bay, eutrofiëring veroorzaken en leiden tot dode zones die het leven van oesters erg moeilijk maken, blauwe krabben en andere dieren in het wild."

Elke belangrijke landbouwregio die in het onderzoek naar voren kwam, had een iets andere combinatie van factoren die verband houden met de verhoogde ammoniak in de lucht van 2002 tot 2016.

De Verenigde Staten, bijvoorbeeld, heeft geen dramatische toename van het gebruik van kunstmest of grote veranderingen in de mesttoepassingspraktijken meegemaakt. Maar Warner, Dickerson en hun collega's ontdekten dat succesvolle wetgeving om zure regen in het begin van de jaren negentig te verminderen hoogstwaarschijnlijk het onbedoelde effect had van een toename van gasvormige ammoniak. De zuren die zure regen veroorzaken, schrobben ook ammoniakgas uit de atmosfeer, en dus is de sterke afname van deze zuren in de atmosfeer de meest plausibele verklaring voor de toename van ammoniak over hetzelfde tijdsbestek.

Europa kende de minst dramatische toename van atmosferische ammoniak van de vier belangrijkste landbouwgebieden die door de studie naar voren werden gebracht. De onderzoekers suggereren dat dit deels te wijten is aan succesvolle limieten voor ammoniakrijke meststoffen en verbeterde praktijken voor het behandelen van dierlijk afval. Net als de Verenigde Staten, een belangrijke mogelijke oorzaak voor meer ammoniak is terug te voeren op reducties in atmosferische zuren die normaal gesproken ammoniak uit de atmosfeer zouden verwijderen.

"De afname van zure regen is een goede zaak. De aërosollading is sterk gedaald - een aanzienlijk voordeel voor ons allemaal, " zei Dickerson. "Maar het heeft ook de gasvormige ammoniakbelasting verhoogd, die we vanuit de ruimte kunnen zien."

In China, een complexe interactie van factoren is gekoppeld aan verhoogde atmosferische ammoniak. De auteurs van het onderzoek suggereren dat inspanningen om zwaveldioxide te beperken - een belangrijke voorloper van zwavelzuur, een van de zuren die ammoniak uit de atmosfeer schrobt - zou gedeeltelijk verantwoordelijk kunnen zijn. Maar China heeft sinds 2002 ook de landbouwactiviteiten sterk uitgebreid, uitbreiding van het gebruik van ammoniakhoudende meststoffen en verhoging van de ammoniakemissie uit dierlijk afval. Opwarming van landbouwgronden, ten minste gedeeltelijk te wijten aan de wereldwijde klimaatverandering, zou ook kunnen bijdragen.

"De toename van ammoniak heeft de aërosolbelasting in China sterk doen toenemen. Dit is een belangrijke oorzaak van de dikke waas die in de winter in Peking wordt waargenomen, bijvoorbeeld, "Zei Warner. "Ook, vlees wordt een steeds populairder onderdeel van het Chinese dieet. Naarmate mensen overschakelen van een vegetarisch naar een op vlees gebaseerd dieet, De ammoniakemissie zal blijven stijgen."

In India, een brede toename van het gebruik van kunstmest in combinatie met grote bijdragen van veeafval hebben geresulteerd in 's werelds hoogste concentraties van atmosferische ammoniak. Maar de onderzoekers merken op dat de ammoniakconcentraties lang niet zo snel zijn gestegen als in andere regio's. De auteurs van het onderzoek suggereren dat dit hoogstwaarschijnlijk te wijten is aan verhoogde emissies van voorlopers van zure regen en, bijgevolg, enige verhoogde uitwassing van ammoniak uit de atmosfeer. Dit leidt tot verhoogde niveaus van waas, een gevaarlijke trend bevestigd door andere NASA-satellietinstrumenten, aldus Dickerson.

In alle regio's, de onderzoekers schreven een deel van de toename van atmosferische ammoniak toe aan klimaatverandering, weerspiegeld in warmere lucht- en bodemtemperaturen. Ammoniak verdampt gemakkelijker uit warmere grond, omdat de bodems in elke regio jaar na jaar zijn opgewarmd, hun bijdragen aan atmosferische ammoniak zijn ook toegenomen sinds 2002.

De studie schrijft ook enkele schommelingen in ammoniak toe aan natuurbranden, maar deze gebeurtenissen zijn sporadisch en onvoorspelbaar. Als zodanig, de onderzoekers hebben bosbranden uitgesloten in hun huidige analyse.

"Deze analyse heeft het eerste bewijs geleverd voor sommige processen waarvan we vermoedden dat ze al enige tijd in de atmosfeer plaatsvonden, " zei Warner. "We willen graag gegevens uit andere bronnen opnemen, zoals het Joint Polar Satellite System, in toekomstige studies om een ​​duidelijker beeld op te bouwen."

waarschuwer, Dickerson en hun collega's hopen dat een beter begrip van atmosferische ammoniak beleidsmakers zal helpen om benaderingen te ontwikkelen die de grote vraag naar landbouw beter in evenwicht brengen met de behoefte aan milieubescherming.

"Naarmate de wereldbevolking groeit, evenals de vraag naar voedsel, vooral vlees, "Zei Dickerson. "Dit betekent dat boeren en veeboeren meer kunstmest nodig hebben, waardoor het moeilijker wordt om schone lucht en water te behouden. Verstandige landbouwpraktijken en verminderde uitstoot van broeikasgassen kunnen nadelige effecten helpen voorkomen."