Hoofdstuk 16 Stikstofuitwisseling aan het aardoppervlak MAQ10306, Inleiding Atmosfeer Maarten Krol

Inhoud Historie van zure regen Effecten van zure neerslag Vermesting (eutrofiëring) Hoe werkt verzuring? N-Uitwisselingsprocessen Beleid...

Korstmossen zijn gevoelig voor blootstelling aan SO2 De inventarisatie van Nylander (1866) werd gebruikt om de blootstelling aan SO2 vast te stellen. Er zijn immers nog geen chemische detectie mogelijkheden

Classificatie Korstmossen (1970)

1967 Lange afstandstransport van SO2 leidt tot zure neerslag elders (meren Scandinavië) Effecten: vissterfte in de meren van Scandinavië Het zuur tast de skeletten van de vissen aan

1979 Transport van SO2 leidt tot verzuring van bodems Potentieel gevaar voor bossen Zuren brengen schadelijk metalen in oplossing (b.v. Al) Voedingsstoffen gaan in oplossing en worden afgevoerd

Publiciteitscampagne in Nederland

CaCO3 in gift in Duitsland

SO2 reductie: herstel van kostmossen

De bossen zijn niet gestorven? Emissies SO2 zijn sterk gedaald De gebruikte voorbeelden uit oost-Europa waren extreem: Hoge concentraties SO2, NOX Slecht onderhouden bossen Gevoelige ecosystemen Er is nog steeds zure neerslag die schade kan veroorzaken: De buffer capaciteit kan uitgeput raken…. Andere factoren, zoals droogte, klimaat verandering, .. Verschuiving naar Eutrofiëring

Historische ontwikkeling Gesloten nutriënten kringlopen Intensieve landbouw Industrialisatie Arbeid en transport

De efficiency van kunstmest stikstof 100 Galloway JN and Cowling EB. 2002

De efficiency van kunstmest stikstof Geconsu-meerde N Kunstmest N 100 14 14% van de geproduceerde reactief stikstof wordt geconsumeerd door de mens………. Galloway JN and Cowling EB. 2002

De efficiency van kunstmest stikstof Geconsu-meerde N Kunstmest N Kunstmest aangewend Plant N Geoogste N Voedsel N 100 94 14 47 31 26 -6 -47 -16 -5 -12 14% van de geproduceerde reactief stikstof wordt geconsumeerd door de mens…… als je vegetariër bent! Galloway JN and Cowling EB. 2002

De efficiency van kunstmest stikstof Geconsu-meerde N Kunstmest N Kunstmest aangewend Plant N Voedsel N Opgeslagen N 100 94 47 31 7 4 -6 -47 -16 -24 -3 4% van de geproduceerde reactief stikstof wordt geconsumeerd door de mens, via dierlijke producten Galloway JN and Cowling EB. 2002

N = voedsel; Energie = N 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 1850 1900 1950 Jaar Wereldbevolking en Landbouwoppervlakte 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Kunstmest en NOx Wereldbevolking miljoenen Landbouwgrond in miljoenen ha Kunstmest Tgr NOx emission Carl Bosch Fritz Haber

Nr productie in 1995 In Tg N/y 32 32 60 5 10 2 Nr t.g.v. voedsel en energie productie after Galloway and Cowling, 2002

Nr productie in 1995 en 2050 In Tg N/y 32 27 32 42 60 92 5 13 10 17 2 3 2050 productie geschaald naar: - > Bevolkingsgroei t.o.v. 1995 after Galloway and Cowling, 2002

Nr productie in 1995 en 2050 In Tg N/y 60 568 32 67 32 42 5 190 10 87 2 5 2050 productie geschaald naar: - > Bevolkingsgroei t.o.v. 1995 - > Nr productie gem. N. Amerikaan after Galloway and Cowling, 2002

Hoe werkt verzuring? Belangrijkste stoffen: H2SO4 and HNO3. Voorlopers: SO2 en NO emissies (>70% van menselijke oorsprong) Natuurlijke S-emissies: vulkanen + DMS (oceanen) Natuurlijke N-emissies: bodems en bliksem Brandstoffen, met name kolen, bevatten veel S Verbranden van deze brandstoffen leidt tot SO2 NO hangt samen met hoge temperatuur verbranding

Gedestilleerd Water: pH=7 natuurlijk pH regenwater: 5-5.6 pH = -log10[H+] Gedestilleerd Water: pH=7 natuurlijk pH regenwater: 5-5.6 door CO2.H2O HCO3- + H+ Zure regen: pH 2-5.6 Azijn: pH 2.8 Bron: wikipedia

Roze-Koeken Vraag In de VS wordt elke dag 1.3x106 kmol NOx geëmitteerd en 1.0x106 kmol SO2. We nemen aan dat deze emissies boven de VS uitregenen als HNO3 en H2SO4 (dit is een redelijke aanname). Het oppervlakte van de VS is 1.0x107 km2 en de gemiddelde neerslag bedraagt 2 mm per dag. Als we aannemen dat HNO3 en H2SO4 de enige bestanddelen van regen zijn (naast water), wat is dan de gemiddelde pH van de neerslag?

Its not all acidic.. NH3 (aq) + H+  NH4+ NH4+ + 2 O2 (microbes)  NO3- + 2H+ + H2O CaCO3 (s) Ca2+ + CO32- CO32- + 2H+ CO2 (g) + H2O

Het NH3 budget van Nederland

Emissies NH3 Ammoniak bij uitrijden van mest Manure

Ammoniak bronnen bij Schagerbrug In de stal: ± 8 kgNH3/dierplaats/jaar 70 koeien 5-10 koeien 70 koeien 40 koeien 5-10 koeien 45 koeien silo 45 koeien 120 schapen 45 koeien 35 koeien 40 koeien 45 koeien

Pluimmetingen benedenwinds van een bron NH3 CH4, N2O AH 2006 Meteo station Mobiel meetsysteem meet Ammoniak of Methaan en Lachgas

Conversie, droge en natte depositie van NH3

Droge depositie metingen van NH3 NH3 gradiënt metingen op de Haarweg

[kg m-2 s-1] = [m s-1] [kg m-3]

rw

R=rain intensity (m/s) W=removal efficiency (-)

Relatie met ‘luchtvervuiling aan de grond’

Overblijvende probleem gebieden in 2020 (Licht blauw = geen risico) Gezondheid - PM Gezondheid + vegetatie – O3 Vegetatie – N dep. IIASA, Amann Bossen – zure dep. Semi-natural – zure dep. Opp. water – zure dep.

Overblijvende probleem gebieden in 2020, De rol van stikstof? 100% 20% 70% Gezondheid - PM Gezondheid + vegetatie – O3 Vegetatie – N dep. 40% 40% 40% Bossen – zure dep. Semi-natural – zure dep. Opp. water – zure dep.

EEA, 2005:

National Emission Ceilings (NEC)

Samenvatting Zure regen wordt veroorzaakt door emissies van met name SO2, NO, en NH3. Effecten van zure regen hangen sterk af van de gevoeligheid van het ecosysteem Depositie van reactief stikstof veroorzaken, naast zure regen, ook eutrofiëring Zure regen is redelijk onder controle, Eutrofiëring niet Er is een relatie met andere luchtkwaliteits- problemen, zoals fijn stof en ozonvorming