PIERCING THE HAZE
SALT LAKE CITY – A tél itt mérgező lehet. Napokig vagy akár hetekig sűrű köd telepszik a síelők és kirándulók városára, mivel a szennyezett levegő a hegyek által körülvett medencében reked. Nehéz lehet látni a következő autót az úton. A tüdőgyulladás és asztma miatt megugrik a kórházi látogatások száma, az iskolák felfüggesztik a szabadtéri szüneteket, és még az egészséges lakosok is torokkaparásra és köhögési rohamokra panaszkodnak.
A meteorológusok szerint az inverziónak nevezett jelenség könnyen magyarázható: Egy magasnyomású rendszer csapdába ejti a hideg levegőt a medencében, fedelet rakva a szennyezés fölé. De a szmog konkrét összetevői és a légkörben való kölcsönhatásuk rejtélyes. És egyre nagyobb a nyomás a megfejtés érdekében: Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) úgy ítélte meg, hogy a város minden év egy részében “súlyosan” megsérti a tiszta levegőre vonatkozó előírásokat, ami arra kötelezi az állami tisztviselőket, hogy dolgozzanak ki egy tervet a veszély csökkentésére – amire eddig nem voltak képesek.
A terv kidolgozásának elősegítése érdekében tavaly hat egyetem, valamint több állami és szövetségi ügynökség kutatói példátlan erőfeszítést indítottak a szennyezés pontos kémiai összetételének és forrásainak jobb megértésére. Két, összesen 17 napig tartó inverzió során repülőgépekről, léggömbökről és földi állomásokról gyűjtöttek adatokat.
Az általuk talált nagy vonalakban nem okozott nagy meglepetést. A köd főként apró, 2,5 mikrométernél kisebb átmérőjű részecskékből (PM2,5) állt, amelyek megtapadhatnak a tüdőben, és hozzájárulhatnak a korai halálozáshoz. A részecskék egy része por, füst vagy korom volt, de körülbelül háromnegyedük ammónium-nitrátból állt. Ez akkor képződik, amikor a járművek, kemencék és ipari berendezések által termelt nitrogén-oxidok egyesülnek az ammóniával, amely jellemzően az ammóniaalapú folyékony műtrágyát használó vagy trágyahalmokat termelő gazdaságokból száll.
A kutatókat azonban megdöbbentette a tiszta ammónia mért szintje, tekintettel arra, hogy Utah államban a gazdaságok télen többnyire nem működnek. “Általában nem úgy gondolunk a téli hónapokra, mint az ammónia nagy hónapjaira” – mondja Jennifer Murphy kémikus a kanadai Torontói Egyetemről, aki részt vett a vizsgálatban. A kutatók és a szabályozó hatóságok most azt próbálják kideríteni, hogy pontosan miért voltak ilyen magasak ezek a szintek, és hogy a kibocsátások csökkentése segíthet-e megtisztítani a levegőt azon a területen, amelyet egyes lakosok “Szmog-tóvárosnak” neveznek.”
A színtelen, éles szagú és szemfájdító gáz szerepét a halálos légszennyezésben a bősége ellenére kevéssé értik. Részben azért, mert köztudottan nehéz nyomon követni. Az ammónia molekulái “ragadósak”, és szívesen egyesülnek más vegyületekkel, ami megnehezíti a megfigyelő műszerek számára a befogásukat. Ráadásul a gáz élettartama nagyon rövid lehet – néha csak néhány nap. “Az ammónia szörnyű” – mondja Mark Zondlo, a Princeton Egyetem környezetvédelmi mérnöke. “Valóban az egyik legrosszabb mérhető gáz a légkörben.”
A világ minden táján új földi, légi és űrbeli érzékelők segítenek az ammónia forrásainak, mozgásának és sorsának tisztább megvilágításában. A jobb megfigyelésre akkor kerül sor, amikor néhány nemzet, köztük az Egyesült Királyság, az ammóniakibocsátás csökkentésére törekszik. Mások azonban, köztük az Egyesült Államok, nem tekintik prioritásnak az ammónia korlátozását, részben a forrásokkal kapcsolatos bizonytalanságok, valamint azon aggodalmak miatt, hogy a költséges ellenőrzések nem sokat javítanak a levegőminőségen. Ehelyett a szabályozók gyakran úgy döntöttek, hogy a szmog más kulcsfontosságú összetevőit veszik célba, beleértve az égetés során keletkező nitrogén- és kén-oxidokat.
Az ammóniára való összpontosítás azonban valószínűleg fokozódni fog. A gáz globális kibocsátása az elmúlt 70 évben megduplázódott, és az előrejelzések szerint tovább fog emelkedni, nagyrészt a műtrágyák iránti növekvő kereslet miatt. Ez nyomást gyakorol a kutatókra és a szabályozókra, hogy jobban megértsék a levegőminőségre gyakorolt hatásokat.
Smog tölti meg Salt Lake City egyik belvárosi utcáját 2017 decemberében.
George Frey/REUTERS
Az idén nyáron Jeff Collett, a Fort Collins-i Colorado Állami Egyetem légkörkutatója a Rocky Mountain Nemzeti Park egyik tisztásán állt olyan műszerekkel körülvéve, amelyek rávilágítottak arra, hogy milyen nagy kihívás az ammónia nyomon követése. Más légszennyező anyagokat, például az ózont és a szén-monoxidot általában automatizált műszerek hálózata figyeli, amelyek valós időben gyűjtik és továbbítják az adatokat. Az ammónia nyomon követéséhez azonban Collett csapatának hetente többször egy órás utat kell tennie az egyetemről a terepre, hogy kézzel gyűjtsön mintákat a műszereikből.
Az egyik egy egyszerű vödör, amely összegyűjti az esővizet, amelyet a kutatók elemeznek, hogy megnézzék, mennyi ammónia szorult be a vízgőzbe. Egy másik egy savval bevont szivacsra támaszkodik, amely elnyeli a gázt. (Az ammónia, amely bázis, buzgón reagál a savakkal.) Van egy savval bevont üvegspirál is, amely a ragadós ammónia molekulákat kivonja a levegőmintákból, mielőtt a részecskék egyéb összetevőit kiválogatná.
Ez egy kényes folyamat, de a minták létfontosságúak Collett azon erőfeszítéseihez, hogy dokumentálja, hogyan sodródik az ammónia a mintegy 80 kilométerre lévő farmokról a coloradói Greeleyből a parkba, ahol a tápanyag károsíthatja az érzékeny ökoszisztémákat, és Denverbe, ahol hozzájárul a szmoghoz. A 2011 óta tartó munka segített kirajzolni a régió ammóniaforrásairól és -mozgásairól alkotott képet. Amikor például a coloradói mezőgazdasági csoportok azzal érveltek, hogy a golfpályák túlságosan nagy szerepet játszanak az ammóniakibocsátásban, mivel bőkezűen használnak műtrágyát, Collett egy helyi golfpálya közelében elhelyezett monitorral kimutatta, hogy ez nem igaz; a nagyobb forrás a mezőgazdasági üzemek. A monitorozás lehetővé tette azt is, hogy az állam létrehozzon egy olyan rendszert, amely figyelmezteti a gazdálkodókat, ha az előrejelzések szerint az időjárási körülmények az ammóniát Denver felé terelik, és arra ösztönzi őket, hogy önkéntesen korlátozzák a műtrágyakijuttatást és fedjék le a trágyakupacokat.
Frissen a farmról
A mezőgazdasági területek jelentős ammóniaforrások lehetnek (NH3, sötét területek), különösen a vegetációs időszakban, amikor a folyékony műtrágyák használata magas. Az erdőtüzek (néhány sárga terület a térkép tetejének közelében) szintén termelhetik a vegyületet.
Máshol más megfigyelési erőfeszítések – köztük az EPA által működtetett 66 helyszínes országos hálózat, amely kéthetente jelenti a mérési adatokat – nagyobb, az egész kontinenst átfogó képet festettek, beleértve azt is, hogy az ammóniakibocsátás hogyan változhat időjárás és évszak szerint. A mobil megfigyelés fejlődése lehetővé tette a Collettéhez hasonló mérések gyorsabb elvégzését. 2008 óta pedig a NASA műholdjai globális képet adnak az ammónia légköri jellemzőiről. Ezek az eszközök segítenek a tudósoknak abban, hogy teljesebb képet alkossanak az ammóniaforrásokról, beleértve az erdőtüzeket is, amelyek a becslések szerint a globális ammóniakibocsátás 10%-át okozzák a növényekből felszabaduló vegyület révén.
“Egy évtizeddel ezelőtt talán egy tucat hosszú távú mérés volt országszerte, és mindig csak egy vagy két repülőgépes mérés” – mondja Daven Henze, a boulderi Colorado Egyetem légkörkémikusa. “Most már rendszeresen tudunk információt szerezni az időzítésről, a nagyságrendről, a változékonyságról és a forrásokról.”
Az ammónia leltározására azonban kevés olyan alapos erőfeszítés történt, mint amilyenre 2017 telén Salt Lake City térségében került sor. A földi és légi kampány által dokumentált két inverziós esemény mindegyike több mint egy hétig tartott, és a kutatók a terület mindhárom nagy völgyében – Salt Lake, Cache és Utah – tudtak megfigyeléseket gyűjteni.
A Utah ammóniaforrásainak meglévő összesítései azt sugallták, hogy az ammónia szintje mindhárom völgyben hasonló lesz. Valójában a kutatók azt találták, hogy a szintek földrajzilag eltérőek – és hogy az értékek magasabbak voltak, mint várták.
Most Murphy és a vele szövetséges kutatók azon dolgoznak, hogy megértsék ezt az eltérést, és kiderítsék, honnan származik az ammónia. A csapat földi monitorok hálózatát használja, légi mérésekkel kombinálva, hogy feltérképezze a városon belüli ammóniakoncentrációt. Megvizsgálják a szélmintákat, hogy lássák, hogyan sodródhat be az ammónia a közeli mezőgazdasági területekről. És olyan forrásokat is keresnek, amelyeket eddig figyelmen kívül hagytak.
A városi területeken közlekedő autók például az eddig ismertnél több ammóniát szállíthatnak. Egy nemrégiben végzett tanulmányában Zondlo olyan mobil műszereket telepített, amelyek lézerrel mérik az Egyesült Államok és Kína városaiban a járművek által kibocsátott ammóniafúvókákat. Megállapította, hogy a járművek – amelyek ammóniát termelnek a kibocsátás-tisztító katalizátorok melléktermékeként – körülbelül kétszer annyi ammóniát bocsátanak ki, mint feltételezték. “A dolgok nagy összefüggésében a járművek meglehetősen kis forrást jelentettek” – jegyzi meg. Mégis, szerinte a kibocsátások fontos szerepet játszhatnak a városok részecskeszennyezésében, mivel az ammónia más, a PM2.5 keletkezéséhez hozzájáruló égési vegyületek közvetlen közelében keletkezik.
Utah államban az állami szabályozó hatóságok azt remélik, hogy Salt Lake City ammóniaforrásainak jobb megértése segít majd nekik a légszennyezési események jobb számítógépes szimulációinak elkészítésében, ami kulcsfontosságú lehet a megoldások meghatározásában. Ha például kiderül, hogy az ammónia a szomszédos völgyekben lévő farmokról sodródik a városba, az állam megpróbálhatja megfékezni ezeket a forrásokat – talán úgy, hogy megkéri a farmereket, hogy korlátozzák a műtrágyahasználatot -, amikor az időjárás alkalmas az inverzióra. Ennek a stratégiának azonban nem biztos, hogy van értelme, ha kiderül, hogy a városi ammóniaforrások, például az autók nagyobb szerepet játszanak a szmogot előidéző kémiai folyamatok kialakulásában. “Mivel ennyi tényező van, meg kell értenünk a teljes képet” – mondja Murphy.
A szabályozók biztosak akarnak lenni abban is, hogy a gazdaságok vagy más ammóniaforrások potenciálisan költséges ellenőrzése hasznot hoz, ami a szmog kémiai összetételének feltörését jelenti. Az Egyesült Államokban például a meglévő légszennyezési szabályozások jelentősen csökkentették a nitrogén-oxidok légköri koncentrációját, ami azt jelenti, hogy e vegyületekből kevesebb molekula áll rendelkezésre ahhoz, hogy ammóniával egyesülve részecskéket képezzen. Így az ammóniakibocsátás csökkentése nem biztos, hogy sokat változtatna azokon a területeken, ahol a szmog egyéb összetevői már így is hiányoznak. Más területeken azonban az ammóniafúvókák elfojtása kulcsfontosságú lehet a részecskék csökkentésében. “Még mindig nem vagyunk olyan helyen” – mondja Murphy – “ahol egyáltalán azt mondhatjuk, hogy a nehéz intézkedéseknek hatása lesz.”
A helyzet teljesen más Európában, ahol a környezetvédelmi szabályozók már régóta reflektorfénybe helyezik az ammóniát, részben az ökoszisztémákra gyakorolt hatása miatti aggodalmak miatt. (Az ammónia például patakokba és folyókba szivároghat, ahol mérgező lehet a vízi élőlényekre). Az Európai Gazdasági Bizottság, az Egyesült Nemzetek Szervezetének egyik szárnya 2012-ben ammónia-határértékeket állapított meg, és az európai országok különböző stratégiák segítségével 1990 óta 24%-kal csökkentették a mezőgazdaság teljes kibocsátását. Németország például hektáronkénti korlátozásokat vezetett be bizonyos műtrágyafajták használatára, Hollandia pedig pénzügyi ösztönzőket hozott létre a hatékonyabb műtrágyahasználat érdekében.
Ez év elején az Egyesült Királyság átfogó levegőminőségi tervet mutatott be, amely tartalmazza azt a tervet, hogy 2030-ig 16%-kal csökkenti az ország mezőgazdaságból származó ammóniakibocsátását. A lépésre azt követően került sor, hogy az Egyesült Királyság Környezetvédelmi Hivatala megállapította, hogy az ammónia volt az egyetlen olyan jelentős légszennyező anyag az országban, amely 2013 óta növekedett, és hogy a mezőgazdasági üzemekből származó kibocsátás “sürgős intézkedések” nélkül tovább fog emelkedni. Ez a tendencia veszélyezteti a kormány azon törekvését, hogy 2025-re a felére csökkentse az Egészségügyi Világszervezet (WHO) által nem biztonságosnak ítélt PM2,5-szintű levegőt belélegző emberek számát. (A WHO részecskenormája 10 mikrogramm PM2,5 köbméterenként, egy év átlagában; az amerikai éves norma 12 µg/m3.)
Az ammóniacsökkentés elérése érdekében a kormány azt tervezi, hogy a gazdáknak korlátozniuk kell a műtrágya kijuttatását és a trágyakupacok lefedését, és szigorúbb ellenőrzéseket fog előírni a tejüzemek számára. A mezőgazdasági ágazat, amellyel konzultáltak a tervről, nagyrészt befogadó volt. A gazdák már tettek önkéntes alapon hasonló lépéseket, jegyezték meg az iparág képviselői, és üdvözölték a kormány azon terveit, hogy segítenek finanszírozni az ammónia-ellenőrző technológiák bevezetését.
A kibocsátások korlátozásának kulcsa lehet a gazdaságokban található ammóniaforrások kezelése, mint például ez a marylandi csirketrágya-halom.
EDWIN REMSBERG/ALAMY STOCK PHOTO
A többi, jelentős ammóniakibocsátással rendelkező ország még nem kész követni az Egyesült Királyság példáját. Kína, amelyről köztudott, hogy az ammóniakibocsátás globális gócpontja, de nem rendelkezik megbízható leltárral a forrásokról, nem szabályozza a vegyületet. Az Egyesült Államok sem, bár az EPA az ammóniát a PM2,5 előanyagának tekinti.
Az amerikai szabályozók egyik nagy problémája az ammóniaforrásokra vonatkozó átfogó adatok hiánya. “Nehéz szabályozni valamit, ha nem mérjük” – mondja Collett. Az amerikai mezőgazdasági csoportok mindeddig visszautasították azokat a törekvéseket, amelyek arra irányultak, hogy a gazdálkodóknak jelenteniük kell az ammóniakibocsátást, azzal érvelve, hogy az erőfeszítés feleslegesen megterhelő lenne. Az EPA 2013-ban a sertés-, tej- és baromfiiparral együttműködve elindított egy kétéves ammóniamérési tanulmányt, amely kilenc állam 24 helyszínét érintette. A projektet azonban leállították, miután az ügynökség tudományos tanácsadói kritizálták a gyűjtött adatok minőségét.
Ha az EPA mégis ammóniaszabályozásra törekedne, a politika valószínűleg akadályt jelentene. Mezőgazdasági csoportok azzal érveltek, hogy mivel a gáznak sok forrása van, és nagy távolságokra sodródhat, bármilyen szabályozást gondosan meg kellene tervezni; a megoldás nem lenne olyan egyszerű, mint például egy vegyi tisztítóberendezés telepítése egy erőműre. Azt is megjegyzik, hogy a gazdálkodók már tettek önkéntes lépéseket a kibocsátások korlátozására, például csökkentették az állati takarmányban használt ammónia prekurzorok mennyiségét és megváltoztatták a trágyakezelési gyakorlatot.
Az amerikai szabályozókra mégis nyomás nehezedhet, hogy cselekedjenek, ha a Salt Lake Cityben és máshol készült tanulmányok bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy az ammónia a részecskeszennyezés fontos tényezőjévé vált. És legalább egy tudós úgy véli, hogy a válaszok hamarabb érkezhetnek, mint később – “évek, nem évtizedek”, jósolja Henze, aki tagja az EPA tanácsadó testületének, amely a kérdést vizsgálja. “Az EPA az ammóniát övező bizonytalanság miatt nem volt hajlandó előremozdítani a dolgot” – mondja. “Most túllépünk a bizonytalanságon.”