理解氮排放：意想不到的冷却效应及其气候影响

今天发表在Nature上的这项研究表明，通过人类活动进入环境的反应性氮导致每平方米-0.34瓦特的冷却效应。尽管如果没有人类引起的氮排放，全球变暖会以更快的速度进展，但这些氮并不能补偿使大气变暖的温室气体。

这项研究由德国马普研究所领导，悉尼大学进行了贡献。这一发现恰好是在欧盟科佩尔尼克斯气候变化服务部门发布新信息后，报告称2023年7月21日是近代史上记录的最热的一天。

净冷却影响通过四种机制产生：

• 化石燃料燃烧产生的短命氮氧化物通过生成反射阳光的细小颗粒污染空气，导致气候变冷；

• 从粪便和合成肥料释放到大气中的氨（氮和氢的化合物）也具有类似的冷却效果；

• 向作物施用氮促进植物生长，这增强了对大气中二氧化碳的吸收，进一步产生冷却效果；

• 氮氧化物还帮助分解大气中的甲烷，这是一种非常强效的温室气体。

研究人员警告说，增加大气氮并不是应对气候变化的有效策略。

悉尼大学土木工程学院的费德里科·马吉教授解释说：“氮肥对水质有害，来自化石燃料的氮氧化物污染空气。因此，以提高大气中的氮水平作为应对气候变化的手段既不合理，也不是可行的解决方案。”

马普研究所的索恩克·扎黑尔指出：“虽然这看似好消息，但必须认识到，氮排放带来了许多不利影响，例如对健康、生物多样性和臭氧层的影响。因此，目前的结果不应为负面后果辩解，也不能表明额外的氮是一种有效的反全球变暖策略。”

元素氮约占空气的78%，在气候影响方面是中性的。然而，其他形式的反应性氮可能间接或直接影响全球气候，有时促使变暖，有时促使冷却。氧化亚氮（N2O）作为温室气体的效能是二氧化碳（CO2）的近300倍，而各种氮化合物能够促进对流层臭氧的形成，加强全球变暖。

马吉教授强调了这项研究在理解农业氮排放如何影响气候方面的重要性。

他说：“这项工作展示了复杂的行星级互动如何不能通过过于简单的评估工具准确捕捉。它强调了开发数学模型的重要性，以描绘非线性或不成比例大影响的出现，这些影响遍及土壤、土地和大气。”

“即使这看起来可能违反直觉，向环境中引入反应性氮，主要是作为农业肥料，确实可以降低总体变暖。然而，这与保持地球在安全操作范围内所需的温室气体排放的显著减少相比仍然是微不足道的。

“先进的计算工具正在推进我们对气候变化科学的理解，但仅仅理解是不够的——我们必须迅速采取行动减少温室气体排放。”

全面理解氮影响的重要性

科学家们通过首先量化土壤、水和空气中存在的各种氮化合物，评估人类活动对氮的总体影响。

然后，他们将这些信息整合到代表全球氮循环及其与碳循环相互作用的模型中，包括它如何促进植物生长以及如何影响大气中的二氧化碳和甲烷水平。基于这些模拟，他们使用另一个大气化学模型评估人类创造的氮排放对辐射强迫的影响—辐射强迫是指随时间推移每平方米地球表面接收到的能量。