Metan- og CO2-tab fra søer målt med nyudviklet udstyr

 - ”I mange år har vi benyttet automatisk udstyr til at måle temperatur, lys, ilt, pH, algeklorofyl, og uorganisk kulstof i søer for at afdække den voldsomme variation i tid og rum, som karakteriserer alle naturens økosystemer”, fortæller forskningsleder, professor Kaj Sand-Jensen, Biologisk Institut, Københavns Universitet.

Inden starten på det nye projekt, havde forskergruppen allerede udviklet flydende kamre med små sensorer til løbende at registrere CO₂ udvekslingen mellem søvandet og luften i kammeret. Men nu var udfordringen at videreudvikle udstyret til også at måle metan med små sensorer.

- ”Den opgave var vanskelig, da metan både optræder i meget lavere koncentrationer og er teknisk sværere at måle end CO₂” fortæller Ph.D. studerende Jonas Stage Sø og lektor Theis Kragh – fra Biologisk Institut, Syddansk Universitet. Men nu udkommer vi med den første afhandling, der både beskriver metoden og udnytter dens potentiale til at måle tabene af begge drivhusgasser med høj tidsopløsning forskellige steder på søer.

- ”Det er kendt, at tabene af metan varierer meget fra sted til sted”, fortsætter Jonas Sø og Theis Kragh. ”Det gælder især tabene af metanbobler fra søbunden, hvor metanen dannes ved nedbrydning af organisk stof under iltfrie forhold. Sejler man på søer, kan man opleve, at det bobler lystigt fra mudderbunden, men sjældent fra sandbunden. Derfor kræver det mange målinger hen over søen og over lange tidsrum at opnå et tilstrækkeligt overblik til at beregne det samlede metantab”.

Udvekslingen af CO₂ mellem luften og søvandet varierer meget mindre, da CO₂ er meget vandopløseligt og ikke danner bobler i søer. Til gengæld kan planternes CO₂ forbrug ved fotosyntesen skabe CO₂ optagelse fra luften til søen om dagen, når fotosyntesen foregår. Omvendt danner alle organismer CO₂ ved respiration og skaber CO₂ tab om natten fra søen. Derfor må man måle både dag og nat. Men det er uholdbart at skulle sidde midt ude på en sø i buldermørke for at måle gastabene, så opgaven må løses af automatisk registrerende udstyr.

 

Nyt prisbilligt måleududstyr

Det nye udstyr benytter små prisbillige metan- og CO₂-sensorer, plus temperatur- og luftfugtigheds-sensorer, der anbringes i kamre, der flyder på vandoverfladen mange steder. Gas-sensorer blev første gang anvendt af svenske kolleger, men nu har forskerne i Danmark taget anvendelsen flere vigtige skridt videre.

- ”Vi har indstillet sensorerne til at måle indholdet af metan og CO₂ i luften inde i kammeret med få sekunders mellemrum. Kamrene er plastikspande, som er vendt om, og forsynet med en flydekrave, så luften i kammeret står i fri kontakt med vandoverfladen”, forklarer Thies Kragh og Jonas Sø.

Da gaskoncentration i flydekammeret ikke må afvige for meget fra atmosfærens indhold for at lave korrekte målinger, er der tilføjet en luftpumpe, som med faste mellemrum udskifter kammerluften med atmosfærisk luft udefra. Så kan der udføres gentagne og korrekte målinger over mange dage.  

Kamrene rummer en logger, der lagrer alle måleværdier til beregning af gasfluksen mellem vandet og luften. Systemet drives af strøm fra batterier i en vandtæt beholder, der flyder nær ved flydekammeret.  

Løbende målinger mange steder

Det nye udstyr rummer tre afgørende fordele. Kostprisen er lav for det hjemmebyggede udstyr, så forskerne har produceret 25 kamre, der kan måle samtidigt mange steder på søen. Hyppig udskiftning af luften i kamrene betyder, at der kan måles metan- og CO₂-flukse over korte tidsrum, for eksempel af 40 minutters varighed med luftpumpen slukket, hvorefter den tændes og udskifter kammerluften. Da metan-sensoren måler hver andet sekund, registreres metanbobler fra søbunden, som udløser en pludselig stigning i metanindholdet.

Da udstyret endvidere registrer indholdet i hver enkelt metanboble, kan det afsløres, om de kommer i pulse evt. udløst af kraftig vind eller trykfald over søen. Endvidere afsløres, om boblerne følger lovmæssigheder i tids- og størrelsesfordeling.    

I perioder uden bobler måles den jævne stigning i kammerets indhold af metan, som skyldes molekylernes diffusion fra det normalt højere indhold i søvandet til luften.

Hvad viser resultaterne?

De første målinger skete i løbet af fire døgn i efteråret. Tyve kamre blev efter hvert døgn flyttet til en ny position på søen, så målingerne dækkede firs positioner. Yderligere fem kamre på samme sted kunne korrigere, hvis ændringer i vind og vejr udløste forskelle mellem dagene.

Tab af metanbobler til luften var især stor fra mudderbunden på søens dybeste områder (figur herunder). Derimod var tabene mindre, men meget variable fra forskellige bundtyper på lavt. Målinger på 72 positioner var nødvendige for at opnå et meget sikkert samlet tal for søen.

Metanfrigivelsen ved diffusion varierede meget mindre hen over søen. Strømninger i søen fordeler metanen mere jævnt i vandmassen. Det samme var tilfældet for CO₂.

Metan blev især tabt til luften som bobler, mens tabene ved diffusion var fire gange lavere. Korrekte resultater kræver derfor, at man måler metanbobler og er indstillet på at måle mange steder på søen, nat og dag.

I den undersøgte periode blev der i vægt tabt godt 36 gange mere CO₂ end metan. Men da CO₂ har en mindre varmeeffekt i atmosfæren end metan, var CO₂’s varmeeffekt blot 1,5 gange større end metans i perioden.

- Forskergruppen afslutter ”Skal gastab vurderes generelt, kræver det selvfølgelig målinger året rundt. Vi er allerede langt med at høste længere måleserier på søer, damme og vandløb”.

Emner