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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Umwelt und Klima

Klima

Isotope: Menschliche Einflüsse im Kreislaufsystem der Klimagase

Der weltweite Kohlenstoffkreislauf
Der weltweite Kreislauf sorgt für einen steten Wechsel zwischen gebundenem und wieder freigesetztem Kohlendioxid. (Abb.: Ernst Klett Verlag, Stuttgart, Wolfgang Schaar, Grafing, nach Barbara W. Murck et al.: Dangerous Earth. John Wiley & Sons Inc. 1997, S. 25.)

Der Mensch stört den natürlichen Kreislauf der Klimagase (CO2, CH4, N2O und H2O). Wie hoch der anthropogene Anteil etwa bei CO2 ist, lässt sich aus dem Verhältnis zwischen 12CO2 und 13CO2 ableiten, das bei fossilen Brennstoffen anders ist als bei CO2 biogener Herkunft; Methan ist ein 30-mal stärkeres Klimagas als CO2 und stammt aus auftauendem Permafrost, der Erdgasförderung, Lecks in Erdgas-Pipelines oder der intensiven Viehhaltung. Auch diese Quellen zeigen unterschiedliche C/H-Isotopensignaturen. Analog verhält es sich bei den N-Isotopen in N2O, das vor allem durch intensive Landwirtschaft und Verkehrsemissionen beeinflusst wird, oder der H/D- und 16O/18O-Isotopenverteilung in Wasser, die ein wichtiger Indikator für Transportprozesse zwischen Ozeanen, Atmosphäre, Biosphäre und für Kondensationsprozesse in Wolken sind. Die langfristige und hochgenaue Bestimmung solcher Isotopenverhältnisse auf globalem Maßstab erfordert die Entwicklung neuer Referenzmaterialien, primärer Isotopenverhältnismessverfahren für die unterschiedlichen Moleküle sowie die Verbesserung und metrologische Rückführung optischer Transfernormale für die Rückführung und Durchführung von mobilen Isotopenmessungen (etwa auf Flugzeugen, Ballons oder entlegenen Messorten). Unter Feldbedingungen werden Isotopenverhältnisse zurzeit vor allem mit optisch-spektroskopischen Methoden (Laser oder FTIR) ermittelt, was einen soliden metrologischen Anschluss der optischen Messverfahren an die meist nur stationär betriebenen massenspektrometrischen Skalen erfordert. Die PTB arbeitet intensiv mit beiden Methoden. In EMPIR-Projekten wie SIRS und STELLAR zielen ihre Arbeiten auf die Unterstützung des Global Atmosphere Watch Programme der WMO und des europäischen Metrologienetzwerks (EMN) "Climate and Ocean Observation (COO)“.  


Beteiligter Fachbereich

Opens internal link in current window3.4 Analytische Chemie der Gasphase