Radiokohlenstoff und Tracer für fossiles CO2 Forschungsmethoden
ICOS Karl-Otto-Münnich-Radiokohlenstoff-Labor (ICOS CRL)
Das ICOS CRL baut auf dem ehemaligen Heidelberger Radiokohlenstofflabor auf, das mehr als 50 Jahre lang vom IUP und der Heidelberger Akademie der Wissenschaften betrieben wurde. Die Hauptaufgabe des ICOS CRL ist die hochpräzise Radiokohlenstoffanalyse von CO2-Proben aus dem ICOS-Atmosphärenstationsnetz. Diese 14C-Messungen werden verwendet, um die Beiträge fossiler Brennstoffe zum atmosphärischen CO2 über Europa von denen biogener Quellen zu trennen. Das ICOS CRL wurde nach dem ersten Direktor des IUP, Karl Otto Münnich, benannt. Während seiner Promotion in den 1950er Jahren baute er das Heidelberger Radiokohlenstofflabor auf. Seine Doktorandin Ingeborg Levin setzte seine Pionierarbeit zur atmosphärischen ¹⁴CO₂-Messung fort, erweiterte sie mit ihrer Forschungsgruppe auf globaler Ebene und war eine entscheidende Triebfeder hinter der Gründung von ICOS.
Das Zentrale Radiokohlenstofflabor verwendet zwei verschiedene Analysetechniken für die 14C-Analyse - Low Level Counting (LLC) für großvolumige CO2-Proben und Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) für kleine (Kolben-) Luftproben. Im Folgenden finden Sie einige Eindrücke von unserem Labor.
Stichprobenartige Luftproben (Flasks)
Ein Teil der an ICOS-Stationen der Klasse 1 entnommenen 3-Liter-Flaskproben wird mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie auf 14CO2 analysiert, nachdem sie im ICOS-Flask- und Kalibrierungslabor auf Treibhausgaskonzentrationen und stabile Isotope untersucht wurden. Die Proben werden zwischen den Stationen und den ICOS-Labors in speziell dafür vorgesehenen Transport-Boxen transportiert.
ICOS CRL Flask CO2-Extraktions- und Graphitisierungsanlage (EGL)
Im CRL wurde eine spezielle halbautomatische CO2-Extraktions- und Graphitisierungslinie für Flaskproben entwickelt, um die bis zu 1500 kleinen Luftproben jährlich für die AMS-14CO2-Analyse vorzubereiten. Die Anlage ist so ausgelegt, dass auch Graphittargets aus reinen CO2-Probenaliquoten der großvolumigen CO2-Proben hergestellt werden können. Zur Qualitätskontrolle des gesamten Kolbenextraktionsprozesses ist ein Laserspektrometer in die Aufbereitungsanlage integriert, das eine präzise Analyse der stabilen Isotope des extrahierten CO2 ermöglicht.
ICOS CRL Graphitisierungsöfen der EGL
Insgesamt können zwölf CO2-Proben parallel in der Extraktions- und Graphitisierungslinie graphitiert werden. Wir verwenden Eisenpulver als Katalysator und Wasserstoffgas für die Reduktion des CO2 zu Graphit für die AMS-14C-Analyse.
ICOS CRL CO2 Probenaliquot Vorbereitung
Von jeder hochvolumigen integrierten konventionellen 14CO2-Probe werden drei Aliquots in Ampullen überführt, um eine parallele AMS-Analyse der Probe zu ermöglichen (im Vergleich zur Low-Level-Zählung und Qualitätskontrolle) und um ein Archiv von CO2-Luftproben anzulegen (für eine mögliche spätere Analyse).
ICOS CRL-Labor zur Vorbereitung von großvolumigen Luft Proben für 14C Analysen in Low Level Zählrohren
Die integrierten großvolumigen 14CO2-Proben, die aus etwa 20 m3 Luft durch chemische Absorption in Natriumhydroxidlösung gewonnen werden, werden in einem Vakuumsystem durch Zugabe von Phosphorsäure aus der Basislösung extrahiert und in Hochdruckbehälter aus Edelstahl überführt.
ICOS CRL System zur Reinigung großvolumiger Luft Proben
Das CO2 aus den extrahierten großvolumigen Proben wird über Holzkohle gereinigt, um eine direkte Zählung in den Low Level Zählrohren des Untergrundlabors im IUP zu ermöglichen.
ICOS CRL Untergrundlabor im IUP
Für die Messung der großvolumigen CO2-Proben im Untertagelabor des IUP stehen insgesamt 19 Zählrohre zur Verfügung. Die Zählrohre sind mit schwach aktivem Blei abgeschirmt und die Proben werden mindestens eine Woche lang in zwei verschiedenen Zählrohren gemessen, um eine ausreichende 14C-Zählstatistik zu erhalten und eine höchstmögliche Genauigkeit zu erreichen.
MICADAS 14C Accellerator-Massenspektrometer im CEZA
Wenige Milligramm Graphit aus dem CO2 der kleinvolumigen Flaskproben werden am Curt-Engelhorn-Zentrum Archäometrie in Mannheim, Deutschland, mittels AMS auf 14C analysiert.
