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Picarro G2201-i/G2308(同位素分析儀結合高分辨率采樣揭示大堡礁CO?、CH?以及N?O的空間分布)

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文章鏈接

https://doi.org/10.1029/2021GL092534

 

研究背景

大氣中的CO2、CH4以及N2O的濃度在工業(yè)革命以后分別上漲了47%、160%以及22%,并且CO2、CH4以及N2O對全球氣溫的升高都有明顯貢獻。雖然CO2因為濃度明顯高于其他溫室氣體而作為主要的關(guān)注對象,但是由于CH4以及N2O的輻射強迫明顯高于CO2,因此二者溫室效應也不容小覷。

 

海洋是維持全球溫室氣體動(dòng)態(tài)平衡的關(guān)鍵角色,是大氣CO2的匯,并且是CH4與N2O的重要排放源。然而由于海洋地區環(huán)境的不同,在不同海域CO2以及CH4、N2O的收支也還沒(méi)有明確的結論。因此該研究利用Picarro G2201-i (CO2、CH4碳同位素分析儀)以及 G2308 (N2O、CH4濃度分析儀),對大堡礁海域溶解態(tài)的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)以及二氧化碳與甲烷中的δ13C、一氧化二氮(N2O)進(jìn)行測量,對該區域溫室氣體空間分布與排放源進(jìn)行研究。

 

主要結果

通過(guò)G2201-i獲得大堡礁不同海域δ13C-CO2在-5.9~-18.1‰范圍內,δ13C-CH4在-24.6~-75.3‰范圍內。本次對大堡礁地區CO2排放研究結果,相比該海域之前的研究結果提高了35%。研究中對于大堡礁水-汽CO2、CH4以及N2O通量也做了進(jìn)一步的估算與分析,并且與之前的研究做了比較。

 

注:圖中為大堡礁地區CO2與CH4飽和度、穩定同位素比率以及N2O濃度的箱式圖。CO2、CH4以及N2O以?xún)炔钪堤鎿Q的飽和度分布以及排放通量圖。

 

研究結論

本研究給出了高分辨率、大尺度的大堡礁環(huán)礁湖溫室氣體分布估算。穩定同位素數據表明,大堡礁是CO2的重要源,其CO2主要由珊瑚的鈣化以及生物活動(dòng)所產(chǎn)生的CH4轉化得來(lái)。同時(shí)大堡礁還是一個(gè)N2O的匯,因此N2O沉降部分抵消了CO2和CH4排放帶來(lái)的全球變暖趨勢。未來(lái)在珊瑚礁環(huán)境下的工作應研究海洋微生物呼吸產(chǎn)生CH4的量以及溫度對N2O生成排放的影響。雖然溫度似乎是一個(gè)重要的N2O驅動(dòng)因素,但尚不清楚本研究中觀(guān)察到的N2O與溫度之間的相反關(guān)系,是否由于呼吸增加或從較冷的近海洋流或上升流帶入環(huán)礁湖的外來(lái)N2O所致。此外,為了更好地了解不斷變化的氣候可能如何影響環(huán)礁湖內未來(lái)的溫室氣體動(dòng)態(tài),并更好地了解時(shí)間變化,還需要進(jìn)行更多的研究調查,以量化日變化和季節變化對溫室氣體排放的影響。

 

Picarro儀器說(shuō)明

本研究將高精度CO2、CH4碳同位素分析儀以及N2O氣體濃度分析儀(Picarro G2201-i/G2308)應用在海洋溫室氣體排放源以及通量的研究上。在碳穩定同位素方面,G2201-i分析儀將CO2和CH4兩臺碳同位素分析儀的能力整合在一起,這使獲得穩定同位素更為簡(jiǎn)單和快速。研究人員從此只需一臺儀器便可追蹤從“碳源”至“碳匯”的碳轉移過(guò)程。Picarro分析儀采用獨有的光腔衰蕩光譜(CRDS)技術(shù),可實(shí)時(shí)測量原位氣體濃度,靈敏度可達十億分之一(ppb),所產(chǎn)生的漂移可忽略不計。

 

Picarro G2308氣體濃度分析儀通過(guò)同時(shí)測量土壤排放物中的三種重要溫室氣體(N2O、CH4和H2O),從根本上簡(jiǎn)化了土壤通量研究。土壤和大氣之間的溫室氣體交換是全球氮和碳循環(huán)中的關(guān)鍵步驟。G2308采用閉路或開(kāi)路配置可輕松與土壤呼吸室進(jìn)行兼容,無(wú)需裝配和同步多個(gè)單獨的氣體分析儀來(lái)觀(guān)察主要溫室氣體行為。G2308采用Picarro獨特的軟件算法來(lái)自動(dòng)進(jìn)行水汽校正,以百萬(wàn)分之一(ppm)的精度來(lái)測量水汽,從而以干氣摩爾分數來(lái)校正和報告準確的N2O和CH4濃度。

 

高精度碳同位素分析儀

 

高精度N2O、CH4氣體濃度分析儀

 

 
 
 

 

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