Sporing af fossile brændstoffer med kulstof-14

Forskere fra NOAA og University of Colorado har udtænkt en banebrydende metode til at estimere nationale emissioner af kuldioxid fra fossile brændstoffer ved hjælp af prøver fra omgivende luft og en velkendt isotop af kulstof, som forskere har stolet på i årtier til dato arkæologiske steder.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences , de rapporterer det første nogensinde nationale estimat af fossilt brændstof afledt kuldioxid (CO ₂ ) emissioner opnået ved at observere CO ₂ og dens naturligt forekommende radioisotop, kulstof-14, fra luftprøver indsamlet af NOAA's Global Greenhouse Gas Reference Network.

Kulstof-14, eller ¹⁴ C, en meget sjælden isotop af kulstof skabt hovedsageligt af kosmiske stråler, har en halveringstid på 5, 700 år. Kulstoffet i fossile brændstoffer har været begravet i millioner af år og er derfor fuldstændig blottet for 14 C. Omhyggelig laboratorieanalyse kan identificere graden af 14 C-udtømning af CO ₂ i diskrete luftprøver, hvilket afspejler bidraget fra forbrænding af fossile brændstoffer og cementfremstilling (som også har nr 14 C), ellers kendt som "fossil CO ₂ " bidrag. At kende placeringen, dato og klokkeslæt, hvor luftprøverne blev taget, forskerholdet brugte en model for atmosfærisk transport til at skille CO fra hinanden ₂ variationer på grund af forbrænding af fossilt brændstof fra andre naturlige kilder og dræn, og sporede de menneskeskabte variationer til det fossile CO ₂ kilder ved overfladen.

En ny metode til at evaluere varebeholdninger

"Dette er en ny, uafhængig, og objektiv metode til at evaluere emissionsopgørelser, der er baseret på, hvad vi faktisk observerer i atmosfæren, " sagde hovedforfatter Sourish Basu, som var en CIRES-forsker, der arbejdede ved NOAA under undersøgelsen. Han er nu videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Maryland.

Mens forbindelsen mellem fossil CO ₂ emissioner og atmosfærisk 14C har været kendt i mange årtier, opbygningen af ​​et nationalt emissionsestimat baseret på atmosfærisk ¹⁴ C krævede samtidig udvikling af præcise måleteknikker og en ramme for emissionsvurdering, i høj grad stået i spidsen i løbet af de sidste 15 år af NOAA-forskeren John Miller og University of Colorado-forskeren Scott Lehman.

"Carbon-14 giver os mulighed for at trække sløret tilbage og isolere CO ₂ udsendes fra forbrænding af fossile brændstoffer, " sagde Lehman, en af ​​avisens forfattere. "Det giver os et sporstof, vi kan spore til kilder på jorden. "Vi kan derefter lægge disse sammen og sammenligne med andre emissionsestimater på forskellige tids- og rumskalaer."

Bottom-up vs. top-down

Nøjagtig beregning af emissioner af kuldioxid fra afbrænding af fossile brændstoffer har udfordret videnskabsmænd i årevis. De to primære metoder i nuværende brug - "bottom up" opgørelser og "top down" atmosfæriske undersøgelser, der bruges i regionale kampagner - har hver deres styrker og svagheder.

"bottom-up" estimater, såsom dem, der bruges i EPA's opgørelse over amerikanske drivhusgasemissioner og dræn, udvikles ved at tælle CO ₂ emissioner fra forskellige processer og brændstoftyper, og derefter opskalere emissioner baseret på registreringer af fossilt brændstofforbrug. I modsætning, "top-down" estimater er baseret på målte ændringer i koncentrationerne af udledte gasser i atmosfæren og vindmønstre, der forbinder overfladekildeområderne med målestederne.

Bottom-up-opgørelser kan give flere detaljer end top-down-metoder, men deres nøjagtighed afhænger af evnen til at spore alle emissionsprocesser og deres intensitet til enhver tid. hvilket er en iboende vanskelig opgave med usikkerheder, der ikke umiddelbart kan kvantificeres. Top-down undersøgelser er begrænset af tætheden af ​​atmosfæriske målinger og vores viden om atmosfæriske cirkulationsmønstre, men tager implicit hensyn til alle mulige sektorer af økonomien, der udleder CO ₂

Holdet konstruerede årlige og månedlige top-down fossil CO ₂ emissionsestimater for USA for 2010, det første år med tilstrækkelige atmosfæriske prøver til at give robuste resultater. Som et sammenligningspunkt, de sammenlignede deres tal med bottom-up estimater fra en nylig U.S. Environmental Protection Agency (EPA) rapport over 2010 emissioner. Holdets estimat af USA's årlige samlede 2010-emissioner var 5 procent højere end EPA's centrale estimat. Det nye estimat er også væsentligt højere end dem fra andre opgørelser, der almindeligvis anvendes i global og regional CO ₂ forskning. På den anden side, de atmosfæriske resultater ser ud til at stemme overens med en nylig opdatering af Vulcans amerikanske emissionsdataprodukt udviklet af forskere ved Northern Arizona University.

Da disse var de første estimater konstrueret ved hjælp af det nye observationssystem, videnskabsmænd advarede om, at de skulle betragtes som foreløbige. Nu har de travlt med at anvende metoden til målinger fra de efterfølgende år, for at afgøre, om de forskelle, de ser, er robuste over tid.

En af fordelene ved denne tilgang, ifølge forskerne, er det med en udvidet ¹⁴ C målenetværk, der er potentiale til at beregne emissioner fra forskellige regioner - information, der ville øge EPA's nationale totaler. Stater som Californien og samlinger af stater som f.eks. medlemmerne af det østlige regionale drivhusgasinitiativ har skabt deres egne mål for reduktion af drivhusgasser, og evnen til selvstændigt at evaluere regionale emissioner ved hjælp af top-down metoder vil hjælpe med at evaluere regionale emissionsreduktionsbestræbelser.

"Uafhængig verifikation af årlige og regionale totaler og flerårige tendenser ved hjælp af uafhængige metoder som denne ville fremme tilliden til nøjagtigheden af ​​emissionsrapportering, og kunne hjælpe med at vejlede fremtidige emissionsreduktionsstrategier, " sagde NOAA-videnskabsmanden John Miller.