Forskere foreslår ny metode til sporing af undvigende oprindelse af CO₂-emissioner fra vandløb

Et team af forskere fra University of Massachusetts Amherst, der har specialiseret sig i at redegøre for kuldioxidfrigivelsen fra vandløb, floder og søer, har for nylig påvist, at den kemiske proces kendt som "karbonatbuffring" kan stå for størstedelen af ​​emissionerne i stærkt alkalisk vand. Desuden forvrænger karbonatbuffer den mest almindeligt anvendte metode til at spore oprindelsen af ​​CO₂ i vandløb.

Forskningen, offentliggjort i Global Biogeochemical Cycles , foreslår en bedre metode til at spore oprindelsen af ​​flod-CO₂ emissioner.

Indre farvande, herunder vandløb, floder og søer, tegner sig for omkring 5,5 gigaton CO₂ emissioner årligt - omkring 15 % af, hvad mennesker udleder. Men nuværende klimamodeller har problemer med at redegøre for dette kulstof, siger Matthew Winnick, assisterende professor i Earth, Geographic and Climate Sciences ved UMass Amherst og papirets hovedforfatter, delvist fordi meget af dette kulstof ser ud til at være produceret kryptisk gennem karbonatbuffring.

"Processen er lidt underlig," siger Winnick. "Det fungerer som en slags skjult reservepulje af CO₂ , genopfyldning af kulstof, der går tabt til atmosfæren, og i sidste ende øge mængden af ​​CO₂ tilgængelig for afgasning."

For at vise, hvordan denne skjulte pool fungerer, kiggede Winnick og hans medforfatter, daværende UMass-kandidatstuderende Brian Saccardi, på undersøgelser, der fokuserede på kulstofindholdet i havene. "Karbonatbuffring er et virkelig velkendt fænomen i havet," siger Winnick, "og selvom oceaner fungerer anderledes end indre farvande, var vi i stand til at låne de geokemiske ligninger for at bygge en række modeller, der kunne tage højde for en bred vifte af flod- og vandløbsforhold."

Så hvad er karbonatbuffring? Det begynder med CO₂ - som er overalt:i luften, i jorden og i vandet. Når CO₂ opløses i vand, kan det reagere og danne kulsyre, som ved yderligere reaktioner så kan blive til bikarbonat og karbonat. Denne reaktion kan også køre omvendt, hvilket betyder, at høje niveauer af bicarbonat og carbonat kan fungere som reservepuljer af CO₂ , kørsel emissioner. Hele denne balance af CO₂ , kaldes vand og karbonat "karbonatbuffer", og karbonatreserverne kan udsendes som en drivhusgas fra vandløbssystemer.

Faktisk fandt Winnick og Saccardi ud af, at denne skjulte pulje kan tegne sig for mere end 60 % af CO₂ emissioner under alkaliske forhold.

Der er endnu et trick, som karbonatbuffer har i ærmet. I en æra med global opvarmning er det afgørende vigtigt at vide, både hvor meget kulstof der udledes samlet, og hvor dette kulstof kommer fra. "Selvom vi ikke tror, ​​at strømemissioner bidrager til global opvarmning, er der et stort spørgsmål om, hvorvidt disse emissioner vil ændre sig, når klimaet opvarmes, hvilket kan forstærke opvarmningen i fremtiden. For at forudsige ændringer er vi nødt til at vide, hvor CO₂ kommer fra," siger Winnick.

Men at finde ud af hvilket molekyle af CO₂ kom fra hvilken kilde ikke er en simpel opgave. For at spore kulstof, især kulstof, der udsendes af vandmasser, bruger forskere ofte kulstofisotoper eller versioner af kulstof med forskellige masser, som fungerer som en slags retsmedicinsk signatur, der kan indikere kulstoffets oprindelse.

Imidlertid opdagede Winnick og Saccardi, at isotopsignaler i vandløb er meget følsomme over for karbonatbufferreaktioner. "Den primære måde, vi bruger isotoper til at spore kilder på, er gennem deres forhold til CO₂ koncentrationer, men karbonatbuffring får disse forhold til at bryde ned," siger Winnick. Denne nedbrydning kan pege på den forkerte kulstofsynder, hvis den ikke tages korrekt i betragtning.

En måde at redegøre for carbonatbuffring på er at måle flere isotoper af kulstof, foreslår den nye undersøgelse. Forskere fokuserer typisk kun på en af ​​de to sporstofisotoper på grund af de høje omkostninger ved at analysere begge, men holdet har fundet ud af, at sporing af oprindelsen af ​​begge isotoper kan hjælpe med at afsløre de skjulte kilder til CO₂ .

Flere oplysninger: Matthew J. Winnick et al., Impacts of Carbonate Buffering on Atmospheric Equilibration of CO2, δ13CDIC og Δ14CDIC in Rivers and Streams, Global Biogeochemical Cycles (2024). DOI:10.1029/2023GB007860

Leveret af University of Massachusetts Amherst