Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Qin Wei vom Yantai Institute of Coastal Zone Research (YIC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat ein Überwachungssystem für Kohlendioxid (CO2) im Meer entwickelt, das auf elektrochemischer Sensorik basiert und eine schnelle In-situ-Profilierung von gelöstem CO2 ermöglicht Meerwasser.
Der zunehmende atmosphärische CO2-Ausstoß durch anthropogene Störungen kann zu einer bemerkenswert erhöhten ozeanischen Aufnahme von CO2 führen. Dies könnte ferner zu einer Verringerung des pH-Werts des Meerwassers und zu deutlichen Veränderungen im chemischen Gleichgewicht des marinen Karbonatkreislaufs führen, mit potenziellen Auswirkungen auf die marine Biota und das Ökosystem Ozean.
Um die Auswirkungen dieser Veränderungen auf den marinen Kohlenstoffkreislauf genau zu verstehen, ist es notwendig, die Variabilität des gelösten CO2 im Meerwasser mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu quantifizieren.
Da es aufgrund der Reäquilibrierung zwischen der Meerwasserprobe und dem atmosphärischen CO2 zu Veränderungen in der Probe während der Probenahme, des Probentransports und der Messverfahren kommen kann, sind In-situ-Messungen von gelöstem CO2 von Bedeutung.
Das Überwachungssystem besteht aus Sonden für Meerwasserparameter (dh pH, Leitfähigkeit, Temperatur), einer elektrochemischen Sensoreinheit basierend auf einer ionenselektiven Elektrode zum selektiven Karbonatnachweis, einem Steuersystem für die Sensorkalibrierung, autonome Probenanalyse und Salinitätsauswirkungskorrektur, sowie sowie ein Durchflusssystem für die Injektion von Kalibrierlösungen oder Meerwasserproben.
„Die Salzgehaltskorrektur kann eine verbesserte Erkennungsgenauigkeit bei einem Hintergrund mit hohem Salzgehalt bieten, wodurch das vorgeschlagene CO2-Überwachungssystem für die Meeresüberwachung geeignet ist“, sagte QIN.
Die Funktionsfähigkeit des Detektionssystems für gelöstes CO2 überprüften die Forscher durch Langzeitüberwachung in drei verschiedenen Meeresgebieten Chinas, dem Bohai-Meer, dem Gelben Meer und dem Südchinesischen Meer.
Sie fanden heraus, dass dieses System eine Reaktionszeit von 40 s, eine Reproduzierbarkeit von 0,3 % und eine Detektionsgenauigkeit von 95 % im Vergleich zur Referenztechnik (Wasserdampftrennung – nichtdispersive Infrarotspektroskopieanalyse) für die Echtzeitüberwachung von gelöstem CO2 im Bohai-Meer.
Das Überwachungssystem hat während der Testzeit ordnungsgemäß funktioniert. Die erhaltenen Ergebnisse zeigten seine Fähigkeit, autonom mit Routinen für die Meerwasseranalyse, Sensorkalibrierung, Datenspeicherung und -übertragung zu arbeiten.
Ein solches tauchfähiges Überwachungssystem kann neue Möglichkeiten bieten, um schnelle und genaue Informationen über den Kohlenstoffkreislauf in einem marinen System zu erhalten, ohne dass eine Probenvorbehandlung erforderlich ist.