Radiokohlenstoff und Tracer für fossiles CO2 FORSCHUNGSTHEMEN
Forschungsgebiete
Langzeitbeobachtungen von 14CO2 in der globalen Atmosphäre
Radiokohlenstoff (14C) ist ein natürliches radioaktives Kohlenstoffisotop, das in der Atmosphäre durch die Reaktion von kosmischer Strahlung mit atmosphärischem Stickstoff produziert wird. Die radioaktive Halbwertszeit von 14C beträgt 5700 Jahre, und sein Vorkommen wird als Verhältnis von 14C zu C-Atomen gemessen. In einem ungestörten Erdsystem entspricht die atmosphärische 14CO2-Aktivität einem Gleichgewicht zwischen der Produktion von 14CO2 in der Atmosphäre und seinem Zerfall in allen Kohlenstoffreservoirs, die CO2 mit der Atmosphäre austauschen. Dieses natürliche Gleichgewicht zwischen 14CO2 und CO2 (Referenzniveau) wurde jedoch im letzten Jahrhundert durch menschliche Aktivitäten gestört. Zum einen durch die fortlaufende Freisetzung von 14C-freiem CO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, bekannt als der Suess-Effekt, und zum anderen durch oberirdische Kernwaffentests in den 1950er und frühen 1960er Jahren (14C-Bombeneffekt). Nach dem Inkrafttreten des Vertrags über das teilweise Verbot von Nuklearversuchen von 1963 erreichte 14CO2 seinen Höchststand auf der Nordhalbkugel. Der anschließende Rückgang des 14C/C-Verhältnisses ist auf den Kohlenstoffaustausch zwischen Atmosphäre, Ozean und Biosphäre zurückzuführen. Heute wird der Rückgang des 14C/C-Verhältnisses im CO2 durch die fortlaufende Einbringung von 14C-freiem CO2 aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen dominiert.
Langzeitbeobachtungen von 14CO2 in der regionalen und urbanen Atmosphäre
Kohlendioxid (CO2), das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe freigesetzt wird, enthält keinen Radiokohlenstoff. An einer Messstation, die sich in der Nähe von Emissionen fossiler Brennstoffe befindet, wird daher das atmosphärische 14C/C-Verhältnis im CO2 durch 14C-freie Emissionen fossilen CO2 verdünnt. Vergleicht man das 14C/C-Verhältnis an einer kontaminierten Station wie der ICOS-Pilotstation Heidelberg mit demjenigen in sauberer Luft, z.B. auf dem Jungfraujoch, kann man die lokal hinzugefügte CO2-Konzentration aus fossilen Brennstoffen an der kontaminierten Station abschätzen (rotes Histogramm). Man beachte, dass in Heidelberg etwa die Hälfte der lokalen CO2-Konzentration im Vergleich zur Hintergrundluft biogenen (nicht-fossilen) Ursprungs ist (grünes Histogramm).
Aktuelle Forschungsprojekte
ICOS Cities (PAUL)
'Pilot Application in Urban Landscapes - Towards integrated city observatories for greenhouse gases' (PAUL) ist ein vierjähriges H2020-Projekt zur Unterstützung des EUROPEAN GREEN DEAL durch die Schaffung von Möglichkeiten zur Beobachtung und Überprüfung von Treibhausgasemissionen aus dicht besiedelten städtischen Gebieten in ganz Europa.
Unser Beitrag: Durchführbarkeitsstudien und Durchführung von 14CO2-Analysen an relaxed Eddy-Akkumulationsproben. Durchführung der 14CO2-Messungen für die städtischen Beobachtungen in Paris
CORSO
CO2MVS-Forschung zu ergänzenden Beobachtungen
CORSO wird den Aufbau des neuen CO2MVS (CO2 Monitoring and Verification System) unterstützen, indem es auf globaler und lokaler Ebene die Möglichkeit bietet, Beobachtungen von gemeinsam emittierenden Spezies unter Verwendung ihrer Emissionsverhältnisse und Unsicherheiten zu optimieren, um anthropogene CO2-Emissionen besser abschätzen zu können. Darüber hinaus soll der Mehrwert von zeitlich hochaufgelösten 14CO2- und APO-Beobachtungen für Inversionsberechnungen auf globaler und regionaler Ebene bewertet werden, um die Auswirkungen fossiler Brennstoffe und biosphärischer Flüsse auf die atmosphärischen CO2-Konzentrationen besser einschätzen zu können.
Unsere Beiträge: Analyse aller Luftproben, die im Jahr 2024 an 11 ausgewählten ICOS-Stationen der Klasse 1 und an der Station Bialystok in Polen gesammelt wurden. Zusammenstellung und Vergleich von 14CO2-Daten von weltweit verteilten Hintergrundstationen.
Abgeschlossene Forschungsprojekte
VERIFY
VERIFY entwickelt ein System zur Bestimmung von Treibhausgasemissionen, um die Emissionsberichterstattung der Länder an das Sekretariat der UN-Klimarahmenkonvention zu unterstützen. Die Emissionen werden auf der Grundlage von Beobachtungen an Land, auf See und in der Atmosphäre abgeschätzt.
Unser Beitrag: Erprobung von alternativen Tracern (CO, NOx) für fossiles CO2
ATTO
Amazon Tall Tower Observatory - Beiträge zum Kohlenstoffkreislauf- und zur Klimaforschung
Unsere Beiträge: 14CO2- und 222Rn-Messungen, Entwicklung einer Radon-Bodenflußkarte für Brasilien
traceRadon
Radon-Metrologie für die Beobachtung des Klimawandels und den Strahlenschutz
Unser Beitrag in Zusammenarbeit mit anderen Projektmitgliedern: Vergleich des Heidelberger Radonmonitors mit anderen atmosphärischen Radonmonitoren, Verbesserung einer Radon-Bodenflußkarte für Europa