കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനം  എന്ന് കേൾക്കുമ്പോൾ  നമ്മുടെ മനസ്സിലുണ്ടാകുന്ന ഒരു സങ്കൽപം,  കാലം തെറ്റിയ പേമാരിയും  ആഗോള താപനവും അന്തരീക്ഷ മലിനീകരണവും   ഫാക്ടറികളുടെയും വാഹനങ്ങളുടെയും പുക തുപ്പുന്ന കുഴലുകളും ഒക്കെയാവും. ഹരിതഗൃഹ വാതകങ്ങളിൽ ഏറിയ അംശവും കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് ആയതുകൊണ്ട്  ‘ആസ്ഥാന  വില്ലൻ’ പട്ടം എക്കാലവും കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനാണ്. മനുഷ്യന്റെ ഇടപെടലുകൾ മൂലമുണ്ടായ കാർബൺ ഉത്സർജനത്തിന്റെ വർധിച്ച നിരക്ക് കുറച്ചു കൊണ്ടുവരാൻ  ലോകരാജ്യങ്ങൾ  കാർബൺ ഉത്സർജന നയരൂപീകരണങ്ങളിലൂടെയും  ശാസ്ത്രലോകം ഗവേഷണങ്ങളിലൂടെയും ഈ ഇരുപത്തൊന്നാം നൂറ്റാണ്ടിൽ കിണഞ്ഞു പരിശ്രമിച്ചു കൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. അതുകൊണ്ടു തന്നെ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിന് മുഖ്യധാരാ കാലാവസ്ഥാ വ്യതിയാനം സംബന്ധിച്ച ഉച്ചകോടികളിലും ചർച്ചകളിലും അനുബന്ധ ഗവേഷണങ്ങളിലും  വലിയ അപ്രമാദിത്തമാണുള്ളത്.

കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് വേണ്ടുവോളം പരിഗണിക്കപ്പെട്ടപ്പോൾ, പാർശ്വവൽക്കരിക്കപ്പെട്ട, ചെറിയ തോതിൽ ഉത്സർജിക്കപ്പെടുന്ന മറ്റു സംയുക്തങ്ങളുടെ  നിലവിലെ സ്ഥിതിയെക്കുറിച്ച് ചിന്തിച്ചിട്ടുണ്ടോ? ഈ തിരക്കുപിടിച്ച ജീവിതത്തിനിടയിൽ ഇതൊക്കെ ചിന്തിക്കാൻ ആർക്കുണ്ട് നേരം, അല്ലെ? പറഞ്ഞു വരുന്നത്, നൈട്രജനെ കുറിച്ചാണ്. ഹരിതഗൃഹ വാതകങ്ങളുടെ സ്ഥിരം ലിസ്റ്റിൽ അനുപാതം കുറവുള്ള, ചിരിപ്പിക്കുന്ന വാതകം എന്നറിയപ്പെടുന്ന നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് ഉണ്ടെങ്കിലും കേവലം  നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് ഉത്സർജനത്തിൽ  ഒതുങ്ങി നിൽക്കുന്നതല്ല നൈട്രജന്റെ പങ്ക് . യഥാർത്ഥത്തിൽ, നൈട്രജൻ  കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനേക്കാൾ പാരിസ്ഥിതിക ആഘാതം സൃഷ്ടിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്. നഞ്ചെന്തിനാ നന്നാഴി? എന്ന് പറയുന്നതുപോലെ.

ആഗോള കാർബൺ ചക്രം അസന്തുലിതമായ അതേ തോതിൽ നൈട്രജൻ ചക്രവും അസന്തുലിതമാക്കപ്പെട്ടു എന്നതാണ് വസ്തുത. എന്നാലോ,  വളരെ കുറച്ചു ചർച്ചകളും നയരൂപീകരണങ്ങളുമേ നൈട്രജൻ പാദമുദ്ര (nitrogen footprint) സംബന്ധിച്ച്  നടക്കുന്നുള്ളൂ. നൈട്രജൻ ചക്രത്തിൽ മനുഷ്യന്റെ ഇടപെടലുകൾ കാർബണിലെന്ന പോലെ ഒറ്റ നോട്ടത്തിൽ  ഗ്രഹിക്കാൻ കഴിയില്ല. കുറച്ചു കൂടി സങ്കീർണമാണത്. നമ്മുടെ കണ്ണിൽ പ്രത്യേകിച്ച് ഉപദ്രവകാരിയൊന്നുമല്ലാത്ത, നിറമോ മണമോ ഒന്നുമില്ലാത്ത ഒരു വാതകമാണ് ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിൽ 78 ശതമാനം അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന നൈട്രജൻ. മാത്രവുമല്ല നമ്മുടെ ശരീരത്തിലെ അമിനോ ആസിഡുകൾ, പ്രോട്ടീനുകൾ , ഡി എൻ എ മുതലായവയുടെ ഘടനയിൽ നിർണായക പങ്കുള്ള മൂലകം കൂടിയാണ് നൈട്രജൻ. ക്രിയാശീലത വളരെ കുറവുള്ള നൈട്രജൻ തന്മാത്രയിൽ (N₂ ) രണ്ട് നൈട്രജൻ ആറ്റങ്ങൾ ബന്ധിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നത് ശക്തമായ ത്രിബന്ധനത്തിലൂടെയാണ് (N≡N). അതിനാൽ തന്നെ ഇത്രയധികം നൈട്രജൻ നമുക്കുചുറ്റും ഉണ്ടെങ്കിലും N₂ എന്ന അവസ്ഥയിൽ ജീവജാലങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമായ നൈട്രജൻ നേരിട്ട്  ആഗിരണം ചെയ്യുക സാധ്യമല്ല. എങ്ങനെയെങ്കിലും  ഈ രാസ ബന്ധനത്തിന്റെ ശക്തി കുറച്ചേ പറ്റൂ. ഇതിന് പ്രകൃതി കണ്ടുപിടിച്ച വഴിയാണ് പയറുചെടികളുടെ  വേരുകളിലും മറ്റുമുള്ള ബാക്ടീരിയകളുടെ സഹായമുപയോഗിച്ചുള്ള നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരണ പ്രക്രിയ (ഇതിനു ഏറ്റവും സഹായകരമായ പ്രതിഭാസമാണ് ഇടിമിന്നൽ) . ഇതിലൂടെ അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ ജീവജാലങ്ങൾക്ക് ആഗിരണം ചെയ്യാൻ പാകത്തിൽ  ക്രിയാശീലമുള്ള അമോണിയ, നൈട്രേറ്റ്, നൈട്രൈറ്റ്  മുതലായ സംയുക്തങ്ങളാക്കി മാറ്റാൻ സാധിക്കും.  ഇത്രയുമാകുമ്പോൾ നൈട്രജൻ ചക്രത്തിന്റെ ഒരുഭാഗമേ ആയുള്ളൂ. ചക്രം പൂർത്തിയാക്കണമെങ്കിൽ തിരിച്ച് നൈട്രജനെ വാതകമായി അന്തരീക്ഷത്തിലെത്തിക്കണം. അതിനും നമ്മുടെ പ്രകൃതിയിൽ സഹായികളുണ്ട് , മേല്പറഞ്ഞ പ്രക്രിയയുടെ വിപരീത  പ്രവർത്തനം ചെയ്യുന്ന ബാക്ടീരിയകൾ, അതായത് നൈട്രജനടങ്ങിയ സംയുക്തങ്ങളെ തിരിച്ച്നൈ ട്രജൻ വാതകമാക്കുന്ന ബാക്ടീരിയകൾ. അങ്ങനെ ഈ രണ്ടുതരം പ്രക്രിയകളിലൂടെയാണ്  നൈട്രജൻ ചക്രം പ്രവർത്തിക്കുന്നത്. മനുഷ്യരുടെ ഇടപെടലുകളില്ലെങ്കിൽ ഈ ചക്രം സുഗമമായങ്ങനെ മുന്നോട്ടു പോകും. 

ഹേബർ പ്രക്രിയ വിപ്ലവം 

മനുഷ്യർ വ്യാപകമായി കൃഷിയാരംഭിച്ചതോടെ നൈട്രജൻ അടങ്ങിയ സംയുക്തങ്ങൾക്ക് വലിയ ആവശ്യകതയുണ്ടായി. പച്ചിലവളങ്ങളുപയോഗിച്ചാൽ വിലയുല്പാദനം വർധിക്കുന്നതായും അതിൽ തന്നെ വിളപര്യയം വഴി ഇടക്കാലത്തു പയറുചെടികൾ കൃഷിചെയ്യുന്നത് ഗുണഫലമുണ്ടാക്കുമെന്നും മനസ്സിലാക്കി. ജനസംഘ്യാനുപാതികമായി കൃഷിയുടെ തോത് വർധിച്ചതോടെ നൈട്രജൻ സംയുക്തങ്ങളുടെയും ആവശ്യകത വർധിച്ചു. പ്രകൃതിയെ മാത്രം ആശ്രയിച്ച് കൃഷി ചെയ്യുന്നത് എളുപ്പമല്ലാതായതോടെ വ്യാവസായികമായി അന്തരീക്ഷ നൈട്രജനെ എങ്ങനെ അമോണിയയും നൈട്രേറ്റുമൊക്കെ ആക്കിമാറ്റാമെന്നുള്ള  ശാസ്ത്ര ഗവേഷണങ്ങൾ ആരംഭിച്ചു. ഇരുപതാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ തുടക്കത്തിൽ ജർമൻ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ ഫ്രിറ്റ്സ് ഹേബറും കാൾ ബോഷും ചേർന്ന് വ്യാവസായികമായി നൈട്രജനെ അമോണിയയാക്കി മാറ്റാനുള്ള കാര്യക്ഷമമായ  രാസപ്രക്രിയയായ ഹേബർ പ്രക്രിയ കണ്ടുപിടിച്ചു.    ഹേബർ പ്രക്രിയയിൽ നൈട്രജനും ഹൈഡ്രജനും ചേർന്ന് ഇരുമ്പ് ഉൽപ്രേരകത്തിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ അമോണിയ ആണ് ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത് (രാസ സമവാക്യം താഴെ). 

N₂ (g) + 3 H₂ (g) <—> 2 NH₃ (g)

ഹേബർ പ്രക്രിയയിലൂടെ നൈട്രജനടങ്ങിയ രാസവളങ്ങൾ വലിയ തോതിൽ ഉല്പാദിപ്പിക്കാൻ സാധിച്ചതോടെ വിളയുല്പാദനം പലമടങ്ങു വർധിച്ചു .ഇതുവഴി കാർഷിക രംഗം അഭിവൃദ്ധിപ്പെട്ടതോടെ ലോകം ആഘോഷിച്ച ഒരു കണ്ടുപിടുത്തമായി ഹേബർ പ്രക്രിയ മാറി. ആഗോള ഭക്ഷ്യസുരക്ഷ  ഉറപ്പുവരുത്തുന്നതിലും ലോകത്തിന്റെ പട്ടിണി മാറ്റുന്നതിലും  വലിയ പങ്കു വഹിച്ചു. ഹേബർ പ്രക്രിയയുടെ ഒരു അനന്തര ഫലമാണ് ജനസംഘ്യാ വിസ്ഫോടനം എന്ന് കാനഡയിലെ മാനിറ്റോബ സർവകലാശാലയിലെ വാട്സലാഫ് സ്‌മൈൽ എന്ന ഒരു ശാസ്ത്രഞ്ജൻ കൗതുകകരമായ ഒരു പഠനക്കുറിപ്പ് ഇതുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് പ്രസിദ്ധീകരിക്കുകയുണ്ടായി.”ഡിറ്റണേറ്റർ ഓഫ് പോപുലേഷൻ എക്സ്പ്ലോഷൻ” എന്ന തലക്കെട്ടിലാണ്  1999 ൽ നേച്ചർ മാസികയിൽ ഇത് പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടത്. നൈട്രജൻ അടങ്ങിയ രാസവള ഉപഭോഗം 1961ൽ  11 മില്യൺ ടൺ ആയിരുന്നത്  2014ൽ  108 മില്യൺ ടൺ ആയി വർധിച്ചു.  ഇന്നും അമോണിയയുടെ വ്യവസായികോല്പാദനത്തിന്  പ്രധാനമായും  ഹേബർ പ്രക്രിയയെയാണ് ആശ്രയിക്കുന്നത്.  

ഹേബർ പ്രക്രിയ മനുഷ്യരാശിക്ക് വലിയ സംഭാവനയാണ് നൽകിയതെങ്കിലും പാരിസ്ഥിതികമായി ഈ പ്രക്രിയയ്ക്ക് ചില ദൂഷ്യ വശങ്ങളുണ്ട്. പ്രധാനമായി, ഈ പ്രക്രിയയിൽ നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരണം  നടക്കുന്നത്  അന്തരീക്ഷോഷ്മാവിലോ അന്തരീക്ഷ മർദ്ദത്തിലോ അല്ല എന്നുള്ളത് തന്നെ . 450 ഡിഗ്രി താപവും അന്തരീക്ഷോഷ്മാവിന്റെ 200 മടങ്ങ് മർദ്ദവും ഈ പ്രക്രിയക്കാവശ്യമാണ്. അതിനാൽ വലിയ അളവിൽ ഊർജം ആവശ്യം വരുന്നുണ്ട് . ഇതിനു ആശ്രയിക്കുന്നതോ ഫോസിൽ ഇന്ധനങ്ങളെയും. അപ്പോൾ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് ഉത്സർജനം ഇതിന്റെ കൂടപ്പിറപ്പാണെന്ന് പ്രത്യേകം പറയേണ്ടതില്ലല്ലോ. ഇതിന് പുറമെ ഹേബർ പ്രക്രിയയുടെ അഭികാരകളിലൊന്നായ ഹൈഡ്രജൻ നിർമ്മിക്കുന്നത് പ്രധാനമായും മീഥേൻ വാതകത്തിന്റെ സ്റ്റീo റീഫോർമേഷൻ വഴിയാണ്. ഇതിനും പ്രത്യാഘാതങ്ങളുണ്ട്, പ്രത്യേകിച്ച് മീഥേനിന്റെ കൈകാര്യത്തിൽ.

നൈട്രജൻ സമസ്യയും പഠനങ്ങളും 

അധികമായുല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന അമോണിയ നൈട്രജൻ ചക്രത്തിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥയെ സാരമായി ബാധിക്കുന്നുണ്ട്. ഇത്രയധികം നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരിച്ചു അമോണിയയാക്കുമ്പോൾ തിരിച്ചുള്ള പ്രവർത്തനത്തിലൂടെ അത്രയും നൈട്രജൻ അന്തരീക്ഷത്തിലെത്തുന്നുണ്ടോ എന്ന ചോദ്യം ഉയരുന്നുണ്ട് . ഇല്ല എന്ന് തന്നെയാണ് ഉത്തരം. മാത്രവുമല്ല അമോണിയയും മറ്റു നൈട്രജൻ വളങ്ങളും ജീവജാലങ്ങൾ 100 ശതമാനവും ആഗിരണം (Nitrogen uptake efficiency) ചെയ്യുമോ, ആഗിരണം ചെയ്യുന്നതിന്റെ 100 ശതമാനവും ഉപയോഗപ്പെടുത്താനുള്ള ശേഷിയുണ്ടോ (Nitrogen use efficiency) എന്നീ ചോദ്യങ്ങളും ഉണ്ട്. എന്നാൽ ഇത് രണ്ടും 50 ശതമാനത്തിൽ താഴെ മാത്രമേ വരുന്നുള്ളു എന്നതാണ് വസ്തുത. ഇങ്ങനെ നോക്കുമ്പോൾ സ്വാഭാവികമായും നൈട്രജൻ ചക്രം വലിയ തോതിൽ താറുമാറാക്കപ്പെടുന്നുണ്ട് എന്ന് കരുതാവുന്നതാണ്.   മനുഷ്യൻ്റെ സർവ ഇടപെടലുകൾക്കും അവയുടെ പരിണതഫലങ്ങൾക്കും ഭൂമിക്ക് ഉൾക്കൊള്ളാവുന്ന, ഒരു പരിധിയുണ്ട്. പ്ലാനെറ്ററി ബൗണ്ടറി (planetary boundary ) എന്നാണ് ഈ പരിധിയെ പറയുന്നത്. ഈ പരിധിക്കുള്ളിൽ നിന്നുകൊണ്ട് മനുഷ്യന്  ഭൂമിക്ക്  സുരക്ഷിതമായ രീതിയിൽ ഭൂമിയിന്മേൽ ഇടപെടലുകൾ നടത്താം എന്നാണ്  ആശയം. പ്രധാനമായും ഒമ്പത് ഘടകങ്ങൾ ആണ് പ്ലാനെറ്ററി ബൗണ്ടറിയുടെ കാതൽ. നൈട്രജൻ , ഫോസ്ഫറസ് ചക്രത്തിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥ ( മനുഷ്യാവശ്യത്തിനായി ഉപയോഗപ്പെടുത്തിയ അന്തരീക്ഷ നൈട്രജന്റെ അളവിനാലും, സമുദ്രത്തിലേക്കുള്ള ഫോസ്ഫറസ്  ഒഴുക്കിന്റെ അളവിനാലും നിർണയിക്കപ്പെടുന്നത്) , കാലാവസ്ഥ വ്യതിയാനം( അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനാലും ആഗോള ഊർജ ഉപഭോഗത്തിനാലും നിയന്ത്രിക്കപ്പെടുന്നത്), സമുദ്രങ്ങളുടെ അമ്ലവത്കരണം (കാർബണേറ്റ് അയോണിന്റെ ഗാഢതയാൽ നിശ്ചയിക്കപ്പെടുന്നത്),സ്ട്രാറ്റോസ്ഫിയറിലെ ഓസോൺ ശോഷണം (ഓസോണിന്റെ അളവിനാൽ നിർണയിക്കപ്പെടുന്നത്), അന്തരീക്ഷത്തിലെ ഏറോസോളുകളുടെ( ഖരത്തിന്റെയോ ദ്രാവകത്തിന്റെയോ സൂക്ഷ്‌മകണികകള്‍ ഒരു വാതകത്തില്‍ തങ്ങി നില്‍ക്കുന്ന അവസ്ഥ) അളവ്, ശുദ്ധജല ഉപഭോഗം, ഹിമരഹിത കരഭാഗങ്ങളെ കൃഷിഭൂമിയാക്കി പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നതിന്റെ അളവ്,ജൈവവൈവിദ്ധ്യത്തിലെ കുറവിന്റെ നിരക്ക്,രാസമലിനീകരണം എന്നിവയാണവ. പ്ലാനെറ്ററി ബൗണ്ടറിയുടെ പ്രധാന ഘടകങ്ങളിൽ നൈട്രജൻ ചക്രം ഉൾപെടുന്നതുകൊണ്ട് അതിന്റെ സന്തുലിതാവസ്ഥ പരിപാലിക്കുന്നതിന്‌ മറ്റു ഘടകങ്ങളുടെയത്രതന്നെ വലിയ പ്രസക്തിയുണ്ട് എന്ന് സാരം. പ്ലാനെറ്ററി ബൗണ്ടറി ആശയപ്രകാരം,  പ്രതിവർഷം പരമാവധി 62 മില്യൺ ടൺ  നൈട്രജൻ മാത്രമേ സ്ഥിതീകരിക്കാൻ പാടുകയുള്ളു. ഇന്ന് പ്രതിവർഷം 300 മില്യൺ ടൺ  നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരിക്കപ്പെടുന്നുണ്ടെന്നാണ് ഏകദേശക്കണക്ക്. ഇതിൽ പ്രകൃത്യാലുള്ളതും വ്യാവസായികമുള്ളതും പെടും. എന്നാൽ, തിരിച്ച് അന്തരീക്ഷത്തിലെത്തുന്നതിന്റെ അംശം 50 ശതമാനത്തിൽ താഴെ മാത്രമേ വരുന്നുള്ളൂ. 

നൈട്രജൻ മലിനീകരണത്തെ പറ്റി പതിറ്റാണ്ടുകളായി  ആഴത്തിൽ പഠനങ്ങൾ നടത്തിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്ന  ഒരു ശാസ്ത്രജ്ഞനാണ് യു. കെ സെൻറ്റർ ഫോർ എക്കോളജി ആൻഡ് ഹൈഡ്രോളജിയിലെ പ്രൊഫ. മാർക്ക് സട്ടൻ. ആഗോളതലത്തിൽ ആദ്യമായി  നൈട്രജൻ ചക്രത്തിന്റെ നിജസ്ഥിതി സമഗ്രമായി വിലയിരുത്താനും, ഭാവിയിലുണ്ടാകാവുന്ന പ്രശ്നങ്ങൾ കണ്ടെത്താനും അതിനുള്ള പരിഹാര മാർഗങ്ങൾ നിർദേശിക്കാനും 2011 ൽ ഐക്യരാഷ്ട്രസഭയുടെ ഭാഗമായുള്ള യു. എൻ എൻവയോൺമെന്റ് പ്രോഗ്രാം (UNEP) നിയോഗിച്ചത് പ്രൊഫ.സട്ടനെയാണ്. ഇതിന്റെ ഭാഗമായി കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് കാര്യവഹണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട്  രൂപീകരിച്ച ഐ.പി.സി.സി ( Intergovernmental Panel on Climate Change) യുടെ അതെ മാതൃകയിൽ  പ്രൊഫ.സട്ടന്റെ നേതൃത്വത്തിൽ യു. എന്നിന്റെ സഹായത്തോടെ  ഇന്റർനാഷണൽ നൈട്രജൻ മാനേജ്‌മെന്റ് സിസ്റ്റം (International Nitrogen Management System (INMS)) എന്ന പേരിൽ ഒരു ബൃഹദ്‌പദ്ധതി രൂപീകരിക്കപ്പെട്ടു.നൈട്രജൻ പാദമുദ്രയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് ആഗോളതലത്തിൽ  ലഭ്യമായ എല്ലാ ഗവേഷണ റിപ്പോർട്ടുകളും ആഴത്തിൽ പരിശോധിച്ച ശേഷം മലിനീകരണം സാധ്യമാക്കുന്ന എല്ലാ വിധ കാരണങ്ങളും കണ്ടെത്തി ക്രോഡീകരിച്ച് രാജ്യങ്ങളുടെയും പൊതുസമൂഹത്തിന്റെയും  ശ്രദ്ധയിൽ കൊണ്ടുവരികയാണ് പ്രൊഫ.സട്ടനും കൂട്ടരും ചെയ്തുകൊണ്ടിരിക്കുന്നത്. രാസവളപ്രയോഗങ്ങൾ മൂലം കൃഷിയിടങ്ങളിൽ നിന്ന്  സമുദ്രങ്ങളിലേക്ക് വന്നു ചേരുന്ന അധിക നൈട്രജൻ ഉറവിടങ്ങളടക്കമുള്ള പ്രശ്നങ്ങൾ  മുഖ്യധാരയിൽ കൊണ്ടുവരാൻ ഇവർക്ക് സാധിച്ചിട്ടുണ്ട്. കൂടാതെ മുമ്പ് അധികം ശ്രദ്ധയിൽ പെടാതെ പോയ പല പുതിയ കാരണങ്ങളും ഇവരുടെ പഠനറിപ്പോർട്ടുകളിൽ  ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നുണ്ട്.   

എങ്ങനെയൊക്കെയാണ് നൈട്രജൻ ഭൂമിക്ക് ഹാനികരമാകുന്നത് ?

1. സമുദ്രങ്ങളിലെ ഡെഡ് സോണുകൾ:  കൃഷിയിടങ്ങളിൽ മഴ പെയ്യുമ്പോൾ രാസവളങ്ങൾ നിന്നും നൈട്രേറ്റുകൾ കടലുകളിലും സമുദ്രങ്ങളിലും  ഒഴുകിയെത്തുന്നതിന്റെ ഭാഗമായി ആൽഗകൾ ദ്രുതഗതിയിൽ വളരുമ്പോൾ ‘ആൽഗൽ ബ്ലൂം’ അല്ലെങ്കിൽ ‘കടൽക്കറ’  എന്ന പ്രതിഭാസത്തിന്  കാരണമാകുന്നു.ആല്‍ഗെ ക്രമാതീതമായി വര്‍ധിച്ചാല്‍ കടല്‍വെള്ളത്തിലെ ഓക്സിജന്‍ അനുപാതത്തില്‍ കുറവുവരികയും  ഉപരിതല മത്സ്യങ്ങക്ക് ജീവിക്കാൻ സാധ്യമാകാതെ വരികയും ചെയ്യും. മൺസൂണിനു ശേഷം കേരളത്തിലെ കടൽ തീരങ്ങളിൽ സാധാരണയായി വർണവ്യത്യാസം  (പച്ചനിറത്തിലുള്ള കടൽജലം)  കണ്ടുവരാറുള്ളത്  നൈട്രജൻ അടങ്ങിയ ധാതുക്കൾ ഒഴുകിയെത്തുന്നതുകൊണ്ടാണ്. ഇത്തരം  സമുദ്രപ്രദേശങ്ങളെ ‘ഡെഡ് സോൺ’ (dead zone) എന്നാണ് വിശേഷിപ്പിക്കുന്നത്. ലോകത്തിലെ സമുദ്രങ്ങളിൽ ഇത്തരത്തിൽ നാനൂറിൽ പരം ഡെഡ്  സോണുകളുണ്ട്. അതിലേറ്റവും പ്രസിദ്ധമായ വലിയൊരു ഡെഡ് സോണാണ്‌ വടക്കേ അമേരിക്ക് സമീപമുള്ള  ഗൾഫ് ഓഫ് മെക്സിക്കോയിലേത്. വെറും രണ്ടു പി.പി.എമ്മിൽ താഴെ   മാത്രമാണ്  അവിടുത്തെ ഓക്സിജന്റെ ഗാഢത. 

2. കൃഷിയിടങ്ങളുടെ അമ്ലവത്കരണം: മേല്പറഞ്ഞ നൈട്രേറ്റുകളുടെ ഒലിച്ചുപോക്കിനു മറ്റൊരു പ്രത്യാഘാതം കൂടിയുണ്ട്. മഴ പെയ്യുമ്പോൾ കൃഷിയിടങ്ങളിൽ നിന്ന്  ഒലിച്ചുപോകുന്ന  നൈട്രേറ്റുകൾ അതിനോടൊപ്പം മഗ്നീഷ്യവും കാൽസ്യവും കൂടി കൂടെ കൊണ്ടുപോകാൻ പ്രാപ്തരാണ്. ഇതിന്റെ ഫലമായി കൃഷിയിടങ്ങളിലെ മണ്ണിനു കൂടുതൽ അമ്ല സ്വഭാവം കൈവരികയും വിളകളുടെ വളർച്ചയെ പ്രതികൂലമായി ബാധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു . 

3.  അന്തരീക്ഷ മലിനീകരണം: വാഹനങ്ങളിൽനിന്നും വ്യവസായശാലകളിൽ നിന്നുമുള്ള നൈട്രിക് (NO), നൈട്രസ് (N₂O)    ഉത്സർജനം നൈട്രജൻ മലിനീകരണത്തിന് കാരണമാകുന്നുണ്ട്. നൈട്രജൻ മലിനീകരണത്തിന്റെ സ്രോതസ്സുകളായും ഹരിത ഗൃഹ വാതകമായും നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ്  താരതമ്യേന കൂടുതൽ ചർച്ച ചെയ്യപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട് . ​നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് ഉണ്ടാക്കുന്ന ആരോഗ്യ പ്രശ്നങ്ങളാണ് പ്രധാനമായും ഇതിൽ വരുന്നത്. 

4. ക്ഷാര സ്വഭാവമുള്ള  അന്തരീക്ഷ വായു :  താരതമ്യേന ക്ഷാരഗുണമുള്ള  അമോണിയയുടെ അളവ് ​വായുവിൽ  വർധിക്കുന്നത്  വായുവിന്റെ അമ്ലഗുണം കുറയാൻ കാരണമാകുന്നുണ്ട്. പ്രധാനമായും ഇത് ബാധിക്കുന്നത് ചതുപ്പ് പ്രദേശങ്ങളിൽ കാണുന്ന, വായുവിന്റെ അമ്ല ഗുണത്തെ ആശ്രയിച്ച് കഴിയുന്ന, കാർബൺ ഡയോക്സൈഡ് ശേഖരിക്കാൻ കഴിവുള്ള തരം പായലുകളെയാണ്. 

5. ഓസോൺ ശോഷണം: വാഹങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള നൈട്രജനടങ്ങിയ ഓക്സൈഡുകൾ ഓസോൺ ശോഷണത്തിന് കാരണമാകുന്നുണ്ട്. കൂടാതെ ചില ബാക്റ്റീരിയകൾക്ക് മണ്ണിൽ അധികമുള്ള നൈട്രേറ്റുകളെ നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് ആക്കിമാറ്റുവാനുള്ള കഴിവുണ്ട്. ​സമുദ്രനിരപ്പിൽ നിന്ന്  വളരെ ഉയരമുള്ള പ്രദേശങ്ങളിൽ ഇത് സൂര്യനിൽ നിന്നുമുള്ള അൾട്രാ വയലറ്റ് രശ്മികളുമായി ചേർന്ന്  ​​പ്രവർത്തിച്ച് ​ഓസോൺ ശോഷണത്തിനു കാരണമാകുന്നുണ്ട്. ​നൈട്രസ് ഓക്സൈഡിന്റെ കാലാവധി 120 വർഷമാണ് എന്ന് കൂടി നമ്മൾ ഓർക്കണം. ​​

നൈട്രജൻ മലിനീകരണം  യൂറോപ്യൻ യൂണിയന് പ്രതിവർഷം ഉണ്ടാക്കുന്ന ബാധ്യത 70 ബില്യൺ മുതൽ 320 ബില്യൺ യൂറോയാണ്. മേഖലാടിസ്ഥാനത്തിൽ അമേരിക്കക്കും യൂറോപ്യൻ യൂണിയനും ശേഷം നൈട്രജൻ മലിനീകരണത്തെ കുറിച്ച് ഇന്ത്യയും പഠനങ്ങൾ നടത്തിയിട്ടുണ്ട്. ​ഇതിനോടനുബന്ധിച്ച് 2017ൽ  ഇന്ത്യൻ ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ ഒരു സംഘം ‘ഇന്ത്യൻ നൈട്രജൻ അസ്സെസ്സ്മെന്റ്  (INA​)’ എന്നൊരു  പഠനറിപ്പോർട്ട് പ്രസിദ്ധപ്പെടുത്തുകയുണ്ടായി. ഐ.എൻ.എ യുടെ റിപ്പോർട്ട് പ്രകാരം ഇന്ത്യയിലെ നൈട്രജൻ മലിനീകരണത്തിന്റെ  പ്രധാന  സ്രോതസ്സ്  കൃഷിയിടങ്ങൾ  തന്നെയാണ്. നെല്ല്, ഗോതമ്പ് കൃഷികൾക്കാണിതിൽ മുഖ്യ പങ്ക്. ഫെർട്ടിലൈസർ അസോസിയേഷൻ ഓഫ് ഇന്ത്യയുടെ കണക്കു പ്രകാരം  ഇന്ത്യയുടെ വാർഷിക നൈട്രജൻ വള ഉപഭോഗം  17 മില്യൺ ടൺ ആണ്.  എന്നാൽ ഇതിന്റെ 33 ശതമാനം മാത്രമേ നെൽവയലുകളിലും ഗോതമ്പുപാടങ്ങളിലും നൈട്രേറ്റുകളുടെ രൂപത്തിൽ ആഗിരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നുള്ളൂ. ബാക്കി 67 ശതമാനവും ജലാശയങ്ങളിലേക്ക് ഒഴുകിയെത്തുകയോ ഉപയോഗിക്കപ്പെടാതെ പോകുകയോ ചെയ്യുന്നു. 

പരിഹാര നടപടികൾ ???

കാർബൺ ഉത്സർജനം കുറക്കുന്നതിന് ലോകരാജ്യങ്ങളെല്ലാം നയങ്ങൾ രൂപീകരിച്ചതുപോലെ നൈട്രജന്റെ കാര്യത്തിലും നമ്മൾ ഉണരേണ്ട സമയം അതിക്രമിച്ചിരിക്കുകയാണ്. ഇതിന്റെ ഭാഗമായി പ്രൊഫ.സട്ടൻ അടക്കമുള്ള ഈ രംഗത്തെ വിദഗ്ധരുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ അനവധി വട്ടമേശ സമ്മേളനങ്ങൾ ആഗോളതലത്തിലും പ്രാദേശികാടിസ്ഥാനത്തിലും  നടക്കുകയും പല പഠന സമിതികൾ രൂപീകരിക്കുകയും ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള കർഷകരോട് നൈട്രജനടങ്ങിയ രാസവളങ്ങൾ പൂർണമായും ഒഴിവാക്കാൻ ആഹ്വാനം ചെയ്യുകയെന്നുള്ള നിർദേശം മുന്നിലുണ്ടെങ്കിലും, ഇത് വലിയ എതിർപ്പുകൾ ക്ഷണിച്ചു വരുത്തുമെന്നതിൽ യാതൊരു സംശയവുമില്ല; പ്രത്യേകിച്ച് ശക്തരായ  രാസവള കമ്പനികൾ. മറ്റൊരു ക്രിയാത്മക സമീപനം, പാഴായി പോകുന്ന നൈട്രജന്റെ അളവ് കുറച്ചു കൊണ്ടുവരാനുള്ള ശ്രമങ്ങളാണ്. താരതമ്യേന സ്വീകരിക്കപ്പെട്ട ഒരു നിർദേശമായിരുന്നു ഇത്.   2019 ഒക്ടോബറിൽ ശ്രീലങ്കയിലെ കൊളമ്പോയിൽ ഐക്യ രാഷ്ട്രസഭയുടെ ആഭിമുഖ്യത്തിൽ നൈട്രജൻ പാദമുദ്ര കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിന് വേണ്ടി നടന്ന ഒരു സമ്മേളനത്തിന് മുന്നോടിയായി ഇക്കാര്യം  പ്രൊഫ.സട്ടനും സംഘവും ഐക്യരാഷ്ട്രസഭയുടെ സെക്രട്ടറി ജനറലിനെ ഈ  നിർദേശങ്ങൾ ധരിപ്പിച്ചുകൊണ്ട് കത്തെഴുതി. തുടർന്ന് ഇക്കാര്യം പരിഗണിക്കപ്പെടുകയും  ഇതിന്റെ ഫലമായി പാരീസ് ഉടമ്പടിയുടെ  മാതൃകയിൽ കൊളമ്പോ ഉടമ്പടി രൂപീകരിക്കുകയും ചെയ്തു. 2030 ഓടുകൂടി നൈട്രജന്റെ പാഴ്‌ച്ചെലവ് പകുതിയാക്കി കൊണ്ടുവരാനുള്ള മാർഗരേഖകൾ ഈ ഉടമ്പടിയിൽ സ്വീകരിച്ചു. ഇന്ത്യയടക്കം  മുപ്പതോളം രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള നയതന്ത്ര  പ്രതിനിധികൾ ഈ സമ്മേളനത്തിൽ പങ്കെടുത്തു. പാരീസ് ഉടമ്പടി ഒരു മുത്തശ്ശിമരമാണെങ്കിൽ കൊളംബോ ഉടമ്പടി ഒരു കൊച്ചു വൃക്ഷ തൈ ആണെന്നാണ് പ്രൊഫ.സട്ടൻ ഈ ഉടമ്പടിയെ അന്ന് വിശേഷിപ്പിച്ചത്.

നൈട്രജന്റെ പാഴ്‌ച്ചെലവ് മാത്രമല്ല പരിഗണിക്കപ്പെടേണ്ടത്. നൈട്രിക്, നൈട്രസ് ഓക്സൈഡുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്ന പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ കാലാവസ്ഥ വ്യതിയാനത്തോടൊപ്പം ചർച്ച ചെയ്യപ്പെടേണ്ടതുണ്ട്. താപനില വർധിപ്പിക്കാൻ കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിനെക്കാൾ 300 മടങ്ങു ശേഷിയുണ്ട് നൈട്രസ് ഓക്സൈഡിന്. നൈട്രസ് ഓക്സൈഡിനെ അവഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, കാർബൺ ഡയോക്സൈഡിന്റെ ഉത്സർജനം കുറക്കുന്നതിലൂടെ ആഗോളതാപനിലയുടെ വർധന 1.5 ഡിഗ്രിക്ക് താഴെയാക്കി  ക്ലിപ്തപ്പെടുത്തുകയെന്നുള്ള ഐ.പി.സി.സി യുടെ ലക്ഷ്യം ഫലം കാണുകയില്ല എന്നർത്ഥം.  

സമാന്തരമായി ഗവേഷണങ്ങളും പുരോഗമിക്കുന്നുണ്ട്. നൈട്രജന്റെ ആഗിരണശേഷി കൂട്ടുവാനുള്ള പരീക്ഷണങ്ങൾ,   ഉദാഹരണത്തിന് ന്യൂട്രിയൻ പോലുള്ള വൻകിട വളം കമ്പനികൾ   പോളിമർ കവചത്തിലാക്കിയ നൈട്രജൻ ധാതുക്കളുടെ പെല്ലെറ്റുകൾ വിപണിയിൽ ലഭ്യമാക്കുന്നുണ്ട് . ഈ പെല്ലെറ്റിലേക്ക് ജലം പതുക്കെ ആഴ്ന്നിറങ്ങി നൈട്രജനെ അലിയിക്കുകയും, ശേഷം വളരെ സാവധാനമേ  മണ്ണിലേക്ക് നൈട്രജൻ എത്തുകയുള്ളൂ എന്നതുകൊണ്ട്, ആഗിരണശേഷി വർധിക്കുകയും, അങ്ങനെ അലക്ഷ്യമായുള്ള ഒലിച്ചുപോക്ക് കുറക്കാനും സാധിക്കുകയും ചെയ്യും എന്നാണ് കമ്പനി സാക്ഷ്യപ്പെടുത്തുന്നത്.നൈട്രജൻ ധാതുക്കൾക്ക് പകരം യൂറിയയും ഇതുപോലെ ലഭ്യമാണ്.യൂറിയ പെട്ടെന്ന് വിഘടിച്ച് അമോണിയയായി അന്തരീക്ഷത്തിലേക്ക് പോകുന്നത് തടയാനും, പകരം വേരുകൾക് ദ്രുതഗതിയിൽ അമോണിയ ആഗിരണം  ചെയ്യാനും ഈ പെല്ലറ്റ് രീതി വഴി സാധിക്കും. 

നൈട്രജൻ ആവശ്യകത നിർണയിക്കുന്ന സെൻസറുകൾ വയലുകളിൽ സ്ഥാപിക്കുകയും  ഡ്രോണുകളുടെയും  റോബോട്ടുകളുടെയും സഹായം  പ്രയോജനപ്പെടുത്തി ചിട്ടയായ  മേൽനോട്ടം വഹിക്കാനും കഴിയുന്ന  സാങ്കേതികവിദ്യകളും പുറത്തു വരുന്നുണ്ട്. കൃത്യസമയത്, കൃത്യമായ അളവിൽ ചെടികൾക്കു ആവശ്യമായ നൈട്രജൻ കൊടുക്കാൻ ഇതുവഴി സാധിക്കുമെന്നതാണീ രീതിയുടെ മേന്മ.    

ജനിത എഞ്ചിനീറിങ് വഴിയും ചില പരിഹാരമാർഗങ്ങൾക്ക് വേണ്ടിയുള്ള ഗവേഷണം പുരോഗമിക്കുകയാണ്.പരമ്പരാഗത നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരണ ബാക്റ്റീരിയക്ക് പയറുവർഗ്ഗത്തിൽ പെട്ട സസ്യങ്ങളിൽ മാത്രമേ സഹവസിക്കാൻ സാധിക്കുകയുള്ളു. എന്നാൽ ജനിതക എൻജിനീയറിങ്ങിലൂടെ ഇത്തരം ബാക്റ്റീരിയകളെ  മറ്റു ചെടികളിലും വളരാൻ  പ്രാപ്തരാക്കാൻ സാങ്കേതിക വിദ്യകളുണ്ട്. ഉദാഹരണമായി, കാലിഫോർണിയയിലെ പൈവട്ട്  ബയോ  എന്നൊരു കമ്പനി ഇത്തരം ബാക്റ്റീരിയകളെ ഗോതമ്പു പോലുള്ള ചെടികളിൽ പരീക്ഷിച്ച്  വിജയിച്ചിട്ടുണ്ട്. വിത്ത് വിതക്കുന്ന സമയത്ത് ജനിതകമാറ്റം വരുത്തിയ ബാക്റ്റീരിയകളെ വിത്തിന്മേൽ തളിച്ചുകൊടുക്കുകയും, ആ വിത്തുകൾ മുളക്കുമ്പോൾ ബാക്റ്റീരിയകൾ വേരുകളിൽ സഹവസിക്കുകയും പിന്നീട് നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരണം നടത്തുകയുമാണ് ചെയ്യുന്നത്. ജനിതകമാറ്റം വരുത്തിയ  നൈട്രജൻ സ്ഥിതീകരണ ബാക്ടീരിയ  നൈട്രജൻ അടങ്ങിയ വളങ്ങളേക്കാൾ വിളവുത്പാദനത്തിനു ഫലപ്രദമാണെന്നും കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.

നൈട്രജൻ ഉപഭോഗം സംബന്ധിച്ച വെല്ലുവിളികൾ നേരിടുന്നതിന്  ഇനിയും ഗവേഷണങ്ങൾ തുടരേണ്ടതുണ്ട് . ഉപോൽബലകമായി ഗവൺമെന്റ് തലത്തിൽ നൈട്രജൻ പാദമുദ്ര കുറച്ചു കൊണ്ടുവരുന്നതിനുള്ള  ശ്രമങ്ങൾ ഊർജ്ജിതപ്പെടുത്തേണ്ടതുമുണ്ട്. ഉപഭോക്താവെന്ന നിലയിൽ നമുക്കും ചില സംഭാവനകൾ ചെയ്യാൻ സാധിക്കും. നൈട്രജൻ കൂടുതലടങ്ങിയ ജന്തുജന്യമായ പ്രോട്ടീനുകൾ കുറച്ച് സസ്യജന്യ പ്രോട്ടീനുകൾ പകരമായി തെരെഞ്ഞെടുക്കുകയും  നൈട്രജനാടങ്ങിയ ഭക്ഷണപദാർത്ഥങ്ങൾ പാഴാക്കാതിരിക്കാൻ  ശ്രദ്ധിക്കുകയും കൃഷിക്ക് ജൈവവളങ്ങൾ തെരെഞ്ഞെടുക്കുകയുമൊക്കെ  ചെയ്യാവുന്നതാണ്. 

അധിക വായനക്ക്: 

1 .Fowler D et al. 2013 The global nitrogen cycle in the twenty-first century. Phil Trans R Soc B 368: 20130164.

2. Vaclav Smil , Detonator of the population explosion, Nature volume 400, page415 (1999)

3. Nitrogen pollution policy beyond the farm,Kanter, D.R., Bartolini, F., Kugelberg, S. et al. Nitrogen pollution policy beyond the farm. Nature  Food 1, 27–32 (2020)

4. https://www.soilassociation.org/causes-campaigns/fixing-nitrogen-the-challenge-for-climate-nature-and-health/the-impacts-of-nitrogen-pollution/

5. Nitrogen Pollution and the European Environment Implications for Air Quality Policy report 2013 by  European commission 

6. Rockström, J., W. Steffen, K. Noone, Å. Persson, F. S. Chapin, III, E. Lambin, T. M. Lenton, M. Scheffer, C. Folke, H. Schellnhuber, B. Nykvist, C. A. De Wit, T. Hughes, S. van der Leeuw, H. Rodhe, S. Sörlin, P. K. Snyder, R. Costanza, U. Svedin, M. Falkenmark, L. Karlberg, R. W. Corell, V. J. Fabry, J. Hansen, B. Walker, D. Liverman, K. Richardson, P. Crutzen, and J. Foley. 2009. Planetary boundaries:exploring the safe operating space for humanity. Ecology and Society 14(2): 32.

7. Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet, Science  13 Feb 2015: Vol. 347, Issue 6223, 1259855

6.  https://www.newscientist.com/article/mg25033340-800-the-nitrogen-emergency-how-to-fix-our-forgotten-environmental-crisis/#bx333408B1

7 .The Indian Nitrogen Assessment, (2017), Sources of Reactive Nitrogen, Environmental and Climate Effects, Management Options, and Policies.