应用案例

Picarro G2201-i/G2308（同位素分析仪结合高分辨率采样揭示大堡礁CO₂、CH₄以及N₂O的空间分布）

发表时间：2024-04-17

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https://doi.org/10.1029/2021GL092534

研究背景

大气中的CO₂、CH₄以及N₂O的浓度在工业革命以后分别上涨了47%、160%以及22%，并且CO₂、CH₄以及N₂O对全球气温的升高都有明显贡献。虽然CO₂因为浓度明显高于其他温室气体而作为主要的关注对象，但是由于CH₄以及N₂O的辐射强迫明显高于CO₂，因此二者温室效应也不容小觑。

海洋是维持全球温室气体动态平衡的关键角色，是大气CO₂的汇，并且是CH₄与N₂O的重要排放源。然而由于海洋地区环境的不同，在不同海域CO₂以及CH₄、N₂O的收支也还没有明确的结论。因此该研究利用Picarro G2201-i （CO₂、CH₄碳同位素分析仪）以及 G2308 （N₂O、CH₄浓度分析仪），对大堡礁海域溶解态的二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）以及二氧化碳与甲烷中的δ¹³C、一氧化二氮（N₂O）进行测量，对该区域温室气体空间分布与排放源进行研究。

主要结果

通过G2201-i获得大堡礁不同海域δ¹³C-CO₂在-5.9~-18.1&permil;范围内，δ¹³C-CH₄在-24.6~-75.3&permil;范围内。本次对大堡礁地区CO₂排放研究结果，相比该海域之前的研究结果提高了35%。研究中对于大堡礁水-汽CO₂、CH₄以及N₂O通量也做了进一步的估算与分析，并且与之前的研究做了比较。

注：图中为大堡礁地区CO₂与CH₄饱和度、稳定同位素比率以及N₂O浓度的箱式图。CO₂、CH₄以及N₂O以内差值替换的饱和度分布以及排放通量图。

研究结论

本研究给出了高分辨率、大尺度的大堡礁环礁湖温室气体分布估算。稳定同位素数据表明，大堡礁是CO₂的重要源，其CO₂主要由珊瑚的钙化以及生物活动所产生的CH₄转化得来。同时大堡礁还是一个N₂O的汇，因此N₂O沉降部分抵消了CO₂和CH₄排放带来的全球变暖趋势。未来在珊瑚礁环境下的工作应研究海洋微生物呼吸产生CH₄的量以及温度对N₂O生成排放的影响。虽然温度似乎是一个重要的N₂O驱动因素，但尚不清楚本研究中观察到的N₂O与温度之间的相反关系，是否由于呼吸增加或从较冷的近海洋流或上升流带入环礁湖的外来N₂O所致。此外，为了更好地了解不断变化的气候可能如何影响环礁湖内未来的温室气体动态，并更好地了解时间变化，还需要进行更多的研究调查，以量化日变化和季节变化对温室气体排放的影响。

Picarro仪器说明

本研究将高精度CO₂、CH₄碳同位素分析仪以及N₂O气体浓度分析仪（Picarro G2201-i/G2308）应用在海洋温室气体排放源以及通量的研究上。在碳稳定同位素方面，G2201-i分析仪将CO₂和CH₄两台碳同位素分析仪的能力整合在一起，这使获得稳定同位素更为简单和快速。研究人员从此只需一台仪器便可追踪从“碳源”至“碳汇”的碳转移过程。Picarro分析仪采用独有的光腔衰荡光谱(CRDS)技术，可实时测量原位气体浓度，灵敏度可达十亿分之一(ppb)，所产生的漂移可忽略不计。

Picarro G2308气体浓度分析仪通过同时测量土壤排放物中的三种重要温室气体（N₂O、CH₄和H₂O），从根本上简化了土壤通量研究。土壤和大气之间的温室气体交换是全球氮和碳循环中的关键步骤。G2308采用闭路或开路配置可轻松与土壤呼吸室进行兼容，无需装配和同步多个单独的气体分析仪来观察主要温室气体行为。G2308采用Picarro独特的软件算法来自动进行水汽校正，以百万分之一(ppm)的精度来测量水汽，从而以干气摩尔分数来校正和报告准确的N₂O和CH₄浓度。

高精度碳同位素分析仪

高精度N₂O、CH₄气体浓度分析仪

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