德国研究对于一氧化二氮在地球环境中的来源问题上取得突破

我们所熟知的温室气体有很多 —— 二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、用作空调制冷的氟利昂等都被广泛认为是主要的温室气体，很多人也都清楚化石燃料等是其主要来源，也正在见证近年来的新能源车浪潮等一系列旨在减少上述气体排放的行动和趋势。

但在气候变化问题中，一个相对没有那么大关注度但同样重要，且影响可能更大的角色正在逐渐被重视：一氧化二氮（N2O），也就是俗称的“笑气”。而最近一个德国的研究团队发表的成果或许可以促进关于这种气体在地球环境中的主要来源问题的理解。

一氧化二氮（N2O）是一种化合物。在室温下它是一种无色的不可燃气体，具有微甜的气味。一氧化二氮（N2O）有麻醉和减轻疼痛的作用，因此在医疗方面非常重要，特别是在外科和牙科中。它也被用作火箭推进剂和赛车中的氧化剂以增加发动机的功率输出。而一氧化二氮（N2O）作为温室气体，其对气温的影响比二氧化碳（CO2）高出近300倍。

来自德国赫尔姆霍兹中心（Helmholtz-Zentrum Hereon）的一个由博士生Gesa Schulz领导的研究团队于2023年8月7日在欧洲地球科学联盟（European Geosciences Union）主管的期刊 Biogeosicences 上发布了有关这种长期被相对忽视的气体的一项研究。其通过对易北河（The Elbe）的一氧化二氮（N2O）产生情况进行深入研究，发现易北河等各大河流的河口是产生一氧化二氮（N2O）的集中区域之一。

研究团队的采样范围 / 图源：Biogeosciences

研究团队在2015年到2022年在易北河沿岸收集了数十次包括水温、风速、无机氮（Dissovled Inorganic Nitrogen, DIN）浓度等数据，结合观测和分析流程深入研究了易北河河口地区的一氧化二氮（N2O）产生情况。他们发现，因为大量的肥料等含氮的化学物品使用，农业生产是主要的一氧化二氮（N2O）来源；而一氧化二氮（N2O）的产生量随着季节变化而变化。

采样时间段和采样数据类别 / 图源：Biogeosciences

在冬季，当农作物等植物的生长活动较不活跃而几乎不需要肥料时，大量的氮随着雨水和融化的雪水流入河流并在经过生物化学（Biochemical）和微生物（Microbial）过程后转化为一氧化二氮（N2O）。但这些生物和化学转化过程在冬季的低温河水中发生的速度较夏季较暖的河水中相对较慢，一氧化二氮（N2O）的生产量也不及夏季。不过在冬季，欧洲的风暴常常搅动易北河的水体，从外部帮助结合了流入水中的氮、水中其他化学物质和微生物，从而在风暴期释放出与冬季平均水平相比较多的一氧化二氮（N2O）。

研究团队还发现，在易北河河口存在两个一氧化二氮（N2O）的集中生成区域：汉堡港（The port of Hamburg）区域和库克斯港（Cuxhaven） 到布隆斯布特（Brunsbüttel）的河口区域。其中汉堡港成为集中区域的原因是每年春夏两季易北河上游的水藻流入汉堡港后，与因农业生产排入河中的氮结合后大量生长，在水藻死亡后为一氧化二氮（N2O）的合成所需的化学和生物流程提供了原料。

而库克斯港的河口区域则同样是因为水藻，但过程稍有不同。因其区域内的河道处于与北海（North Sea）的交汇处，在涨潮时会与北海海水混合，这个被称作“最大浑浊带”（Maximum Turbidity Zone, MTZ）的区域会在涨潮时聚集北海沿岸的水藻并在它们死后同样成为合成一氧化二氮（N2O）流程的原料。

不同时间段内不同化学物质在易北河中的浓度 / 图源：Biogeosciences

该研究团队的领导人Gesa Schulz已经开始与汉堡大学（University of Hamburg）的社会科学家一起在名为“汉堡卓越集群”（Hamburg Cluster of Excellence）“气候、气候变化和社会”（Climate, Climatic Change and Society”，CLICCS）的团体中进行相关解决方案的研究，并与在易北河沿岸的地区的不同机构和汉堡港管理部门探索可持续化管理的方式。

在接受科学和科技新闻媒体Phys.org的采访时，Gesa Schulz说：“我们想要找到减少流入易北河的氮元素和在河道内产生的一氧化二氮（N2O）的方法。”而在随后的计划中，易北河沿岸地区的农民也将与他们一起寻找对于农民们来说可行的解决方案。

参考文献：

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

编译：梁弘尚

审核：Richard

编辑：Tommy