德國研究對于一氧化二氮在地球環(huán)境中的來源問題上取得突破

我們所熟知的溫室氣體有很多 —— 二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、用作空調(diào)制冷的氟利昂等都被廣泛認為是主要的溫室氣體，很多人也都清楚化石燃料等是其主要來源，也正在見證近年來的新能源車浪潮等一系列旨在減少上述氣體排放的行動和趨勢。

但在氣候變化問題中，一個相對沒有那么大關注度但同樣重要，且影響可能更大的角色正在逐漸被重視：一氧化二氮（N2O），也就是俗稱的“笑氣”。而最近一個德國的研究團隊發(fā)表的成果或許可以促進關于這種氣體在地球環(huán)境中的主要來源問題的理解。

一氧化二氮（N2O）是一種化合物。在室溫下它是一種無色的不可燃氣體，具有微甜的氣味。一氧化二氮（N2O）有麻醉和減輕疼痛的作用，因此在醫(yī)療方面非常重要，特別是在外科和牙科中。它也被用作火箭推進劑和賽車中的氧化劑以增加發(fā)動機的功率輸出。而一氧化二氮（N2O）作為溫室氣體，其對氣溫的影響比二氧化碳（CO2）高出近300倍。

來自德國赫爾姆霍茲中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）的一個由博士生Gesa Schulz領導的研究團隊于2023年8月7日在歐洲地球科學聯(lián)盟（European Geosciences Union）主管的期刊 Biogeosicences 上發(fā)布了有關這種長期被相對忽視的氣體的一項研究。其通過對易北河（The Elbe）的一氧化二氮（N2O）產(chǎn)生情況進行深入研究，發(fā)現(xiàn)易北河等各大河流的河口是產(chǎn)生一氧化二氮（N2O）的集中區(qū)域之一。

研究團隊的采樣范圍 / 圖源：Biogeosciences

研究團隊在2015年到2022年在易北河沿岸收集了數(shù)十次包括水溫、風速、無機氮（Dissovled Inorganic Nitrogen, DIN）濃度等數(shù)據(jù)，結合觀測和分析流程深入研究了易北河河口地區(qū)的一氧化二氮（N2O）產(chǎn)生情況。他們發(fā)現(xiàn)，因為大量的肥料等含氮的化學物品使用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是主要的一氧化二氮（N2O）來源；而一氧化二氮（N2O）的產(chǎn)生量隨著季節(jié)變化而變化。

采樣時間段和采樣數(shù)據(jù)類別 / 圖源：Biogeosciences

在冬季，當農(nóng)作物等植物的生長活動較不活躍而幾乎不需要肥料時，大量的氮隨著雨水和融化的雪水流入河流并在經(jīng)過生物化學（Biochemical）和微生物（Microbial）過程后轉化為一氧化二氮（N2O）。但這些生物和化學轉化過程在冬季的低溫河水中發(fā)生的速度較夏季較暖的河水中相對較慢，一氧化二氮（N2O）的生產(chǎn)量也不及夏季。不過在冬季，歐洲的風暴常常攪動易北河的水體，從外部幫助結合了流入水中的氮、水中其他化學物質和微生物，從而在風暴期釋放出與冬季平均水平相比較多的一氧化二氮（N2O）。

研究團隊還發(fā)現(xiàn)，在易北河河口存在兩個一氧化二氮（N2O）的集中生成區(qū)域：漢堡港（The port of Hamburg）區(qū)域和庫克斯港（Cuxhaven） 到布隆斯布特（Brunsbüttel）的河口區(qū)域。其中漢堡港成為集中區(qū)域的原因是每年春夏兩季易北河上游的水藻流入漢堡港后，與因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排入河中的氮結合后大量生長，在水藻死亡后為一氧化二氮（N2O）的合成所需的化學和生物流程提供了原料。

而庫克斯港的河口區(qū)域則同樣是因為水藻，但過程稍有不同。因其區(qū)域內(nèi)的河道處于與北海（North Sea）的交匯處，在漲潮時會與北海海水混合，這個被稱作“最大渾濁帶”（Maximum Turbidity Zone, MTZ）的區(qū)域會在漲潮時聚集北海沿岸的水藻并在它們死后同樣成為合成一氧化二氮（N2O）流程的原料。

不同時間段內(nèi)不同化學物質在易北河中的濃度 / 圖源：Biogeosciences

該研究團隊的領導人Gesa Schulz已經(jīng)開始與漢堡大學（University of Hamburg）的社會科學家一起在名為“漢堡卓越集群”（Hamburg Cluster of Excellence）“氣候、氣候變化和社會”（Climate, Climatic Change and Society”，CLICCS）的團體中進行相關解決方案的研究，并與在易北河沿岸的地區(qū)的不同機構和漢堡港管理部門探索可持續(xù)化管理的方式。

在接受科學和科技新聞媒體Phys.org的采訪時，Gesa Schulz說：“我們想要找到減少流入易北河的氮元素和在河道內(nèi)產(chǎn)生的一氧化二氮（N2O）的方法?！倍陔S后的計劃中，易北河沿岸地區(qū)的農(nóng)民也將與他們一起尋找對于農(nóng)民們來說可行的解決方案。

參考文獻：

1. https://bg.copernicus.org/articles/20/3229/2023/#section5

2. https://phys.org/news/2023-08-estuaries-climate-gas-hotspots.html

3. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrous_oxide#See_also

編譯：梁弘尚

審核：Richard

編輯：Tommy