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）

發表時間：2024-04-17

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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態平衡的關鍵角色，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境的不同，在不同海域CO₂以及CH₄、N₂O的收支也還沒有明確的結論。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）進行測量，對該區域溫室氣體空間分布與排放源進行研究。

主要結果

通過G2201-i獲得大堡礁不同海域δ¹³C-CO₂在-5.9~-18.1&permil;范圍內，δ¹³C-CH₄在-24.6~-75.3&permil;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以內差值替換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所產生的CH₄轉化得來。同時大堡礁還是一個N₂O的匯，因此N₂O沉降部分抵消了CO₂和CH₄排放帶來的全球變暖趨勢。未來在珊瑚礁環境下的工作應研究海洋微生物呼吸產生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重要的N₂O驅動因素，但尚不清楚本研究中觀察到的N₂O與溫度之間的相反關系，是否由于呼吸增加或從較冷的近海洋流或上升流帶入環礁湖的外來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礁湖內未來的溫室氣體動態，并更好地了解時間變化，還需要進行更多的研究調查，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”的碳轉移過程。Picarro分析儀采用獨有的光腔衰蕩光譜(CRDS)技術，可實時測量原位氣體濃度，靈敏度可達十億分之一(ppb)，所產生的漂移可忽略不計。

Picarro G2308氣體濃度分析儀通過同時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中的關鍵步驟。G2308采用閉路或開路配置可輕松與土壤呼吸室進行兼容，無需裝配和同步多個單獨的氣體分析儀來觀察主要溫室氣體行為。G2308采用Picarro獨特的軟件算法來自動進行水汽校正，以百萬分之一(ppm)的精度來測量水汽，從而以干氣摩爾分數來校正和報告準確的N₂O和CH₄濃度。