น้ำฝนมีไนโตรเจนหรือไม่?

การเผาไหม้ถ่านหินและน้ำมันเบนซินทำให้เกิดไนโตรเจนออกไซด์ไอออน ซึ่งทำให้เกิดมลพิษทางอากาศและฝนกรด แต่ฝนปกติก็มีไนโตรเจนออกไซด์ด้วยเพราะมีก๊าซไนโตรเจนอยู่ในชั้นบรรยากาศ ฟ้าผ่าสามารถทำให้ก๊าซไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตไนโตรเจนออกไซด์ ซึ่งเป็นแหล่งไนโตรเจนตามธรรมชาติในฝนปกติ ไนโตรเจนหมุนเวียนไปทั่วระบบนิเวศทั่วโลก ตั้งแต่ก๊าซไนโตรเจนไปจนถึงแอมโมเนียไปจนถึงไนไตรต์และไนเตรต จากนั้นในที่สุดก็กลับสู่บรรยากาศเป็นก๊าซไนโตรเจน กิจกรรมของมนุษย์ เช่น โรงไฟฟ้าและรถยนต์ สามารถเพิ่มปริมาณไนโตรเจนที่ปล่อยสู่อากาศ และทำให้ปริมาณไนโตรเจนในน้ำฝนเพิ่มขึ้น

น้ำบริสุทธิ์มีค่า pH 7 ซึ่งหมายความว่าเป็นกลาง ไม่ใช่กรดหรือด่าง อย่างไรก็ตาม น้ำฝนธรรมชาติจะมีสภาพเป็นกรดเล็กน้อย โดยมีค่า pH อยู่ที่ 5.6 เนื่องจากส่วนของบรรยากาศนั้น ประกอบด้วยเมฆ นอกจากนี้ยังมีคาร์บอนไดออกไซด์ ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ และไนโตรเจนไดออกไซด์ ซึ่งรวมตัวกับน้ำให้เกิดเป็น กรด ก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศ (N2) ถูกฟ้าผ่าโดยฟ้าผ่ากลายเป็นไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ซึ่งทำปฏิกิริยากับออกซิเจน (O2) เพื่อให้ได้ก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) จากนั้น NO2 ทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างกรดไนตริก (HNO3) ดังนั้นน้ำฝนจึงมีไนโตรเจนในรูปของกรดไนตริก

ไนโตรเจนยังได้รับน้ำฝนจากมลพิษทางอากาศที่พื้นผิว การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลในรูปของถ่านหินและน้ำมันเบนซินทำให้เกิดไนไตรต์ (NO2-) และไนเตรต (NO3-) ไอออน เมื่ออุณหภูมิเผาไหม้เกิน 538 องศาเซลเซียส ไนโตรเจนและออกซิเจนจะรวมกันมาจากไนโตรเจนออกไซด์ ไอออนไนไตรต์และไนเตรตเข้าสู่บรรยากาศและทำปฏิกิริยากับไอน้ำจนกลายเป็นกรดไนตรัสหรือกรดไนตริกตามลำดับ กรดเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของสาเหตุที่ทำให้เกิดฝนกรด ซึ่งทำลายทรัพย์สินและเป็นอันตรายต่อพืช

กิจกรรมของมนุษย์ทำให้เกิดไนไตรต์และไนเตรตไอออนจำนวนมากที่เข้าสู่บรรยากาศเพื่อทำให้เกิดฝนกรด แหล่งที่มาหลักคือการเผาไหม้ถ่านหินที่โรงไฟฟ้าและน้ำมันเบนซินในรถยนต์ โรงไฟฟ้าในแถบมิดเวสต์ของอเมริกาปล่อยไนโตรเจนออกไซด์หลายล้านตันขึ้นไปในอากาศทุกปี ไนโตรเจนออกไซด์ในอากาศไม่เพียงแต่ทำให้เกิดฝนกรดที่ทำลายพืชผักเท่านั้น แต่ยังเข้าสู่แม่น้ำและทะเลสาบด้วยฝนกรดที่ไหลบ่าเข้ามาและทำหน้าที่เป็นปุ๋ยซึ่งทำลายสมดุลของระบบนิเวศ

ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในสิ่งมีชีวิต และมีการหมุนเวียนตามธรรมชาติทั่วทั้งระบบนิเวศ วัฏจักรไนโตรเจนทำให้ก๊าซไนโตรเจน (N2) ในบรรยากาศอยู่ในรูปแบบที่ชีวภาพสามารถหาได้จากสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถตรึงไนโตรเจนได้ แบคทีเรียตรึงไนโตรเจนในดินและรากพืชจะเปลี่ยนก๊าซ N2 เป็นแอมโมเนีย จากนั้นแบคทีเรียไนตริไฟริ่งจะเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนไตรต์และไนเตรต พืชดูดซับแอมโมเนียและไนโตรเจนออกไซด์ไอออนในโครงสร้างซึ่งสัตว์บริโภค เมื่อสัตว์เหล่านี้ตายและสลายตัว แอมโมเนีย (NH3) ในร่างกายของพวกมันจะถูกปล่อยกลับคืนสู่ดิน สุดท้ายนี้ แบคทีเรียดีไนตริไฟดิ้งจะเปลี่ยนไนไตรต์และไนเตรตกลับเป็นก๊าซไนโตรเจน และทำให้ไนโตรเจนกลับเข้าสู่บรรยากาศอีกครั้ง