Project

Discipline

isotopologues; Jungfraujoch; global budget; Cape Grim Air Archive; nitrous oxide

Lead
Lachgas (N2O) ist ein wichtiges Treibhausgas und weist ein starkes Ozonzerstörungspotential auf. Es wird durch eine Reihe natürlicher und anthropogener Prozesse gebildet, wobei die Emissionen aus Böden unter erhöhten Stickstoffeinträgen dominieren. Obwohl die globalen Quell - und Senkenstärken recht gut bekannt sind, ist es auf Grund der grossen räumlichen und zeitlichen Variabilität der Lachgasfreisetzung schwierig, den Beitrag einzelner Bildungsprozesse zu bestimmen. Ausserdem sind die Ursachen für die saisonalen und zwischenjährlichen Variationen der atmosphärischen N2O Konzentration kaum bekannt.
Lay summary
Um ein besseres Verständnis der N2O Quellprozesse zu erlangen, werden im vorliegenden Projekt Prozessinformationen durch die hochpräzise Bestimmung der stabilen N2O Isotope in Umgebungsluft gewonnen und mit Hilfe von Atmosphärenmodellen interpretiert. Insbesondere werden Gasproben des Cape Grim Atmosphären-Archivs der letzten 30 Jahre analysiert, um langjährige Trends und saisonale Variationen der N2O Isotopenzusammensetzung in der Südhemisphäre zu bestimmen. Zusätzlich werden saisonale und zwischenjährlichen Variationen der N2O Isotopenzusammensetzung in der Süd- und der Nordhemisphäre in den nächsten beiden Jahren durch eine monatliche (Cape Grim) bzw. wöchentlich (Jungfraujoch) Probenahme analysiert. Die Messergebnisse werden mit verschiedenen Boxmodellen interpretiert, um Änderungen in der N2O Isotopensignatur der anthropogenen Quelle und Variationen in der Stärke von Quell- und Senkenprozesse zu bestimmen. Damit sollen die folgenden Forschungsfragen beantwortet werden: Hat sich die globale anthropogene N2O Quellsignatur in den letzten 30 Jahren verändert? Wurden diese Veränderung durch Änderungen der Quellprozesse oder des Klimas hervorgerufen? Wie unterscheidet sich die N2O Isotopenzusammensetzung in der Nord- und der Süd-Hemisphäre? Entspricht dies den erwarteten Quellprozessen in den beiden Hemisphären? Welche Informationen über Ursachen der Saisonalität und der zwischenjährlichen Variationen der N2O Konzentration können wir aus der Bestimmung der N2O Isotopenzusammensetzung gewinnen?   Die vorliegende Untersuchung wird unser Verständnis des globalen N2O Kreislaufs verbessern und damit die Entwicklung von Modellen ermöglichen, mit deren Hilfe die N2O Atmosphärenkonzentration in Folge von Klima- und Bevölkerungsänderungen besser vorhergesagt werden kann. Dies ermöglicht auch die Entwicklung von gezielten N2O Minderungsmassnahmen.

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Last update: 20.12.2016

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Number	Title	Start	Funding scheme

N2O is a strong greenhouse gas and an important ozone depleting substance released from a range of natural sources and anthropogenic activities. Anthropogenic sources of N2O are dominated by disperse and highly variable agricultural soil emissions, which, combined with the long lifetime of N2O, makes source apportionment and thus mitigation challenging. Although the total global source and sink strengths for N2O are relatively well constrained, individual source contributions and, in particular, the factors causing seasonality and interannual variability in N2O mixing ratio and growth rate are poorly known. Measurement and model studies suggest source variability is the dominant factor causing variations in N2O mixing ratios on an interannual scale, rather than changing strength of stratosphere troposphere exchange. Isotope measurements combined with modelling show great potential to unravel sources, however currently N2O isotope measurements with the required spatial and temporal coverage and precision are not available.The aim of this study is to assess the global N2O budget by providing for the first time high precision data (d15Na, d15Nb, d18O: <0.1‰) showing seasonal and interannual changes in the site-specific N2O isotopic composition, in combination with a modelling approach for data interpretation. We propose to measure long-term trends and interannual variability using 30 years of archived air samples from the Cape Grim Air Archive, Australia. In addition, seasonal and intra-annual variability will be examined at higher temporal resolution over two years based on flask sampling at remote measuring stations in the southern (Cape Grim, monthly sampling) and northern (Jungfraujoch, weekly sampling) hemispheres. Concentration and isotopic composition analyses for all samples will be carefully calibrated to ensure traceability and comparability with other studies into the future. The isotopic data will be interpreted using various box modelling approaches to identify in particular changes in the isotopic signature of the anthropogenic source, as well as variations in sources and sinks responsible for seasonality and interannual variability. These results will be used to address three major research questions:• Has the global anthropogenic source isotopic signature changed over the past 30 years? How does this reflect changes in source identity and climate?• What is the difference in N2O isotopic composition between the northern and southern hemispheres, in particular isotopic site preference? Does this agree with expectations based on hemispheric source estimates?• What can isotopic composition changes tell us about the major drivers of seasonality and interannual variability in N2O mixing ratio and growth rate?This study will improve our understanding of the global N2O cycle, facilitating the development of models to predict changes in N2O emissions in response to climate and societal changes in the coming decades. These results will aid in the development of targeted mitigation policies to reduce future N2O emissions.