炭素同位体比を用いた北極域における大気中のメタン濃度の変動に関する研究

利用碳同位素比值研究北极地区大气甲烷浓度变化

基本信息

批准号：
13740283
负责人：
森本真司
金额：
$ 1.34万
依托单位：
National Institute of Polar Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13740283/
关键词：
炭素循環温室効果気体メタン炭素同位対比炭素同位体比北極

项目摘要

大気中のメタンは二酸化炭素に次いで重要な温室効果気体であり、産業革命以降の人間活動の活発化によって濃度が急激に増加していることが知られている。大気中メタンの現在の収支を明らかにするため、これまで主に大気中メタン濃度の観測が行われてきたが、地球表層におけるメタンの放出源が多岐にわたっていること、及び大気中のOHラジカルとの反応でメタンが消滅することなどから、濃度観測のみからは収支の推定が困難であると考えられる。本研究では、メタンの放出源や消滅反応に関する情報を持つ、メタンの炭素同位体比(δ^<13>CH_4)の精密観測を日指して、現有のガスクロマトグラフ質量分析計の改良を行ってきた。その結果、従来のδ^<13>CH_4分析に必要であった空気試料量の約1/100である50〜100mlの試料を用いて、δ^<13>CH_4値を従来法と同程度の精度(0.04-0.08パーミル)で精密分析可能にするシステムの開発に成功した。本システムを用いて、北極・ニーオルスン観測基地(北緯79度、東経15度)で採取された大気試料、及び過去にニーオルスンで採取されその一部を保存していた大気試料のδ^<13>CH_4分析を行い、1999年7月から2003年3月までの時系列データを得た。ニーオルスンにおけるδ^<13>CH_4は明瞭な季節変化を示し、9-10月に最低値、6月に最高値が観測された。これは、メタン濃度の季節変化(7-8月に最低値、11-1月に最高値を示す)と明らかに位相が異なっており、それぞれのメタン放出強度の季節変化に位相差があることに加え、夏期にOHラジカルとの反応によってメタンが消滅する際の同位体分別を反映していると考えられる。本研究で得られた約3年半のδ^<13>CH_4時系列データから、不規則な経年変動の存在が示唆された。このことは、地球表層でのメタン循環が年々変動していることを示しているが、結論を得るためには更に長期間の高精度データを蓄積する必要がある。

大气中的甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，众所周知，自工业革命以来，由于人类活动的增加，其浓度迅速增加。为了明确目前大气中甲烷的平衡情况，主要观测大气中甲烷的浓度，因为甲烷在反应中消失，因此仅通过浓度观测来估计平衡被认为是困难的。在本研究中，我们将通过精确观测甲烷的碳同位素比（δ^<13>CH_4）来改进现有的气相色谱质谱仪，从而提供有关甲烷排放源和灭绝反应的信息。结果，使用50至100ml的样品，大约是传统δ^13CH_4分析所需空气样品量的1/100，δ^13CH_4值降低至相同水平与传统方法一样，我们成功开发了一种能够进行精确分析的系统（0.04-0.08 per mil）。利用该系统，在北极新奥勒松观测站（北纬 79 度，东经 15 度）采集的大气样本以及过去在新奥勒松采集的大气样本中的 δ^<13>进行了CH_4分析并获得了1999年7月至2003年3月的时间序列数据。新奥勒松δ^<13>CH_4有明显的季节变化，9-10月最低值，6月最高值。这与甲烷浓度的季节变化（7-8月最低值，11-1月最高值）明显存在阶段性差异，此外甲烷排放强度的季节变化也存在阶段性差异。，这被认为反映了夏季甲烷通过与 OH 自由基反应消失时的同位素分馏。本研究获得的约三年半的δ^<13>CH_4时间序列数据表明存在不规则的年际波动。这表明地球表面的甲烷环流每年都在变化，但要得出结论，需要在更长的时间内积累更准确的数据。