Skład izotopowy dwutlenku węgla w atmosferze Krakowa

• Authors: Jasiek Alina , Zimnoch Mirosław , Różański Kazimierz

Title variants

EN

Isotopic composition of carbon dioxide in the atmosphere of Kraków

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Izotopy trwałe stanowią doskonałe narzędzie do analizy źródeł pochodzenia gazów cieplarnianych. Znając specyficzne sygnatury izotopowe poszczególnych źródeł dwutlenku węgla można określić pochodzenie CO2 nagromadzonego w miejskiej atmosferze. Kwasi-ciągłe pomiary stężenia i składu izotopowego węgla w atmosferycznym CO2 prowadzone w 2013 roku w Krakowie pozwoliły na dokonanie analizy ich zmienności sezonowej oraz synoptycznej. Źródłem obserwowanych zimą zwiększonych stężeń CO2 w atmosferze Krakowa było spalanie, w głównej mierze gazu ziemnego w celach grzewczych. Latem zaobserwowano wpływ suszy na stężenie CO2 w miejskiej atmosferze – z powodu obumierania lokalnej biosfery zmalała jej wydajność fotosyntetyczna, prowadząc do wyższych niż normalnie stężeń tego gazu w miesią - cach letnich. Przeprowadzono również dyskusję przyczyn krótkoterminowych wzrostów stężenia dwutlenku węgla, wykorzystując pomiary jego składu izotopowego oraz analizy trajektorii wstecznych mas powietrza. Zaprezentowane dwa przypadki ilustrują sytuacje, w których za chwilowy wzrost stężenia CO2 odpowiadają źródła przemysłowe oraz komunikacyjne.

EN

Stable isotopes constitute a powerful tool to study the sources of greenhouse gases, especially CO2. Carbon dioxide derived from the burning of fossil fuels has a distinct 13C isotopic composition depending on the type of fuel. Therefore, one can attribute contributions of different emission sources to the total CO2 load in the urban atmosphere. Quasi-continuous measurements of the mixing ratio of atmospheric CO2 and its 13C signature were performed in Krakow in 2013 to analyze its seasonal and synoptic variability. High CO2 mixing ratios were observed in winter due to intensified burning of fossil fuels for heating purposes (mostly methane). During the summer of 2013, a slight increase in atmospheric CO2 was observed following a drought event and a subsequent suppression of the photosynthetic activity of the local biosphere. A high temporal resolution of the measurements allowed to analyze short-term increases of the measured CO2 mixing ratios. Two such events are presented and discussed. Isotopic mass balance combined with air backward trajectory analysis allowed to attribute local traffic and industry as potential sources of these events.

Keywords

PL

izotopy trwałe; dwutlenek węgla; izotopowy bilans masy

EN

stable isotopes; carbon dioxide; isotope mass balance

• Publisher: Łódzkie Towarzystwo Naukowe, Stowarzyszenie
• Journal: Acta Geographica Lodziensia
• Year: 2016
• Volume: 104
• Pages: 113-122

Dates

published

2016

Contributors

author

Jasiek Alina

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

author

Zimnoch Mirosław

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

author

Różański Kazimierz

• Akademia Górniczo-Hutnicza im. S. Staszica w Krakowie, Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

References

• Canadell Josep G., Philippe Ciais, Shobhakar Dhakal, Corinne Le Quéré, Anand Patwardhan, Michael R. Rau-pach. 2009. „The Human perturbation of the carbon cycle: the global carbon cycle II”. UNESCO-SCOPE-UNEP Policy Briefs 10: 1-6.
• Coplen Tyler B. 1994. „Reporting of stable carbon, hydrogen, and oxygen isotopic abundances (technical re-port)”. Pure & Applied Chemistry 66 (2): 273-276.
• Coplen Tyler B., Jessica A. Hopple, John K. Böhlke, H. Steffen Peiser, Stephanie E. Rieder, H. Roy Krouse, Kevin J. R. Rosman, Tiping Ding, Robert D. Vocke Jr., Kinga M. Révész, Andrée Lamberty, Philip Taylor, Paul De Bièvre. 2006. „Compilation of minimum and maximum isotope ratios of selected elements n naturally occuring terrestrial materials and reagents”. US Geological Survey Water-Resources Investiga-tions Report 01-4222. Reston, Virginia: U.S. Department of the Interior, U.S. Geological Survey.
• Farquhar Graham D., James R. Ehleringer, Kerry T. Hubick. 1989. „Carbon isotope discrimination and photo-synthesis”. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 40: 503-537.
• Font Anna, Christine Susan B. Grimmond, Josep-Anton Morgui, Simone Kotthaus, Max Priestman, Benjamin Barratt. 2013. „Cross-validation of inferred daytime airborne CO2 urban-regional scale surface fluxes with eddy-covariance observations and emissions inventories in Greater London”. Atmospheric Chemis-try and Physics Discussions 13: 13465-13493.
• George Kate, Lewis H. Ziska, James A. Bunce, Bruno Quebedeaux. 2007. „Elevated atmospheric CO2 concen-tration and temperature across an urban-rural transect”. Atmospheric Environment 41 (35): 7654-7665.
• Górka Maciej, Dominika Lewicka-Szczebak. 2013. „One-year spatial and temporal monitoring of concentration and carbon isotopic composition of atmospheric CO2 in Wrocław (SW Poland) city area”. Applied Geo¬chemistry 35: 7-13.
• Gratani Loretta, Laura Varone L. 2005. „Daily and seasonal variation in the city of Rome in relationship with the traffic volume”. Atmospheric Environment 39 (14): 2619-2624.
• Guy Robert D., Marilyn L. Fogel, Joseph A. Berry. 1993. „Photosynthetic fractionation of the stable isotopes of oxygen and carbon”. Plant Physiology 101 (1): 37-47.
• Henninger Sascha, Wilhelm Kuttler. 2010. „Near surface carbon dioxide within the urban area of Essen, Ger-many”. Physics and Chemistry of the Earth 35 (1-2): 76-84.
• Idso Sherwood B., Craig D. Idso, Robert C. Balling Jr. 2002. „Seasonal and diurnal variations of ear-surface atmospheric CO2 concentration within a residential sector of the urban CO2 dome of Phoenix, AZ, USA”. Atmospheric Environment 36 (10): 1655-1660.
• Jasek Alina, Mirosław Zimnoch, Zbigniew Gorczyca, Ewa Smula, Kazimierz Rozanski. 2014. „Seasonal varia-bility of soil CO2 flux and its carbon isotope composition in Krakow urban area, Southern Poland”. Iso-topes in Environmental and Health Studies 50 (2): 143-155.
• Järvi Leena, Annika Nordbo, Heikki Junninen, Anu Riikonen, Joonas Moilanen, Eero Nikinmaa, Timo Vesala. 2012. „Seasonal and annual variation of carbon dioxide surface fluxes in Helsinki, Finland, in 2006-2010”. Atmospheric Chemistry and Physics 12: 8475-8489.
• Keeling Charles D. 1958. „The concentration and isotopic abundances of atmospheric carbon dioxide in rural areas”. Geochimica and Cosmochimica Acta 13 (4): 322-334.
• Keeling Charles D., Stephen C. Piper, Timothy P. Whorf, Ralph F. Keeling. 2011. „Evolution of natural and anthropogenic fluxes of atmospheric CO2 from 1957 to 2003”. Tellus B 63 (1): 1-22.
• Kuc Tadeusz, Kazimierz Rozanski, Miroslaw Zimnoch, Jaroslaw M. Necki, Adam Korus. 2003. „Anthropogenic emissions of CO2 and CH4 in an urban environment”. Applied Energy 75 (3-4): 193-203.
• Pataki Diane E., Tao Xu, Yiqi Q. Luo, Jim R. Ehleringer. 2007. „Inferring biogenic and anthropogenic carbon dioxide sources across an urban to rural gradient”. Oecologia 152 (2): 307-322.
• Pawlak Włodzimierz, Krzysztof Fortuniak, Mariusz Siedlecki. 2011. „Carbon dioxide flux in the centre of Łódź, Poland – analysis of a 2-year eddy covariance measurement data set”. International Journal of Climatology 31 (2): 232-243.
• Revelle Roger, Hans E. Suess. 1957. „Carbon dioxide exchange between atmosphere and ocean and the question of increase of atmospheric CO2 during past decades”. Tellus IX (1): 18-27.
• Rotach Mathias W., Roland Vogt, Christian Bernhofer, Ekaterina Batchvarova, Christen A., Clappier, Berend Feddersen, Sven-Erik Gryning, Gianni Martucci, Helmut Mayer, Valentin Mitev, Timothy R. Oke, Eberhard Parlow, Hans Richner, Matthias Roth, Yves-Alain Roulet, Dominique Ruffieux, Jennifer A. Salmond, Michael Schatzmann, James A. Voogt. 2005. „BUBBLE – an urban boundary layer meteorol-ogy Project”. Theoretical and Applied Climatology 81 (3): 231-261.
• Stein Ariel F., Roland R. Draxler, Glenn D. Rolph, Barbara J. B. Stunder, Cohen M.D., Fong Ngan. 2015. „NOAA’s HYSPLIT atmospheric transport and dispersion modeling system”. Bulletin of the American Meteorological Society 96 (12): 2059-2077.
• Stocker Thomas F., Dahe Qin, Gian-Kasper Plattner, Melinda M. B. Tignor, Simon K. Allen, Judith Boschung, Alexander Nauels, Yu Xia, Vincent Bex and Pauline M. Midgley (red.). 2013. Climate Change 2013. The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the Fifth Assessment Report of the Intergov-ernmental Panel on Climate Change. Summary for Policymakers. Bern, Switzerland: Intergovernmental Panel on Climate Change.
• Yakir Dan. 2004. The stable isotopic composition of atmospheric CO2. W: Ralph F. Keeling (red.) Treatise on Geochemistry, vol. 4, 175-212. Amsterdam: Elsevier.
• Zimnoch Mirosław. 2009. „Stable isotope composition of carbon dioxide emitted from anthropogenic sources in the Kraków region, Southern Poland”. Nukleonika 54 (4): 291-295.
• Zimnoch Miroslaw, Dorota Jelen, Michal Galkowski, Tadeusz Kuc, Jaroslaw Necki, Lukasz Chmura, Zbigniew Gorczyca, Alina Jasek, Kazimierz Rozanski. 2012. „Partitioning of atmospheric carbon dioxide over Central Europe: insights from combined measurements of CO2 mixing ratios and their carbon isotope composition”. Isotopes in Environmental and Health Studies 48 (3): 421-433.

Identifiers

ISSN

0065-1249