一个专利一个世纪前改变了世界,而现在,在21世纪,我们智人和世界主宰上瘾。称它为氮修复。它就像一个药物主线到地球的生态系统,可贯穿每一个细胞,每一个毛孔都——包括我们自己的身体。
1908年,德国化学家弗里茨·哈伯(德国发现如何使氨通过捕获空气中的氮气。在这个过程中他发明了一种廉价的氮肥的新来源,我们对自然资源的依赖、生物或地质。氮肥固定空气中的困惑的保罗•埃尔利希和其他中世纪预测全球饥荒隐约可见。化肥今天大约有三十亿人。
但大量的氮的环境后果走遍地球的生态系统正快速增长。我们已经学会了害怕碳和变化可以导致我们的气候。但是不久的一天我们可以学会更担心氮修复。
人造氮一样无处不在的在水中人造二氧化碳在空气中。
在9月发布的一项重大国际调查自然列出了氮循环三个“行星的边界”,人类的干预措施干扰严重,他们威胁地球的未来宜居性。其他人——根据约翰·Rockstrom研究,斯德哥尔摩环境研究所的和其他27个环境科学家——气候变化和生物多样性的丧失。188金博网注册就送188
氮影响地球的生命支持系统的部分比几乎任何其他元素,弗吉尼亚大学的詹姆士·加洛韦说,他预测说:“在最坏的情况,我们将走向nitrogen-saturated星球,污染和减少生物多样性,提高人类健康风险和一个更不安温室气体平衡。”188金博网注册就送188
问题是我们浪费哈伯的肥料。8000万吨传播领域上肥料,每年只有1700万吨进入食物。其余失踪。这部分是因为肥料浪费地应用,还有部分原因是开发新的绿色革命作物对氮肥也发胖营养的浪费。世界谷物的氮效率已从1960年的80%下降至今天的30%。
人工排水中氮洗水从世界上几乎每一个领域。在水中是无处不在的人造二氧化碳在空气中。是世界上积累的河流和地下水储量,令人窒息的水道与藻类,使水储备没有昂贵的清理不适合饮用。
大多数人造氮肥有史以来一直应用领域在过去的25年里。自然有能力扭转人为氮的固定,将它转化为一种惰性气体,这一过程称为反硝化作用。但是去年,帕特里克穆赫兰田纳西州橡树岭国家实验室的报道,系统已不堪重负。现在许多河流在美国如此nitrogen-saturated失去脱氮污染的能力。
其中大部分多余的氮最终在海洋中,造成整个生态系统。氮是过剩的原因越来越多的海洋缺氧的“死亡地带”,穆赫兰说。
为什么肥料杀死?只是太多的好事。over-fertilizes水,产生大量的藻类和其他生物都消耗了水中的氧气,导致生态系统崩溃。世界各地的沿海海湾、入口及河口屈服。
今年早些时候的一项研究发现,海藻转储软骨藻酸,一种神经毒素,在海底,持续数周。“第一个迹象通常鸟洗脸在岸边或海豹表演有趣,咄咄逼人,抽搐,看上去好像他们都喝醉了,”南卡罗莱纳大学的克劳迪娅benitez - nelson说。
众所周知,肥料创建一个运行下的密西西比、密苏里河流域在墨西哥湾的“死区”。通常,约20000平方公里的海洋形成一层没有氧气或鱼——被氮修复。
死亡区域的数量说:“传播指数自1960年代以来,弗吉尼亚海洋科学研究所的罗伯特·迪亚兹在格洛斯特点。他数超过400的一项研究科学去年。他们现在已经覆盖了一百万平方公里的四分之一,通常在河流排放大量的肥料和污水排放入相对封闭的海洋。
你找到这些死区在日本和韩国之间的水域;在黑海,外星人的入侵水母在1980年代消灭大部分本地物种;从旅游亚得里亚海北部的海滩;在切萨皮克湾和海洋水域俄勒冈州;在半封闭的波罗的海,世界最大的死区。
氮是一种重要的养分在土壤,种植庄稼的必要条件。土壤氮循环的有机废物,包括动物粪便。但在哈伯的发现之前,增加大气氮土壤的唯一方法是通过捕获的细菌生活在一个小数量的固氮植物,包括苜蓿等豆科植物和豆子。
在19世纪,德国和英国等国开始密密麻麻提高土壤的肥力进口氮的形式鸟粪太平洋岛屿的秘鲁,智利硝石开采。地质氮今天石油地缘政治资源是至关重要的。
上诉是对科学提出的新方法生产氮的形式,植物可以吸收。哈伯赢得了比赛,提交专利解决氨、氮和氢的原子,分子的惰性氮气占空气的70%。
现在,氨可以随时变成化肥和添加到世界的领域和牛粪一样容易。德国实业家卡尔博世1913年路德维希港附近开设了第一家工厂。这是尼克的德国。在第一次世界大战期间,无法接收货物来自南美的鸟粪,因为英国海军的封锁,德国会很快饿死但。哈勃-博施方法
今天在我们的身体的氮来自巨大的化工厂。
在欧洲之外,一些起初加强农业化肥。它通常是更便宜、更容易扩大农业——drainingmarshes耕作草原和砍伐森林。但到了1960年代,世界人口猛增,肥料制造起飞,植物育种者开发出新的行高产作物,能最好地应对氮修复。在这个“绿色革命”,在全球有今天的八倍氮肥的生产从1960年代到1980年代。
今天,1.75亿吨氮应用于世界各地的农田,近50%来自化肥。它引起了世界的“承载能力”的土壤从1.9人每公顷的农田4.3 - 10在中国,在任何应用程序达到两次出现在欧洲。
这是一个深刻变化的生物化学地球上的生命——我们的身体。今天,我们身体的大部分氮不是来自生物来源但从巨大的化工厂。在真正的意义上,我们尽可能多的化学生物学。法克著名的加拿大研究人员在马尼托巴大学的食品和环境,调用氮修复“一个巨大的和危险的实验。”
除了肥料,我们还提供生物氮通过燃烧化石燃料。发电站排放的氮氧化物,产生酸雨,环境灾难的工业化国家在1980年代和1990年代。空气中氮氧化物也强大的温室气体,加剧全球变暖,甚至到达平流层,饮食中加入氯和溴化合物保护臭氧层。
“世界上大多数的生物多样性热点地区正在接受188金博网注册就送188剂量的空气中的氮和水水平损害许多物种,”据Gareth凤凰在英国谢菲尔德大学的。然而,问题从来没有通过联合国来解决生物多样性公约。
在温带地区,通常这是荒野变成了草原,草原失去四分之一的物种丰富度。nitrogen-flooded生态系统内,激进的物种外比大多数当地人。氮是背后的隐藏力量入侵世界各地的外来物种。
预后不好。科学家们谁写的自然纸在行星边界认为人类氮释放到自然环境应该削减四分之三,至约3500万吨。但在目前的趋势,全球氮用于农田将翻倍,达到每年2.2亿吨到2050年的六倍多的安全阈值。
危险在于自然的能力来处理这个多余的氮和返回大气层会不知所措,最终我们将居住nitrogen-saturated星球,用氮气驱动全球变暖、酸化空气,吃臭氧层,减少生物多样性,造成海洋。188金博网注册就送188
可以做些什么?以满足目标中提到的自然研究需要一个转换的世界农业的能源产业的转型需要满足削减温室气体排放的目标。Smil说,迫切需要培育作物更有效地吸收氮领域,对于发展农业系统管理氮要好得多。
幸运的潜力是相当大的。在中国,氮的应用领域是世界上最高的之一,一组科学家的一项研究由Winiwarter右舵和塔蒂阿娜Ermolieva国际应用系统分析研究所发现更好的田间管理的氮可以减少25%的一氧化二氮排放对环境没有破坏农业产出。
Galloway说氮的流动通过环境也可以减少减少燃烧化石燃料排放的副产品——也许努力对抗气候变化。和更好的在城市污水处理硝酸盐通过人类肠道的转化为气态氮安全。
如果有什么是人类对地球的生命支持系统日益增长的影响,它是我们压倒性的氮循环的方式。有解决方案。但是现在我们迷上了。正如Smil所说:“只有一个一生中,人类发明了一种深刻的化学依赖。”