Englische Übersetzung des Titels: Measurement and balancing of anthropogenic greenhouse gases in Germany

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Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der regionalen Bilanzierung von anthropogenen Treibhausgasemissionen aus atmosphärischen Messungen. An den Stationen Schauinsland und Heidelberg (Südwestdeutschland) sowie Neuglobsow und Zingst (Nordostdeutschland) wurden die CO2-, CH4-, N2O- und 222Rn-Mischungsverhältnisse über mehrere Jahre gemessen. Unter Verwendung von 222Rn als Transport Tracer konnten die CH4- und N2O-Emissionen bilanziert werden. Innerhalb der Unsicherheiten dieser Abschätzung sind die mittleren CH4-Quelldichten für die Einzugsgebiete der vier Stationen mit (0.23±0.07) g CH4 km-2 s-1 identisch, was auf die relativ homogene Bestandsdichte von Milchkühen, die mit fast 60 zu den CH4-Emissionen der jeweiligen Regionen beitragen, zurückgeführt wird. Bei der Auswertung der N2O-Datensätze in Heidelberg konnten die Einflüsse lokaler Punktquellen (Kliniken) eliminiert werden, und es wurde eine 50 prozentige Abnahme der N2O-Quelldichte von 1996/97 auf 1998 nachgewiesen. Diese fällt zeitlich zusammen mit einer dramatischen Reduktion der N2O-Emissionen aus der Adipinsäureproduktion der BASF AG Ende 1997. Eine quantitative Auswertung der CO2-Emissionen in Heidelberg konnte durch eine Analyse der CO2-Konzentrations- und Isotopenmeßreihen unter Verwendung der Radon-Tracer-Methode erreicht werden. Die aus den atmosphärischen 14C-Messungen für die Jahre 1980 bis 1998 bestimmte fossile CO2-Quelldichte beträgt im Mittel (510±28) t C km-2 a-1 und zeigt für diesen Zeitraum keinen Trend. Dagegen ist die Änderung der Zusammensetzung der eingesetzten fossilen Energieträger (Gas, Erdöl und Kohle) deutlich an der 13C-Signatur des fossilen CO2-Anteils von (-28.6±0.6) ‰ für 1982/83 auf (-38.5±1) ‰ für 1995 bis 1998 zu erkennen. Die Auswertung der kontinentalen CO2- und 222Rn-Überhöhungen an der Bergstation Schauinsland (Schwarzwald) erlaubte die Bestimmung großräumiger Netto-CO2-Flußraten.

Übersetzung des Abstracts (Englisch)

The scope of this Thesis is to balance the regional anthropogenic greenhouse gas emissions based on atmospheric measurements. CO2-, CH4-, N2O-, and 222Rn concentrations were measured continuously over several years at the stations Schauinsland and Heidelberg (Southwest Germany) as well as Neuglobsow and Zingst (Northeast Germany). 222Rn was used as an atmospheric transport tracer to derive emission rates from concentration gradients. Within the uncertainty of our estimate the four selected sites in Germany with different source characteristics (industrialized vs. agricultural) reflect almost uniform CH4 flux densities of (0.23±0.07) g CH4 km-2 s-1. This surprising finding is most likely a result of a rather homogeneous distribution of the diary cows that contribute almost 60 to the regional CH4 emissions. To obtain a regional budget of N2O emissions for Heidelberg, local spot sources (clinics) could eliminated successfully from the data. The N2O flux densities of (148±30) µg N m-2 h-1 for 1996/1997 exhibit a strong decrease to a value of (72±8) µg N m-2 h-1 for 1998. This depletion corresponds to a dramatic reduction of N2O emissions in our catchment area from the adipic acid production of the BASF AG at the end of 1997. Concentration and isotopic measurements of CO2 were combined with the radon tracer method to evaluate quantitatively the CO2 emissions in Heidelberg. 14C measurements yield a fossil CO2 flux density of (510±28) t C km-2a-1 for the episode of 1980 to 1998. No significant trend was recorded during this period. However, a significant decrease of the 13C signature of fossil CO2 from (-28±0.6) ‰ to (-38.5±1) ‰ from 1982/83 to 1995-1998 clearly indicates changes of the fossil fuel source mix (i.e. gas, oil, and coal). Based on the continental offsets of CO2 and 222Rn at the mountain station Schauinsland (Schwarzwald) seasonal net CO2 flux densities were determined for central Europe.