Simulation der 18O/16O-Zusammensetzung von Atmosphärischem Sauerstoff

Abstract

Massenspektrometrische Untersuchungen ergeben, daß das Isotopenverhältnis 180/160 von Sauerstoff in der Luft (O) größer als das von Sauerstoff in den Wassermolekülen (HzO) des Ozeans ist. Dieser Unterschied wird als Dole-Effekt bezeichnet. Seine Größe beträgt 23.5%o [Kroopnick und Craig, 1972].Innerhalb der Meßgenauigkeit ist sie global einheitlich und weist keine jahreszeitlichen Schwankungen auf. Der Wert des Dole- Effektes spiegelt den Grad der Anreicherung des schweren Sauerstoffisotopes 180 in der Luft gegenüber dem Ozean wider, der sich in einem dynamischen Gleichgewicht des Klimasystems einstellt. Die Anreicherung von 18O *ird durch die Fraktionierungen der Isotope während der Transport- und Austauschprozesse des Sauerstoffs zwischen Atmo- sphåire, Hydrosphäre, ozeanischer und terrestrischer Biosphåire hervorgerufen. Dabei spielen die Isotopenfraktionierungen, die bei der Produktion und beim Verbrauch von Sauerstoffin der Ozean- und in der Landbiosphäre auftreten, eine wesentliche Rolle. Für eine Abschätzung der Größe des Dole-Effektes wurde der Umsatz von Sauerstoff innerhalb des Klimasystems unter Benicksichtigung der damit verbundenen Isotopen- fraktionierungen global bilanziert. Die Berechnungen wurden mit Hilfe von numeri- schen Simulationsmodellen der Atmosph?ire, der Ozean- und der Landbiosphäre durchgefrihrt. Der sich aus den Simulationen ergebende Dole-Effekt stimmt gut mit dem gemessenen Wert überein. Es zeigt sich, daß seine Größe vor allem vom Verhältnis der biologischen Produktion zwischen mariner und terrestrischer Biosphäre abhängig ist. Mit Hilfe eines dreidimensionalen Transportmodells der Atmosphäre wurden die räumli- chen und zeitlichen Änderungen des Isotopenverhältnisses von Sauerstoff in der Luft simuliert. Obwohl der Sauerstoff, der aus der Landbiosphäre in die Atmosphäre gelangt, große Unterschiede in seiner Isotopenzusammensetzung sowohl über das Jahr hinweg als auch zwischen verschiedenen Orten aufweist, findet man in der Atmosphäre nur noch sehr kleine Schwankungen im Isotopenverhältnis. Das resultiert zum einen aus der schnellen Durchmischung der Luft in der allgemeinen Zirkulation, zum anderen aus den verglichen mit einem atmosphärischen Gesamtgehalt von 1019 Mol Sauerstoff relativ kleinen Umsatzraten von 1015 Mol Sauerstoff pro Jahr. Abweichungen in der berechne- ten Größenordnung kann man mit der derzeit erreichbaren Meßgenauigkeit von massen- spektromefrischen Apparaten noch nicht nachweisen