Første feltmålinger af lattergasisotoper

Takket være et nyudviklet laserspektrometer, Empa-forskere kan for første gang vise, hvilke processer i græsarealer, der fører til udledning af lattergas. Målet er at reducere udledningen af ​​denne potente drivhusgas ved at opnå en bedre forståelse af de processer, der foregår i jorden.

Dinitrogenoxid (N ₂ Åh, også kendt som lattergas) er en af ​​de vigtigste drivhusgasser. Selvom det er meget mindre udbredt i atmosfæren end kuldioxid (CO ₂ ), den er omkring 300 gange mere potent. N ₂ O forbliver i atmosfæren i mere end 100 år og bidrager således i høj grad til den globale opvarmning. Det skader også jordens beskyttende ozonlag. Den største kilde til N ₂ O-emissioner er jord - især (men ikke kun), når det gødes.

Forskere over hele verden leder efter måder at reducere N ₂ O emissioner. Men forskningen er stadig i sin vorden. "Det er velkendt, at der slipper mere dinitrogenoxid ud af jorden efter gødskning eller nedbør, for eksempel. Men der er endnu ikke forsket meget i de nøjagtige processer, der finder sted i jorden, " siger Empa-emissions- og isotopforsker Joachim Mohn.

Første målinger på græsarealer

Empa-forskere har, derfor, udviklet et laserspektrometer, som muliggør ekstremt præcise feltmålinger. "Man kan se præcis, hvilken isotopsammensætning den udsendte lattergas har. F.eks. om nitrogenatomet med en ekstra neutron er placeret i midten af ​​molekylet eller i kanten, " forklarer Mohn. Den specifikke bestemmelse af isotoperne gør det muligt at drage konklusioner om dannelsesprocesserne af N ₂ O. "Isotopmålinger kan også bruges til at estimere omfanget, hvortil den skadelige lattergas i jorden nedbrydes til uskadelig kvælstof."

N ₂ O dannes gennem forskellige mikrobielle processer. Det kan forekomme som et biprodukt af nitrifikation og som et mellemprodukt af denitrifikation. Ved nitrifikation, ammonium, f.eks. fra gødning, oxideres til nitrat. Ved denitrifikation, nitrat omdannes til nitrogen.

"Empa og andre forskningsinstitutioner undersøger i øjeblikket, hvilken biokemisk proces i en bakterie, der foretrækker at danne hvilken dinitrogenoxidisotop, " siger Mohn (se boks). Baseret på disse resultater, Empa forskere, sammen med forskere fra ETH Zürich og Karlsruhe Institute of Technology (KIT), udførte mere end 600 laserspektrometermålinger over flere måneder i Bayern over græsarealer og analyserede dermed isotopsammensætningen af ​​det udsendte N ₂ O.

På samme tid, forskerne registrerede påvirkende variabler såsom jordfugtighed, næringsstofindhold, lufttemperatur, vindhastigheder og tidspunktet for nedbør og gødskning. En nyhed, som Joachim Mohn forklarer:"Med de hidtil anvendte massespektrometriinstrumenter var det simpelthen umuligt at måle kontinuerligt over jord. Takket være vores nye enhed, vi kan nu udføre meget præcise målinger i marken og sammenligne resultaterne, for eksempel fra græsarealer, med dem fra laboratoriet."

Forskerne bruger nu de første feltmålinger til at tjekke, om tidligere emissionsmodeller tillader gode forudsigelser, eller om de skal forbedres. Mohn:"Indtil videre det har kun været muligt at sige, om en model til forudsigelse af lattergasudledning korrekt afspejler tid og mængde. Hvis vi også bestemmer isotopsignaturen, så ved vi med det samme, om modellen korrekt forudsiger de processer, hvorved lattergas produceres."

Dette er et vigtigt skridt for N ₂ O forskning, siger Empa-forskeren. "Det langsigtede mål er at reducere udledningen af ​​lattergas fra naturlige og landbrugsjorde." Der er stadig lang vej igen, han indrømmer. "Men nu har vi i det mindste nået en første milepæl."