Avaluació de la deposició de nitrogen atmosfèric a Europa

Abstract

Emissions of reactive nitrogen to the atmosphere from anthropogenic sources have accelerated the natural biogeochemical cycle of nitrogen, generating a cascade of harmful effects to the environment, such as eutrophication and acidification of ecosystems. Various international organizations have recently launched policies to reduce emissions of nitrogen oxides and ammonium, among other air pollutants. In this context, air quality models are especially important in order to assist the strategic decision-making to reduce pollution. In this thesis, the deposition of atmospheric reactive nitrogen in Europe has been evaluated based on the results of an annual simulation (corresponding to the year 2016) performed with the atmospheric chemistry model MONARCH.Firstly, the validity of the simulation to represent the deposition of atmospheric nitrogen has been verified, based on the evaluation of the concentration of main air pollutants (nitrogen dioxide, tropospheric ozone and fine particulate matter) simulated by the MONARCH model and the comparison of the simulation of nitrogen deposition with other chemistry transport models. Nitrogen compounds reach the atmosphere from both natural and anthropogenic sources. Once in the atmosphere, nitrogen species undergo a series of physical and chemical transformations before being subject to dry deposition, mainly in the form of gases, or wet deposition, mainly in the form of aerosols. The analysis of the geographical distribution of the simulated nitrogen deposition shows that it is unevenly distributed on the European surface (hot spots of deposition can bemainlyfound in Central Europe and northern Italy) and variably through the year (especially in the case of reduced species, which show a peak of deposition during the spring probably due to soil fertilization). Reduced nitrogen is the predominant oxidation state of deposited nitrogen in Europe. This fact is attributed by several authors to the greater number of environmental policies aimed to reduce the emission of nitrogen oxides. Finally, the assessment of areas vulnerable to excessive deposition of nitrogen as a nutrient showspotential risks in Central Europe, especially in the northern part. However, it should be considered that this assessment is performed at large-scale and, therefore, adequate to identify habitats with the highest probabilities of eutrophication problems in general. The assessment of smaller areas would improve the spatial resolution of the analysis and characterize the habitats with greater degree of detail.

Las emisiones a la atmosfera de nitrógeno reactivo de origen antropogénico han acelerado el ciclo biogeoquímico natural del nitrógeno, produciendo una serie de efectos en cascada perjudiciales para el medio ambiente, como la eutrofización i la acidificación de ecosistemas. Diversos organismos gubernamentales han puesto en marcha durante los últimos años políticas para la reducción de las emisiones de óxidos de nitrógeno y amonio, entre otros contaminantes atmosféricos. En este contexto, los modelos de calidad del aire tienen especial importancia para asistir en la toma de decisiones estratégicas para reducir la contaminación. En este trabajo, se ha evaluado la deposición de nitrógeno reactivo atmosférico en Europa a partir del resultado de una simulación anual (correspondiente al año 2016), realizada con el modelo de química atmosférica MONARCH.En primer lugar, se ha comprobado la validez de la simulación para representar la deposición de nitrógeno atmosférico, a partir de la evaluación de la concentración de dióxido de nitrógeno, ozono troposférico y material particulado menor a 2,5 μm simulada con el modelo MONARCH y la comparación de la simulación de la deposición decompuestos nitrogenados con otros modelos de transporte químico.Los compuestos de nitrógeno llegan a la atmósfera desde fuentes tanto naturales como antropogénicas. Una vez en la atmosfera, las especies son sometidas a un seguido de transformaciones físicas y químicas antes de depositar de forma seca, principalmente en forma de gases, o de forma húmeda, principalmente en forma de aerosoles. El análisis de la distribución geográfica de la simulación de la deposición de nitrógeno atmosférico muestra que se distribuye de manera desigual en la superficie europea (localizándose los puntos calientes de deposición principalmente en Europa Central y al norte de Italia) y de manera variable al largo del año (sobre todo en el caso de las especies reducidas, las cuales muestran un pico de deposición durante la primavera seguramente a causa de la fertilización de suelos). El estado de oxidación predominante en la deposición de nitrógeno en Europa es el reducido, lo cual diversos autores atributen al mayor número de políticas ambientales orientadas a la reducción de la emisión de óxidos de nitrógeno.

Les emissions a l’atmosfera de nitrogen reactiu d’origen antropogènic han accelerat el cicle biogeoquímic natural del nitrogen, produint una sèrie d’efectes en cascada perjudicials per al medi ambient, com ara l’eutrofització i l’acidificació d’ecosistemes. Diversos organismes internacionals han posat en marxa durant els darrers anys polítiques per reduir les emissions d’òxids de nitrogen i amoni, entre altres contaminants atmosfèrics. En aquest context, els models de qualitat de l’aire prenen especial importància per assistir a la presa de decisions estratègiques per reduir la contaminació. En aquest treball, s’ha avaluat la deposició de nitrogen reactiu atmosfèric a Europa a partir dels resultats d’una simulació anual (corresponent a l’any 2016) produïda amb el model de química atmosfèrica MONARCH. En primer lloc, s’ha comprovat la validesa de la simulació per representar la deposició de nitrogen atmosfèric, a partir de l‘avaluació de la concentració de diòxid de nitrogen, ozó troposfèric i material particulat menor a 2,5 μm simulada pel model MONARCH i la comparació de la simulació de la deposició de compostos nitrogenats amb altres models de transport químic. Els compostos de nitrogen arriben a l’atmosfera des de fonts tant naturals com antropogèniques. Un cop a l’atmosfera, les espècies són sotmeses a un seguit de transformacions físiques i químiques abans de depositar de forma seca, principalment en forma de gasos, o de forma humida, principalment en forma d’aerosols. L’anàlisi de la distribució geogràfica de la simulació de la deposició de nitrogen atmosfèric mostra que es distribueix de manera desigual a la superfície europea (trobant punts calents de deposició principalment a l’Europa Central i al nord d’Itàlia) i de manera variable al llarg de l’any (sobretot en el cas de les espècies reduïdes, les quals mostren un pic de deposició durant la primavera segurament a causa de la fertilització dels sòls). L’estat d’oxidació predominant de la deposició de nitrogen a Europa és el reduït, la qual cosa diversos autors atribueixen al major nombre de polítiques ambientals orientades a la reducció de l’emissió d’òxids de nitrogen. Finalment, l’avaluació de les zones vulnerables a l’eutrofització per la deposició excessiva de nitrogen com a nutrient mostra potencials riscos a Europa Central, sobretot a la part nord. No obstant això, cal tenir en compte que aquesta avaluació és a gran escala i, per tant, adequada per a identificar els hàbitats amb les probabilitats més elevades de patir problemes per eutrofització de manera general. L’avaluació de zones menys extenses permetria millorar la resolució espacial de l’anàlisi i caracteritzar els hàbitats amb un major grau de detall.