應用案例

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(fā)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(yè)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(tài)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(qū)環(huán)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(tài)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(qū)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(qū)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(qū)CO₂與CH₄飽和度、穩(wěn)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(huán)礁湖溫室氣體分布估算。穩(wěn)定同位素數(shù)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(huán)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(huán)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(huán)礁湖內未來的溫室氣體動態(tài)，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(jié)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(wěn)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(wěn)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(huán)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(shù)來校正和報告準確的N₂O和CH₄濃度。

高精度碳同位素分析儀

高精度N₂O、CH₄氣體濃度分析儀

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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）

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）