Закись азота (N₂O) — ключевой компонент глобального азотного цикла, чья роль в стратосфере имеет фундаментальное значение для климатической системы Земли. Молекула N₂O, поднимаясь в стратосферу, становится источником реактивных оксидов азота (NOx), которые участвуют в каталитических реакциях разрушения озонового слоя.
Химические реакции в стратосфере происходят под воздействием ультрафиолетового излучения. Фотолиз N₂O приводит к образованию атомарного кислорода и молекулярного азота: N₂O + hν → N₂ + O(¹D). Возбуждённый атом кислорода O(¹D) затем реагирует с молекулой N₂O: N₂O + O(¹D) → 2NO или N₂O + O(¹D) → N₂ + O₂.
Первая реакция особенно важна — она генерирует оксид азота NO, который через каталитический цикл разрушает озон: NO + O₃ → NO₂ + O₂; NO₂ + O → NO + O₂. Суммарно это приводит к разрушению молекул озона без расходования NO.
Потенциал разрушения озона (ODP) N₂O составляет 0,017 относительно CFC-11, принятого за единицу. Несмотря на относительно низкое значение ODP, N₂O в настоящее время является крупнейшим веществом, разрушающим озоновый слой по всем выбросам — это было показано в работе Ravishankara et al. (Science, 2009).
Время жизни N₂O в атмосфере составляет около 109 лет, что объясняет накопление газа: его концентрация достигла 336,2 ppb в 2026 году по данным NOAA. Для сравнения, доиндустриальный уровень составлял около 270 ppb.
Картографирование источников N₂O показывает, что около 70% антропогенных выбросов связано с сельскохозяйственной деятельностью — внесением азотных удобрений и животноводством. Промышленные источники, включая производство нейлона и азотной кислоты, вносят около 10% антропогенных выбросов. Природные почвенные процессы дают 6-7 Тг N/год, океаны — 1-4 Тг N/год.
Глобальные модели атмосферной химии, такие как WACCM и GFDL-ESM4, используются для моделирования переноса N₂O из тропосферы в стратосферу и его последующего химического преобразования. Эти модели учитывают температурные профили, динамику атмосферной циркуляции и фотохимические константы скоростей реакций.