Wissenschaftler schlagen eine neue Methode zur Verfolgung schwer fassbarer Ursprünge von CO₂-Emissionen aus Bächen vor

Ein Forscherteam der University of Massachusetts Amherst, das sich auf die Erklärung der Kohlendioxidfreisetzung durch Bäche, Flüsse und Seen spezialisiert hat, hat kürzlich gezeigt, dass der chemische Prozess, der als „Karbonatpufferung“ bekannt ist, für den Großteil der Emissionen in stark alkalischen Gewässern verantwortlich sein kann. Darüber hinaus verzerrt die Karbonatpufferung die am häufigsten verwendete Methode zur Verfolgung der Herkunft von CO2 in Bächen.

Die Forschung, veröffentlicht In Globale biogeochemische Kreisläufeschlägt eine bessere Methode zur Verfolgung der Herkunft der CO2-Emissionen von Flüssen vor.

Binnengewässer, darunter Bäche, Flüsse und Seen, verursachen jährlich etwa 5,5 Gigatonnen CO2-Emissionen – etwa 15 % dessen, was Menschen ausstoßen. Aber aktuelle Klimamodelle haben Schwierigkeiten, diesen Kohlenstoff zu erklären, sagt Matthew Winnick, Assistenzprofessor für Erd-, Geographie- und Klimawissenschaften an der UMass Amherst und Hauptautor des Artikels, unter anderem weil ein Großteil dieses Kohlenstoffs offenbar auf kryptische Weise durch Karbonatpufferung erzeugt wird.

„Der Prozess ist etwas seltsam“, sagt Winnick. „Es fungiert als eine Art versteckter CO2-Reservepool, der den in die Atmosphäre verlorenen Kohlenstoff wieder auffüllt und letztendlich die Menge an CO2 erhöht, die für die Ausgasung zur Verfügung steht.“

Um zu zeigen, wie dieser verborgene Pool funktioniert, haben Winnick und sein Co-Autor, der damalige UMass-Doktorand Brian Saccardi, Studien herangezogen, die sich auf den Kohlenstoffgehalt der Ozeane konzentrierten. „Karbonatpufferung ist ein wirklich bekanntes Phänomen im Ozean“, sagt Winnick, „und obwohl Ozeane anders funktionieren als Binnengewässer, konnten wir die geochemischen Gleichungen übernehmen, um eine Reihe von Modellen zu erstellen, die einen weiten Bereich abdecken könnten.“ der Fluss- und Bachverhältnisse.“

Was ist also Carbonatpufferung? Es beginnt mit CO2 – das überall ist: in der Luft, im Boden und im Wasser. Wenn sich CO2 in Wasser löst, kann es zu Kohlensäure reagieren, die durch weitere Reaktionen dann zu Bicarbonat und Carbonat werden kann. Diese Reaktion kann auch umgekehrt ablaufen, was bedeutet, dass hohe Mengen an Bikarbonat und Karbonat als CO2-Reservespeicher fungieren und die Emissionen antreiben können. Dieses gesamte Gleichgewicht aus CO2, Wasser und Karbonat wird als „Karbonatpufferung“ bezeichnet und die Karbonatreserven können als Treibhausgas aus Bachsystemen emittiert werden.

Tatsächlich fanden Winnick und Saccardi heraus, dass dieser verborgene Pool unter alkalischen Bedingungen für mehr als 60 % der CO2-Emissionen verantwortlich sein kann.

Es gibt noch einen weiteren Trick, den die Carbonatpufferung im Ärmel hat. Im Zeitalter der globalen Erwärmung ist es von entscheidender Bedeutung, sowohl zu wissen, wie viel Kohlenstoff insgesamt emittiert wird, als auch, woher dieser Kohlenstoff kommt. „Obwohl wir nicht glauben, dass Stromemissionen zur globalen Erwärmung beitragen, besteht die große Frage, ob sich diese Emissionen mit der Klimaerwärmung ändern werden, was die Erwärmung in der Zukunft verstärken könnte. Um Veränderungen vorherzusagen, müssen wir wissen, wohin das CO2 kommt.“ von“, sagt Winnick.

Aber herauszufinden, welches CO2-Molekül aus welcher Quelle stammt, ist keine einfache Aufgabe. Um Kohlenstoff, insbesondere den von Gewässern emittierten Kohlenstoff, zu verfolgen, verwenden Wissenschaftler häufig Kohlenstoffisotope oder Kohlenstoffversionen mit unterschiedlichen Massen, die als eine Art forensische Signatur fungieren und die Herkunft des Kohlenstoffs anzeigen können.

Winnick und Saccardi entdeckten jedoch, dass Isotopensignale in Bächen sehr empfindlich auf Carbonatpufferungsreaktionen reagieren. „Die primäre Art und Weise, wie wir Isotope verwenden, um Quellen zu verfolgen, ist ihre Beziehung zu CO2-Konzentrationen, aber die Karbonatpufferung führt dazu, dass diese Beziehungen zusammenbrechen“, sagt Winnick. Diese Aufschlüsselung kann auf den falschen Kohlenstoffverursacher hinweisen, wenn sie nicht ordnungsgemäß berücksichtigt wird.

Eine Möglichkeit, die Karbonatpufferung zu erklären, besteht in der Messung mehrerer Kohlenstoffisotope, so die neue Studie. Aufgrund der hohen Kosten für die Analyse beider Isotope konzentrieren sich Wissenschaftler normalerweise nur auf eines der beiden Tracer-Isotope. Das Team hat jedoch herausgefunden, dass die Verfolgung der Herkunft beider Isotope dabei helfen kann, die verborgenen CO2-Quellen aufzudecken.