Việc thải ra khí cacbonic, nhiệt độ Trái Đất tăng lên, băng tan và khí hậu thất thường luôn có mặt trong những bản tin hằng ngày. Nhưng có phải sự quan tâm của chúng ta đến khí cacbonic đã che mắt chúng ta trước sự đe dọa của một tác nhân nguy hiểm hơn? Thủ phạm gây ra hiện tượng ấm lên toàn cầu chính là Nitơ và việc xem nhẹ nó sẽ dẫn đến những thiệt hại rất lớn tới cả sức khoẻ của con người lẫn môi trường.
Khí nitơ trong thiên nhiên
Nitơ là một khí thiết yếu của cuộc sống. Thực vật, động vật và vi khuẩn, tất cả đều sử dụng Nitơ (trong các amino acid, thành phần cấu tạo nên protein – chất đạm). Protein không chỉ cho phép chúng ta phát triển và hoạt động mà chúng còn hình thành cơ sở của hầu hết mọi phản ứng hoá học trong cơ thể con người. Nguồn Nitơ chính của chúng ta là từ khí quyển, nơi mà chúng hiện diện dưới dạng khí Nitơ (N2), còn gọi là đạm khí. Tuy nhiên ở dạng khí, Nitơ rất trơ và chỉ một số lượng nhỏ sinh vật có thể sử dụng nó. Quá trình tự nhiên của việc sử dụng khí nitơ và chuyển hoá nó thành những hợp chất hữu dụng (có ích) gọi là cố định đạm, và được thực hiện bởi vi khuẩn cố định đạm (và thỉnh thoảng là sấm sét). Khả năng kết hợp hay cố định nitơ là đặc trưng quan trọng của công nghiệp hóa chất hiện đại, trong đó Nitơ (cùng với khí thiên nhiên) được chuyển hóa thành amôniắc (phương pháp Haber).
Ammoniac về mặt sinh học dễ tiếp cận hơn khí Nitơ và được sử dụng bởi vi khuẩn nitrat hoá để tạo thành các anion nitrit (NO2-) và sau đó là nitrat (NO3-). Những ion nitrat này là dạng Nitơ mà thực vật có thể hấp thụ được, và như thế tức là dạng đưa Nitơ vào chuỗi thức ăn của chúng ta. Nhưng nếu toàn bộ lượng Nitơ trong khí quyển rốt cuộc đều bị hấp thụ bởi động vật và thực vật thì chắc chắn sẽ có sự thiếu hụt Nitơ. May thay có những vi khuẩn có khả năng khử Nitơ nhằm hoàn thành chu trình tự nhiên của Nitơ và chuyển hoá nó thành chất khí N2.
Chu trình này một cách tự nhiên được điều chỉnh bởi tốc độ mà vi khuẩn có thể chuyển hoá một hợp chất này thành một hợp chất khác và bởi số lượng vi khuẩn có sẵn trong đất. Trước đây, việc này dẫn đến một giới hạn tự nhiên của Nitơ trong tự nhiên, điều này dẫn đến việc luôn tồn tại một ngưỡng nitơ nhất định trong tầng sinh quyển. Tuy nhiên sự tiến bộ kỹ thuật đã đột ngột làm tăng giới hạn tự nhiên này lên, và những hậu quả của nó đã có ảnh hưởng sâu rộng. Vậy chuyện gì đã xảy ra?
Các vi khuẩn lấy Nitơ từ không khí và chuyển đổi thành những hỗn hợp mà thực vật và động vật có thể sử dụng được.
Nguyên nhân của việc lượng Nitơ tăng quá cao (thừa Nitơ)
Sự khởi đầu của cuộc cách mạng công nghiệp đã báo trước một sự thay đổi nghiêm trọng làm ảnh hưởng lớn đến sự cân bằng Nitơ. Việc đốt cháy những nguyên liệu dưới lòng đất như than đá, dầu mỏ với qui mô lớn đã giải phóng những lượng lớn Nitơ oxit (bao gồm cả đinitơ oxit hay N2O). Điều này trở nên nghiêm trọng hơn khi Thế chiến I diễn ra, với sự phát triển của quá trình Haber-Bosch (quá trình điều chế NH3 từ khí N2 mà không có sự tham gia của vi khuẩn cố định đạm nói trên). Lượng khí ammonia được sản xuất trở thành một nguồn tài nguyên đáng kể và được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất những thứ phân bón rẻ tiền cho hoa màu. Việc đốt rừng làm rẫy cũng như sản xuất nylon cũng góp phần đáng kể vào sự gia tăng lương Nitơ. Tuy nhiên, tầm quan trọng của nông nghiệp trên thế giới khiến chúng ta phân vân về việc có nên dừng điều chế Nitơ nhân tạo hay không? Tại sao chúng ta lại muốn quay trở lại giới hạn tự nhiên của chu trình Nitơ?
Tại sao chúng ta cần phải lo lắng?
Có hai đối tượng chính chịu ảnh hưởng xấu của các hợp chất của N: môi trường và sức khoẻ con người. Khi khí đinitơ oxit (N2O) lên đến tầng bình lưu và phá huỷ tầng ozone, dẫn đến sự gia tăng lượng bức xạ cực tím, gây ung thư da và đục thuỷ tinh thể. Trớ trêu thay khi N2O ở gần mặt đất nó có thể tạo thành ozone, từ đó tạo thành sương mù vào những ngày nắng nóng và không có gió. Sương mù đó gây ra các bệnh đường hô hấp, phá hoại buồng phổi, tăng nguy cơ ung thư cũng như làm giảm sức đề kháng của con người. Nitơ oxit cũng hòa tan hơi nước trong không khí và tạo thành mưa acid, bào mòn đá, các vật dụng bằng kim loại cũng như nhà cửa. Năm 1967 một cây cầu trên sông Ohio bị sập do mưa acid, khiến 46 người chết. Không chỉ thế, ngay đến con người, thực vật (bao gồm cả cây trồng của chúng ta) cũng gặp nguy hiểm. Mối liên hệ giữa mưa acid, bệnh Alzheimer và các vấn đề về não bộ đã được nhiều nhà khoa học lưu ý. Vậy tóm lại, đây là tin xấu !
Còn nhiều vấn đề khác nữa. Việc lạm dụng phân bón hoa màu cũng như các hợp chất của nitơ để nuôi gia súc đã dẫn đến một lượng lớn nitơ chảy vào trong các ao hồ. Hậu quả là tảo phát triển mạnh ngoài sự kiểm soát nhờ vào “dòng lũ” Nitơ này, lấy hết nguồn oxy trong nước và lấp đi ánh sáng mặt trời, làm tôm cá chết ngạt và ngăn cản quá trình quang hợp ở các thực vật sống dưới nước. Đáng lo ngại là lượng Nitơ ở hồ tại Na uy đã tăng lên gấp đôi trong 10 năm qua và ở Bắc Âu người ta đang thải ra lượng nitơ với tốc độ gấp 100 lần tự nhiên. Tương lai của những cái hồ này xem ra vô cùng u ám.
Quay trở lại với đất, lượng nitơ trong đất tăng cũng khiến một số loài thực có thể thắng thế hơn so với số còn lại. Sự “phục vụ” này có thể giúp chúng lợi dụng số Nitơ thừa để phát triển một cách nhanh chóng, và điều này hiển nhiên số phận của những loài khác sẽ trở nên tăm tối vì mất đi nhiều nguồn tài nguyên. Các loài thực vật khác dần dần biến mất (tuyệt chủng), ảnh hưởng đến các loài động vật, côn trùng, chim muông ăn các loài này để sống. Đây chính là hiện tượng đã khiến cho nhiều khu rừng ở Hà Lan trở nên khan hiếm các chủng loại động thực vật.
Cuối cùng, nitơ oxit cũng gây ra hiện tượng trái đất nóng dần lên. Dù nồng độ nitơ oxit trong không khí ít hơn đáng kể so với nồng độ CO2, mối nguy hại tiềm tàng do chúng gây ra làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và môi trường lại nhiều gấp 300 lần. Vậy chúng ta có thể làm gì?
Fri Apr 17, 2009 8:40 am