20/2/2014
Nhân loại đã thay đổi chu kỳ nitrogen thiên nhiên bởi canh tác để cung cấp đủ thực phẩm nuôi dân số gia tăng và sự đốt cháy các nhiên liệu là những nguyên nhân của sự thay đổi khí hậu trên thế giới . Những tiến trình biến đổi của nitrogen ở nhiều dạng hóa học khác nhau đã gây khó khăn cho các nhà khảo cứu xác dịnh và tìm hiểu về ảnh hưởng của mỗi loại đối với sự làm nóng hoặc làm mát trái đất.
Reactive nitrogen xuất hiện trong khí quyển dưới nhiều dạng hóa học khác nhau, nhưng ba loại quan trọng được coi như đã gây ra ảnh hưởng đến khí hậu là nitrogen oxide (NOx), ammonia (NH3) và nitrous oxide (N2O).
Các khoa học gia cũng như những nhà làm chính sách và luật lệ bảo vệ môi trường đã tham dự trong cuộc họp của hội các nhà Hoá Học Hoa Kỳ tại Denver, tiểu bang Colorado, tháng 8 năm 2011 để thảo luận về thay đổi các luật lệ cho phù hợp với sự biến đổi khí hậu trong tương lai do ảnh hưởng của chu kỳ nitrogen gây ra.
Một ủy ban đặc trách về các lãnh vực Chemistry of Air, Space & Water cũng thảo luận về những khám phá hiện tại liên quan đến tác động cuả các loại reactive nitrogen trong môi trường sinh sống để tìm ra các giải pháp hữu hiệu làm giảm đi ảnh hưởng của chúng đối với sự thay đổi khí hậu.
Tại Hoa Kỳ lượng NO2 phóng thích vào khí quyển đã giảm bớt đáng kể từ năm 1990 do luật lệ bảo vệ môi trường. Robert W. Pinder, nhà khoa học vật lý của cơ quan Environment Protection Agency cho biết sự giảm đi là do luật lệ áp đặt về thải khí độc từ các nhà máy sản xuất năng lượng và sự cải thiện các catalytic converters trong xe hơi .
Ngược lại NH3 phóng thích vào khí quyển lại không thay đổi hoặc gia tăng tùy theo vùng do việc xử dụng phân bón cho việc canh tác và chăn nuôi gia súc .
Pinder cũng cho biết tại Hoa Kỳ lượng N2O phóng thích ra ở lãnh vực canh nông không thay đổi và riêng các nhà máy sản xuất sản phẩm hoá học như là polyester và nitric acid thì lại giảm đi . Tuy nhiên trên thế giới N2O đã được phóng thích vào khí quyển với đà gia tăng đáng kể trong thế kỷ vừa qua vì càng ngày phân bón càng được dùng nhiều và thải ra từ các nhà máy kỹ nghệ của các quốc gia đang phát triển.
Alan R.Townsend, nhà sinh hoá học của the University of Colorado cho rằng nhân loại đã làm gia tăng reactive nitrogen vào môi trường sinh sống, làm nhiễu loạn chu kỳ nitrogen với một tốc độ đáng lo ngại. Động lực làm nhiễu loạn chu kỳ nitrogen là dùng phân bón hóa học sản xuất bởi Haber- Bosch process.
Townsend nhấn mạnh rằng thế hệ nhân loại vừa qua chúng ta đã dùng một số lượng phân hóa học tương đương với tất cả các thế hệ trước hợp lại. Để có đủ thực phẩm nuôi sống nhân loại chúng ta đã biến đổi qúa mức chu kỳ nitrogen. Hậu quả là đã tạo thêm số lượng nitrogen oxide đem vào vùng khí quyển làm sinh ra ozone nên hoa mầu không tăng trưởng tốt được nữa.
Trước khi Fritz Haber và Carl Bosch khám phá ra tại sao NH3 được sinh ra từ N2 trong không khí vào đầu thế kỷ 20 thì reactive nitrogen không có nhiều trong môi trường sinh sống . Hiện nay lượng reactive nitrogen đã tăng thêm gấp đôi mỗi năm do nhân loại đem vào biosphere.
Hai nhà hoá học người Đức, Fritz Haber và Carl Bosch , đã tổng hợp được ammonia từ nitrogen và hydrogen dùng nhiệt độ và áp xuất cao. Đây là một phát minh rất quan trọng vào đầu thế kỷ thứ 20. Phân đạm từ đó được khởi sự sản xuất bắt đầu từ năm 1913 để giúp nông gia tăng gia năng xuất của nông sản dùng làm thực phẩm cho con người và chăn nuôi gia súc . Nếu không có phát minh này thì dân số toàn cầu đã giảm đi nhiều tỉ vì nạn đói và thiếu dinh dưỡng. Cả hai Haber và Bosch đều nhận được giải thưởng Nobel về những phát minh khoa học.
Hậu qủa của việc dùng phân bón hoá học đã làm khí hậu trái đất thay đổi. Bởỉ sự phức tạp của chu kỳ nitrogen nên reactive nitrogen trong không khí đã ảnh hưởng đến khí hậu bằng nhiều cách. Sự thay đổi nồng độ của một loại reactive nitrogen có thể làm nhiệt độ tăng hay giảm.
Pinder, viên chức của cơ quan bảo vệ môi trường cho biết một khi NOx và NH3 từ khí quyển rơi đọng vào vùng rừng thì tác động như là phân bón làm thảo mộc tươi tốt hơn. Nitrogen sẽ làm cho thảo mộc hấp thụ carbon dioxide nhiều hơn nên tạo ra hiệu ứng mát. Tuy nhiên nitrogen làm tăng số lượng reactive nitrogen trong đất và làm N2O thoát ra khí quyển nhiều hơn nên tạo ra hiệu ứng nóng.
NOx trong khí quyển làm tăng lượng ozone ở troposphere làm gỉảm năng xuất và khả năng hấp thụ CO2 của thảo mộc nên tạo ra khí hậu nóng. Mặt khác N2O có nhiều trong khí quyển sẽ phá hủy methane trong khí quyển tạo ra khí hậu mát. Tiềm lực hâm nóng địa cầu của CH4 gấp 25 lần CO2.
NOx và NH3 góp phần sản xuất ra các aerosols, là những phần tử nhỏ lơ lửng trong không giannên tạo ra khí hậu mát. Aerosols có nhiệm vụ làm phản hồi ánh sáng để giảm bớt nhiệt lượng của mặt trời cung cấp cho trái đất, ngoài ra còn tạo mây và phân tán mây trong khí quyển.
Việc dùng nhiều phân nitrogen trong nông nghiệp là nguyên nhân phóng thích số lượng lớn N2O vào vùng khí quyền sẽ tạo ra khí hậu nóng .Tiềm lực hâm nóng địa cầu ( global warming potential ) của N2O rất cao gấp 300 lần CO2.
Vấn đề đang được tranh cãi nhiều nhất là hiệu lực của reactive nitrogen làm thay đổi khí hậu là tăng khả năng cây cối hấp thụ CO2. Christine L. Goodale, giáo sư của Cornell University, chuyên về tiến hóa sinh vật cho rằng hiệu ứng của nitrogen đối với sự hấp thụ carbon theo một thời lượng khó có thể xác định. Hơn nữa tùy theo từng loại thảo mộc và tốc độ tăng trưởng cũng như số lượng của nitrogen được tích trữ vào một vùng rừng thảo mộc.
Các cuộc khào cứu cho biết cây có đặc tính hấp thụ carbon chậm sẽ không tăng trưởng tốt với lượng dư thừa nitrogen. Trong môt vùng rừng cây lượng carbon dự trữ sẽ xuống thấp nếu nitrogen được cho thêm vào với một tốc độ vừa phải. Nếu cho thêm vào với một tốc độ nhanh hơn thì kết qủa sẽ trái ngược lại.
Nhà sinh hóa học Alan R.Townsend cho rằng một lượng dư thừa reactive nitrogen trong môi trường sinh sống sẽ tạo ra nhiều vấn đề không chỉ làm khí hậu trái đất thay đổi. Những vấn đề như làm giảm oxygen trong nước, acid rain, nước uống bị ô nhiễm, các loại tảo sinh sôi nẩy nở qúa nhiều ở những vùng biển gây tác hại đến sự sinh sống của hải sản . Quan trọng hơn nữa là không khí bị ô nhiễm làm ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân loại.
Ngoài ra có rất nhiều cơ hội để quản trị reactive nitrogen mà không cần đến sự can thiệp bằng các luật lệ bảo vệ môi trường ban hành bởi chính phủ. Một trong những cơ hội đó là chuyển phương pháp dinh dưỡng từ U.S diet dựa vào thực phẩm sản xuất từ đất đai ( mainland based food ) sang Mediterranean diet , thực phẩm mà hải sản là chính yếu. Theo sự ước lượng của các chuyên gia nếu có đủ số dân chúng áp dụng phương pháp dinh dưỡng này thì số lượng phân bón hoá học dùng tại Hoa Kỳ có thể giảm đi một nửa.
Thomas P. Tomich, giám đốc của the Agricultural Sustainability Institute at the University of California cho rằng vì tính chất phức tạp của chu kỳ nitrogen nên viêc ban hành luật lệ kiểm soát khí thải nitrogen cũng phức tạp. Ngoài luật lệ ban hành bởi cơ quan bảo vệ môi trường chính quyền địa phương cũng phải có trách nhiệm can thiệp thêm vào với những điều lệ cần thiết nhất là tại các vùng đặc biệt . Luật lệ và cách thức áp dụng cần bao gồm cho nhiều lãnh vực, reactive nitrogen trong không khí, đất đai, nước trên mặt cũng như nước ngầm.
Tomich cũng đề nghị hội các nhà hoá học Hoa Kỳ ( American Chemical Society ) , gọi tắt là ACS, nên nghiên cứu để sửa đổi lại phương pháp sản xuất phân đạm Haber-Bosch . Theo các cuộc nghiên cứu và theo dõi về ô nhiễm môi trường do phân đạm cho biết có thề từ 20-60 % của các khí nhà kiếng đã từ các giai đoạn biến chế thoát ra bầu khí quyển. Việc làm này phải xếp vào ưu tiên hàng đầu của ACS trong thế kỷ thứ 21 .
Thống kê cho biết trong thập niên đầu của thế kỷ thứ 21 thì hàng năm đã có 500 triệu tấn phân bón được sản xuất bởi Fritz Haber và Carl Bosch process. Để sản xuất ra số lượng này đã phải cần đến 1% năng lượng dùng cho nhân loại. Năng xuất nông sản được tăng lên cao do việc xử dụng phân bón hoá học chế tạo bởi Haber-Bosch process đã đem dân số thế giới đạt tới con số 7 tỉ người hiện nay. Nếu không thì 40% trong số này hay gần 3 tỉ người đã không còn tồn tại vì nạn thiếu thực phẩm theo ước lượng của các chuyên gia. Nói khác đi nhân loại cũng phải trả gía cho sự sống còn là sự thay đổi khí hậu trên thế giới.
