Observations and Modelling of the 14CO2 Variability in the Tropics and Northern Extratropics: Constraints for the Atmosphere-Biosphere Carbon Turnover
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projektes wurden hochpräzise Radiokohlenstoff-Messungen im atmosphärischen Kohlendioxid (?14CO2) auf der globalen Skala weitergeführt, um repräsentative Information über die Entwicklung von I4CO2 seit 1950 zu erhalten. In Kombination mit entsprechenden Messungen in der Stratosphäre, dem revidierten 14C-Inventar in den globalen Ozeanen und einer neuen Abschätzung des Gesamteintrags von 14C aus oberirdischen Kernwaffentests, war es jetzt erstmals möglich, die Entwicklung von 14CO2 in der globalen Atmosphäre über die letzten 70 Jahre konsistent zu simulieren. Die zusätzlichen Informationen, die das Isotop Radiokohlenstofffür das Verständnis des globalen Kohlenstoffkreislaufs, insbesondere für den Zeitraum, in dem die größten vom Menschen verursachten Veränderungen am globalen Kohl ens to ffsystem stattfanden, liefern kann, wurden im Projekt detailliert untersucht. Aus den verbesserten Exzess-14C-Ozeaninventaren der globalen GEOSECS- und WOCE- Kampagnen konnte in Kombination mit unseren atmosphärischen Langzeitmessungen die CO2-Transfergeschwindigkeit zwischen Ozean und Atmosphäre neu berechnet werden. Dies führte zu einem etwa 20% kleineren Bruttoaustauschfluss als bislang angenommen und hat auch Einfluss auf die Netto-Aumahme von anthropogenem CO2 durch die Ozeane. Die Bilanzierung des globalen Exzess-14C über die letzten 50 Jahre erlaubt es zum ersten Mal, das globale biosphärische Exzess-C-Inventar zu berechnen. Aufgrund der starken Heterogenität dieses Kohlenstoff-Reservoirs ist es sehr schwierig, dieses Inventar aus direkten Messungen in den verschiedenen Ökosystemen zu gewinnen. Neben anderen Parametern hängt das 14C-Exzess-Inventar der terrestrischen Biosphäre von ihrer Altersstruktur sowie von ihrem Austauschfluss mit der Atmosphäre ab. Es konnte gezeigt werden, dass man zur Reproduktion des I4C-Inventars die globale terrestrische Biosphäre mindestens in zwei (wohl durchmischte) Kompartimente unterteilen muss, ein junges mit einer mittleren Austauschzeit von 7-10 Jahren, welches 11-16% der globalen Biomasse enthält, und ein altes mit einer mittleren Austauschzeit von 170-820 Jahren. Es konnte gezeigt werden, dass sich die Biosphäre Mitte der 1970er Jahre von einer Netto-Senke für Exzess-I4C in eine nahezu konstante Netto-Quelle gewandelt hat. Der Abfall des ?14CO2 in der globalen Atmosphäre wurde bis Mitte der 1990er Jahre vornehmlich durch die Angleichung des atmosphärischen I4C-Kernwaffenspikes mit den globalen Ozeanen bestimmt. Seit etwa 10 Jahren erfolgt die stärkste Veränderung des atmosphärischen ?14CO2 durch den anhaltenden Eintrag von fossilem I4C-freiem Verbrennungs-CO2, der jährlich etwa 1% des atmosphärischen CO2-Inventars beträgt und allein eine Abnahme von ?14CO2 = -10%0 yr-1 zur Folge hat. Dieser theoretische Abfall wird teilweise durch den Aquüibrierungsfluss mit den Ozeanen ausgeglichen, so dass der beobachtete Trend zur Zeit nur -4 bis -5%o yr-1 beträgt. Da die fossilen CO2-Emissionen hauptsächlich in der Nordhemisphäre stattfinden, sollte sich die Asymmetrie dieser Quelle in einem entsprechenden Nord-Süd-Gradienten des ?14CO2 widerspiegeln. Gegenwärtig ist dies jedoch noch nicht in der erwarteten Größenordnung beobachtbar. Offenbar wird der Gradient durch eine 14C-Quelle im Norden oder eine Senke im Süden ausgeglichen. Interessant erweise kann dies durch unsere Modellrechnungen noch nicht reproduziert werden, was auf einen fehlenden Baustein im Verständnis des globalen 14CO2-Kreislaufs hinweist.
Publications
- 2006. Excess radiocarbon constraints on airsea gas exchange and the uptake of CChby the oceans. Geophys. Res. Letters 33, LI 1802
Naegler, T., P. Ciais, K. Rodgers, and I. Levin
(See online at https://doi.org/10.1029/2005GL025408)
