Hydrogeochemie und Hydrogeologie

in situ Messung der Konzentration und d13C-Isotopie von Methan (CH4) in Wasser

In diesem Projekt wurde eine neue in situ Methodik zur Bestimmung der Konzentration und d13C-Isotopie von Methan (CH4) in Wasser entwickelt. Methan wird dabei mittels eines Vakuums und eines Membrankontaktors aus dem Wasser extrahiert und durch einen portablen cavity ring-down spectroscopy (CRDS) Analyser (Picarro® G2201-i) analysiert.
Das System wurde für die Bestimmung der Konzentration und d13C-Isotopie (δ13C-CH4) von CH4 mittels synthetischen Wasserstandards kalibriert. Vergleichsmessungen wurden mithilfe der Gaschromatographie (GC) und Massspektroskopie (GC-C-IRMS) durchgeführt. Alle Ergebnisse zeigen eine sehr gute Übereinstimmung für die CH4 Konzentration (R² = 0.994) und eine Messgenauigkeit von 0.002 ppm (CH4 Konzentration ) und 0.6 ‰ (δ13C-CH4). Eine Fraktionierung der d13C-Isotopie wurde nicht beobachtet.  Ansprechzeiten τ wurden nach Johnson et al. (1999) ermittelt (13.5 s) und zeigen, dass die entwickelte Methodik bis zu 10x schneller ist als bisher veröffentlichte Analysen.
Die Methodik wurde während einer Geländekampagne am StechlinSee (Brandenburg) erfolgreich getestet und angewendet. Der StechlinSee zeigt im Sommer einen deutlichen Methan-Peak nahe der Thermokline mit CH4-Konzentrationen bis zu 0.6 μmol/l und mokrobielle Methanogenese in den oberen 10m der Wassersäule. Simultane Messungen mit der entwickelten Methodik (M-CRDS), einem ICOS-Anaylser gekoppelt mit einer Membraneinheit (MICOS) und Gaschromatographie (GC) zeigen nahezu identische Ergebnisse. Auf Grundlage dieser Messungen wurden 24-Stunden Messungen in der Tiefe des CH4-Maximums durchgefürt. Diese zeigen kurzfristige Schwankungen mit bis zu 0.2 μmol/l (CH4 Konzentration) and 7‰ (δ13C-CH4) innerhalb von 24 Stunden.

 

 

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Letzte Änderung: 14.02.2017
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