Governing processes for reactive nitrogen compounds in the European atmosphere

Reactive nitrogen (N_r) compounds have different fates in the atmosphere due to differences in the governing processes of physical transport, deposition and chemical transformation. N_r compounds addressed here include reduced nitrogen (NH_x: ammonia (NH₃) and its reaction product ammonium (NH⁺₄ )), oxidized nitrogen (NO_y: nitrogen monoxide (NO) + nitrogen dioxide (NO₂) and their reaction products) as well as organic nitrogen compounds (organic N). Pollution abatement strategies need to take into account the differences in the governing processes of these compounds when assessing their impact on ecosystem services, biodiversity, human health and climate. NOx (NO+NO₂) emitted from traffic affects human health in urban areas where the presence of buildings increases the residence time in streets. In urban areas this leads to enhanced exposure of the population to NO_x concentrations. NO_x emissions generally have little impact on nearby ecosystems because of the small dry deposition rates of NO_x. These compounds need to be converted into nitric acid (HNO₃) before removal through deposition is efficient. HNO₃ sticks quickly to any surface and is thereby either dry deposited or incorporated into aerosols as nitrate (NO^-₃). In contrast to NO_x compounds, NH₃ has potentially high impacts on ecosystems near the main agricultural sources of NH₃ because of its large ground-level concentrations along with large dry deposition rates. Aerosol phase NH⁺₄ and NO^-₃ contribute significantly to background PM_2.5 and PM₁₀ (mass of aerosols with an aerodynamic diameter of less than 2.5 and 10 µm, respectively) with an impact on radiation balance as well as potentially on human health. Little is known quantitatively and qualitatively about organic N in the atmosphere, other than that it contributes a significant fraction of wet-deposited N, and is present in both gaseous and particulate forms. Further studies are needed to characterise the sources, air chemistry and removal rates of organic N emissions.

Reactieve stikstofverbindingen (N_r) hebben verscheidene effecten in de atmosfeer en biosfeer vanwege verschillen in de belangrijkste transport- depositie- en chemische reactieprocessen . Tot de hier beschreven Nr-verbindingen behoren gereduceerde stikstof (NH_x: Ammonia (NH₃) en het reactieproduct ammonium (NH⁺₄)), geoxideerde stikstof (NO_y: stikstofmonoxide (NO)+, stikstofdioxide (NO₂) en hun reactieproducten) en organische stikstofverbindingen (organische N). Bij het ontwikkelen van strategieën om Nr vorming te verminderen moet er rekening gehouden worden met de verschillende sturende, achterliggende processen als er wordt gekeken naar de impact van deze verbindingen op ecosysteemdiensten, biodiversiteit, menselijke gezondheid en klimaat. NO_x (NO + NO₂), dat uitgestoten wordt door verkeer en een impact heeft op de menselijke gezondheid, blijft langer aanwezig naargelang er meer gebouwen in de omgeving zijn. In stedelijke gebieden leidt dit tot een verhoogde blootstelling aan NO_x-concentraties. NO_x-uitstoot heeft relatief weinig invloed op de nabijgelegen ecosystemen doordat er maar weinig droge depositie plaatsvindt. Deze verbindingen moeten worden omgezet naar salpeterzuur (HNO₃) voordat verwijdering door depositie efficiënt kan verlopen. HNO₃ plakt gemakkelijk aan elke oppervlakte en wordt daarmee óf droog gedeponeerd óf in de vorm van nitraat (NO^-₃) opgenomen in aerosolen. Door de hoge concentraties op grondniveau en de grote droge neerslagsnelheid heeft NH₃, in tegenstelling tot NO_x-verbindingen, een hoge potentiële impact op ecosystemen in de buurt van NH₃ uitstotende landbouwbedrijven. NH⁺₄ en NO^-₃ in de aerosolfase dragen significant bij aan de achtergrondconcentraties van PM_2,5 en PM₁₀ (afgescheiden massa’s van aerosolen met een aerodynamische diameter van respectievelijk 2,5 en 10 µm) met zowel een invloed op de stralingsbalans als potentieel de menselijke gezondheid. Er is weinig kwantitatief en kwalitatief bekend over organische N in de atmosfeer, behalve dat het significant bijdraagt aan natte N-depositie en aanwezig is in gasfase en in vaste fase als aerosolen. Verder onderzoek is nodig om de eigenschappen van de bronnen, de luchtchemie en verwijderingssnelheden van organische N in kaart te brengen.