DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07714-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39048828
تاريخ النشر: 2024-07-24
المؤلف: Cheng Gong وآخرون
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على التأثير الكبير للأنشطة البشرية على تحميل النيتروجين التفاعلي (Nr) في نظام الأرض منذ العصور ما قبل الصناعية، مما يؤدي إلى قضايا بيئية مثل الإثراء الغذائي وتلوث الهواء. تقدر الدراسة التأثير الإشعاعي الصافي المباشر للـ Nr البشري بـ -0.34 واط م\(^{-2}\) في عام 2019 مقارنة بعام 1850، مما يشير إلى تأثير تبريد صافي. ينشأ هذا التبريد من زيادة تحميل الهباء الجوي، وتقليل عمر الميثان، وتعزيز احتجاز الكربون الأرضي، والتي لا تعوض بالكامل عن آثار الاحترار لغاز أكسيد النيتروز (N\(_2\)O) والأوزون.
تشير التوقعات المستقبلية إلى أن تأثير التبريد هذا قد يتناقص بسبب انخفاض تحميل الهباء الجوي وزيادة عمر الميثان، بينما من المتوقع أن يستمر الاحترار الناتج عن N\(_2\)O عبر سيناريوهات مختلفة. تؤكد النتائج على ضرورة تقليل Nr البشري في المستقبل لتتوافق مع أهداف حماية البيئة، مشددة على أن مثل هذه الجهود يجب أن تُكمل باستراتيجيات للتخفيف من انبعاثات غازات الدفيئة لمعالجة تغير المناخ بشكل فعال وفقًا لاتفاق باريس. كما تشير الدراسة إلى تعقيد التأثير المناخي العالمي الصافي لـ Nr، المتأثر بالتغيرات الإقليمية وتفاعلات الدورات البيوجيوكيميائية.
مناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث تأثير النيتروجين البشري (Nr) على انبعاثات مختلفة وتدفقات الكربون الأرضية، مدمجة النتائج من مجموعة NMIP2 مع مخزون CEDS. تحدد مصادر Nr البشرية، مثل تطبيق الأسمدة، والسماد، واحتراق الوقود الأحفوري، والتي تعزز بشكل كبير من مصارف الكربون الأرضية بحوالي $0.55 \pm 0.38 \, \text{PgC yr}^{-1}$ من 2016 إلى 2020. كما تقدر الدراسة انبعاثات أكسيد النيتروز (N2O) وأكاسيد النيتروجين (NOx)، منسوبة حوالي $5.5 \pm 0.97 \, \text{TgN yr}^{-1}$ من انبعاثات N2O إلى الأنشطة البشرية، بينما وصلت انبعاثات NOx إلى $46.5 \pm 2.7 \, \text{TgN yr}^{-1}$، بشكل أساسي من احتراق الوقود الأحفوري.
يكشف تحليل التأثير الإشعاعي عن تأثير إشعاعي مباشر صافي عالمي قدره $-0.34 \, [-0.20, -0.50] \, \text{W m}^{-2}$ مرتبط بـ Nr البشري، مع مساهمات من CO2 وN2O وCH4 والهباء الجوي والأوزون الطبقي. تشير النتائج إلى أنه بينما تسهم انبعاثات N2O في الاحترار، فإن آثار التبريد الناتجة عن زيادة أعباء الهباء الجوي وتقليل عمر CH4 تعوض جزئيًا عن هذا الاحترار. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تخفيضات أقوى في انبعاثات غازات الدفيئة جنبًا إلى جنب مع تخفيضات Nr للتخفيف من تغير المناخ بشكل فعال، مشددة على التفاعل المعقد بين المصادر الزراعية وغير الزراعية لـ Nr وتغيراتها الإقليمية في آثار المناخ.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07714-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39048828
Publication Date: 2024-07-24
Author(s): Cheng Gong et al.
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
The research highlights the significant impact of anthropogenic activities on the loading of reactive nitrogen (Nr) in the Earth system since pre-industrial times, leading to environmental issues such as eutrophication and air pollution. The study quantifies the net direct radiative forcing of anthropogenic Nr as -0.34 W m\(^{-2}\) in 2019 compared to 1850, indicating a net cooling effect. This cooling arises from increased aerosol loading, a reduced methane lifetime, and enhanced terrestrial carbon sequestration, which are not fully counterbalanced by the warming effects of nitrous oxide (N\(_2\)O) and ozone.
Future projections suggest that this cooling effect may diminish due to decreased aerosol loading and a longer methane lifetime, while N\(_2\)O-induced warming is expected to persist across various scenarios. The findings underscore the necessity for future reductions in anthropogenic Nr to align with environmental protection goals, emphasizing that such efforts must be complemented by strategies to mitigate greenhouse gas emissions to effectively address climate change in accordance with the Paris Agreement. The study also notes the complexity of the net global climate effect of Nr, influenced by regional variations and the interactions of biogeochemical cycles.
Discussion
The discussion section of the research paper examines the impact of anthropogenic nitrogen (Nr) on various emissions and terrestrial carbon fluxes, integrating results from the NMIP2 ensemble with the CEDS inventory. It identifies anthropogenic Nr sources, such as fertilizer application, manure, and fossil fuel combustion, which significantly enhance terrestrial carbon sinks by approximately $0.55 \pm 0.38 \, \text{PgC yr}^{-1}$ from 2016 to 2020. The study also quantifies emissions of nitrous oxide (N2O) and nitrogen oxides (NOx), attributing about $5.5 \pm 0.97 \, \text{TgN yr}^{-1}$ of N2O emissions to anthropogenic activities, while NOx emissions reached $46.5 \pm 2.7 \, \text{TgN yr}^{-1}$, primarily from fossil fuel combustion.
The analysis of radiative forcing reveals a net global direct radiative forcing of $-0.34 \, [-0.20, -0.50] \, \text{W m}^{-2}$ associated with anthropogenic Nr, with contributions from CO2, N2O, CH4, aerosols, and tropospheric ozone. The findings indicate that while N2O emissions contribute to warming, the cooling effects from increased aerosol burdens and reduced CH4 lifetime partially offset this warming. The study emphasizes the need for stronger reductions in greenhouse gas emissions alongside Nr reductions to mitigate climate change effectively, highlighting the complex interplay between agricultural and non-agricultural sources of Nr and their regional variations in climate effects.