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Mit Metrologie in die Zukunft - Herausforderung Umwelt und Klima

Klima

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.)
Radonfluss über Europa
Radonfluss über Europa: Zwischen Klimabeobachtung und Strahlenschutz

Der Mensch stört den natürlichen Kreislauf der Klimagase (CO2, CH4, N2O und H2O). Wie hoch der anthropogene Anteil konkret ist, lässt sich mit verschiedenen Methoden herausfinden. Bei der Messung von Isotopensignaturen nutzt man aus, dass das Verhältnis verschiedener Isotope eines Elementes sich je nach ihrer Herkunft unterscheiden kann. So hat das bei Verbrennungsprozessen von Pflanzen und fossilen Brennstoffen entstehende CO2 ein anderes Verhältnis zwischen 12C und 13C als das CO2 in der Atmosphäre. Bei Methan (einem 30-mal stärkeren Klimagas als CO2, das aus auftauendem Permafrost, der Erdgasförderung, Lecks in Erdgas-Pipelines und der intensiven Viehhaltung stammt), finden sich unterschiedliche C/H-Isotopensignaturen. Analog ist es bei den N-Isotopen in N2O, das vor allem durch intensive Landwirtschaft und Verkehrsemissionen beeinflusst wird, oder bei der H/D- und 16O/18O-Isotopenverteilung in Wasser. Letztere ist ein wichtiger Indikator für Transportprozesse zwischen Ozeanen, Atmosphäre und Biosphäre sowie für Kondensationsprozesse in Wolken. Um solche Isotopenverhältnisse auf globalem Maßstab langfristig und hochgenau zu bestimmen, braucht man neue Referenzmaterialien und primäre Isotopenverhältnismessverfahren für die unterschiedlichen Moleküle. Außerdem müssen optische Transfernormale für die Rückführung und die Durchführung mobiler Isotopenmessungen (etwa mit Flugzeugen, Ballons oder in entlegenen Messorten) entwickelt oder verbessert werden. Unter Feldbedingungen werden Isotopenverhältnisse derzeit 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)".  

Ein weiteres innovatives Verfahren ist die Radon-Tracer-Methode. Sie nutzt das natürlich vorkommende radioaktive Edelgas-Isotop 222Radon, das aus dem Boden stammt und daher in tieferen Schichten der Atmosphäre in höherer Konzentration zu finden ist als in höheren Schichten. Mittels 222Rn lassen sich daher Daten für Transportrechnungen (etwa von CO2) und zur Validierung von Modellen für Ausbreitungsrechnungen in der Atmosphäre gewinnen. Dadurch sind zukünftig Daten für Klimamodelle mit kleineren Unsicherheiten verfügbar, und eine Unterscheidung zwischen natürlichen und anthropogenen Treibhausgasen wird möglich. Das von der PTB koordinierte europäische Modellprojekt Opens external link in new window"traceRadon" bietet dafür zum ersten Mal einen Anschluss an das SI für die weltweit schnell wachsende Zahl der Anwender von Flussmessungen wie ICOS oder ANSTO. Darüber hinaus stellen Außenluftmessungen von 222Radon eine wertvolle Datenbasis dar, um den Strahlenschutz der europäischen Bevölkerung effizient zu verbessern, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben.


Beteiligte Fachbereiche und Abteilung

Opens internal link in current window3.1 Allgemeine und Anorganische Chemie

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

Opens internal link in current window6 Ionisierende Strahlung