Methan, Treibhausgase & Klima

Transkript

1 Methan, Treibhausgase & Klima - Forschung am MPI für Chemie - - Der Treibhauseffekt - - Messung von Methangehalten in Mainzer Luft, Atemluft und in Reinluft - Dr. Diana Rose, Dr. Marloes Penning de Vries, Dieter Scharffe, Dr. Elmar Uherek Dr. Stefanie Wong-Zehnpfennig, Sarah-Lena von der Weiden & Dr. Bärbel Sinha Max-Planck-Institut für Chemie, Mainz

2 Ablauf des Projekttages Projekt CARIBIC Einführungsvortrag Einführung in die Gaschromatographie Vorversuche am Schul-GC Mittagessen Labormessung Methan Mobiles Labor Abschluss und Fragen

3 Die Atmosphäre Durch welche Parameter wird sie charakterisiert? Druck, Temperatur, Feuchte,... Wie sieht Höhenprofil dieser Parameter aus? Warum?

4 Temperaturverlauf und Aufbau der Atmosphäre Thermosphäre Mesopause Höhe in km Mesosphäre Stratopause Stratosphäre Tropopause Troposphäre Temperatur in C

5 Chemische Zusammensetzung Formel Name Menge Bedeutung Quellen Senken Lebensdauer N Stickstoff 2 78,11% Hauptmasse der Atmosphäre Gestein, Denitrifikation Gering > Jahre O 2 Sauerstoff 20,95 % Lebensstoff für nichtpflanzliche Lebensformen wie Mensch und Tier Pflanzliche Lebensformen, Photosynthese 1000 Jahre H ~1% 2 O Wasserdampf Notwendig für das Leben; Verdunstung Niederschlag Tage CO 2 Kohlendioxid 0,036 % (360 ppm) CH 4 Methan 0,00017 % (1,7 ppm) N 2 O Lachgas 0,00003 % (300 ppb) O 3 Ozon 0,0001 % (1ppm) in Stratosphäre wichtiges Treibhausgas; Wolkenmaterial Wichtigstes Treibhausgas; Lebensstoff für pflanzliches Leben Treibhausgas; verbraucht OH Treibhausgas, wichtig für stratosphärisches Ozon Schutzschild gegen UV- Strahlung, Treibhausgas Verbrennungsprozesse, Vulkanismus, Respiration etc. Reisfelder, Sümpfe, Mikroorganismen, Wiederkäuer, Termiten Photosynthese, Lösung in Ozeanen Reaktion mit OH 100 Jahre 8 Jahre Böden, Ozeane UV-Sonnenstrahlung > 100 Jahre UV-Sonnenstrahlung (λ < 240 nm) UV-Sonnenstrahlung (λ > 850 nm); Reaktion mit OH Variabel, Stunden bis Wochen CCl FCKW 11 0, % Ozonzerstörer, Treibhausgas Kühlmittel, Schäummittel UV-Sonnenstrahlung in Jahrzehnte 3 F der Stratosphäre (300 ppt) Hauptbestandteil Chemisch sehr aktiv Treibhausgase Ozon zerstörend

6 Klimaveränderung Was hast du schon über Klimaveränderung gehört? Welche Dinge ändern sich? Was sind die Auswirkungen?

7 Klima der Vergangenheit In der Geschichte unserer Erde ist ein Klimawandel keine Sensation. 1) Zustände der Erde Klima der Vergangenheit... und der Zukunft? Vor geologisch nicht allzu langer Zeit im Eozän war die Erde eisfrei, die Pole waren geschmolzen und der Meeresspiegel stand um viele Meter höher als heute.

8 Die Erde im Eozän University of Arizona Die Erde im Eozän vor ca. 50 Mio. Jahren

9 Mensch und Säuger sind jüngste Geschichte Der Eisbär hat sich vor Jahren vom Braunbären abgespalten und seinen jetzigen Lebensraum erobert. Dieser Lebensraum schwindet. San Francisco Vor ca Jahren traten die ersten modernen Menschen auf: Homo sapiens sapiens. Etwa 20% der Menschheit lebt heute nicht mehr als 25 km von der Küste entfernt.

10 CO 2 Anstieg in dieser Warmzeit 19. Jh Bild: EPICA Eisbohrkern; Photo: Sepp Kipfstuhl AWI; Daten: NOAA, AWI

11 Trends in der Historie Kohlendioxid ist in dieser Warmzeit stetig angestiegen! um 20 ppm in 8000 Jahren = 0,25 ppm in 100 Jahren

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13 Trends im Industriezeitalter Kohlendioxid ist im letzten Jahrhundert stetig angestiegen! um 50 ppm in 50 Jahren = 100 ppm in 100 Jahren

14 Trends im Vergleich Kohlendioxid ist in dieser Warmzeit stetig angestiegen! Kohlendioxid ist im letzten Jahrhundert stetig angestiegen! um 20 ppm in 8000 Jahren Faktor 400 um 50 ppm in 50 Jahren = 0,25 ppm in 100 Jahren 2,5 km in 1 Std. geht ein (langsamer) Spaziergänger = 100 ppm in 100 Jahren 1000 km in 1 Std. fliegt ein Flugzeug Klimafaktoren haben sich immer schon verändert, aber in den letzten Jahrtausenden menschlicher Hochkultur deutlich langsamer als jetzt.

15 Veränderung der globalen Oberflächentemperatur t zwischen Abweichu ung in C zum Mittel zw Quelle: IPCC Quelle: IPCC 2007

16 Anstieg der Methankonzentration verläuft anders als CO 2 Quellen: IPCC (2001, 2007)

17 Wie nennt man diese Gase? Ihre Konzentration steigt seit den letzten 200 Jahren stetig an Sie führen zur Erwärmung der Atmosphäre Treibhausgase

18 Der Treibhauseffekt Was sagt dir der Begriff Treibhauseffekt? Ist der Treibhauseffekt gut oder schlecht für uns?

19 Der Treibhauseffekt vereinfacht Quelle: Häckel (2005)

20 Der Treibhauseffekt im Detail Zahlenangaben sind Strahlungsflussdichten in W/m 2, nach IPCC (2001)

21 Wechselwirkungen von Licht mit Molekülen

22 Die Absorption von Strahlung durch Treibhausgase Quelle: Häckel (2005) Das atmosphärische Fenster: Das atmosphärische Fenster: Strahlung wird kaum absorbiert, aber FCKW absorbieren hier

23 Globaler Strahlungsantrieb des Klimasystems ( ) Abkühlung Erwärmung W/m 2

24 Wie kann man das Klima beinflussenden Parameter messen? Feldmessungen Eisbohrkerne

25 Welche Technik benutzen wir heute? - Gaschromatographie hi -

26 Aber vorerst eine ähnliche Technik - Papierchromatographie hi - blauer Farbstoff löst sich im aufsteigenden Wasser und wird mit nach oben transportiert Farbstreifen nach dem Trocknen: oben: Die rote Farbe bestand aus einem dunkelroten und einem orangefarbenen Anteil. Mitte: Die grüne Farbe hat sich in einen gelben und einen blauen Anteil getrennt. unten: Die blaue Farbe war nur sehr schlecht wasser-löslich löslich. Die Farbbestandteile haben sich nicht sehr stark trennen lassen.

27 Eine Messtechnik in der Atmosphärenforschung: - Gaschromatographie - Probe Detektor Trennsäule im Ofen Chromatogramm Trägergas Operationsgase

28 Wie sieht ein Messergebnis aus? - Treibhausgase -

29 Wie sieht ein Messergebnis aus? Standard Luftprobe aus Luftprobe aus 10km Höhe

30 Auf zum Experimentieren!

31 Nun zu euren Ergebnissen... Gruppe 1 Gruppe 2 Eichgas 8,905 ppmv 8,905 ppmv Mainz Reinluftprobe (Teneriffa) Atemluft Antarktis

32 - Wie alt ist die Probe aus dem Eisbohrkern? - Ist die Mainzer Probe realistisch? Zum Vergleich: CH 4 Anstieg während der letzten 30 Jahre on [ppb] nzentratio CH 4 Kon

33 Globale Methanverteilung Woher kommen die Maxima? ppb

34 Quellen und Senken

35 Anstieg der Methanemissionen Gasabfackelung Gasleitungen Kohleabbau Biomassenverbrennung Viehhaltung Reis etc. Müllhalden gesamt

36 Prognose für Methanemissionen

37 Vielen Dank! Reuben Ferrante 13 Jahre MALTA "The beauty of weather and clouds" WMO Gallerie: Wetter in Kinderaugen