JP2012516999A - 温室ガスフラックスを監視するためのシステム - Google Patents

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Abstract

例えば、地域の正味の炭素フラックスを管理し、炭素金融商品を価格設定可能な規模で、炭素フラックスのデータを監視するためのシステムを開示する。本システムは、森林、土壌、農業地帯、水体、燃焼排ガス中等の炭素フラックスを監視することができる。本システムは、二酸化炭素の同位体族の同時測定に基づいた、炭素の源、例えば、産業発生源、農業起源、または自然源、を特定し、定量化するための手段を含み、それらの時間および空間における統合を提供する。データおよび炭素金融商品の調和を確実にするために、炭素本位制が多重スケールで採用される。

Description

本開示は、一般的に、炭素取引および炭素管理政策を支持するために使用され得る、温室ガス源のデータの測定、統合、および分析のための地理的スケールで標準化されたシステムに関する。
具体的には大気中のＣＯ２において具象化される、温室ガス（ＧＨＧ）（例えば、ＩＰＣＣ（２００７）の市場ベースの取引システムの出現は、地球規模の炭素循環の研究に対する技術的により要求の厳しいプロジェクト固有のアプローチを提示する（Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９６、Ｓｔｅｆｆｅｎ ｅｔ ａｌ．，１９９８）。高い費用効率性、高い精密度、および炭素固有の監視は、地球の炭素動態（例えば、完全な炭素収支）の我々の理解を支えるだけでなく、個別的な地理的に定義された部分的（土地的および地域的）炭素収支を示すプロジェクトを伴う、新しく、急速に新興しつつある炭素経済の基盤でもある（Ｃａｐｏｏｒ ａｎｄ Ａｍｂｒｏｓｉ ２００７）。土地的、地域的、国内、および地球規模で排出される炭素負担の説明が、現在の供給源を減少、回避、さもなければ縮小し、かつ炭素隔離を通した悲観的な炭素結果を示す規制的アプローチに映し出されている。
具体的に、１９９７年１２月の京都議定書は、先進工業国に対する排出目標および期限、ならびにそれらの目標を実現するための市場に基づく方策を具体化し（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｗ． １９９８， Ｔｈｅ Ｋｙｏｔｏ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｎ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ：Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｆｕｔｕｒｅ）、炭素フラックスを定量化するための必要性が京都議定書を実行するために必要であるとされた。国際公開第９９／４２８１４号は、自然および人為的発生源からの地球的および地域的炭素放出の判定および監視のための、ＣＯ２の同位体の測定を一般的に説明する。しかしながら、国際公開第９９／４２８１４号は、広義な用語でのみかかるシステムを説明し、具体的にどのように実施が行われるべきかに関しては、いかなる詳細も提供しなかった。注目すべきことに、京都議定書の成立から１０年経過したにもかかわらず、１つの機器で１３Ｃおよび１４Ｃの双方を測定し、監視するためのシステムを組み合わせる実験的または商業的システムは、現在全く存在していない。特に、京都議定書の導入（１９９７）以来、炭素取引の目的のための炭素の直接的測定、監視、検証、および会計の信頼できる、地理的規模のシステムは、全く利用可能ではない。
本開示は、自然的および人為的炭素放出の双方からの炭素フラックスの統合を、初めて可能とするシステム（ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍｓ）を提供し、生体または自然および化石／産業排出が、炭素取引の目的ために別々に定量化される、二重炭素会計システムを生成する。したがって、炭素の取引は、２つの炭素アプローチ（例えば、化石燃料Ｃおよび生体Ｃ）として改良され得、生態系機能および人為的作用の双方が、それぞれいずれの所与の場所も、およびいずれの所与の期間にわたっても、それぞれにより得られる炭素減少および他の因子（例えば、生態学的機能）の効率に従って、差別的に価格設定され得ることが認識される。これまで、炭素価格設定メカニズムは、炭素の２つのタイプを、人為的および生体炭素動態を反映する、それらの相互の結び付きにもかかわらず、説明していない。
システムは、大気中のガスの同位体族の実時間、定量分析を可能とするものとして開示され、二酸化炭素（ＣＯ２）、メタン（ＣＨ４）、および亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）等の成分特定および定量化を提供する。システムは、大気中のガスを収集し、同位体分析装置を使用し、試料採取頻度の必要条件に従って、同位体組成物に対してガスを分析し、標準および／または国際基準を使用して、試料採取位置の全域のデータを調和させるものとして説明される。データは中央場所に提供され、炭素取引交換に適切である炭素のメートルトンをもたらす具体的な実施形態および変換方法の使用に従って、同位体に基づいたデータ製品を提供する。ＣＯ２の場合においてかかる製品は、産業、州、地域、政府、温室ガス交換、温室ガスの条約の検証機関、および炭素収支分析、炭素価格設定、および炭素管理における使用に対する他の利害関係者によって適用することができる取引のために、２つの炭素システム（例えば、生体および化石炭素）をもたらすことができる。
また、本開示は、機器内で較正され、また他の機器と相互較正も可能である３セルレーザシステムの詳細を提供する、例えば、少なくとも幾つかの例において地形の全域で、各機器は、知られている国際標準に照合され得、地球基準に対して参照され得、データの地理的比較可能性を確保し、したがって、かかるデータが継続的ライブ取引スキームまたは非継続的取引スキームのいずれかとして、炭素取引に対して使用される時、金銭上の同等性を確保する。したがって、本開示は、１３Ｃまたは１４Ｃのいずれかに対する単一の機器の能力をはるかに超えた能力を示す。かかる単一分析判定は、現在、炭素同位体族の監視に対する標準であり、炭素取引の目的のためのデータを理解または使用するために必要な構成要素に対処しない。
本開示の一態様は、所与の領域および所与の期間にわたって、所与の試料採取の頻度で、化石および生体炭素の双方を反映する炭素収支等の温室ガスに関する供給源のデータを効果的に測定し、監視し、報告し、検証し、分析し、かつ収益化するシステムを含む。
本開示の別の態様は、周囲の気流の二酸化炭素等のガスの成分の１個以上の同位体族の濃度および同位体比の判定に対する、統合された、複数の同位体比機器を提供する。ある実施形態において、濃度および同位体比の判定に対する統合された、ほぼ同時である複数の同位体比機器が提供される。関連同位体族は１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃを制限なく含み、幾つかの実施形態において、関連炭素同位体族の測定は、３セルレーザシステムを利用する。
本開示の別の態様は、煙道または海洋からの抽出されたガス等の点源から地球上のいずれの場所、地上、水上のいずれの種類の空間に至る、いずれの供給源からも引き出されるガス混合物の成分の濃度および同位体比のほぼ同時であり、精密な測定の能力のあるフィールドに配置可能な機器を提供する。
本開示の別の態様は、森林、農業、水体、保安林、およびさもなければ非産業発生源の広大な領域に対する分析装置の地理的離散集合に基づいて、炭素交換ＣＯ２排出データを測定し、監視し、特定し、報告し、検証し、分析し、利用可能とすると同時に、産業活動および他の人為的活動から同様のデータを提供するためのシステムを用いた方法を提供する。かかる離散集合の配置は、様々な初期設定とともに、特定された測定およびプロトコルの監視に対する１つ以上の好まれる設定の選択における、システムの使用によって決定される。したがって、システムは、システムの最適な適用の決定において不可欠であり、そのようなシステム無しでは、炭素のいずれのかかる効果的な測定、監視、検証、および会計も実現されない。上記の場合において、本開示は、今まで報告されていない様式で、化石および生物起源の寄与を定量的に定義することを提供する。
本開示の別の態様は、遠隔で調節される、照会され得る機器または一群の機器を提供し、かつ信号伝送を通して実時間でデータを、任意の数のデータセンター、調節点、または電子的温室ガス貿易基盤に提供する。
本開示の別の態様は、試料に関して非破壊的な様式でかかる分析を提供し、したがって同一のガス流が、土壌、溶解された無機炭素、およびいずれの形態の目的の炭素を含むいずれのタイプの追加の分析装置においても使用されることを可能とする、ガスの同位体族のほぼ同時であり、複数の種別分析の能力のある機器を提供する。かかる同時分析は、測定される、監視される生物学的および物理的過程の時定数によって、１秒以下から１時間の時間スケールで実施され得る。
本開示の別の態様は、３セルシステム内で利用可能となり、統合される時、様々な他のセンサおよび試料採取技術を含むために拡大し得る機器を提供する。
本開示の別の態様は、個別的な点場所、産業発生複合体、およびかかる産業発生源が位置し得る土地の広大な領域を含む産業発生源の範囲である、様々な炭素放出に対して、炭素交換ＣＯ２排出データを測定し、監視し、特定し、報告し、検証し、分析し、提供するためのシステムを用いる方法を提供する。
本開示の別の態様は、それぞれの同位体族に対して同一である、または同一であり得、かつ機器の集合（複数可）内に均一に分布された、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ比等のそれぞれの同位体族に対する１個以上のユニバーサル密封参照セルを用いることを含み、時間および空間にわたり、すべての機器によって取得された測定の実時間相互比較可能性を提供する。
本開示のさらに別の態様は、定義された領域の全域にわたって、機器の集合を、それぞれを密封標準基準セルと共に用いることを含み、それぞれの機器は、参照セルおよび気流または他のガス流中の二酸化炭素の同位体比を測定し、集合中の他の機器と比較され、次いで外部マスター参照ガス密封セル（例えば、一次基準）と比較される。マスター参照ガス密封セルは、実時間で時間および空間にわたり同位体データの比較可能性を確保する中央参照（複数可）施設で維持され得、炭素誘導体を含む金銭的解決の全ての形態にわたって、ライブ炭素取引および収益化の検証を提供する。かかるマスター参照ガス密封セルは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ比に対する１つ以上の国際ガス標準と関連付けられるべきであり、様々な規模で炭素取引、管理、炭素収支に対して使用されるための、地球規模炭素循環をより理解するための相互比較データセットのネットワークを提供する。
本開示のさらなる別の態様は、次いで適切なモデルにおいて入力データとして使用される時間および空間座標に従って、それが分析され、集計され、要約される中央データ収集点への、実時間でいずれのタイプの遠隔測定法を通した同位体データの伝送を含む。かかるモデルおよびデータは、所与の領域および一定期間に対する炭素放出の全質量をもたらし、炭素のメートルトン等の市場に基づいた炭素取引単位を提供する。
本開示のさらなる別の態様は、炭素放出単位、例えば、精密度と共に炭素源量を収益化するための手段として、生体および化石由来の炭素に対する２個の炭素または二重の炭素会計に対する、同位体に基づいた同等性を生成し、炭素価格設定、取引、および炭素に基づいた金融商品の価値の検証、ならびに炭素放出規定の枠組みの順守を支持するための温室ガス交換または他の取引メカニズムとの適合を含む。そのような適合は、実時間気象、データ、土壌、海洋、具体的な生態系、および／または前述のタイプの結合成分を用いた様々なモデルを含む大気のモデルから成り得る。データモデル融合の結果は、取引のためにメートルトンとして炭素単位を算出するために使用され得る、空間的におよび時間的に定義された炭素フラックスの実際の質量である。
本開示のさらなる別の態様は、施設内の個別的な場所、または区域、地域、州、国および国内地形内、あるいは地理的条約の条項に従って、もしくは地球の表面、地下、または空域上のいずれの地域または水域の全域にわたって、炭素放出源および量の測定、報告、および検証に対するシステムを配置する方法を提供する。
本発明のさらなる別の態様は、炭素の地上ベースと衛星ベースの測定を直接的に比較するための方法を提供する。そのような実施形態において、衛星は、密封セル一次基準標準、ならびに炭素放出を検出するための光スペクトルの関連部分を測定するための分析装置を収納し得る。衛星がマルチ同位体分析装置の集合と共に地域を通過する際に、衛星搭載密封参照セルは、衛星センシングスペクトルの進路中の全ての分析装置に対する単一のベースラインを確保し、したがって２つの方法間の（例えば、地上ベース、宇宙ベース）の直接的な、実時間比較を提供する。また、この実施形態は、衛星がマルチ同位体分析装置の地理的場所を通過する時はいつでも、集合のベースライン特性の検証および／または訂正のためにも使用され得る。
様々な実施形態において、システム、構成要素、および関連する方法は、ガス、液体、または土壌試料と共に、それらの土壌または液体試料が、第一に、加熱、燃焼、または他の好適な手段を通してガスに変換されることを前提に、使用され得る。ある実施形態において、試料ガス混合物の成分の濃度および同位体比の測定を提供するための方法は、以下を含む：試料ガス混合物が、ガス濃度を測定することができる機器中に、およびガス同位体比を測定すること能力のある機器中に投入される。ガス濃度およびガス同位体比の測定が、試料ガス混合物上で実施される。幾つかの実施形態において、方法は、ガス混合物から干渉種を除去することをさらに含む。幾つかの実施形態において、試料ガス混合物の成分は二酸化炭素であり、干渉ガス種は酸素である。幾つかの実施形態において、方法は、測定の精密度を改善させるために、試料ガス混合物の成分、例えば、二酸化炭素の濃度の増加または低下をさらに含む。幾つかの実施形態において、ガス濃度の測定およびガス同位体比の測定は、炭素（１２ＣＯ２、１３ＣＯ２、１４ＣＯ２）の関連形態のそれぞれに対して、３セルレーザシステムで実質的に同時に実施される。
ある実施形態は、試料ガス混合物の成分の濃度および同位体比の測定を提供するための器具を提供する。器具は、試料ガス混合物の成分の濃度を測定するための装置、試料ガス混合物の成分の同位体比を測定するための装置、および試料ガス混合物を濃度測定装置および同位体比測定装置中に投入するための手段を含む。幾つかの例において、濃度測定装置は赤外ガス分析装置である。幾つかの実施形態において、同位体比測定装置はレーザベースの装置である。幾つかの実施形態において、器具は、成分の測定前に、試料ガス混合物から１個以上の干渉種を除去するための手段をさらに含む。幾つかの例において、試料ガス混合物の成分はＣＯ２であり、干渉種は酸素である。幾つかの実施形態において、干渉ガス種を除去する為の手段は、１個以上の化学スクラバ、またはガス選択膜、または干渉ガス種を試料ガス混合物の成分から低温で分離するための手段を含む。幾つかの実施形態において、器具は、測定の精密度を改善するために、試料ガス混合物の成分の濃度の増加または減少のための手段をさらに含む。幾つかの実施形態において、成分の濃度を増加するための手段は、ガス選択膜、または低温トラップを含み、および濃度を減少させるための手段は、ステンレス製の送風機等の拡大可能な制御ボリューム内で窒素等の不活性ガスを用いた試料ガスの希釈を含む。ある実施形態は、上述の３セルレーザシステムを用いて、炭素の複数の種に対する濃度および同位体比の同時測定、例えば、１２Ｃと比較して炭素１３および炭素１４同位体比の同時測定を提供するための器具を提供する。
ある実施形態は、組み合わせた分析システムにおける使用のための上述の方法または器具を提供し、システムからのデータ結果は、炭素収支の作成、管理、収益化のために使用される。幾つかの例において、システムは装置の地理的ネットワークを含む。幾つかの実施形態において、ネットワークは、具体的な産業発生場所、国家、州、地域、国、温室ガス条約または条約（単数または複数）の境界、あるいは測定および監視のために選択されたいずれの他の定義された領域を占める。幾つかの例において、結果は、炭素取引における不確実性を減少するために、領域上で取得される。詐欺を禁ずる手段を、様々な事業体による炭素放出減少を検証するために用いることができる。手段は、いずれの任意のまたは強制の排出減少政策を順守するため、または炭素放出における減少のために、複数の国の条約を検証するために、提供され得る。幾つかの実施形態において、手段は、実際の実時間測定を用いた炭素放出の推定と置き換えることによって、いずれの炭素に基づいた金融商品の商取引における不確実性を減少するために提供される。
さらに他の実施形態において、システムは、フィールド分析装置から分離された様々な設定において、国際参照ガスと関連付けられる外部密封セル参照ガスを含み得るが、一次標準を、遠隔測定法のいずれの形態を通して、フィールド装置中で使用される標準と比較するために使用され得る。さらなる他の実施形態において、外部密封参照セルは、衛星または宇宙ステーション中に宇宙搭載であり得、衛星の炭素放出センサは、衛星地上のフットプリントと重複する地上の地上ベースマルチ同位体分析装置との比較を提供する、または宇宙搭載参照信号がマルチ同位体分析装置の集合上を通過するたびに、データを交換し、比較する全てのマルチ同位体分析装置に対して追加の参照ガスを提供する。
本発明の別の態様は、目的の特定の適用に対して、目的の地理的地域の全域にわたって分布される所定の、所望の、または最適な密度の分析装置および測定頻度を提供する。炭素フラックスの測定、監視、分析、および検証は、分析装置の最適な密度および分析装置の測定頻度のさらなる検討を提供することができる。
ある実施形態において、森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、森林の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、森林の生体および化石炭素を別々に定量化する、測定された１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の量を取引可能な製品に変換するためのデータ処理システム、を含むことができる。森林の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、森林全体にわたって所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、森林大気試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、森林大気中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）森林全体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、（ｂ）分析装置の前記試料チャンバ中に森林大気試料を収集し、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｄ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正することと、（ｅ）森林大気試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信することと、（ｆ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、森林の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインが各分析装置で取得できるように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、森林大気試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置が、森林の全域にわたって所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、所定の代表的な場所は、個別の森林地帯の境界を含み、前記境界は、地域、州、一群の州、温室ガスを監視することを求める温室ガス条約または他の協定を定義する境界設定を含む。
ある実施形態において、所定の代表的な場所は、森林林冠上、森林林冠下、および林床部を含む。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、森林の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
ある実施形態において、土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、土壌の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を含むことができる。土壌の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、土壌全体にわたって所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、土壌試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、土壌の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）土壌全体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、（ｂ）分析装置の前記試料チャンバ中に土壌試料を収集し、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｄ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正することと、（ｅ）土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信することと、（ｆ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインが各分析装置で取得できるように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムのステムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置が、土壌の全域にわたって所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
ある実施形態において、測定された生体炭素と比較した、化石炭素の測定された量は土壌の損傷を示すことができる。
ある実施形態において、農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、農業地帯の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を含むことができる。農業地帯の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、農業地帯の所定の代表的な地上および地下の場所に配置された一連の分析装置であって、各分析装置は、地上および地下の場所の試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、農業地帯の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）農業地帯の所定の代表的な地上および地下の場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、（ｂ）分析装置の試料チャンバの地上および地下の場所に炭素ガス試料を収集し、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｄ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正することと、（ｅ）地上および地下の試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信することと、（ｆ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、地上の場所は、地上０〜２０メートルを含むことができる。幾つかの他の実施形態において、地下の場所は、地下０〜１００メートルを含むことができる。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインが各分析装置で取得できるように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムのステムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、農業地帯試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置が、農業地帯の全域にわたって所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
ある実施形態において、水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、水体中の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を変換するための、データ処理システムと、を含むことができる。土壌の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、水体全体にわたって所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置を備え、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、水体から溶解されたガスをストリッピングすることができるガスストリッピング装置と、水体試料からストリッピングされた溶解されたガス中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、または少なくとも一時間に１度、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、水体中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）水体全体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置、および水体から溶解されたガスをストリッピングすることができるガスストリッピング装置とを配置することと、（ｂ）分析装置の試料チャンバ中に水試料を収集することと、（ｃ）溶解ガスを水試料からストリッピングすることと、（ｄ）分析装置の試料チャンバ中にガスを収集し、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、または少なくとも１時間に１度、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｅ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｆ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、（ｇ）水体中に溶解されたガス試料の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、データ処理システムに送信することと、（ｈ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインが各分析装置で取得され得るように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムのステムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、水試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置、水体の全域にわたって所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
ある実施形態において、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡して、水体中の栄養素を監視する。
ある実施形態において、燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、燃焼排ガスからの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を含むことができる。燃焼排ガスからの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、燃焼排ガスに暴露される所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、燃焼排ガス試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１日１，４４０回、１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、燃焼排ガス中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）燃焼排ガスに暴露される所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、（ｂ）分析装置の試料チャンバ中に燃焼排ガス試料を収集し、少なくとも１日１，４４０回、１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｄ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正することと、（ｅ）燃焼排ガス試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信することと、（ｆ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインを各分析装置で取得し得るように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、燃焼排ガス試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置が、燃焼排ガスに暴露される所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
ある実施形態において、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を追跡し、規定または任意の排出ガイドラインに従って、化石炭素の燃焼の減少を監視する。
ある実施形態において、原子力発電所の近くの生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムが説明される。システムは、燃焼排ガスからの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムと、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、原子力発電所の近くの生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を含むことができる。原子力発電所の近くの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムは、原子力発電所の近くの所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、原子力発電所の放出物中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、標準基準ベースラインを取得し、標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、原子力発電所の放出物中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、を含む。
ある実施形態において、原子力発電所の近くの生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法が説明される。方法は、（ａ）原子力発電所の近くの所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、（ｂ）分析装置の試料チャンバ中に原子力発電所の放出物の試料を収集し、少なくとも１Ｈｚ、または１０Ｈｚ、または５０Ｈｚ、または１００Ｈｚの速度で、試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、（ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、（ｄ）標準基準ベースラインに基づいて、分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を較正することと、（ｅ）原子力発電所の放出物の試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信することと、（ｆ）データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、原子力発電所の放出物中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む。
ある実施形態において、各分析装置は、標準基準ベースラインを各分析装置で取得するように、標準基準ガスモジュールを含む。
ある実施形態において、システムは、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、原子力発電所の放出物中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムが、国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体のデータ処理システムに基づいて標準化され得るように、国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、データ収集システムの分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える。ある実施形態において、国際基準試料は衛星に設置され得る。
ある実施形態において、少なくとも２５、５０、７５、または１００の分析装置は、原子力発電所の近くの所定の代表的な場所に配置される。
ある実施形態において、データ処理システムは、データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量を、原子力発電所の放出物中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムをさらに備える。
様々な源から得られた、１８５０〜２０００年に及ぶ１４ＣＯ２、１３ＣＯ２、およびＣＯ２濃度の要約図である（Ｋｏｓｏｖｉｃ２００８）。 化石燃料のガス排出物に対する１３Ｃと１４Ｃ同位体比の対比、石油化学燃料の濃度の変化に伴った、液体バイオ燃料の現代の植物および分析のプロットである。１３Ｃと１４Ｃとの対比データは、以下の通りである化石燃料および生体炭素源の双方を反映している生物圏中の関連ソース項を示す。バイオディーゼル混合物（ひし形）（Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）；天然ガス、液体燃料、および石炭に対する値（塗りつぶされた正方形）（Ｗｉｄｏｒｙ ２００６）；現代の草（塗りつぶされた棒）（Ｒｉｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）；現代のトウモロコシ（塗りつぶされた逆三角形）（Ｈｓｕｅｈ ｅｔ ａｌ．，２００７）；現代の大気（長円）（Ｌｅｖｉｎ ｅｔ ａｌ．，２００３）；現代のＣ４植物の範囲を示す白いボックス（Ｏ’Ｌｅａｒｙ，１９８８）；現代のＣ３植物の範囲を示す白いボックス（Ｏ’Ｌｅａｒｙ，１９９８）；マグマ性ＣＯ２を示す塗りつぶされたボックス（Ｍａｒｙ ＆ Ｊａｍｂｏｎ，１９８７）；マンモス山領域中のツリーキルおよび通常の木の領域からの土壌ＣＯ２を示す白い三角形（Ｆａｒｒａｒ ｅｔ ａｌ．，１９９５）。 ＣＯ２の９個の同位体族に対する励起の波長の実例である。矢印は、１４Ｃ１６Ｏ２１０１、１３Ｃ１６Ｏ２１０２、および１２Ｃ１６Ｏ２１０３の同位体比の判定に対して用いられるレーザ遷移を示す。 ある実施形態に従って、システムのモジュールを示すブロック図である。 同位体分析が、ガスの炭素取引のための使用のために、主要源からの炭素放出の定量化の目的のために行われ得る、典型的な環境の実例である。 ある実施形態に従った、器具の概要ブロック図である。以下の参照番号は図６〜１１に使用される。 ２ ガス気密注入管、４ 赤外ガス分析装置、５ ガス気密継手管、６ 電気接続、７ ガス気密継手管、８ マイクロプロセッサベースのデータ収集装置、９ ガス気密継手管、１０ 電気接続、１１ 電気接続、１２ 電気接続、１４ 内蔵式電力供給ユニット、１５ 耐久硬化容器、１６ 電気接続、１８ 試料調整ユニット、２０ 電気接続、２２ 電気接続、２４ 同位体比分析装置、２６ 電気接続、２８ 電気接続、２９ 継手管、３０ ダイヤフラムポンプ、３３ 通気管、３４ ガス注入管、３６ 酸素洗浄機、３８ ガス排出管、４０ ガス注入管、４２ ガス気密ガスチャンバ、４４ ガス気密継手管、４６ ガス選択膜、４８ ガス気密継手管ティー、５０ 純窒素源、５２ ガス気密結合、５４ 流量調節弁、５６ ガス排出管、５８ ガス気密継手管、６０ 真空互換性電磁弁、６２ ガス気密継手管、６４ ガス気密注入管、６６ 真空互換性電磁弁、６８ ガス気密継手管ティー、７０ ガス気密継手管、７２ 電磁弁、７４ 純窒素源、７６ ４ポート２位置流入切替弁、７８ 継手管、８０ 継手管、８２ 低温トラップ、８４ ガス排出管、８６ 継手管、８８ ステンレス製の蓋、９０ ディスク、９２ ガス気密電気的フィードスルー、９４ Ｕ字管の開放端、９８ Ｕ字管の開放端、１００ ステンレス製の通気管、１０２ 電磁弁、１０４ ガス排気管、１０６ 繊維ガラス絶縁抵抗電熱線、１０８ ステンレス製の「Ｕ字」管、１１０ ステンレス製のシリンダー、１１２ 液体窒素デュワー、１１３ 未知の測定のための試料チャンバ（ＺｎＳｅ窓）、１１４ キャリアガスシリンダーまたは発生器、１１５ ステンレス製の拡大可能送風機、１１６ 試料注入口、１１７ ガス流を試料セル中に抑制するための毛細管 図６の器具に組み込まれるような、試料調整ユニットの実施形態のブロック図である。 図６の器具に組み込まれるような、試料調整ユニットの別の実施形態のブロック図であり、かかる試料調整ユニットは、ガス選択膜を利用する。 図６の器具に組み込まれるような、試料調整ユニットの実施形態のブロック図であり、かかる試料調整ユニットは、低温トラップを利用する。 図８の試料調整ユニットに組み込まれるような、低温トラップの実施形態の断面模式図である。 図６の器具に組み込まれるように、試料調整ユニットの実施形態のブロック図であり、するかかる試料調整ユニットは、試料中の１３Ｃおよび１４Ｃの測定の正確性および精密度を増加するために、所与の試料の希釈を提供する、窒素等のキャリアガスの適切な源を利用する。 １３ＣＯ２６０６、１４ＣＯ２６０８ならびに１３ＣＯ２および１４ＣＯ２６０７の混合物に対する、分析装置機器参照セル、外部一時または国際基準セルおよび衛星搭載６０９参照セルから成る密封参照セルの概略図である。他の研究所が取得したデータに対する一連の国際標準を含む１４ＣＯ２に対する密封参照標準は、１００％の割合の現代の１４ＣＯ２６００から０．５％の割合の現代の６０１、０％の割合の現代の６０２の範囲であり得る。１３ＣＯ２に対する密封参照セルは、１３Ｃ同位体比の−２５パーミル６０３、−５．００パーミル６０４、および＋１０パーミル６０５から成り得る。各一次または国際基準密封セルは、特定の同位体組成物に対する全ての密封セルが同一であるように（６１０、６１１、６１２）作成され、したがって、１つの集合中および複数の集合にわたって、分析装置間の比較を、それらがどこに設置されようとも、確保する。 ある実施形態に従う、３つのレーザシステム、検出システムおよび参照ならびに標準ハードウェアを利用する、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ測定に対する３セルレーザシステムの概略図である。 較正曲線、一次基準、および外部衛星基準が、ガス試料の１２Ｃ／１３Ｃおよび１４Ｃ組成物の最適な測定のために使用され得るように、試料容量の増加または低下の必要性に従った、３セルシステムの試料操作順序の一実施形態の概略図である。ガス試料３００は、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃの濃度が決定される分析装置３０１に入る。１３ＣＯ２および／または１４ＣＯ２の濃度が低すぎる場合３０２、低温トラップ（図１０を参照）を、これらの種を濃縮するために使用することができる、または最適な測定に対して濃度が高すぎる場合３０２、送風機組立（図１１を参照）を、キャリアガスで初期の試料を希釈するために利用する。試料の大きさの調節の後に、１４Ｃ３０３および１３Ｃ３０８に対する較正曲線が、未知の試料濃度が較正曲線の範囲内であることを確保するために選択される。加えて、一次基準ガスを、１４Ｃ測定３０４および１３Ｃ測定３０９の機能を検査するために測定することができる。一次基準ガス３０４、３０９は、好ましくは分析装置内で密封セル中に含有され、個々の分析装置間の比較および分析装置の異なる群同士の比較を確保するために、全ての分析装置の全てのかかる一次基準セルの１３Ｃおよび１４Ｃの同一の濃度を示す。分析装置機能および比較可能性の追加の検査を、１４Ｃ３０５および１３Ｃ３１０に対する外部基準セルを利用して、さらなる測定によって行うことができる。３０５および３１０の双方は、理想的には未知の分析のために設置されていない参照ガスモジュール内に置かれ、遠隔測定法を通して実時間で利用可能であり、分析装置の集合が配置される１つ以上の領域に設置され得る。外部密封セル参照ガスとしての３０５および３０６は、理想的には各同位体種に対して同一であり、好ましくは世界中の多くの研究室で測定されており、したがって、他の一連のデータが、マルチ同位体分析装置の利用によってもたらされる一連のデータに直接的に関連付けられることを可能にする国際基準ガスを含む。かかる外部国際基準ガス比較は、全てのかかる機器全域にわたる比較可能性を確保するための追加の判断基準を提供し、および／または参照ガスの既知の値を用いて一連のデータを調節するために利用され得る。加えて、外部基準ガス比較は、１３Ｃ３１１および１４Ｃ３０６の密封参照ガスの衛星操作を通して行われ得、衛星のセンサビームが、１つ以上のマルチ同位体分析装置を通過する時、地上ベース分析装置と宇宙ベースセンサとの即時比較を行うことができるようになる。試料ガスは分析装置３０７、３１２から排出される、または反復分析のために再送される。分析の反復は、１３Ｃおよび１４Ｃの結果をさらに特徴付けるのに有益で有り得、統計学的データが分析装置の正確性および精密度をより良く判定するために収集されることを可能とする。 機器、場所、および機器間の比較の概要、およびある実施形態に従った、単一の装置１００、参照セルおよび遠隔測定法アンテナ１０２を伴う装置、相互比較および相互比較可能性オプション１０４、ならびに外部一次基準（ＰＲ）標準１０５との参照を伴う一連の選択された装置１０３および一連の選択された装置の編成を示す実例である。また、追加の外部標準を、機器、および集合間にわたって比較可能性を確保するために必要とされる都度、解析設定にも組み込むことができる。 特定の地理的領域１０５を対象範囲とする、中央データおよびモデル分析センター１０８に衛星または他の無線の手段１０６、１０７を通して各装置からの相互較正されたデータを送信する、一連の相互較正された装置を示す実施形態の実例である。 地球全域にわたる３つの地理的地域（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）を対象範囲とする、相互較正された装置９００の集合を示す実施形態の実例である。３つの集合は、相互較正手順（図１４を参照）を利用して、集合内および集合間で相互較正される、および分離参照ガス９０１、一次基準ガスおよび／または国際基準ガス（図１４を参照）９０２を選択した、および任意で分離参照ガスモジュールに含まれる、かつ任意で、宇宙９０８からの温室ガスを測定および監視するために使用される衛星に含まれる、９個の個々の分析装置を備える。データ遠隔測定法は、通信衛星９０３を含むいずれの無線手段９０４によっても行うことができる。９０３は、相互較正された分析装置９００からの実時間データ、参照および／または国際基準セルデータ９０１、９０２を、参照セル９０１、９０２は、分析装置、較正手順、および相互較正手順に関する技術的要素によって必要とされる通り、同一または異なる１３Ｃおよび１４Ｃ（図１２を参照）の組成を有し得ることを認識して、データセンターおよび炭素取引交換９０６に中継する。一実施形態において、かかるデータおよび通信はほぼ瞬間的であり、電子的にライブの炭素交換のプラットフォーム９０６を提供する。また、分析装置からのデータは、宇宙９０７から取得された衛星データを検知する温室ガスと比較され得、かかるデータの追加の検証を提供する。 凝集１１０、１１１の特定したレベルで、特定した地域に対する統合モデル出力を生成するある実施形態に従った、データ／モデルセンター１０９の略図を示す。これは、炭素ベースの交換１１２、１１３に充てるための、メートルトンＣＯ２等の取引のための炭素単位への、データの変換を導く。データは、ライブ市場（例えば、瞬間的）に、または生体炭素（例えば、森林炭素）対産業発生化石燃料ベースの炭素等、示された炭素の種類に従って、特定の交換のための取引プロトコルに従って、少ない頻度で、アクセスし得る。 機器４００、および分析装置４０６、分析装置４００の群または集合、データの集合４０６、共有較正および相互較正プロトコル４０３、国際基準プロトコル４０４、および外部衛星ベースの標準４０５によって測定される試料からのデータを用いて、所与の地理的領域４０１、所与の期間４０２に対するシステムの主要構成要素プロセスの概要を示す。全てのデータは、遠隔測定法４０７の無線または他の手段を通して、最終的に生体または化石燃料由来炭素４１０のメートルトンに変換される１つ以上のモデル４０９中でデータ４０８を管理、組み込むデータセンターに送信される。かかる単位は適切な温室ガス貿易取引、プラットフォーム等４１２における売上げに対して登録され、他の管理的処理４１１がされ得る。 分析装置８０４、８０５、８０６、および８０７（パネルＢ）からの一連の１３Ｃデータ（パネルＡ）８０１をもたらす相互較正構造の例を示す。分析装置８０４、８０５、８０６、および８０７は個別の場所（パネルＣ）に配置される。また、分析装置８０４、８０５、８０６、および８０７は、時間および空間における機器間の比較可能性を確保するために、任意の外部基準および／または国際基準ガスモジュール８０９と統合され得る。 個々のまたは分類された同位体分析装置からのデータ伝送、任意の外部一次基準標準との比較、マスターホストによるかかるデータの収集、および炭素交換へのその後の伝送のための、ＳＣＡＤＡ通信およびネットワーク構造の例を示す。 仮想の部分的炭素収支、それらの入れ子構造（パネルＡ）、および二重の炭素会計のための例示的モデル結果（パネルＢ）を示す。 季節に従って、２．５年を越えて森林環境中に配置された一連の装置内の炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。また、ＣＯ２総濃度の仮想の炭素フラックス、１３ＣＯ２と１４ＣＯ２との比も示される。 米国本土全域にわたる炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。任意の外部一次基準標準は、州、地域、および大陸の報告目標に従って使用され得る。 メイン州の炭素排出データを、測定し、報告し、検証し、提供するためのシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の一次基準標準が使用され得る。 コネティカット、デラウェア、メイン、メリーランド、マサチューセッツ、ニューハンプシャー、ニュージャージー、ニューヨーク、ロードアイランド、およびバーモントの州を含む、地域温室効果ガスイニシアティブ（ＲＧＧＩ）の炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 アイオワ、イリノイ、カンザス、マニトバ（カナダ）、ミシガン、ミネソタ、およびウィスコンシンの州を含む、中西部地域温室効果ガス削減アコード（２００９）の炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 ワシントン、オレゴン、カリフォルニア、モンタナ、ユタ、アリゾナ、ニューメキシコ、ブリティッシュコロンビア（カナダ）、マニトバ（カナダ）、オンタリオ（カナダ）、ケベック（カナダ）の州を含む、西部気候イニシアティブの炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 オーストリア、ベルギー、チェコ共和国、エストニア、フランス、ハンガリー、ドイツ、ギリシャ、アイルランド、イタリア、ラトビア、リトアニア、ルクセンブルグ、マルタ、オランダ、ポーランド、スロバキア、スロベニア、スペイン、スウェーデン、英国、ノルウェー、アイスランド、およびリヒテンシュタインの国を含む、欧州連合交換取引制度の炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 土壌炭素排出に対する炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 農業活動に対する炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準は使用され得る。 海洋交換の炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 ニューヨーク市（ＮＹ、米国）を代表する都市全体のスケールで、炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 ＣＯ２隔離プロジェクトの炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。 燃焼排ガスの炭素交換のために、測定し、報告し、検証し、提供するシステムの使用の例を示す。必要に応じて、任意の外部基準標準が使用され得る。
炭素放出の直接的測定および監視するための長年認識されている必要性は満たされていない
現在、ガス状二酸化炭素としての炭素放出は、主に、燃焼燃料の量、燃焼効率、および経済データを含む様々な二次データから推定されている。気候変動枠組条約下で要求される炭素インベントリは、自己報告式であるか、本質的に未検証である（Ｅｌｌｅｒｍａｎ ａｎｄ Ｊｏｓｋｏｗ ２００８）。大気中の総二酸化炭素の実際の測定は、数々の利害関係者によって行われているが、排出の源または種類を明らかにはせず、起源および大きさにおいて変化に富む（例えば、海洋、森林、産業、炭素捕捉および貯蔵）ＣＯ２の個々の源に直接的に関係はしていない可能性がある。実際、経済市場を支えるための排出データを統合するために必要とされる監視のレベルおよび適切な技術は、法規制の順守の京都議定書前の期間には想定されていなかった。欧州連合排出取引制度の簡単な歴史（Ｃｏｎｖｅｒｙ ａｎｄ Ｒｅｄｍａｎ ２００７）は、直接的な測定、監視、報告、検証、および収益化の必要条件が、価格変動、上限の設置における困難、および排出フラックスの推定が、１０％の総排出にまで高くなり得、亜大陸スケールおよび準年次スケール（例えば、Ｔｕｒｎｂｕｌｌ ｅｔ ａｌ．，２００６）ではさらに高く成り得る可能性があるというという認識（Ｋｏｓｏｖｉｃ，２００８）によって証拠だてられるように、満たされることには成功していないことを示している。さらに、京都議定書の受け入れは、生態系機能を示す研究用炭素種を必要とするＣＯ２フラックスのネットワークに対して不十分な測定、監視、および報告のために、産業発生排出と共に、世界中の森林および海洋等の自然源からの炭素フラックスを組み込むように設計されなかった。したがって、森林の炭素隔離等の大規模な炭素交換の測定および監視の重要性および必要性は長年認められてはいるが、そのようなシステムのいずれも実施されてはいない。近年の操作プロトコル下で、化石燃料燃焼または自然生体源からもたらされる炭素放出の直接的測定は、条約の規定を施行するため、または森林炭素隔離の潜在性を定量化するためには使用されていない。
新興炭素市場の双方の側（例えば、入札（売り手）および依頼（買い手））は、気候変動および生物圏の不確実性に対する反応として、地球規模のデータが炭素市場の効果を査定するために必要とされると同時に（例えば、Ｃａｎａｄｅｌｌ ｅｔ ａｌ．，２００７、Ｒａｕｐａｃｈ ｅｔ ａｌ．，２００７、ＵＳ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｏｇｒａｍ ２００７）、信用できる価格設定および市場支持のために、取引された炭素実体物の定量化が必要とされる。したがって、効果的な複数のスケール測定および監視は、全域にわたって炭素収支を統合するため、ならびに炭素管理の地域内の惑星表面の炭素フラックスを定量化するために、京都議定書によって、あるいは他のプロトコル、温室ガスの条約、または緒条約（例えば、地域温室効果ガスイニシアティブ ２００９）によって規定されるように、京都議定書への誓約を検証するための独立した手段であろう。しかしながら、長年の必要性および認識されているそのような監視システムの重要性にもかかわらず、直接的測定に基づいた測定可能な炭素会計システムは利用可能ではない。
測定および監視の必要性を満たす炭素のまれな形態の可能性
炭素のまれな形態、すなわち１３Ｃおよび１４Ｃは、生体を化石由来ＣＯ２から区別するための鍵となるが、炭素のこれらのまれな形態は、迅速であり、信頼でき、同等であり、検証された測定を行うことにおける困難のため、広範には使用されていない。炭素のまれな形態はＣＯ２中のそれらの濃度のため、また、これらの形態が生物学的および物理的過程によって分画される様式であるため、研究用である（Ｋｅｅｌｉｎｇ １９７９、Ｇｒａｖｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９）。惑星表面（例えば、世界中のフィールド領域）において広がっている炭素のまれな形態の信頼でき、同等の測定を行うための手段は、時間および空間を通した定量的炭素マトリックスの土台ならびに炭素価格設定および取引の基盤を提供する。
ＣＯ２の濃度は、高精密度で測定されることができ、現在５７カ国からの２５２前後のステーション（ＷＭＯ ２００９、Ｐｅｔｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，２００７）によって示されるように、その測定は広がっているにもかかわらず、濃度測定のみでは、この温室ガスの源および吸収の完全なデコンボリューションを提供しない。したがって、自然の部分的炭素会計は、プロジェクトパフォーマンス、上限の設置（キャップアンドトレード手順のために）、および最終的に様々な市場における炭素の価格設定の判定を査定するために使用される得られた収支における不確実性を生む。しかしながら、生物圏および大気中の全ての規模において二酸化炭素動態に固有であり、生物圏および大気中の全ての規模において二酸化炭素動態中に組み込まれている炭素のまれな形態、具体的に炭素同位体は、化石燃料から等の具体的な二酸化炭素源を同定するための手段を提供し、かつ定義される地形内の自然炭素循環の機能のデータを提供する。１３ＣＯ２および１４ＣＯ２等の炭素のまれな形態に対するデータ表示およびデータ転送速度（例えば、連続的、毎日、毎週、毎月）は、ＣＯ２濃度データと比較して微量であり（Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．１９９６）、１４ＣＯ２データは特に限定される。
ＣＯ２（１３Ｃ、１４Ｃ）の同位体族の決定は、関連炭素放出量／吸収量の条件に価値のある制限を提供することができるが（例えば、Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９６、Ｔｕｒｎｂｕｌｌ ｅｔ ａｌ．，２０１０、Ｇｒａｖｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９、Ｒｉｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）、炭素同位体族の実際の測定に基づいた、炭素収支および関連する金融商品の測定、監視、報告、検証、会計、および管理に必要とされる実行可能な「システム」は利用可能ではない。それどころか、同位体族は、典型的には、異なる計測および方法を使用して、具体的な場所で個々に取得される。それらは、フラスコの試料の個別的な単一の分析によって主に決定され、その後多大な費用と時間を費やして、真空磁場型同位体比質量分析計（ＩＲＭＳ）によって、分析された（例えば、Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９６、Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。または、大気中の１４ＣＯ２分析の場合において、かかる分析は、試料の大きさおよび処置に従って、様々なβエミッタ検出器および加速器質量分析計（ＡＭＳ）を使用して実施される（例えば、Ｓｔｏｒｋ ｅｔ ａｌ．，１９９７、Ｔｕｎｉｚ ２００１）。
大気中のＣＯ２中の１４Ｃの直接的、迅速（例えば、秒未満のデータから必要に応じてより長いものの範囲））、および広範な測定は、化石燃料源の明確かつ定量的データを提供する。かかる分析は、一次標準、ならびに１４ＣＯ２および１３ＣＯ２に対する国際基準枠組みとしての使用のために（Ｂｏａｒｅｔｔｏ ｅｔ ａｌ．，２００２、Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）、標準基準物質を示す国際的に認識されている標準（例えば、Ｓｔｕｉｖｅｒ ａｎｄ Ｐｏｌａｃｈ １９７７）に関連付けられ得る。１３ＣＯ２および１４ＣＯ２に関する大気の組成は、スース効果に反映されるように、地球的観点から非常に良く理解されており（Ｌｅｖｉｎ ｅｔ ａｌ．，１９８９、１９９５、Ｋｅｅｌｉｎｇ １９７９）、しかしながら、１４ＣＯ２の一般的な分析は、様々な規模で、特に具体的領域からの排出を追跡するのに重要である区域規模および地域的規模で、化石燃料ベースの排出の個々の検証としての役割を果たすであろう（Ｔｕｒｎｂｕｌｌ ｅｔ ａｌ．，２００６）。炭素（例えば、１３Ｃ１．１％、１４Ｃ１０−１０％）のまれな形態の天然存在度中の大きな差異は、使用される計装、信頼できる測定および各種のデータ転送速度の困難の双方において示される。高い精密度の１３Ｃおよび１４Ｃ測定のためのデータ転送速度または試料採取率（例えば、１日当たりの試料数または一秒当たりの試料）は、総ＣＯ２濃度に対して収集されたデータと比較して極めて小さく、炭素取引を支えるには非常に少ない測定である。したがって、同位体測定の長年にわたる必要性および確立した科学的妥当性にもかかわらず、方法または方法を基礎とし、炭素放出データを炭素取引および炭素管理と直接的に関連付ける、普及し、統合された分析装置は存在しない。
したがって、１３Ｃおよび１４Ｃの重要な同位体族に対して直接的であり、迅速であり、同時である、多重スケールおよびマルチ同位体の解析能力を提供し、継続的または継続的に近い状態でフィールドにおいて操作できるシステムは、炭素収支、炭素取引、および地球の気候変動を測定し、監視し、報告し、検証し、会計し、管理するために、非常に有益であるシステムとなろう。これまで、同位体データは、かかるシステムの明白であり、良く認識された必要性にもかかわらず、炭素取引の目的のために炭素放出を測定または監視するため、または現在の炭素もしくは関連する温室ガス金融商品の使用を支えるため、または規定のもしくは任意の排出枠組みのいずれかに対する順守を査定するためには使用されていなかった（ＵＮＦＣＣ ２００９）。
Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ（Ｋｏｓｏｖｉｃ ｅｔ ａｌ．，２００８）によって行われた研究によると、化石燃料ベースのＣＯ２の主な源を示している燃料消費および酸化効率における不確実性は、少なくとも±１０％であると推定される。１２９０億ＵＳドルで取引された炭素の２００８年のドル換算に照らすと、その不確実性は、±１２９億ドルに達し得る。したがって、経済的不確実性を減少し得るシステムは、炭素クレジットの買い手および売り手を代表する利害関係者に非常に有益であり、政策立案者および公衆に、炭素ベースの取引システムが適切に管理され、透明かつ安定しており、不正から保護することができることを保証するのに非常に有益であろう。経済的不確実性を減少させ、直接的測定と推定を置き換えるために、そのようなシステムが必要とされることは広く認識されているがかかるシステムのいずれも考案されていない、または現在作動していない。
炭素収支
炭素の同位体形態を使用した炭素収支のデコンボリューション
化石燃料排出および結果としての炭素収支における変化は、京都議定書機構（例えば、ＩＰＣＣ ２００８）および他の炭素取引交換およびプラットフォームの焦点である。それらは、ＥＵ、およびＣｈｉｃａｇｏ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅ等の米国における新興任意の市場における炭素取引および炭素ベースの金融商品の基盤である（ＣＣＸ ２００９）。炭素収支を、成分源についての情報無しに構成することは困難である。通常測定される総ＣＯ２は源または成分情報を提供しないため、上述のように、炭素のまれな形態の同位体データが非常に有益であり、化石燃料排出の測定、監視、検証、および会計において重要であることは明白である。
炭素１３に関して、この同位体のみでは自然ＣＯ２から化石燃料ＣＯ２を識別せず、したがって、この同位体のみを用いて判定することは不可能である。化石燃料由来のＣＯ２による大気中の１４ＣＯ２の希釈は、良く知られており理解されている。図１（Ｋｏｓｏｖｉｃ ｅｔ ａｌ．，２００８出典）は、１８５０年〜２０００年に及ぶ、１４ＣＯ２（正方形）、１３ＣＯ２（塗りつぶされた丸）、年輪、氷床コア、および現代の大気のそれぞれから得られるＣＯ２の大気中の濃度（小さい白い丸）の測定のグラフを示す。この期間にわたる大気中の１４ＣＯ２の低下は、大気のＣＯ２濃度の増加に関連する化石燃料添加に直接的に関係している。１４Ｃの半減期は約５７３０年であり、化石ベースのＣＯ２排出に対して理想的であり、直接的であり、敏感であるトレーサーとなる。化石燃料は、石炭および天然ガス形成の何百万年の間で１４Ｃが自然に崩壊して久しいので、それを含有しない。したがって、１４Ｃを欠く化石燃料ＣＯ２の追加は、天然１４Ｃの生成（Ｌｉｂｂｙ ｅｔ ａｌ．，１９４９）、原子爆弾から放出された１４Ｃ（Ｒａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００２）を含む現代の１４Ｃバックグラウンドを非常に希釈する。また、これも低下しているとして示される１３ＣＯ２の記録は、植物ベースの化石燃料（例えば、石炭および天然ガス）が大気に関する１３Ｃに枯渇しているため、化石燃料の記録にも関連する。２パーミル（‰）までの精密度での大気の１４ＣＯ２濃度の測定は、３８０ｐｐｍのバックグラウンド内での約２ｐｐｍ化石燃料ＣＯ２のモデル計算を可能とし、したがって、所与の源に対して化石燃料入力を定義する（Ｋｏｓｏｖｉｃ ｅｔ ａｌ．，２００８、Ｇｒａｖｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００９、Ｒｉｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）。また、グラフは、１３Ｃのみでは、化石燃料炭素を生体炭素から区別できないことを明白に示す。
したがって、１４Ｃ測定および１３Ｃ測定が総ＣＯ２測定と比較して微量であることを認識して、実時間で化石燃料および生体排出に関して同位体を効果的に追跡するために、許容可能な精密度および敏感性を備える１３Ｃおよび１４Ｃに対する装置およびシステムが明白に必要とされており、管理および収益化に対する意味のある空間規模での化石燃料排出および条約の規定の検証のための重要な方法として、長年求められてきた。しかしながら、いずれのかかるシステムも利用可能ではなく、作動していない。
１３Ｃおよび１４Ｃ測定の双方を使用した値が、図２に説明される。図は、炭素１３（ｙ軸）と炭素１４（ｘ軸）の同位体比の対比を示し、図の詳細に示されるように発表された。Ｃ３タイプ（大抵の植物および木を示す）の現代の植物および化石燃料およびそれらの排出は、ほぼ完全に炭素１３比（−２０〜−３８パーミル、図２）に関して重複していることが観察される。しかしながら、１４Ｃデータは、−１０００Δ１４Ｃパーミルの範囲で化石燃料源から現代のものを明白に分離し、１００％の化石燃料炭素、約＋５０パーミルを示し、現代のバックグラウンド１４Ｃを示す。具体的に、石炭から得られた炭素１３の値は、１３Ｃ中の現代のＣ３ガスと非常に類似しているが、１４Ｃ比において明白に異なる。化石燃料源が１４Ｃ含有量に欠けているため、全てのこれらの源は、明解に０％の１４Ｃであり、または分析された時、−１０００Δ１４Ｃパーミルとして登録される。さらに、天然ガスおよび石炭を含む産業発生燃料からの炭素放出が、一方を他方と、１４Ｃではなく１３Ｃに基づいてある程度区別できることを理解することができる。また、自動車より生成されたＣＯ２炭素同位体比は、グラフ上の化石および現代の階層によって示されるように、炭素１３の点で明確に異なっているが、炭素１４比では異なっていない。したがって、１３Ｃおよび１４Ｃ組成物の双方を測定することができるシステムは、分析され得るいかなるガス流の化石および生体成分をも決定するために有益であろう。例えば、ますます発電施設に義務付けられるようになっている、バイオ燃料混合物組成物（Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）は、公表された生体／化石燃料組成物に関して容易に検証できる（図２のひし形の符号を留意されたい）。したがって、化石燃料由来のＣＯ２および天然または生体ＣＯ２の区別を提供するシステムは、長年にわたり、非常に求められている、化石燃料排出および自然生態系におけるかかる排出の潜在的効果を測定し、監視し、検証し、会計するためのシステムを実現させる。しかしながら、いずれのかかるシステムも現在存在せず、作動していない。
さらに、１３Ｃおよび１４Ｃ比が、Ｃ４植物（Ｏ’Ｌｅａｒｙ １９９８）（１３Ｃの値は−１９〜−１１パーミルの範囲である、図２）とＣ３植物との対比が考慮される場合において（Ｏ’Ｌｅａｒｙ １９９８）、自然ＣＯ２の源を特定するために使用され得ることを理解し得る。Ｃ４植物は乾燥した、砂漠化の進む領域でよく見られ、平野および他の非森林地帯を示す。そのような区別は、降雨との関連で生物圏による炭素放出または取り込み、およびＣ３とＣ４組成物との対比の変化の証拠は、炭素がシンクまたはＣＯ２の源（およびその逆もまた同様）である領域を含む地域的気候変動の予測を確立することができうる、世界の多くの生態系の監視において有用である。しかしながら、炭素取り込みまたは放出におけるかかる変化の監視の認識された重要性にもかかわらず、かかる変化を直接的に測定する現在使用中のシステムは存在しない。
示されるグラフの更なるの特徴は、炭素放出に影響される生態系機能の査定に関する。天然マグマ性ＣＯ２が放出される、知られており、良く研究されている領域であるマンモス山からの示されるデータが、白い三角形で示され、自然生態系の機能領域中の土壌ＣＯ２から、樹木の死と関連する土壌ＣＯ２を明白に示している。マンモス山データは、ＣＯ２を地下で捕捉し貯蔵する大規模のプロジェクトからのＣＯ２の放出に潜在的に影響を受ける、生態系機能を監視するために１４Ｃおよび１３Ｃデータの双方を使用が、炭素クレジットに対して使用されるために、かかる排出を測定し、監視し、検証し、会計する、効果的および敏感な手段であることを明白に示す。炭素捕捉および貯蔵は、石炭ベースの発電からの炭素放出を管理するための手段であると広く見なされており（Ｚｗａａｎ ａｎｄ Ｇｅｒｌａｇｈ ２００９、Ｆｒｉｅｄｍａｎｎ ２００７）、炭素放出の回避に基づいた炭素クレジットをもたらす。しかしながら、そのようなシステムが早急に必要であることが広く認められているにもかかわらず、かかる炭素捕捉および貯蔵プロジェクトからの漏出を測定、監視、査定、またはそれを早期に警告するシステムを提供する明確な手段は利用可能ではない（Ｈａ−Ｄｕｏｎｇ ａｎｄ Ｌｏｉｓｅｌ ２００９）。したがって、炭素ベースの金融商品と互換性があるデータをもたらす、自然および産業発生／人為的炭素フラックスを統合するための手段を有するシステムを有することは非常に有益であろう。そのようなシステムは、そのようなシステムが炭素捕捉および貯蔵等の炭素減少技術に基づいた炭素クレジットの測定、監視、検証、および会計の能力を前進するために必要とされるが、現在存在しない。
現在、ガス収集および分析のネットワークは、米国海洋大気協会（ＮＯＡＡ）および連邦科学産業研究機構（ＣＳＩＲＯ）等の政府事業体によって管理されている。１３Ｃおよび１４Ｃ分析の双方がＮＯＡＡおよびＣＳＩＲＯ等の様々なグループによって行われる現場は、小さく、主に海洋試料地点を表す約２０の場所に存在する。例えば、Ｔｕｒｎｂｕｌｌら（２００７）は、北米中の１４ＣＯ２の変化における研究に対して２つの場所のみからの測定を利用する。Ｔｕｒｎｂｕｌｌらのデータ結果（２００７）は、１４ＣＯ２のデータ転送速度における莫大な増加が、炭素放出の高分解能に必要であることを明白に示す。行政機関による１４ＣＯ２試料採取の現在のプログラムは、したがって、炭素取引および関連する市場を支えるために使用され得るデータを提供するには十分ではない。
これまでのデータに基づいて、約１０−４または０．１パーミル台で異なる同位体族の相対存在度における変化は、源およびシンクの分析において有意性を有し（Ｋｅｅｌｉｎｇ １９５８）、特に１３Ｃに対してそうである。さらに、森林中のＣＯ２の大気−生態系交換を的確に判定するための要求の厳しい現地調査において、例えば、渦相関測定が必要とされる（Ｓａｌｅｓｋａ ２００６、Ｇｕｌｄｅｎ ｅｔ ａｌ．，１９９６）。この場合において、１Ｈｅｒｔｚ台かそれ以下の１３ＣＯ２の分析の非常に速い応答時間で、最低０．１パーミルの１３Ｃ比の精度が、様々な因子に対する個別的な時間の期間および森林の昼間にわたり、完全な生物学的応答を捕捉するために必要とされる（Ｓａｌｅｓｋａ ｅｔ ａｌ．，２００６）。したがって、また、速い応答時間、安定性および高い精密度は、ＣＯ２の森林交換が必要とされる場合において有用であろう。現在、上で論じたように、重要であり、有益であるとして認識されているが、森林は、土壌中および地上バイオマスにおいて、貯蔵された炭素の森林フラックスの測定および定量化の困難性のため、京都議定書下ではオフセットとして含まれていない（例えば、Ｓａｌｅｓｋａ ｅｔ ａｌ．，２００６）。したがって、森林生物学的応答における微細な規模および日周変動を捕捉するための非常に速い試料採取周期を含む、様々な時間スケールで森林炭素フラックスを測定し、定量化することができるシステムは、炭素管理および炭素減少パラダイムにおいて、世界の森林を含む現在の京都議定書および他の協約または条約下では、森林炭素クレジットの基盤を提供するために重要であろう。
また、森林フラックスの信頼でき、検証された会計は、金本位およびその他のいずれの数々の任意の交換においても、炭素取引価格および容量を確立するために使用され得る（Ｈａｍｉｌｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）。森林の１４Ｃフラックスの監視の追加は、炭素取引プラットフォームにおいて使用されるか、または炭素金融商品の基盤としての役割を果たす。森林の炭素貯蔵の測定、監視、検証、および会計における１４Ｃデータの追加は、炭素フラックス判定を抑制し、森林が吸収する化石燃料排出の程度を示す（かかる排出を軽減するために森林の価値がそこで認められる）ための追加の判断基準を提供するであろう。したがって、森林炭素工程の重要性および具体的な理解は確立されており、一般的な測定、監視、検証、および会計の必要性は、判断基準として広く認識されているが、かかるシステムのいずれも考案されていない、または現在作動していない。
炭素放出決定のデータが限られたモデル
近年、信頼できる炭素フラックスを得るためのモデルは、上述のように、炭素同位体比を測定し、監視し、検証し、会計する一般的なシステムが利用可能ではないため、データが限られている。典型的には、地上ステーションおよび衛星から取得された大気中のＣＯ２濃度測定は、トレーサー輸送反転（ｔｒａｃｅｒ−ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）と呼ばれる工程において、地上表面からの排出を推測するための大気中の循環モデルと統合される。このアプローチは、生態系炭素交換、季節性、および複雑な大気循環に起因して、ＣＯ２中の自然変動レベルが高いため、ＣＯ２濃度データのみの使用では本質的に困難である。
しかしながら、化石燃料由来の炭素または生体炭素フラックスから得られるもののいずれかとしての炭素放出の同位体組成物は、分析の所与の領域（例えば、平方メートル、マイル等の空間の範囲）および所与の期間（例えば、時間的定義、毎日、毎月、季節的）を示す特有のデータを提供できる。定義された領域に分布しているマルチ同位体分析装置の集合は、ＣＯ２濃度の大きな自然変異を伴っても、ＣＯ２の未知の源のデータを提供できるシステムの重要な構成要素である。１つ以上の場所において直接的に測定された総ＣＯ２、１３ＣＯ２、および１４ＣＯ２の濃度データは、炭素取引および炭素金融商品に対して使用できる炭素フラックスデータを算出するために必要とされるが、それのみでは十分ではない。典型的には、モデルは、目的の特性を解釈するためにデータと連結して使用され、炭素取引の場合において、定義された地理的領域に対するメートルトン炭素または炭素等価物のメートルトンとして提供される最終結果が必要とされる。大気中のＣＯ２の同位体組成物のデータ不足のため、スケールの範囲にわたる炭素収支は、空間および時間分解能において限定されることが広く認識される（Ｐａｃａｌａ ｅｔ ａｌ．，２００９、Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．，１９９６）。
しかしながら、モデルが、同位体データの不足のため、非常に限定されていることは認められているが、１３Ｃおよび１４Ｃに対する増加されたデータ転送速度を提供するためのシステムは利用可能ではない。１３Ｃおよび１４Ｃのわずかなデータを利用した現在のモデル努力は、炭素取引の厳格および信頼できる会計のための必要に応じて、モデルの限定を容易に説明する（例えば、Ｋｏｓｏｖｉｃ ２００８）。加えて、１３Ｃおよび１４Ｃ同位体分析装置の配置は、地形学、植被、季節性、および風のパターンを含む様々な因子に依存する。様々な配置場所下においてフィールド中に配置できるシステム無しに、同位体センサの戦略的な配置は評価され得ない。現在のデータに基づいて、同位体分析装置の配置は、監視の所与の場所または領域への化石および生体炭素の追加は、分析装置の検出限界内であるべきである。したがって、効果的測定、監視、検証、および会計を促進するための１３Ｃおよび１４Ｃの高い精密度、迅速、および同時分析は、現在利用可能ではないシステム無しでは達成することができない。さらに、人為的炭素放出を測定し、監視し、検証し、会計するために、試料採取ステーションおよび分析装置の集合は、都市、具体的産業および炭素捕捉および貯蔵の場合等において、炭素放出を示し得る、さもなければ隔離されている広範の領域等の大排出の領域に配置されるべきであることも明白できな区域および地域的源からの炭素放出を測定するようには具体的に設計されていない。ある。様々な行政機関によって出資されている既存の監視ネットワークは、大かかる政府出資の試料採取場所は、海洋および大陸等の大規模にわたって自然源およびシンクを検出するために選択された。したがって、かかるデータは、人為的炭素放出の測定、監視、検証、および会計、または炭素クレジットの基盤としての役割を果たすのには好適ではない（例えば、Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。
大気中の生体および化石由来のＣＯ２の同位体物質収支および等価関係
１個のまたは双方の炭素同位体族の所与の場所での判定は、炭素のメートルトンに基づいた炭素取引のために最終的に所望される、１３Ｃまたは１４Ｃのいずれかに対する炭素の全質量の判定の十分なデータをそれ自体は提供しない。限定される同位体データの単純な数値処理は、科学文献において十分に示されているが、炭素取引の必要性を満たすには十分ではない。二酸化炭素のまれな形態の測定は同位体標準と比較して提供され、以下の式に従ってデルタ比率として示される。

１３Ｃ同位体比に対して：δ１３Ｃ（パーミル‰）＝［（１３／１２Ｃ試料／１３／１２Ｃ標準）-１］ｘ１０００
１４Ｃ同位体比に対して：ｄ１４Ｃ（パーミル‰）＝［１４／１２Ｃ試料／１４／１２Ｃ標準）-１］ｘ１０００。
しかしながら、所与の場所または領域の１３Ｃおよび１４Ｃの限定された空間および時間データのため、かかるデータが炭素取引の必要性を支えるにはわずかすぎることは、広く認められている。最も単純な形態で、および当業者によってよく知られている同位体物質収支式において（例えば、Levin et al.,2003）、以下の物質収支式を使用して、測定された１４ＣＯ２およびＣＯ２濃度から地域的化石燃料ＣＯ２を推定できる。

ＣＯ２測定値＝ＣＯ２生物学的＋ＣＯ２バックグラウンド＋ＣＯ２化石燃料；および、
ＣＯ２測定値（δ１４Ｃ測定値＋１０００‰）＝ＣＯ２バックグラウンド（δ１４Ｃバックグラウンド＋１０００‰）＋ＣＯ２生物学的（δ１４Ｃ生物学的＋１０００‰）＋ＣＯ２化石燃料（δ１４Ｃ＋１０００‰）

上記の式において、ＣＯ２測定値は、所与の場所または場所（複数）からの観察されたＣＯ２濃度であり、ＣＯ２バックグラウンドは、参照大気清浄領域でのＣＯ２の濃度を示す（例えば、Ｇｌｏｂａｌｖｉｅｗ ２００６）、ＣＯ２生物学的は地域的生体成分であり、ＣＯ２化石燃料は、測定の地域の化石燃料成分である。デルタ表記におけるこれらの成分の１４Ｃ／１２Ｃ比率は、それぞれ、デルタ１４Ｃ測定された、デルタ１４Ｃ生物学的、およびデルタ１４Ｃ化石燃料である。デルタ１４Ｃは、減衰に対して補正された国立標準局（ＮＢＳ）シュウ酸標準活性からの１４Ｃ／１２Ｃ比率からのパーミル（‰）偏差値である（Ｓｔｕｉｖｅｒ ａｎｄ Ｐｏｌａｃｈ １９７７）。
したがって、ＣＯ２化石燃料を解くことによって、以下の式をもたらす。

ＣＯ２化石燃料＝［ＣＯ２バックグラウンド（δ１４Ｃバックグラウンド-δ１４Ｃ生物学的）-ＣＯ２測定値（δ１４Ｃ測定値-δ１４Ｃ生物学的）］／δ１４Ｃ生物学的＋１０００‰。
類似した一連の式を、大気中のＣＯ２の１３Ｃ比率に対して構築することができる。加えて、総炭素値を時間および空間にわたる同位体データから算出する数々のモデルが当業者に知られているが、Ｋｏｓｏｖｉｃら（２００８）によって強調されるように、炭素取引のために使用されるよう、十分な情報を提供するには、データが限定的すぎる。Ｌｅｖｉｎ＆Ｒｏｄｅｎｂｅｃｋ（２００８）は、２つの場所および１９８５年〜２００６年に及ぶ期間を代表する大気試料の１４Ｃ測定収集のデータを提示する。大気中の輸送モデルＴＭ３を使用して（Ｈｅｉｍａｎｎ １９９６）、Ｌｅｖｉｎ ａｎｄ Ｒｏｄｅｎｂｅｃｋ（２００８）は、１４Ｃ中の強力な年年変動が化石燃料源排出の変化する傾向と比較して説明されなければならないと結論付けており、大きな観察ネットワークからのその高い精密度の１４Ｃデータが望まれる。そのような観察ネットワークが本明細書で開示される。したがって、京都議定書の測定、監視、検証、および会計の必要性を満たすために要求される１４Ｃの非常に増加したデータに対する、モデル地域内で認識される必要性にもかかわらず、かかるシステムいずれも実施されていない。
同様に、科学文献は、１３Ｃおよび１４Ｃの単離測定の多くの実例、および森林（例えば、Ｕｒｂａｎｓｋｉ ｅｔ ａｌ．２００８、Ｕｃｈｉｄａ ２００８）、個別的な場所（例えば、Ｌａｉ ｅｔ ａｌ．２００６、Ｇｒａｖｅｎ ｅｔ ａｌ．２００９）等の様々な環境における炭素フラックス、および海洋炭素フラックス（Ｒａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００２）を解明するための関連するモデルを提示する。しかしながら、これらの研究は、典型的には炭素取引の目的のための炭素データをもたらさない。さらに、利用される多くのモデルアプローチは、地理的および一般的個別的な場所の結果の比較基盤を提供しない。
目的の領域に関連し、良く知られている標準を基準にした比較データを生成するグリッド中に位置される多数の同位体分析装置を提供する困難は、かかるシステムの不在によって認められる。それらの困難は、フィールド対応の同位体計測に備わる本来の困難、継続的データ収集、数々の機器による地形規模の範囲、およびそれらが位置され得るいずれの場所の全ての機器からの比較データを確保するための手段等、多い。したがって、前述のタスクを達成するそのようなシステムは、非常に所望され、一般的炭素取引によって提示される要求に取り組むために必要とされるであろう。
大規模のモデルの同位体データを提供することの困難は、上述のように、限定されるモデルのデータを提供することよりも、さらに要求の厳しいものである。メートルトン炭素を単位とする炭素値を得ることが求められる最終結果は、定義された領域および三次元の枠組みを示す定義された期間に対して厳密に決定されなければならない。本質において、混合および気象条件等の大気の特性は、１３Ｃおよび１４Ｃ同位体種の実時間フラックスと一致しなければならない。例えば、Ｐｅｔｅｒｓら（２００７）は、異なった場所からの一連の２８，０００炭素モル分率観察からの日々のＣＯ２濃度を、気象場およびＣＯ２輸送モデルによって決定される大気中の輸送モデルと組み合わせる、北米のための、大規模で三次元のモデルアプローチを説明する（Ｐｅｔｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，２００７）。モデル結果は、非常に有益であるとして広く認識されているが、先で考察されたように、ＣＯ２濃度データが基本的な炭素源（例えば、化石燃料ＣＯ２排出と生体ＣＯ２排出の対比）を明らかにはしないため、炭素取引の必要性を満たさない。確かに、このアプローチは、ＣＯ２濃度データと同位体データとの格差を完全に説明する。
上述のように、約１００の場所が、現在、炭素同位体に対して試料採取されており、約２５の場所によって、１４Ｃの収集および分析が示される場所である。加えて、大抵の全ての場合において、１３Ｃおよび１４Ｃ分析は実時間で実施されておらず、継続的ではなく、典型的に同一大気試料で同時に決定されず、潜在的なエラーを引き起こす。適切なモデルの追加の例は、大気中の中規模である気象学的適用に有用であるＭＭ５モデル（Ｇｒｅｌｌ ｅｔ ａｌ．，１９９５）、大規模の地上表面モデルを代表するＬＳＭ１モデル（Ｂｏｎａｎ １９９６）、数百メートルの領域を示すＴＡＰＭ大気中のモデル（Ｈｕｒｅｌｙ ｅｔ ａｌ，２００５）、数百メートルを越える大気中のマッピングにも利用されるｂＬｓモデル（Ｆｌｅｓｃｈ ２００４）、を含む。１３Ｃおよび１４Ｃ分析が化石燃料排出を判定するために必要とされる程度の例は、Ｒｉｌｅｙら（２００８）の研究によって提供される。大気試料の直接的測定によって得られる１４Ｃ分析が不在であるので、この研究において、Ｒｉｌｅｙら（２００８）は、ＣＡ全域にわたる１２８の領域からの植物を示す大気中の１４Ｃの代理として、植物試料を利用した。植物試料は、加速器質量分析を使用して、１４Ｃ含有量のために分析された。Ｒｉｌｅｙら（２００８）は、それらの測定から、カリフォルニア州中の大きな源からの化石燃料ＣＯ２の流れは、一般的に想定されるように東ではなく、圧倒的に南に向かっていることを結論付ける。したがって、この研究は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ ＡＢ３２（ＡＲＢ ２０１０）立法等によって定義される、および大きな地域の排出パターンの開発のための州規模の排出規制の１４ＣＯ２測定の重要性の明白な指摘を提供する。全体の大気試料の分析の変わりに、Ｒｉｌｅｙら（２００８）による植物試料の使用は、１４ＣＯ２測定の莫大な増加の必要性を強調する。しかしながら、上述のように、多くの規模にわたり、様々なモデルにおいて使用され得る十分な空間および時間的範囲の同位体データに対する認識された必要性にもかかわらず、モデルの必要性を満たすためのシステムによって可能とされる同位体データの収集は、利用可能ではない。
したがって、多くの（例えば、数千の）場所に配置されることができ、同時の１３Ｃおよび１４Ｃ測定が、気象および地形規模の生態系データを組み入れた３Ｄモデルとの関連付けを継続的に提供するように作成され得るシステムが、非常に所望されており、都市から都市、州から州、および地域から地域の点源の範囲である多くの規模での、化石燃料に関連する排出および生体炭素放出および循環に対する炭素収支に対する非常に改善した理解を提供することができるであろう。そのようなシステムの重要性が明白に認識され、長年求められているが、かかるシステムのいずれのも、炭素取引を可能とするために好適である枠組みにおける同位体比の測定およびそれらの使用の既存の方法における固有の困難のため、存在しない。
炭素同位体族のレーザベースの分析
Ｎ２ＯおよびＣＨ４を含むＣＯ２の同位体比および目的の他の温室ガスは、従来磁場型同位体比質量分析計（ＩＲＭＳ）によって測定される。これらの機器は、機械的二重の注入口システムを用い、個別の、純ガスの高真空および慎重な試料調製を必要とし、ＣＯ２の１３Ｃに対して０．０５パーミルの幅で精密度を提供する（Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。しかしながら、磁場型装置は、フィールド測定に必要とされる現場の連続フロー分析に好適ではない。生物圏中の１３Ｃの天然存在度は、総炭素と比較して約１．１％である。加えて、１４Ｃ組成物の測定は、典型的に、同位体特異的イオン計数ならびに高真空および低い試料処理能力にも頼っている放射分析または加速器質量分析計（ＡＭＳ）施設を必要とする（Ｂｏａｒｅｔｔｏ ｅｔ ａｌ．，２００２）。１４Ｃの測定は、当業者に認識されるように、総ＣＯ２と比較して、約１ｘ１０−１２のその低い天然存在度のため、技術的にさらに要求の厳しい。双方の場合において、１３Ｃおよび１４Ｃに対する従来の分析スキームは、同位体分別が試料収集から試料分析へのガス操作中に容易に起こり得るため（Ｗｅｒｎｅｒ ＆ Ｂｒａｎｄ ２００１）困難であり、初期の同位体信号を遮る。同位体分別は、温度、圧力、水蒸気、機器の能力、機器標準、および大抵個々の研究室に特有である他の内部因子における変化のため起こり得る。
１３Ｃおよび１４Ｃ比率の双方に対する高い精密度の必要性は、世界的成長率および季節性同位体変化が、約１．９ｐｐｍのＣＯ２および０．０２５パーミルの１３／１２Ｃから成るよく混合された大気中では小さいことを考慮すると、容易に理解される（Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。高い精密度の１３Ｃ同位体比は、従来の同位体比質量分析計を使用して、＋−０．０１パーミル（１標準偏差）の精密度で作成される（Ｖａｕｇｈｎ ２０１０）。１４Ｃに対して、約２（例えば、２．８）パーミルの変化は、化石燃料ＣＯ２中の約１ｐｐｍの変化を示す（例えば、Ｒｉｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）。したがって、１４Ｃ測定における約２パーミルの現在の精密度は、化石燃料ＣＯ２中の１ｐｐｍの変化を同定するのに十分である。しかしながら、必要とされる精度で、１３Ｃおよび１４Ｃを継続的および同時に分析し、フィールドに配置可能である分析装置は利用可能ではない。加えて、１３Ｃおよび１４Ｃ分析のために利用される試料は、分析中に消耗され、何度も再分析することができず、これは同一試料反復分析および／または長い分析時間を通して取得可能な精密度を限定する短所である（Ｗｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｂｒａｎｄ ２００１）。したがって、１３Ｃおよび１４Ｃの分析の従来の高い精密度の方法は、計測設備の観点から、フィールド配置、および迅速な分析には好適ではなく、また炭素価格設定、取引、および炭素管理を支えるための多数の分析装置の同時使用にも好適ではない。そのようなシステムは、非常に有益であると認識されており、長年求められているが、利用可能ではない。
同位体比質量分析計の多くの短所を回避する一アプローチは、レーザ吸収分光法の使用である。また、レーザ吸収分光法は、ＣＯ２を含む、数々のガスの同位体族を定量化するためにも使用され得る。レーザ吸収分光法は、１９９０年代初期にＣＯ２に対して初めて適用された（Ｂｅｃｋｅｒ ｅｔ ａｌ．，１９９２、Ｍｕｒｎｉｃｋ ａｎｄ Ｐｅｅｒ １９９４）。レーザに基づいたアプローチは、精密に調整されたレーザを使用した、ガス分子の振動回転遷移の特定の励起のため、可能である。したがって、ＣＯ２のまれな種のレーザ励起は、例えば、ガス流中のかかる分子の濃度を探索し、定量化するために使用され得る。図３は、関連ＣＯ２同位体族および対応するレーザ遷移の周波数および波長領域を説明する（Ｆｒｅｅｄ １９９０）。矢印は、１４ＣＯ２１０１および１３ＣＯ２１０２の同位体族の検出のために、およびＣＯ２（１２ＣＯ２）１０３の最も存在度の高い形態に対して選択されたレーザ遷移を示す。レーザに基づいた分析装置の使用は、大気および高い精密度の重量測定のガス調製に基づいたＣＯ２の添加から、大量に調製され得る標準ガスを有する密封参照ガスセルを用いる選択肢を提供する（例えば、Ａｍｉｃｏ ｄｉ Ｍｅａｎｅ ｅｔ ａｌ．，２００９）。かかる密封参照ガスセルは、多数のマルチ同位体分析装置に配置され得、したがって、機器同士の比較の基盤を提供し、ならびに高い安定度を提供し、システムの一鍵となる要素を可能にする。しかしながら、密封参照ガスセルのいずれのかかる使用も、多数の戦略的に配置されたマルチ同位体分析装置において使用されていない。密封ＣＯ２レーザ（例えば、ＬＴＧ Ｌａｓｅｒｓ Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ）の製作の分野に精通する者によって評価され得るように、かかる密封参照ガスセルは、大量に達成可能である。
これまで、数々のレーザに基づいた装置は、ＣＯ２の最も一般的である同位体族、すなわち１３Ｃ１６Ｏ１６Ｏの測定の成功を示している。パルス量子カスケードレーザは、理想的な研究室条件下で、２０秒の平均時間で、０．１‰よりも小さい精密度で、１３ＣＯ２を測定することが報告されている（Ｔｕｚｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）。２００６年１２月２６日に公開された米国特許第７，１５４，５９５号によって開示されたキャビティリングダウンレーザ分光法は、市販されており、１０秒の平均時間で、Ｐｉｃａｒｒｏ Ｇ１１０１−Ｉモデルを使用して０．３‰の精密度を報告する。Ａｅｒｏｄｙｎｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｃ．，Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓは、パルス量子カスケードレーザ１秒の平均時間を使用して、０．２パーミルの精密度を提供する。非光学的測定アプローチ、光ガルバノ法を利用したレーザに基づいたシステムは、１９９５年２月２８日に公開された米国特許第５，３９４，２３６号、１９９８年７月２１日に公開された５，７８３，４４５号、１９９８年１０月６日に公開された５，８１８，５８０号、１９９９年１月２６日に公開された５，８６４，３９８号に開示され、１０秒の平均時間で、０．１‰の１３Ｃ精密度を報告する。したがって、レーザ分光法の分野に精通する者にとって、１３ＣＯ２比率の判定は、商業的装置を用いて達成可能であるが、要求される精密度（例えば、＜０．１パーミル）を満たす能力は現在なく、１４ＣＯ２に対して特異的ではない。
また、上記の光ガルバノ方法を除いて、上述のシステムは、かかるアプローチの正確性および精密度において限定される励起した１３Ｃ同位体族の光学的検出方法に頼っている。具体的に、上述の１３Ｃのレーザに基づいた装置は、１４Ｃの天然存在度が大気中で１ｘ１０−１０％であることを考えると、検出における限界のため、１４Ｃを検出することができない。上述の１３Ｃシステムは、１４Ｃを検出する、または１４Ｃシステムを、１２Ｃおよび１３Ｃシステムと組み合わせるための方法またはアプローチも教示しない。１３Ｃ、１４Ｃ、および１２Ｃを同時に測定するマルチ同位体分析装置は、明らかに重要であるが、現在利用可能ではない。加えて、現在利用可能であるかかる１３Ｃレーザに基づいたシステムは、広く知られ、分布された１３Ｃ密封ガス参照セルを用いて配置されておらず、システム内でリンクされず、したがって、単独で作動するかかる分析装置は、炭素取引および炭素金融商品を支えるために、判定炭素フラックスに対して使用することはできない。
これまで、連続フロー条件下において、周囲の大気中の１４Ｃの判定のための市販のレーザに基づいたシステムは、存在しない。真空フラスコ中に収集された、５００ｃｃ〜３リットルの範囲である個別的な大気試料の分析のみ（Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）は、従来の計測を用いて利用される。（例えば、Ｔａｎｓ ｅｔ ａｌ．１９９６）。しかしながら、２００９年１１月１０日に公開された米国特許第７，６１６，３０５号に開示され、Ｍｕｒｎｉｃｋら２００８に説明されるシステムは、１４Ｃ測定技術を提供する。米国特許第７，６１６，３０５号およびＭｕｒｎｉｃｋら（２００９）の教示は、参照により本明細書に組み込まれ、実行可能な１４Ｃ研究室システムの基盤を提供する。米国特許第７，６１６，３０５号で開示されるＭｕｒｎｉｃｋのシステムは、１４ＣＯ２および１２ＣＯ２に対して特有のレーザから成る２つのセルシステムを代表するが、大気中のＣＯ２の１４Ｃの分析を教示せず、むしろ純ＣＯ２中の１４Ｃの分析を教示する。約１％（１０パーミル）の精密度が報告されている。Ｍｕｒｎｉｃｋら（２００９）は、大気中の１４ＣＯ２の小さな濃度または国際基準材料を用いた標準化に対しても、較正曲線の使用を教示せず、それらの全ては、１４ＣＯ２およびＣＯ２の変化する濃度を伴う対応のレーザ信号の複雑な挙動のため、Ｍｕｒｎｉｃｋら（２００８）に基づいて、研究者には明らかではない特殊なプロトコルおよび方法を必要とし得る。１４ＣＯ２の測定における困難は、それらの天然存在度が大気中の全ての炭素の約１ｘ１０−１０％であることを考えると、容易に評価され得る。１つのシステムに統合される１２ＣＯ２、１３ＣＯ２、および１４ＣＯ２レーザから成る３セルシステムが説明されておらず、また炭素および生体排出に関する大気中の組成物の分析のための該分析装置の使用のための必要条件である、典型的な大気試料中の１４ＣＯ２の分析は考案されていないことを留意されたい。
同位体族（１３Ｃ、１４Ｃ）の双方が決定される場合において、試料の測定は、取得されたデータが取引可能な炭素クレジットの判定のために使用され得ないことを確実にしない。生体または化石燃料起源に従って、炭素クレジットの判定は、機器のハードウェア、ソフトウェア、およびデータ分析および合成によって支持される定期的な、反復可能な、および好適な較正、相互較正、および国際基準システムでの、数々の分析装置を必要とする。したがって、単独で同位体族の１個または双方を測定することができる機器は、取引可能な炭素データを確実に提供するためには十分ではない。本明細書で上述のように、システムアプローチは、炭素フラックスデータを収集し、分析し、検証し、かつ一定領域および一定期間にわたって、化石または生体起源のＣＯ２のメートルトンに変換するための空間的および時間的枠組みを提供するために、必要不可欠である。加えて、１３Ｃおよび１４Ｃレーザに基づいた装置に対して定期的に使用され得る、参照材料を標準化する方法のいずれも、検出システムにかかわらず、利用可能ではない。したがって、炭素取引を支えるためのシステムアプローチの鍵と成る構成要素は、利用可能ではない。
較正、相互較正、および炭素のまれな形態の国際基準化
典型的には、上述のように、炭素の同位体族は、様々な場所から真空フラスコ中に大気を捕捉することによって取得される個別的な測定によって作成され、幅広い範囲に広がっている場所に在る小さな数々の研究室において分析される。かかる研究室は、責任者が異なった場所からのデータの相互比較および比較可能性を可能とするため、同位体族（１３Ｃおよび１４Ｃ）の双方の内部標準および共有される一連の標準を維持する。かかる相互比較は、同位体族の時間的および空間的傾向を構成することが必要とされるが、しかしながら、分析手順における差異および個々の研究室での標準の調製は、大気中のＣＯ２の１３Ｃおよび１４Ｃの傾向を不明瞭にし得、データセットに複雑な補正を必要とし得る同位体変化に、正確性および精密性をもたらし得る（例えば、Ｍａｓａｒｉｅ ｅｔ ａｌ．，２００１、Ｗｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｂｒａｎｄ ２００１、Ｒｏｚａｎｓｋｉ １９９１、Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。１３Ｃ標準プログラムの従来のシステムは、現在、限定された数々のデータおよび場所のため、炭素の活発な取引を支えることができない。さらに、各研究室の誤差は、個々の研究室実践に従い、かつ分析およびかかる分析装置に起因するデータベースにわたる分析装置伝搬誤差のタイプに従って、標準の処理および分析からもたらされる。ＩＲＭＳによる１３Ｃ比率の分析は、０．０３パーミルの潜在的な変化をもたらす１７Ｏの存在、および約０．２２パーミルの変化をもたらすＮ２Ｏの存在に影響され得る（Ｖａｕｇｈｎ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。研究室各室にわたる１３Ｃデータの相互比較は、目標精密度よりも、最大で１０倍大きい分散を示している（Ａｌｌｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００２，２００３）。差異は、ＣＯ２の純化に関するガスの取り扱い、ＣＯ２の分析および／または様々な同位体比質量分析計の具体的な操作に関するガスの取り扱いのためであり得る。したがって、内部で使用される標準、または共有されているものは、様々な場所に設置される１つ以上の機器からのデータが必要とされる場合、必要条件である厳格な機器間比較を提供しない。したがって、数々の広範に設置された分析装置によって１３Ｃの瞬間的測定を提供し、共有標準に直接的および瞬間的に相当するシステムが、１３Ｃ中の変化の監視、検証、および会計において非常に所望され得る。しかしながら、高い精密度のそのようなネットワークの長期目標、比較可能な１３Ｃ、およびそのようなネットワークの重要性にもかかわらず、かかるシステムのいずれも利用可能ではない。そのようなシステムは、生体炭素フラックス（例えば、森林炭素隔離）に関するため、炭素取引の目的のために化石燃料炭素から識別されるように、時間および空間の機能として、炭素質量を算出することが必要とされる生態系の適切なモデル、および気象モデルの適切なモデルへの１３Ｃデータの組み込みにかかるデータの必要条件のため、生体炭素を測定し、監視し、検証し、かつ会計するために必要とされる。
１４Ｃ標準および相互較正の場合は、上述のように、１４Ｃの存在度が１３Ｃのものよりも非常に小さいので、より小さい試料およびより複雑な計測が要求される（例えば、１．１％１３Ｃと１０−１０％１４Ｃとの対比）ため、より要求の厳しいものである。０．５ｍｇの総炭素程小さい試料は、大きく、複雑な加速器質量分析計中で分析され、変化する１４Ｃ組成物の標準の必要条件は、１４Ｃ汚染無しに維持することは困難である（Ｓｔｏｒｋ ｅｔ ａｌ．，１９９７）。１４ＣＯ２の分析およびＡＭＳ施設の維持における困難および費用のため、少数のかかるＡＭＳ施設が、高い精度分析に対して利用可能である（例えば、Ｂｏａｒｅｔｔｏ ｅｔ ａｌ．，２００２）。化石燃料ＣＯ２の場合のように、０％の１４Ｃから増加した現代の１４Ｃの割合に及ぶことが必要とされる標準が必要とされる場合において、分別が行われないことを確実にするために、適切なガスの取り扱いにおける技術的要求は非常に高く、本明細書に説明されるように、これまでに、システムに導入されてはいない。また、同位体差異は、試料濃縮（例えば、ＣＯ２の低温単離）、ガス操作、およびグラファイトへの変換、および分析の間の分別に関し得る（Ｗｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｂｒａｎｄ ２００１）。上述のように、ＡＭＳ測定のための試料濃縮および操作を含まない、多数の関連する機器によって容易に参照される未知の、および標準基準ガスの双方の１４Ｃの分析を可能とする機器による方法が、非常に所望され、明らかに重要であろうが、現在利用可能ではない。したがって、１３Ｃの場合のように、大気試料の１４Ｃ組成物を測定することができる機器のみでは、炭素取引および炭素金融商品を支えるのに十分ではない。ＡＭＳ方法を使用する１４Ｃ試料を分析するための困難に加えて、大きな数の試料は、試料当たり４００ドル〜６００ドルの範囲である試料当たりの高い費用のため、一般的に手の出せるものではない。１４Ｃ連続フィールド分析装置は、相当に低い費用およびＡＭＳ分析に必要とされる時間のほんのわずかな時間のために、何千もの測定を提供する。
全てが幅広い範囲に広がっている場所で固定機器によって提供される、１３Ｃおよび１４Ｃ標準化のための過去のデータは、部分的に、炭素のまれな形態の分析に必要とされる費用および専門知識のため、比較可能な標準の世界中のネットワークの維持における明白かつ根強い問題を示す。したがって、従来の同位体分析に基づいたそのようなネットワークを用いること、ならびに炭素取引の目的のために、１３Ｃおよび１４Ｃの双方のこれらのシステムにおける固有の誤差は、高い費用、機器ネットワークの限界、世界的に比較できる標準を分析し、維持するために使用される計測および方法に起因して、これまで集められてはおらず、かつ不可能である。したがって、認識される必要性およびそのようなシステムの価値にもかかわらず、現在、炭素取引および関連する炭素金融商品を支えるそのようなシステムは、存在していない。
上記のように、これまで、現在、１つの機器において、１３Ｃおよび１４Ｃの双方を測定し、監視するためのシステムを組み合わせる、実験的または商業的システムのいずれも存在しない。具体的に、国際公開第９９／４２８１４号は、生体および化石炭素フラックスの双方に対して、メートルトンＣ等の取引可能な単位を単位として、炭素を計算するために使用される、共有標準および国際基準標準によって関連付けられる複数の分析装置を組み込むシステムに対処しない。レーザに基づいた方法を使用した１４Ｃ分析の技術は、当業者がかかる分析装置を建設するためには、十分詳細に説明されなかったことを、さらに留意されたい。総ＣＯ２の１０-10％である、大気中の１４ＣＯ２の低い濃度は、かかる天然存在度において１３Ｃに対して１０−９倍である微量の分析法に関して、国際公開第９９／４２８１４号には説明されていない。国際公開第９９／４２８１４号は、米国特許第５，３９４，２３６号を参照している。しかしながら、かかる参照は、１３Ｃの判定のためのレーザに基づいた装置に関し、１４Ｃ決定には適用されない。１３Ｃは総ＣＯ２中約１．１％で存在しており、その分析に対して容易に利用可能なオプションを提供する。したがって、国際公開第９９／４２８１４号は、該１４Ｃ分析装置の所有権を得なかった。さらに、かかる１３Ｃおよび１４Ｃ分析装置は、炭素取引可能な単位をもたらす統合された構成要素を利用するシステムは用いられなかった。国際公開第９９／４２８１４号は、１３Ｃおよび１４Ｃの組み合わせられた分析を主に教示するが、分析段階を超えていない。我々が以下で説明するように、１３Ｃおよび１４Ｃ同位体比のみでは、炭素金融プラットフォーム上の取引のための炭素クレジットを生成するのに十分ではない。
重要なことに、長年感じられてきた必要性にもかかわらず、国際公開第９９／４２８１４号に説明されるシステムの実施は、実際のまたは商業的システムとして、異なる適用に基づいて異なる判断基準が生じるため、特に困難であることが認識されている。例えば、国際公開第９９／４２８１４号の教示は、炭素ガスは、水から分離されなければならず、それは説明も示唆もされていないため、海水中の炭素フラックスを測定し、監視するためには行うことができない。森林、農業地帯、土壌中等の炭素の測定および監視等の他の適用は、適した空間密度の測定に加えて、適したデータ試料採取率は説明も示唆もされておらず、容易に認識可能でもないため、困難であることが判明する。
炭素取引
炭素取引および炭素金融商品
現在、炭素ベースの金融商品は、ＣＯ２等価量（ｍｔＣＯ２ｅ）のメートルトン（１．１ショートトン）で示される、炭素の標準単位を中心としている（ＩＰＣＣ２００８）。しかしながら、メートルトンとしてのＣＯ２のフラックスの直接的測定は、存在しない。加えて、メートルトンで示された炭素のデータは、オフセットが所与のプロジェクトによって達した温室ガス（ＧＨＧ）排出の減少、回避、または隔離によって、生成される場合において、炭素オフセットを確立するために使用される。しかしながら、生成された実際の数々のｍｔＣＯ２ｅ排出を確認する、または、減少したまたは回避された排出（オフセットの場合において）の場合において、直接的測定によって、排出の不在を確認する直接的測定は、存在しない。ＣＯ２排出の推定は、欧州連合排出取引制度等の取引群を含む、所与の場所または数々の場所での燃料消費（および／または前のレベルからの減少）に基づいて使用される（ＩＰＣＣ２００８）。したがって、実際の測定の不在では、不確実性は未知であり、排出の定量化の方法において致命的な問題を示し、小さな源項誤差は、炭素ベースの金融商品およびそれらの誘導体の価格設定等の後処理プロセスのエラーを伝搬、拡大する。不確実性減少は、地域または取引領域の地形の全域にわたる、高い精密度の測定によってのみ達成される。現在、炭素ベースの金融商品の不確実性の減少において使用されるための炭素のまれな形態に対するマルチ同位体装置を用いた、かかる地域的測定ステーションは存在しない。したがって、ＣＯ２および関連する温室ガスに対して、大陸程大きい取引地形の全域にわたり比較可能である炭素放出（排出の減少）を測定し、報告し、検証するための広範囲にわたる複数の地理的システムを用いることが、非常に所望されるであろう。現在、炭素ベース機器における不確実性を減少するために、かかるシステムは利用可能ではない。
同様に、国内および国際（例えば、Ｃｈｉｃａｇｏ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅ（ＣＣＸ）、ｗｗｗ．ｃｈｉｃａｇｏｃｌｉｍａｔｅｘ．ｃｏｍ、欧州排出取引システム（ＥＵＥＴＳ）、ｗｗｗ．ｅｃ．ｅｕｒｐａ．ｅｄ））の既存の炭素交換は、炭素データの生体または化石形態を特定せず、炭素ベースの金融商品を支えるために必要とられる直接的測定も明確にしない。ＣＣＸは、推定された隔離、ＧＨＧ排出の破壊、または減少の基盤に基づいて、適格なプロジェクトのオーナーまたは集積者に、取引可能なＣａｒｂｏｎ Ｆｉｎａｎｃｉａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ（登録商標）（ＣＦＩ（登録商標））契約を発行する。全てのＣＣＸオフセットは、ＧＨＧ減少が起こった年のプログラムに適用されるＣＦＩビンテージで、回顧的基盤において発行される。プロジェクトは、ＣＣＸ承認された検証者によって第三者検証を受けなければならない。次いで、全ての検証報告は、金融取引業規制機構（ＦＩＮＲＡ、元ＮＡＳＤ）によって、完全性を検査される。オフセットプロジェクトは、オフセット提供者およびオフセット集積者の成員によって登録され得る。大量のＧＨＧ排出を有する事業体は、それらが、ＣＣＸとして、メタン（農業、炭鉱、埋立地）、土壌炭素（農業、放牧地管理）、林業、再生可能エネルギー、およびオゾン層破壊物質の破壊を含む以下のタイプのプロジェクトを請け負うＣＦＩを発効するための、標準化された規則を展開するため、ＣＣＸＥｍｉｓｓｉｏｎ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｃｈｅｄｕｌｅまでそれら自身の排出を減少することを契約する場合にのみ、オフセットプロジェクト提案書を提出するのに適格となる。しかしながら、炭素放出／減少の全ての場合において、ＣＯ２の排出オフセットの直接的測定は、総ＣＯ２またはＣＯ２の関連同位体族（例えば、１３Ｃ、１４Ｃ）（ＣＣＸ、ｗｗｗ．ｃｃｘ．ｃｏｍ）のいずれとしても、ＣＣＸまたは第三者検証者によって用いられていない。測定の不在は、炭素価格設定、市場動態に影響し、かつ詐欺を促進する混乱である、未知の大きさの不確実性およびエラーをもたらす。
土壌炭素の場合において、ＣＣＸ判断基準は、地理的場所により、エーカー当たりでＣＯ２の標準オフセットとして提供される。例えば、土壌炭素オフセットは、年間エーカー当たりで発行される（ＣＣＸ、ｗｗｗ．ｃｃｘ．ｃｏｍ）。オフセット発行の割合は、実践が着手される地域による。例えば、イリノイの登録生産者は、年間エーカー当たり０．６メートルトンのＣＯ２の割合で、オフセットを発行し得、中央カンザスの生産者は、年間エーカー当たり０．４メートルトンのＣＯ２の割合で、オフセットを発行し得る。異なるオフセット発行の割合は、いずれの所与の場所の土壌の異なる炭素隔離容量を反映するために要される。したがって、推定は、実際の測定無しで、陸域の炭素隔離に対してなされる。炭素土壌および生態系動態の分野に精通する者にとって、そのような方法は不備のあるものであり、隔離された炭素の推定における相当なエラーを伝搬する可能性がある。例えば、森林中に設置される機器を備えたタワーからのデータは、年々の正味の炭素フラックスにおける幅広い変化を明白に示し、仮想森林および他の陸ベースの生態系の単純なアルゴリズムは、誤差を有する可能性が高いことを強く示唆する（例えば、Ｕｒｂａｎｋｓｋｉ ｅｔ ａｌ．，２００７）。同様に、ＣＣＸによって全ての列挙されるオフセットプロジェクトは、測定、監視、報告、または検証方法を詳細には明確にせず、査定の誤差の推定を必要としない。したがって、全ての主要な炭素交換と同様にＣＣＸは、実際のおよび直接的測定、監視、報告、および検証の標準を定めない。これらのタスクは、多様な推定プログラムを使用する第三者検証者に委ねられる。安定同位体は検証目的のためには使用されておらず、さらに、国の異なる地域、異なる国々の一群の州からの炭素フラックスの比較を可能とする一連の国際地球標準にも関連付けられない。したがって、現在の炭素市場は、データを捕捉するために必要とされている機器による測定、標準および国際基準システム、指定された取引地域にわたる参照信号および空間的および時間的範囲に基づいておらず、未知の不確実性を伴う推定に基づいている。したがって、上記の欠陥を補正したシステムは、非常に所望されるが、利用可能ではない。
標準ＡＳＴＭ方法における１４Ｃの既存の使用
固体および従来のシンチレーション測定方法および加速器質量分析（ＡＭＳ）を使用した、固体の燃焼によって生成されるガスの１４Ｃ比率が、ＡＳＴＭ Ｄ−６８６６（ＡＳＴＭ２００８）の文脈で、変化する量のバイオ源材料、主に植物バイオマスをで生成される燃料および燃焼排ガスのバイオ含有量を確立するために使用される（図２を参照されたい、バイオディーゼル混合物）。ガス流分析は、真空フラスコ中に収集されたガスの個別的な試料に基づいており、幅広い規模化石燃料の寄与を査定するためには使用されず、仕様と比較してバイオ含有量の点源排出を検証するために使用される。生体ベース％の材料および得られたＣＯ２は、カーボンニュートラルとして指定される、したがって、特定の産業に対して炭素放出上限に加算されない（Ｈaｍaｌaｉｎｅｎ ｅｔ ａｌ．２００７）。具体的に、現在の方法に基づいた１３Ｃおよび１４Ｃのデータは、継続分析、または同時に測定された１３Ｃおよび１４Ｃの関連付けられた標準を、それらが行われるたびに、測定が相互比較可能であるように、かつ測定が炭素取引単位を確立し、炭素金融商品の基盤を確立するために、均一そして正確に使用され得るように、組み込むことはない。したがって、本明細書で開示されるように、マルチ同位体分析装置を使用した１４Ｃの測定は、１４Ｃの既存の単一の試料分析を超える根本的な進歩を提供し、かつ先で説明したように、マルチ同位体分析の価値を拡大する。ＡＳＴＭ Ｄ−６８６６の使用は、本明細書に開示される教示によって、非常に拡大されるであろう根本的な方法を提供する。
したがって、先の項で提供された説明に基づいて、炭素取引の目的および取引された炭素の単位における誤差の不確実性の減少のために、大気中の同位体族の濃度と排出またはシンクの収益化との等価関係を明確にする計測、標準、および参照、ならびにシステムレベル報告および参照が、利用可能ではないことが明白である。したがって、炭素収支成分を識別し、定量化する手段、ならびに時間的および空間的規模にわたってデータを相互比較するための手段、ならびに地球の炭素管理および炭素取引に必要とされる国際基準システム内の全ての測定の参照に対する必要性が残存する。そのようなシステムは、しかしながら、現在、同位体分析の当業者の努力に基づいて、利用可能ではない。
炭素放出を定量化するための追加のアプローチは、様々な分析計を使用したＣＯ２の宇宙搭載測定に基づく。炭素観測衛星（ＯＣＯ）、温室効果ガス観測技術衛星（ＧＯＳＡＴ）、および大気赤外サウンダ（ＡＩＲＳ）等の衛星キャンペーンは、ＣＯ２および他の温室ガス測定の多様な測定値を提供する（Ｐａｃａｌａ ｅｔ ａｌ．，２００９）。各衛星は、特定の遠隔検知能力を有し、化石燃料排出を測定する望みを与える。しかしながら、衛星アプローチは、それが地球上の空間を移動する際に、わずかなセンサの進路および領域を対象とする。衛星は、温室ガスの測定および監視のために非常に望ましくあるが、かかるデータは、衛星が固定データ収集の特定の領域への進路の操作というよりも、指定された進路に従って移動しているため、いずれかの所与の場所、領域、および所与の期間にわたる必要条件に従って、炭素取引に使用される排出の詳細なインベントリを支えることができない。また、衛星システムの費用は高く、限られた年数の観察しか戻されず、新しい衛星の打ち上げが必要となる場合がある（Ｐａｃａｌａ ｅｔ ａｌ．，２００９）。しかしながら、化石ＣＯ２排出からのデータが信用できることを確かにするための相互較正、参照プロトコル、および適切なモデルと共に、一連のマルチ同位体分析装置からのもの等の衛星センサデータと地上ベースの観察との組み合わせは、非常に所望される。
衛星データを用いて相互比較を可能にする、ＣＯ２センサを伴う衛星が、一連のマルチ同位体分析装置またはマルチ同位体分析装置の集合を通過する配置は、非常に所望され、ＣＯ２排出の測定のために、追加の第三者検証を提供することにおいて大きな価値がある。さらに、また、地上ベースおよび衛星の統合測定プログラムは、密封参照セル中の地上ベースの標準ガスを、衛星観測機器の一部として運ばれる一連のかかるセルと直接的に比較するための追加のマスター参照密封セル信号も提供し得る。したがって、衛星搭載された炭素センサと地上ベースの炭素同位体データとの相互比較が妥当であることを確かめることができる。したがって、統合された地上ベースのおよび衛星ベースのプログラムは非常に有益であり、宇宙ベースのＣＯ２測定システムの当業者によってそのように認識されているが、いずれのかかる統合されたシステムも利用可能ではない。
本明細書に説明されるシステム様々な実施形態は、これらの困難に対処し、既存の技術と比較して、それらの適用において独自である新しいアプローチを提供する。
ある実施形態は、１３Ｃ、１４Ｃ、および１２Ｃを含む大気中のＣＯ２同位体族に対して等、共有較正のルーチンに基づいた実時間のデータ、主に共有のおよびマスター参照データおよびルーチンを報告し、データを分析し、かかるデータを所与の空間的および時間的プロジェクト領域の炭素質量を明らかにするための異なるモデルアプローチと組み合わせる異なる空間的一連の装置から、濃度および同位体データの収集を可能とするシステムを提供する。かかる派生した炭素質量はメートルトン炭素または等価物として提供され、炭素取引のために金融機関によって使用される、および／または政策立案者を導くために使用される。炭素取引のためのデータの報告は、実時間金融取引を可能とする高頻度、または非連続性の炭素金融取引に有用である低頻度および期間平均で起こることができる。ある実施形態において、本明細書で開示されるシステムは、源（シンク）項が、同定可能であり、定量化可能であり、標準ＣＯ２排出およ炭素のメートルトンまたは炭素等価物のメートルトン等のオフセット単位との同位体等価物として認識されるように、周囲の大気中のマルチ同位体種の同時測定を可能とする。本明細書で開示されるシステムアプローチは、同一であり、所与の領域における全ての分析装置中に配置される密封参照セルを使用し、全ての分析装置場所およびデータ収集の期間にわたる比較可能炭素データを提供する。この能力の重要性は、現在の炭素取引機構おいて明らかであるように、成分源についての情報無しで、実際の測定よりもむしろ推定に基づいたおよびアプローチにおいて明らかであるような、炭素収支を構成することにおける困難を考慮することによって評価され得る。
システム（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍｓ）
ある実施形態は、複数の同位体族に関するデータを同時に維持し、かつ報告するためのシステムを提供する。図４は、実施形態に従った、システムの構成要素として、機器梱包のブロック図を説明する。器具は、全天候型ハウンジング５１７、１３Ｃレーザモジュール５０１、１２Ｃレーザモジュール５０２、および１４Ｃレーザモジュール５０３を含むがそれに限定されない、各同位体族に対するレーザを搭載する光学モジュール５００、冷却モジュール５０４、各同位体族に対する１個以上の密封参照セル５０７および１個以上の試料セル５０８を含有する試料モジュール５０５、標準基準ガスモジュール５０９、電力モジュール５１０、遠隔測定法アンテナ５１６を有するＣＰＵおよび遠隔測定法モジュール５１５、１個以上の水除去装置５１２および１個以上の微粒子除去装置５１３を含有する試料前処理モジュール５１１、および同位体データを補足するために望まれる、追加のセンサ５１４に対するプラットフォームとしての役割を果たすモジュールを含む。
図５は、図４に示される機器梱包の分析場所システムの例示的システムを要約する略図を説明する。説明される典型的な場所は例であり、他の試料場所を除外しない。マルチ同位体分析装置６００は、溶解された海洋ガス６０１、例えば、現場で抽出され得、器具に収容される得る海水または他の水体中で溶解されたＣＯ２を抽出するための海面上、産業発生（石炭、天然ガス）および自動車ＣＯ２排出の都市規模の測定および監視のための都市内６０２、土壌大気の大規模な試料採取が、高緯度の表面の温暖化に反応した土壌炭素放出に対する「早期の警告」システムとして使用され得る高い炭素含有量を有する高い緯度土壌等の地球上の障害を受けやすい場所での土壌大気または土壌表面上内で試料採取６０６、地球温暖化および森林管理に関するＣＯ２の非常に大きな潜在的シンクまたは源のいずれかを示す大量の炭素が土壌中に停泊している世界の天然森林地帯内６０５、気質および葉バイオマス内のＣＯ２、農業起方法による源またはシンクとしても役割を果たし得る農地の炭素フラックスを測定するための農業環境内６０４、散水形態および肥料の適用、貯蔵場所からの化石燃料の漏出が効果的な管理および貯蔵プロセスの発達の鍵となる発電所スタックおよび関連するＣＯ２隔離プロジェクトからの燃焼排ガス内６０３等、を含む様々な場所において用いられることができる。
図６を参照すると、要約すると、典型的なシステムは、試料ガス混合物をシステム２中に引き入れるためにポンプ３０を利用する。次に、試料を、問題になっている所望の種の総濃度を測定するために、検出器を通過させる４。所望の種の総濃度は、赤外ガス分析装置４を通して、または設定および測定される種に適切な他の様式で、測定され得る。
次いで、試料は、任意で前処理機７を通過する。前処理機は、以下のうちの１つ以上の操作を実施する：微粒子の試料を浄化する粒子除去、試料から１つ以上の成分ガスを除去するための成分除去（すなわち、後の処理および検出を妨げる成分）、処理を促進するための所望の種の濃縮、および担体の追加。特に厳しい環境において、粒子濾過は、試料経路中の早期の位置で適用され得る。
さらに図６を参照すると、システムは、試料を１個以上の同位体比分析装置２４に通過させる。分析装置は、所望の種の所定の同位体の濃度を検出する。分析装置は、いずれの従来の同位体分析装置でもあり得る。幾つかの実施形態は、小さな、および正確なレーザに基づいた装置を用いる。例えば、レーザは、励起した状態に同位体種を励起するために使用され得る所望の種の所定の同位体に対して適切な波数で、照射を葉に放出するように調整され得る（図３を参照）。同時に、レーザは、同位体種の知られている標準を励起する。フォトダイオード検出器または光ガルバノ検出器等のいずれの好適なタイプの検出器が、試料および標準の双方の励起のレベルを測定するために使用され得、したがって、同位体の濃度を検出する。同位体比は、同位体種濃度を経路において早期に測定される総種濃度と比較することによって算出される。
幾つかの実施形態において、１個以上の検出器、前処理機、および同位体分析装置が、組み合わせられ、試料内の複数の同位体比の同時測定を可能にする。それらは、幾つかの装置が順次に操作され、他の装置が並列して動作されるように、様々なシステム構造に設定され得る。図７を参照すると、１つの種類の前処理機モジュール３６は、Ｔｅｌｅｄｙｎｅ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能である、酸素を含まないガス３８を提供する酸化銅および酸化アルミニウムを含有するモデルＴＡＩ Ｏ２スクラバのように、注入口気流３４からの酸素の不純物を除くために、用いられ得る。図８を参照すると、Ｎａｆｉｏｎの名で売られているもの等のガス選択膜４６を、後にキャリアガス５０と混合され、分析のためにガス５６として出る、注入口ガス流４０からの水蒸気を除去するために使用することができる。図９を参照すると、低温トラップ８２を、幾つかの実施形態においては、注入口ガス６４を取得し、必要に応じてキャリアガス７４と混合し、次いで液体窒素が、４ポート２位置流入切替弁７６によって操作されるガス流で、トラップに導入されるトラップ８２に流して、ＣＯ２を濃縮するために使用することができる。トラップ操作の後、濃縮ガスは、分析のために、ガス出口８４に向けられる。図１０を参照すると、低温トラップは、ステンレス製の管９４から成り、抵抗ヒータ線１０６でトラップされた後に加熱される。トラップは、トラップ操作の凍結サイクルのために液体窒素を受容ように、デュワー１１２中に位置付けられる。図１１を参照すると、ステンレス製の送風機８３を、濃度が、ガス濃度分析装置４によって測定して、効果的なおよび正確な分析のために高すぎる場合、注入口試料ガス６４の濃度を低下するために使用する（図６）。注入口試料は、閉じられた位置または圧縮された位置における送風機に入れられ、かつバルブ７８および８０は閉じられている。次いで、送風機は拡大され、キャリアガス７４が入れられ、ガス分析装置４によって決定して、目標濃度が希釈によって取得されることを可能にする。次いで、ガスは、毛細流または他の手段を通して同位体比分析装置２４に流れるようにされる。
幾つかの実施形態において、ここで図６を参照すると、システムは、パーソナルコンピュータ等のマイクロプロセッサベースのデータ収集および制御装置８によって制御される。データ収集および制御装置は、システムのそれぞれの部分の操作を制御し、測定を収集し、データ処理およびデータ要約を実施し、データを記憶し、データを送信する。また、データ収集および制御装置は、システムの外部の条件（例えば、温度、風向、風速、圧力、湿度等の天候、全地球測位システムを通した緯度および経度等の立地情報、および水に基づいた装置の水温および塩分濃度）およびシステムの内部の条件（例えば、電力状態、温度、システム機能性等）を測定し、監視するように、外部センサに接続され得る。全ての情報は、無線送信機を通して、データを収集し、システム操作を監視し、外部条件を監視することができる中央基地ステーションに送信され得る。基地ステーションは、システムが、コンピュータに接続された受信機と共に設定される場合、システム中に新しいプログラムを任意で送信し得る。当業者によく知られている無線通信のための典型的なシステムおよび機器の遠隔操作は、多くの他の市販の通信および調節構造の中で、例えば、Ｏｍｅｇａ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｏｍｅｇａ．ｃｏｍ）から、入手可能である監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）を含む。
最後に、データは空間的および時間的規模で使用され、大気および生物圏の好適モデルと関連付け、および／またはその結合されたモデルは、炭素取引および交換の文脈で、炭素を収益化するために必要とされる時間的および空間的規模で、炭素フラックスを統合するための容量を課せられるモデルを提供する。最終結果は、標準および参照に基づいて、同位体について特徴付けられた固有の炭素排出単位であり、そこで、大気中のＣＯ２の生体および化石燃料成分の双方が定量化され得、したがって好適な温室ガスおよび／または炭素取引交換に関して収益化され得る。
ある実施形態において、システムは、モジュール式で、携帯可能および内蔵型として設計される。システムは、従来の送電線からの電源を利用できるが、バッテリも利用できる。バッテリが利用される場合、システムは、太陽電池アレイを通してバッテリを充電もでき、したがって遠隔操作を可能とする。幾つかの実施形態において、システムは、外部センサ、ラジオアンテナ、および／または太陽電池アレイのプラットフォームも提供する耐水性ハウジング中に含有される。
詳細な実施形態
例証的非限定的実施形態を、ここで、開示されるシステムおよび関連する方法への全面的理解を与えるために説明される。例証的実施形態の１つ以上の例は、図に示される。ある実施形態において、システムは、内蔵されたおよび遠隔操作に好適であるフィールド配置可能なハウジング中の同位体機器、センサ、標準、国際基準、およびデータ遠隔測定法の特有の組み合わせを示すＧｌｏｂａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＧＭＰ）と称される。ＧＭＰは、部分的および地球の温室フラックスを解釈する能力を提供し、したがって、地球温暖化の結果を減少することに役立つために、地球の温室ガス排出を管理する特有のアプローチを提供する。ある実施形態において、周囲の大気中のＣＯ２の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ組成の判定のためのいずれの利用可能な装置（複数可）も、以下で説明されるように、試料処理および試料調製を特徴を有して、モジュラーフォームファクターで組み合わせられる。加えて、システムは、いずれのガスの濃度および同位体組成物に対するいずれの分析装置も用いられ得る。
方法およびシステムの例示的実施形態は、図６〜３５に略図的に示される。図６〜１４は、システムの一構成要素として、用いられる分析装置の実施形態を示すが、異なる分析成分および操作特性を伴う。図１５〜２２は、計測配列、機器の較正および相互較正、国際基準、および部分的炭素収支の文脈で、市場で使用できる集合データを生成するモデルを用いたシステム構造、データ伝送、ならびに方法を含むシステムの追加の操作および方法的構成要素の実施形態を説明する。図２２を参照すると、部分的炭素収支は、区域、地域、および他の地理的に限定される領域を反映する地球炭素収支のサブセットである。
方法およびシステムは、図５に参照される適用の領域の全域にわたって配置される装置の空間的配列に必要とされ、また図２３〜３５に示される地点、区域、国、および／または州境界ならびに温室ガス条約に従って、１個〜任意の数の装置を用いる。高耐久化および完全な遠隔操作を特徴とする一実施形態において、器具は、地上およびいずれの水体上、いずれの表面下、および地球のいずれの空域の実質的にいずれの場所にも配置され得る。方法およびシステムは、空間分解能の必要性に従って、所与の領域での具体的環境および地質学的条件に従って、および炭素取引可能な結果を生成するための最適な機能のシステムの初期の操作試験によって決定した、装置の配置を提供する（好ましくは、平方マイル当たり１個の装置〜４ｘ５度緯度／経度当たり１個の装置）。さらに、ある実施形態は、土柱、土壌、および／または植生表面（複数可）からの大気、および木の幹／枝、建物、タワー、および高さを伴う構造を含むが、それらに限定されず、ならびに航空機、気球、または他の手段から取得される試料を含む表面上からいずれの構造によって支えられているいずれの高さまで伸びる鉛直プロファイル内の大気を示す試料注入口を含む。
幾つかの実施形態は、赤外ガス分析装置（ＩＲＧＡ）（図６の項目４として示される）および同位体比分析装置（図６の項目２４として示される）によって生成されるデータを取得し、記憶することができるマイクロプロセッサベースのデータ収集および制御装置（図６の品目８として示される）を用いる。
較正および機器の相互比較および一次基準プロトコル
先に説明されたように、同位体組成物の分析は、比率として示されるデータ、最も単純に言えば、既知の参照標準に対する未知のデータとしてのデータをもたらす。安定および放射性の同位体の双方に対する比率アプローチおよび適切な標準は、良く開発されているが、炭素取引の要件という状況では、使用されていない。しかしながら、数々の同位体分析装置を用いる時、個々のおよび分類された較正および相互比較ならびに国際基準との関係付けの主要な問題は、先で説明されたように、困難な、時間的に厳しい努力となり、炭素取引および炭素管理を支えるためのシステムの実施に対して重大な障害として認識される。
しかしながら、本明細書で説明されたもの等（例えば、ガス充鎮同位体レーザおよび／または両氏カスケードレーザ）のレーザに基づいた連続フロー分析装置の出現によっても、単一および複数の機器較正および相互比較の問題は、複数の地理的場所の全域にわたって、炭素取引を支えるために使用することができる炭素放出の信頼でき、検証可能なデータを取得することを必要とする。異なる場所での分散した分析装置に基づいて、同位体データが、炭素の統合フラックスデータを作成するために使用される現在の場合において、較正、相互較正問題は、炭素取引のために不確実性の大幅な減少が実現されなければならない場合、必要条件である。
較正および相互比較の前提は以下を含む。
１）特に標準セルが変化する時、密封セル標準の割当δ１３Ｃが正しい。
２）分析装置（複数可）の応答は、時間と共に、および空間において大幅に変化しない。
３）時間および空間にわたる所与の分析装置または一群の分析装置のそれぞれの試料は、純度および前処理の標準レベルまで処理される、および
４）システムの応答は、同位体値、試料の大きさ、または流速および圧力に関し、大気の源における差異に左右されない。
５）個々の機器の動作が監視され、機器の集合中で全ての他の機器と比較され、分析装置および／または外部セル内の追加の参照セルから成る一次基準とのその比較を、基線変動またはバックグラウンド上の信号の検証等の性能問題を補正するために使用することができる。瞬間的に比較され得る参照ガスを含有するための密封セルの使用は、使用の短いおよび長い操作期間にわたって、高い精密度および高い安定性を提供することによって、システムの重要な特徴である。
最小のガスの取り扱いを伴う、本質的に連続フローの周囲の大気を使用する非ＩＲＭＳアプローチの利点は、分析装置間の差異および大抵のガスの取り扱い問題が減少され、排除されることである。この改善を超えて、本明細書で開示されるあるシステムの別の特徴は、図１２に示されるように既知の同位体組成を有する、様々な密封標準基準セルの使用である。かかる密封参照セルを、３個のセルを有する機器中に配置されるものとして、図１３（８０６、８０７、８０９）に示す。ある実施形態において、密封参照セルは、長さ約６ｃｍおよび外径０．５ｃｍの単一のガラスシリンダー（例えば、石英）から成り、変化しないレーザ光がシリンダーを通過することを可能とするように永久に密封されたセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）後端キャップを有する。ガラスシリンダー参照セルは、全ての分析装置に対して同一標準または参照ガスを含有する。ある実施形態において、多数の密封参照セルが、標準大気の同一源から満たされ、ガラストーチまたはシリンダーを永久に密封するための他の手段を用いて密封される（図１２）。密封セルは、ＬＴＧレーザ、オンタリオ、ＣＡ等のＣＯ２レーザ製作の分野に精通する者および標準ガス調製の分野に精通する者にとって容易に知られているプロトコルに従って、大気の大きな平衡容量を用いて満たされ得る。本明細書の図１２で説明される、および図１３に用いられる密封セル実施形態は、３つの同位体システム（１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ）でのそれらの使用において特有であり、先で説明されるように、異なる研究室によって用いられる標準ガス調製内の差異の困難を効果的に減少させ、また、ノイズおよび機器変動も大きく減少させるであろう。
次いで、密封参照セルガスは、数々の研究室によって分析され得、高度に較正された標準セルをもたらす。図１２を参照すると、１３ＣＯ２６０６、１４ＣＯ２６０８ならびに１３ＣＯ２および１４ＣＯ２６０７の混合物に対する、分析装置機器参照セル、外部一時または国際基準セルおよび衛星搭載６０９参照セルから成る密封参照セルを示す。他の研究所が取得したデータに対する一連の国際標準を含む１４ＣＯ２に対する密封参照標準は、１００％の割合の現代の１４ＣＯ２６００から０．５％の割合の現代の６０１、０％の割合の現代の６０２の範囲であり得る。１３ＣＯ２に対する密封参照セルは、１３Ｃ同位体比の−２５千分率６０３、−５．００千分率６０４、および＋１０千分率６０５から成り得る。各一次または国際基準密封セルは、特定の同位体組成に対する全ての密封セルが同一であるように（６１０、６１１、６１２）作成され、したがって、それらが設置される場所であればどこでも、集合中および集合全域にわたって分析装置間の比較を確保する。かかる複数の参照セルは、線状配列、またはミラーがレーザビームを全てのセルを通すように効果的に向けることを可能とし、瞬時のベースラインおよび参照較正を提供するいずれの配置にも並べられ得る。（１つまたは複数の）密封参照セルの使用は、二重の注入口ＩＲＭＳ機器を用いた使用と類似する様式で、同位体比の算出および精度を可能とする。しかしながら、本明細書のある実施形態に従って、説明される密封参照セルは、目的の時間的および空間的規模で適切なように適用される較正および相互比較ルーチンの枠組み内で使用される。
図１３を参照すると、概略図は、３個のレーザセル、１２Ｃ８００、１３Ｃ８０１、および１４Ｃ８０２を用いて示される。３つのレーザの組み合わせは、レーザ電源入力および出力、安定性および調節に従って、各レーザの検出および最適化に対して偏らないアプローチを必要とする。３セルシステムは、炭素の全ての３つの種に対する実施形態の一例であり、しかしながら、システムは、いずれの同位体種に対するいずれの同位体分析装置とも共に配置され得る。３セルシステム（図１３）の操作の詳細は、以下に提供する。
図１４を参照すると、概略図は、手動または遠隔通信のいずれかによって調節されるソフトウェアにエンコードされる典型的な操作ルーチンを示す。試料がシステムに導入された後、測定は、総ＣＯ２の濃度および圧力を判定し、または代替的に、同位体１３Ｃおよび１４Ｃのそれぞれの初期のデータが、取得され、データ調節ソフトウェア中に入力される。ＣＯ２の総濃度または同位体種（１３Ｃ、１４Ｃ）の濃度のいずれかが大きすぎるまたは小さすぎるいずれの場合において、ソフトウェア調節は、図９、１０、および１１に提供されるように、それぞれの分析物を増加する、または低下するための操作を指示する。試料の大きさが測定に対して最適であるとされると、較正曲線を適用および／または外部密封標準との比較が実行される。図１４に説明される、標準化の使用に関する追加の詳細が以下に提供される。
システムのハードウェア構造
図１５を参照すると、基本ハードウェア構成要素を示す概略図が提供され、それはベース機器１００、密封参照セルおよび遠隔測定機能を有するベース機器１０２、１０２において見られるような一連の分析装置１０３、および炭素放出を測定し、監視し、検証し、会計するための所与の場所における、データの比較可能性を確実にするために、全ての分析装置間の瞬間的通信によって部分的に達成される、一連の分析装置１０４から成る。また、例えば、一次基準標準を備える追加の外部基準セルも、分析装置機能および全ての分析装置からのデータの比較可能性を確実にする追加の手段を提供するために、一連の分析装置中に組み込まれ得る。
図１６を参照すると、所与の場所の一連の分析装置が、衛星１０７等の、受信機に遠隔測定法または他の無線手段１０６を通して全てのデータを通信し、次いで、データが、分析１０８のために、中央データステーションまたはデータセンターに送信されるかかる分析装置１０５間の通信と共に示される。
図１７を参照すると、３つの地理的に異なる分析装置の配列９００を示す概略図が提供され、そこで、炭素１３比率（Ｃｏｐｌｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００６）に対するＶｉｅｎｎａ Ｐｅｅｄｅｅ ｂｅｌｅｍｎｉｔｅ（ＶＰＤＢ）標準および１４Ｃに対する国立標準局シュウ酸（例えば、ＮＢＳ ＯｘＩＩ）（Ｓｃｏｔｔ ｅｔ ａｌ．，２００４）等の１３Ｃおよび１４Ｃに対して、よく知られている国際標準に関連付けられる一次基準９０２と比較される異なる配列中の各機器に対して、無線手段９０４を通してベースラインおよび較正データとの瞬間的比較および補正を可能とする外部基準密封セル９０１機器と通信する。この実施形態において、外部基準９０１および一次標準密封セル９０２の双方は、それぞれの集合に対して機能するように地域内に配置される。データは、例えば、温室ガス交換９０６に関するライブ取引を支えるための一実施形態において、モデルと統合され、使用されるために、データセンターへ送信される。別の実施形態において、密封セルとしての参照標準は、衛星が、地上ベースの集合が配置される地理的地域を通過する際に、機器の集合の参照値を比較することを可能とする衛星９０８中に内蔵され得る。さらに図１７を参照すると、分析装置の集合を有する地域にわたる、温室ガス検知能力９０８を特に備えている衛星の通過は、地上のおよび衛星の検知された温室ガス濃度９０７のデータの直接的比較をも可能とする。さらに別の実施形態において、図１７を参照すると、地上ベースの分析装置の検証を確実にする目的、または表面での温室ガス濃度を検知する目的のために、衛星によって受信／送信されると、かかるデータは、全ての分析装置が比較可能であることが保証されて、地球全域にわたってライブ炭素交換取引活動９０６を支えるように、瞬時に受信され、送信され得、それによって、国々および通貨にわたって発生する株取引と同一の様式で、全ての通貨流量／交換に対応する様式で収益化される。
図１８を参照すると、データステーション１０９が、空間的場所の全域にわたる、分析装置の任意の集合または分析装置の群１１０および１１１のために、かつ特定の期間に従って、かかるデータを取引が適切であり得るいずれの場所にも設置される炭素交換１１２、１１３に提供するように、炭素、または炭素等価物のメートルトンを算出する、任意の種類のソフトウェアおよび／またはモデルを用いる、概略図が示される。
図１９は、機器４００、および分析装置４０６、分析装置４００の群または集合、データの集合４０６、共有較正および相互較正プロトコル４０３、国際基準プロトコル４０４、および外部衛星ベースの標準４０５によって測定される試料からのデータを用いて、所与の地理的領域４０1、所与の期間４０２に対するシステムの主要構成要素プロセスの概要を示す。全てのデータは、遠隔測定法４０７の無線または他の手段を通して、最終的に生体または化石燃料由来炭素４１０のメートルトンに変換される１つ以上のモデル４０９におけるデータ４０８を管理、組み込むデータセンターに送信される。かかる単位は、適切な温室ガス貿易取引、プラットフォーム４１２における売上げに対する所与の取引システム４１１の規則に従って、クレジットとして登録され得る。
図２０のパネルＡは、５つの時点にわたる異なる場所の４個の機器から得られる、１３Ｃ／１２Ｃおよび１４Ｃ／１２Ｃの比率の仮想の同位体データを説明する。符号（正方形、丸、交差線が付けられた丸、および三角形）によって示される４個の機器のデータは、同様の傾向のデータを結ぶ実線８０１および異常値８０２および８０３として認識されるデータを結ぶ点線を用いて、パネルＡに示される。ある実施形態に従うソフトウェア制御プロトコルの特徴は、各機器で生成され、ルーチン較正曲線、一次標準、および外部標準によって認識される、異常値データを認識することである（例えば、図１４）。したがって、パネルＡにおいて、傾向線（８０２および８０３）より上および下の異常値は、適切なファイル中に保持されるが、対応するデータストリームおよび機器一次データ記録から排除され得る。幾つかの実施形態において、また、機器（８０４、８０５、８０６、８０７）のそれぞれは、図１４に示されるように、外部一次基準セル８０９に対して参照されてもよく、または実時間でデータ結果を照合するための追加の方法を示し、国際基準データ点を提供する衛星の宇宙ベースの測定と比較されてもよい。パネルＢを参照すると、かかるデータ量および保証プログラムが、配列内の各機器８０４、８０５、８０６、および８０７に適用される時、ソフトウェアプログラムは、各機器を、いずれの他の機器８０８に対しても照会（各対の装置間の交差する矢印によって示される）を行うために設けることができ、通常の機能を検証し、さもなければ、異常値またはその間にデータが収集されない、あるいは誤作動が登録されるかのいずれかが行われる、他の条件を排除することが更に理解され得る。かかる制御は、互いに遠く離れた、および異なる環境中に設置される分析装置の比較可能性を確実にするために、不可欠である（パネルＣ）。よって、ある実施形態に従うと、時間および空間にわたる定義された間隔に対する、配列中の全ての機器の全ての異常値データは、一次データセットから排除され、したがってネットワークまたは質が保証されるデータ製造を産む。非適合データは、機器が適切に機能していないことを知らせるアラームを作動するために設定され得る。機器の配列に対するかかるプロトコルは、セットプロトコルに従って、機器制御およびかかる装置のソフトウェア制御の分野に精通する者にはよく知られている。例えば、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ（ｗｗｗ．ｎｉ．ｃｏｍ）は、ｏｆｆｅｒｓ Ｌａｂ Ｖｉｅｗ（例えば、モデル８．６）、上記のもの等の複雑なルーチンを達成するために、カスタムデータ取得、機器の操作およびインタラクティブ制御を可能とする、よく知られる機器調節ソフトウェアパッケージである。
以下に説明されるように、進化した無線調節プロトコルを使用して、実時間で自動的に実行され得るこのプロトコルは、本明細書で開示されるシステムの実施の成功を促進する相互較正ルーチンを示す。パネルＣにおいて、４個の機器の場所は、それらの場所からのデータのいずれの組み合わせも、集合データおよび炭素取引に対して好適である結果を生成するために用いられ得る場所であることを留意されたい。１つ以上の場所を示す個別的な場所のデータを、空間フットプリントを減少する、または拡大するために使用され得る、もしくは環境条件を含む他の因子によりながら、単一の場所の迅速な変化を追跡するために使用することができる。相互較正ルーチンは、世界中の、および先で参照されたように、ＥＵ ＥＴＳおよびＲＧＧＩ炭素取引プラットフォーム等の完全に異なる取引ネットワーク中の多くの完全に異なる場所における配列に設置される任意の数の装置にも適用され得る。次いで、データのそのようなネットワークまたは仕組みは、定義される空間および時間的領域にわたる累積炭素フラックスを提供するためのデータをさらに集計し、補間するために、適切なモデルと統合され得る。したがって、ある実施形態に従う、システムは、本明細書に開示される炭素のまれな形態に対して、これまで実施されていない様式で、データ比較可能性を確実にするための自動制御較正および相互較正ルーチンを提供する。
ＳＣＡＤＡを使用したデータ通信および伝送のためのシステム構造
ＳＣＡＤＡという用語は、監視制御およびデータ収集（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）の略である。かかるシステムは、Ｂｅｎｔｅｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．，Ａｌｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａ（ｗｗｗ．ｓｃａｄａｌｉｎｋ．ｃｏｍ）等の業者から容易に商業的に購入できる。ＳＣＡＤＡシステムは、遠隔サイトに設置されるセンサおよび機器からデータを収集するために、かつ中央側で、このデータを調節または監視のいずれかの目的のために送信し、表示するために、使用される一般的なプロセス自動化システムである。ある実施形態において、図２１を参照すると、ＳＣＡＤＡシステムは、本明細書で開示されるように、同位体分析装置９０１からもたらされる同位体データを調節し、監視するために使用される。収集されたデータは、通常、同位体監視の広く分離されるネットワークを用い得る地域的領域等の中間ホストコンピュータ９０３のオプションを伴う、中央側またはマスターサイトに設置される一個以上のマスターＳＣＡＤＡホストコンピュータ９０２である。実在のＳＣＡＤＡシステムは、数十万もの入力／出力（Ｉ／Ｏ）点を監視し、調節することができる。本明細書に説明されるような、システムに対する典型的なＳＣＡＤＡアプリケーションは、所与のネットワークにおいて、１個以上の装置に対して、および全てのネットワークに対して、１３Ｃおよび１４Ｃ同位体比、較正、およびデータ伝送のために同位体組成物を生成する装置を監視する。個々の装置の様々なソフトウェアおよびハードウェアの特徴、および装置のネットワーク内の通信は、アナログおよびデジタル信号の双方を用いることによって制御される。
遠隔サイトおよび／または完全に異なる群の領域を利用する少なくとも幾つかの実施形態において、リモートセンサおよび機器と中央コンピュータ間の装置の別の層が用いられる。この中間装置は遠隔側上に存在し、センサおよびフィールド機器に結合される。装置センサは、典型的にはデジタルまたはアナログＩ／Ｏを有し、これらの信号は、容易に長距離にわたって通信され得る形態にはない。中間装置は、センサ信号を、それらが、産業通信プロトコルを通して、中央側に長距離にわたってデジタルに送信されることができるように、デジタル化し、次いでパケット化するために使用され得る。この機能を処理するＳＣＡＤＡの当業者によく知られている典型的な装置は、一般に、同一の機器の箱またはＲＴＵ９０１中に内蔵されるＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ）およびＲＴＵ（Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｕｎｉｔｓ）である。ある実施形態において、１つ以上の地形にわたって散在する同位体分析装置は、ＰＬＣのものを備えるＲＴＵの９０１として分類される。ＲＴＵおよびＰＬＣは、適切なＳＣＡＤＡ通信装置９０４を備える。業界において一般的であり、ＳＣＡＤＡ通信装置の当業者によく知られる、１つのかかるＳＣＡＤＡ装置は、Ｂｅｎｔｅｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．（Ａｌｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａ）によって販売されている、広域、遠隔、ポイントマルチポイントＳＣＡＤＡ通信システムを可能にするＳＣＡＤＡＬｉｎｋ９００−ＭＢ ＲＴＵ／ラジオモデムである。これらの装置は、センサデータを送信するために、Ｍｏｄｂｕｓ、ＡＢ−ＤＦ１、およびＤＮＰ３．０等の事実上標準産業データ通信プロトコルを用い、全ては、通信プロトコルの当業者によく知られている。典型的な物理インターフェース標準はＢｅｌ２０２モデム、ＲＳ−４８５＆ＲＳ−２３２であり、また、インターフェース規格の当業者にはよく知られている。
典型的には、ＳＣＡＤＡシステムは４つの主要な要素から成る。
１．マスター端末装置（ＭＴＵ）９０２
２．遠隔端末装置（ＲＴＵ）９０１
３．通信装置９０４
４．ＳＣＡＤＡソフトウェア
マスター端末装置９０２は、ＳＣＡＤＡシステムのマスターまたは心臓部として通常定義され、操作者の中央調節施設に設置される。説明される実施形態において、ＭＴＵは、同位体分析装置によって生成されるデータを監視し、調節し、受信し、処理する一次制御および操作センターを示す。ＭＴＵは、遠隔サイトとの実質的に全ての通信を開始し、操作者とインターフェースで接続する。遠隔フィールド装置からのデータ（１３Ｃ、１４Ｃ、ＣＯ２濃度データ、較正ルーチン、アラーム状態等）は、処理され、記憶され、および／または他のシステムに送信されるためにＭＴＵに送信される。例えば、現在の場合において、ＭＴＵは、データを、地球上の地域炭素取引プラットフォームのいずれの場所にも送信し得る。
前述のように、遠隔端末装置９０１は、通常通信衛星またはＳＣＡＤＡシステム内のノードとして定義され、遠隔サイトに設置される。この場合においては、地上全域にわたる個々の同位体分析装置を示す。ＲＴＵは、ＭＴＵ９０２が、同位体データを、１個以上のフィールド同位体分析装置９０１または１つ以上の中間データ収集サイト９０３から、所与の期間にわたって送信するためのコマンド等の送信コマンドを開始するまで、メモリ中に、それぞれのフィールド装置からデータを収集する。一実施形態において、同位体分析装置は、ＭＴＵからのいずれの指示無しで、遠隔サイトで、機能を実行できるマイクロコンピューターおよびプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を備え得、本明細書ではＲＴＵ９０１の一部として考慮される。加えて、ＰＬＣはモジュラーであり得、追加のフィールド装置の測定、監視、および調節の目的のために拡張可能である。したがって、現在の場合において、一実施形態において、多くのＲＴＵ９０１の地域の集合は、較正、相互較正、および参照ルーチンを具体的に測定し、監視するためのＰＬＣを備え、また、１個以上の同位体分析装置の制御機能、差異と状況報告、再プログラミング能力、およびアラーム機能も可能とし得る。ＲＴＵ９０１の内部には、通信装置が使用するプロトコルからデータストリームを受信する中央処理装置（ＣＰＵ）がある。プロトコルは、Ｍｏｄｂｕｓ、伝送制御プロトコルおよびインターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）のようなオープンのもの、または専用のクローズドプロトコルであることができ、全ての前述のプロトコルは、データ伝送プロトコルの分野に精通する者によく知られている。ＲＴＵ９０１がプロトコル中にそのノードアドレスが埋め込まれていることを認識すると、データは解釈され、ＣＰＵは取るべき具体的な動作を指示する。全ての機能は、したがって、任意の数の同位体分析装置を調節する１つ以上のマスターサイトから実行できる。
様々な実施形態において、ＳＣＡＤＡシステムネットワークまたはトポロジーが構成される様式は異なり得るが、各システムは、ＭＴＵおよびＲＴＵ間の中断されない、双方向通信に依存する。これは、例えば、専用の優先回線、埋設ケーブル、電話、ラジオ、モデム、マイクロ波アンテナ、無線／セル式９０５、衛星９０６、または他の大気中の手段等の様々な様式で達成することができ、多くの場合、システムは、遠隔サイトへの通信の１つ以上の手段を用いる。これは、ダイアルアップまたは専用のボイスグレード電話回線、ＤＳＬ（デジタル加入者回線）、総合デジタル通信網（ＩＳＤＮ）、ケーブル、光ファイバー、Ｗｉ−Ｆｉ、または他の広帯域サービスを含み得る。本明細書で開示されるシステムは、ＳＣＤＡシステムの当業者によく知られるように、区域、地域、および遠隔サイトを対象とする全ての通信システムを使用することができる。
典型的なＳＣＡＤＡシステムは、ヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）９０７を提供し、システムが機能する際に、操作者が機能を視覚化することを可能とする。したがって、本開示において、視覚化は、炭素フラックスの輪郭表面、較正および相互較正ルーチン、または、単に、所与の期間にわたる装置の所与の配列に対する、生体または産業発生源のいずれかに起因する炭素のメートルトンの炭素フラックスデータを含み得るが、限定されない。ある実施形態において、また、操作者は、セットポイントを変更するため、臨界条件警報および警告を表示するため、かつデータ傾向を分析し、アーカイブに保存し、または表示するために、ＨＭＩを使用できる。Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標） ＮＴの出現以来、ＨＭＩソフトウェアは、作動している実システムの信頼できる表現として、ＰＣハードウェア上にインストールされ得る。一般的なＨＭＩソフトウェアパッケージは、Ｃｉｍｐｌｉｃｉｔｙ（ＧＥ−Ｆａｎｕｃ）、ＲＳＶｉｅｗ（Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）、ＩＦＩＸ（Ｉｎｔｅｌｌｕｔｉｏｎ）、およびＩｎＴｏｕｃｈ（Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ）を含む。大抵のこれらのソフトウェアパッケージは、データを報告し、アーカイブに保存するために標準データ操作／プレゼンテーションツールを使用し、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ、Ａｃｃｅｓｓ、およびＷｏｒｄと良好に統合される。また、ウェブベースの技術も容認される。ＳＣＡＤＡシステムによって収集されるデータは、ＨＴＭＬページを動的に生成するウェブサーバーに送信され得る。次いで、これらのページは、操作者の場所におけるＬＡＮシステムに送信される、またはインターネットに公開される。説明される実施形態において、ＭＴＵ９０２によって受信された後のデータは、１つ以上の炭素交換プラットフォーム９１５における使用に対して互換性のある炭素フラックスデータを生成するために使用される。
要するに、図２１を参照すると、数々の同位体分析装置が、２ヵ所の個々の場所９０８、９０９中のフィールドに配置され、全ては、ＲＴＵ９０１機器ハウジング内でＰＬＣを支持する機器構造を用いる。一実施形態において、ＲＴＵを有する各々の個別の場所は、ＳＣＡＤＡ通信手段９０４を備える。別の実施形態において、互いに配線されるのに十分な程隣接しているＲＴＵ９１０は、通信のために単一のＳＣＡＤＡ装置を用い得る。さらに別の実施形態において、また、所与のネットワーク内のハンドヘルドコンピュータ９１１は、無線または他の手段によってデータを監視し得る。無線通信が含まれる別の実施形態において、Ｂｅｎｔｅｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ａｌｂｅｒｔａ，Ｃａｎａｄａより入手可能であるリピータユニット９１２およびモデルＳＣＡＤＡＬｉｎｋ ＳＭＸ−９００を、ＭＴＵ９０２への最終伝送のために信号を強化することに含めることができる。さらに別の実施形態において、中間ＭＴＵ９０３は、主ＭＴＵ９０２への伝送の前にデータを捕捉するために使用される。さらに別の実施形態において、太陽光発電のＳＣＡＤＡ通信装置９１３は、例えば、Ｂｅｎｔｅｋ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ａｌｂｅｒｔａ，ａｎｄ Ｃａｎａｄａ．から入手可能であるＳｏｌａｒ ＳＣＡＤＡ Ｌｉｎｋを使用して、制限された電気接続を伴う遠隔領域において用いられ得る。データ通信は、無線伝送９０５または衛星９０６システムによって行うことができる。データは主ＭＴＵ９０２によって受信され、炭素フラックス、図表、グラフ、およびヒューマンマシンインターフェース、ＨＭＩ、９０７内の三次元視覚化に対する輪郭表面を含むが、それらに限定されない様々な表示において提供される。数値計算およびモデルの使用によりもたらされる適切なデータ製品は、メートルトンで炭素フラックスデータを最終的に生み出し、生体および人為的／産業成分の双方を、所与の空間的および時間的領域の源またはシンクとして特定する。かかるデータは暗号化され９１４、炭素交換９１５へ送信される。データは、自動的に様々な現地および現地外データベース９１６内に記憶される。
空間的および時間的同位体データのモデル集約
１３Ｃおよび１４Ｃ同位体組成物のデータは、ＣＯ２濃度のデータと共に、区域領域から地域から大陸から地球モデルからの個別的な土壌炭素モデルから農業起モデルから、さらに大きな規模を占めるものに至る様々なモデルに対する入力を提供する。取引の目的のために使用され得る炭素フラックスデータを導出するためのモデルを使用する時、ならびに試料採取位置および測定装置の配列を設計する時、同位体測定領域の密度、区域の気象条件、測定の期間および、モデル自体の基本メカニズム間の相互作用が考慮される。
ある実施形態に従うと、モデルは、同位体測定装置の空間的および時間的配列から取得されるデータを補間するために使用され、測定される領域および／またはプロセスのための炭素のメートルトンの統合フラックスデータをもたらす。各場合において、個別的な空間的および時間的領域の炭素フラックスは、地球炭素収支の文脈において、部分的炭素収支を示す。炭素取引は、その本質により、部分的炭素収支から成り、許容できる不確実性および予測力で特徴付けられなければならない。したがって、ここまで説明された、ある実施形態に従うと、システムは、炭素取引を支援し、最終的に地球炭素収支自体の詳細な理解を支援するために用いることができる広範な部分的炭素収支を作るための、方法および関連する空間的および時間的領域をさらに含む。
統合フラックスデータが炭素取引にとって有用であろう具体的な領域および／またはプロセスの例を、図２２〜３５に説明する。各場合において、具体的モデルは、例えば、公開された研究に基づいて、所与の適用に対する有効性を示すために使用され得る。適切な炭素モデルは、Ｚｏｂｉｔｚら（２００８）によって発表された土壌モデル、Ｕｒｂａｎｓｋｉら（２００７）およびＳｏｔｔら（２００４）によって発表された森林交換モデル、Ｌｌｏｙｄら（２００１）、Ｌｅｖｉｎら（２００３）、およびＬａｉら（２００６）によって発表された地域交換モデル、Ｗｅｓｔ ａｎｄ Ｍａｒｌａｎｄ，（２００２）によって発表された農業起炭素循環モデル、Ｋｏｓｏｖｉｃら（２００８）によって発表された地域化石燃料排出モデル、Ｍａｔｓｕｍｏｔｏら（２００４）によって発表された海洋炭素循環モデル、通気管ｅｒｉｓら（２００６）によって発表された地質学的炭素隔離モデル、およびＰｅｔｅｒｓら（２００７）によって発表された大陸規模のモデルを含む。前述のモデル刊行物は例示的であるが、学術文献は、説明される領域において多くのモデルを含み、検証された炭素単位として、炭素交換によって使用され得るメートルトンで報告される物質のフラックスを生成するためのデータの処置に対して好適である他のものを含む。分析装置の各集合は、必要とされる結果を得るために、モデルの具体的な組み合わせを必要とし得、したがって、システムの様々な実施形態に対して、専用のモデル統合機能を示す。
個別的なシステムの概観が、図２２に説明され、地球収支４００から陸地の領域４０８中の個別的な土壌収支４０３または海洋領域４０７中の個別的な海洋炭素収支４０５に至る様々な規模の枠組みを提供する。双方の末端が矢印になっている矢印は、双方の方向の炭素フラックスを示し、正は大気に排出されることを意味し、下方または負のフラックスは、隔離されることを意味する。二重の矢印（黒線矢印は化石／産業発生炭素を指し、点線の矢印は生体、自然炭素を指す）は、説明されるシステムの最終結果、すなわち主要な大気中の炭素成分の二重の炭素会計を示す。図２２を参照すると、示される全てのボックスは、炭素循環の成分（人為的／産業発生４０９および自然４０７、４０８の双方）に焦点が置かれている相互関連する収支を示す。正確な部分的炭素収支の一般的なモデル要素は、大気中の輸送４０６である。垂直および水平面の双方における大気中の輸送は、迅速に移動でき、短期間で大きな空間的規模にわたる排出を混合できる。作動の過程および炭素放出の最終分散のそのような表示は、Ｒｉｌｅｙら（２００８）によって考察されるように、炭素放出を管理し、収益化するために、州および地域レベルで有用である。
地域および大陸規模等の大規模の努力の実施形態において、部分的収支は、監視の領域にわたって「不可視のボックス」または制御ボリュームを配置することを含み、境界の全域にわたる全ての大気の移動および同位体および二酸化炭素の濃度を、可能な限り精密に追跡することを含む。時間および空間における高分解能の気象データの使用は、モデル使用に対して適合され得る。装置の配列からの同位体データと連携して、これは、大規模のフラックスを算出するために使用され得る。そのようなアプローチはＫｏｓｏｖｉｃ，２００８によって報告され、大気中の輸送モデルの分野に精通する者によく知られている。地形にわたる測定点の密度は、地形不均一性、地形学、設計判断基準、および所望の分解能および正確性に従って変化し、システムの初期の試験設定に従って、最適に設定される。
ここで開示されるシステムに対して、より好適であるモデルアプローチの一例は、Ｒｉｌｅｙら（２００８）によって報告されている。この研究において、１４Ｃ含有量に対する葉試料の分析、および故に化石燃料排出の分析は、大気中の１４Ｃを推定するために利用され、ここでも、大気中の１４Ｃの直接測定は、現在の技術を用いて実行することができないことを示した。本研究は、植物データの１４Ｃに基づいて、カリフォルニア州の化石ＣＯ２排出および移動を推測するために、ＭＭ５を、ＬＳＭ１トレーサーモデルと結合した。Ｇｒｅｌｌら（１９９５）に基づいたＭＭ５モデルは、天気予報において、ならびに大気中の動態、表面および大気結合、および汚染物質分散の研究において典型的に使用されるシグマ座標中規模気象モデルに従う、非静水、地形を含んだ。モデルは、複雑な地形および異質の土地被覆の領域を含む様々な地形にわたって、多くの研究において適用されている。シミュレーションのために使用された物理パッケージは、Ｒｉｌｅｙら（２００８）に見出され得、大気中の輸送モデルの分野に精通する者によく知られている。
Ｒｉｌｅｙら（２００８）の研究において使用されたＬＳＭ１モデルは、Ｂｏｎａｎ（１９９６）に基づいて形作られ、生態系と大気間とのＣＯ２、Ｈ２Ｏ、およびエネルギーフラックスをシミュレートする「ｂｉｇ−ｌｅａｆ」地面モデルである。照射、運動量、顕熱、および潜熱のフラックス；地下のエネルギーおよび水フラックス、をシミュレートし、土壌、植物、および大気間のＣＯ２およびＨ２Ｏ交換を結合したモジュールが、Ｒｉｌｅｙら（２００８）によって含められた。１３の植物のタイプの変化する分画被覆を含む２８の地面のタイプは、Ｒｉｌｅｙら（２００８）によって報告されるように、モデル中でシミュレートされた。Ｒｉｌｅｙは、２つのモデルＭＭ５およびＬＳＭ１の統合が試験され、所望のフラックスを正確に予測するために見出されたことを報告する。
Ｒｉｌｅｙら（２００８）は、ＮＯＡＡ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ（ＮＣＥＰ）再分析データから外側の計算格子に補間された最初の推測および境界条件フィールドを適用するＭＭ５ ｖ３．５に対して標準初期化手続きを用いた。モデルは、３６ｋｍの水平解像度および表面と５０００Ｐａとの間の１８の垂直のシグマ層を伴う単一の域を用いて実行された；使用された時間ステップは１０８であり、出力は毎２時間ごとに生成された。２時間毎のモデル出力は、それに続く分析において、時間毎、季節毎、年毎に統合または平均化することによって使用される。Ｒｉｌｅｙら（２００８）の研究からもたらされた統合フラックスマップを、図２２Ｂに、変化する時間的および空間的規模にわたる統合フラックスデータを提供するシステムでの使用のための、例示的および容易に利用可能であるモデルアプローチとして示される。フラックスの三次元輪郭は、同位体分析装置の配列に対する一実施形態を十分に示す３６平方キロメートルのモデル分解能を用いて決定された。
図２２Ａを参照し、示される部分的収支のそれぞれがＲｉｌｅｙら（２００８）によって報告されたものと類似する様式で処理され得ることを認識すると、部分的収支４０１は、使用される単純な例において、部分的収支４０９、４０２、および４０３から成る。ある実施形態に従う、本明細書で開示されるシステムは、実時間、生体および人為的／産業排出の双方の高精密度のフラックスデータに基づいて、より大きく、さらに大きい収支に統合されることができるネスト化された部分的収支の決定を可能にする、これまで知られている唯一のアプローチである。先の部分的収支例に続いて、陸地領域を示す部分的収支４０１および４０８ならびに海洋領域を示す部分的収支４０４、４０５、および４０７は、所与の期間にわたってＧＢ４００との物質収支であり、全ての部分的収支からの完全に混合された大気を最終的に示す。したがって、図２２に説明される簡易化した地球収支および部分的収支は、本明細書で開示されるシステムは、変化するおよび個別的な場所ならびに炭素収支動態を示す炭素交換に対する必要条件と互換性がある時間および空間における様々な規模にわたって、炭素フラックスを定量化するための手段を提供する。
図２２Ｂを再度参照すると、時間および空間における個別的な測定を示すデータセットは、排出された、減少された、または隔離された炭素のモル容量に変換され得る。モデルデータは、主要な都市、例えば、農業地帯、自然保護地域、および住宅地域からの炭素フラックスを対象とするために処理され得、全ては部分的収支を示す。次いで、所与の地理的地域の一連の全ての部分的収支が、例えば、州の全域に対して、炭素収支をまとめるために使用され得る。部分的収支のそれぞれが排出された、減少された、または隔離されたいずれかの炭素のメートルトンで示され得るとすると、かかるデータは、取引のために、炭素クレジットを同定するために直接的に使用され得る（例えば、炭素クレジットは炭素減少、または隔離によって回避された炭素を示す）。Ｃｈｉｃａｇｏ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅまたは欧州連合排出取引制度等の炭素交換を用いたクレジットを登録するためのプロセスは、炭素クレジットの登録および販売の分野に精通する者にはよく知られている。プロセスは、要約すれば、農業、埋立地ガス、林業活動等の炭素取引に対して許容可能な領域を特定することを含む。領域判断基準を満たすプロジェクトは、プロジェクト、場所、監視の方法を詳細にわたって説明する一連の文書を含む申請を交換に提出する。承認されると、プロジェクトはベースライン条件を規定し、次いでプロジェクトを開始する。監視は、本明細書で説明されるように、システムアプローチに基づいて実施される。監視の期間は報告され、続いて交換によって検証され、認証されて、その後、クレジットが交換に登録され、売りに出される。
しかしながら、炭素取引の測定、監視、および検証方法は、これまで十分に開発されておらず、統一された方法に欠いている。対照的に、本明細書のある実施形態に従うと、カリフォルニア州のデータは、例えば、以下から成るであろう。
１４Ｃ単位（メートルトン）：減少分＋隔離分−排出分
１３Ｃ単位（メートルトン）：隔離分−排出分
したがって、初めて、炭素取引のデータが、化石および生体成分に従って定義され得、ならびに政策のため、炭素フラックスの管理を追跡するためのデータを提供する。また、データは、図２に示されるように、より詳細に源成分を明らかにし、幾つかの場合において生態系機能を査定することができる。したがって、ある実施形態に従う、システムは、自然および化石排出を統合し、かつ源成分および生態系機能を同定する。
本明細書のある実施形態にしたがう、システムは、人間および我々が生存する自然環境による炭素放出に直接に関連付けられる科学的データに基づいて価格設定され、評価される意味のある炭素クレジットを作成するためにの、生体および化石炭素フラックスの双方の二重の会計を使用した新しいアプローチを提供する。
システムの分析装置の一般動作
方法およびシステムの幾つかの実施形態において、図６に示されるようないずれの源からの大気等の種濃度およびガス混合物の種の同位体比（例えば、二酸化炭素濃度および炭素同位体比）の測定が実施され、適切なデータが、装置中のメモリに書き込まれ、次いで、図１６、１７、および１８に示されるように中央場所に送信される。図６を参照すると、システムは以下のように作動する。ガス試料は、システム中にガス注入管２を通して投入される。さらなる実施形態において、注入管２は、固体のガス試料を提供するために、燃焼チャンバに接続され得る。そのような燃焼チャンバは、試料を保持するチャンバ中の熱電式加熱要素を利用して形成され得、または質量分析計において使用される従来の燃焼チャンバを利用できる。
ガス試料は、ポンプ３０の操作を通してシステム中に、およびシステムを介して入れられる。始めに、対象のガスの総濃度の測定が行われる。炭素同位体を測定するための実施形態において、ＩＲＧＡ４は、前処理または調節の必要性無しで、入力試料の総ＣＯ２濃度を提供する。厳しい環境を対象としている追加の実施形態において、前処理装置を、湿気、ほこり等を除去するために追加することができる。これは、技術分野において知られる、不要な構成物質を除去するための選択膜を利用したフィルターユニット、または技術分野において知られる、化学スクラバを利用して達成され得る。
次いで、システムは、ある成分ガスを除去するために、かつガスまたは目的のガスを濃縮するために、成分ガスを１個以上の任意の前処理装置に通過させる。例えば、炭素同位体の濃度を決定するための幾つかの実施形態において、同位体比分析装置２４は、炭素同位体比を提供する能力はあるが、試料内の酸素の存在による干渉を受け得る。したがって、先で考察された実施形態（図７、８、および９）において、試料調整ユニット１８が、少なくとも試料ガスから酸素を除去するために、それが同位体比分析装置２４に入る前に使用される。同位体比分析装置２４によって提供される測定の精度は、試料内の所望の種の濃度を増加することによってさらに改善され得る。ＣＯ２検出に向けられる幾つかの実施形態において、濃度は、容量で１％またはそれ以上まで増加される。加えて、精度は、不活性担体を試料流中に供給することによって改善され得る。ここでも、あるＣＯ２単位を参照して、１％のＣＯ２を含有する試料が、純窒素または別の不活性および非干渉キャリアガスと混合される。したがって、例えば、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃの３つのレーザセルを表す同位体比分析装置２４によって提供される同位体比測定は、対象のガス試料中に特定の種または種（単数または複数）を濃縮し、それまたはそれらをキャリアガスと混合することによって、試料調整ユニット１８により改善され得る。
次に、入力試料は、試料中の対象のガスの様々な同位体を検出するために、１個以上の同位体分析装置に通過させる。同位体比分析装置は、ガスの同位体組成物を測定するためのいずれの装置をも利用できるが、幾つかの実施形態において、システムは、低質量、低電力、コンパクト装置を利用する。炭素同位体を測定するシステムに対して、１つのかかる炭素１３同位体分析装置が、米国特許第５，３９４，２３６号中に教示される。追加の実施形態において、例えば、炭素１４を検出するための実施形態において、システムは、所望の対象のガスに対して選択的に共振するエネルギーを放射する干渉性の光源を利用する。例えば、同位体炭素１４の測定は、試料および対象のガス（ここでは炭素１４）を含有することが知られている標準基準セルを照射するために、１４ＣＯ２同位体レーザを利用するであろう。比率測定は、したがって、米国特許第５，３９４，２３６号に教示される様式で行われ得、それらの教示は、参照により本明細書に組み込まれる。１３Ｃおよび１４Ｃの双方が分析される場合において、双方は、炭素の最も存在度の高い形態である１２Ｃに正規化されなければならない。分析が完了すると、試料ガスは、システムから環境中に、典型的には、入力領域から離れた方向に、抜かれる。
基本システムの変形を得ることができる。例えば、基本システムの拡張は、追加の種および同位体を検出するために、数々の基本構成要素を単一の装置に組み合わせることによって、可能である。この場合において、いくつかの同位体比分析装置２４が利用される。各分析装置２４は、試料中の同位体種の存在を検出するであろう。システムは検出の間試料を消費しないため、時間をかけて試料を受容するように数々の検出器を連続して配置することが可能である。各比率分析装置２４は、同位体測定前に試料を調節するための前処理装置を任意で含み得る。この直列設定において、前処理装置が分析前に所望の対象のガスを除去しないことを確実にするために、注意が払われる。代替的構造は、試料の一部をそれぞれの分析装置に並列で送る分割器を利用するためのものであり、したがって、比率分析装置が独立して作動することを可能とする。いずれの設定においても、各分析装置は、選択的に操作され得る（すなわち、電力消費を減少するために、ある時間に、ある同位体試料の測定のみである）。
ある実施形態において、システムは、遠隔地で動作し、および／または追加の外部条件（例えば、温度、湿度、風向、時間、一般的天気状況等）を、システムの外部に取り付けられた従来のセンサを通して測定し、監視するように設計される。装置全体は、データ収集および制御装置８の制御下にある。
組み合わせられた１３ＣＯ２および１４ＣＯ２分析装置
ＣＯ２の同位体種およびデータ速度の概要を、以下の表１に示す。現在の技術のデータ速度の定義および推定、および本明細書で開示される技術の実施形態のデータ速度の定義および推定が提供され、従来の同位体比質量分析計（ＩＲＭＳ）技術からもたらされる同位体データを欠失を説明し、本明細書で開示される技術Ｇｌｏｂａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｐｌａｔｆｏｒｍ（ＧＭＰ）の実施形態を用いたより増加したデータ速度の見込みを説明する。
Figure 2012516999
本明細書で用いられる二酸化炭素のまれな形態は、１３Ｃ１６Ｏ２および１４Ｃ１６Ｏ２を含む。また、本明細書で用いられるマルチ同位体アプローチは、１２Ｃ１８Ｏ１６Ｏ、１３Ｃ１６Ｏ１８Ｏ、１２Ｃ１７Ｏ２、１２Ｃ１８Ｏ２、１３Ｃ１８Ｏ２、１４Ｃ１８Ｏ２を含むＣＯ２の全ての同位体族にも適用され得る（Ｆｒｅｅｄ １９９５、Ｂｒａｄｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，１９８６）。ここでは大気中のＣＯ２が例として使用されるが、いずれの源からも生成され、測定され得るいずれのガスも適用可能であり（図５）、例えば、土壌ガス、閉鎖空間中、実験的チャンバ、および実験的器具または他の地球表面で生成されるガスである。これらのガスの幾つかは、メタン、亜酸化窒素、分子酸素、水素、および窒素、水蒸気、ならびに一酸化炭素を含むが、それらに限定されない。
ある実施形態に従って、図４を参照すると、ＧＭＰ分析装置が用いられ、それは以下の主要構成要素を含む：３個の波長調整された同位体ＣＯ２ガスレーザ５０１、５０２、５０３；ＲＦ電源５１０；ＣＯ２較正セル（単数または複数）５０７；大気試料セル５０８；低圧、低流ガスの取り扱いハードウェア５１１；診断および制御センサ５１４；試料調製のためのトラップおよび乾燥構成要素５１１；多チャンネル信号分析器５１５；ならびに制御コンピュータおよびソフトウェア５１５。説明される実施形態において、３個の波長調整された同位体レーザは、１３Ｃ５０１、１２Ｃ５０２、および１４Ｃ５０３レーザから成る。しかしながら、いずれの他の波長調整された同位体レーザを、Ｎ２ＯおよびＣＨ４等のいずれのＣＯ２の同位体異性体またはいずれの他の関連温室ガスに対しても使用することができる。
機器は、レーザ共振器中に含有される放射線の量はバックグラウンド１４Ｃ放射線よりも小さいが、１４ＣＯ２レーザに対して使用される１４ＣＯ２ガスの使用を対象とする食品医薬品局（ＦＤＡ）医療機器および放射線保健センター（ＣＤＲＨ）の必要条件に基づき、クラス１レーザシステムとして梱包され得る。機器は、それらの物理的場所から独立している複数の装置間で較正され、補正されるための検出比率を可能とするための、参照方法、例えば、１つ以上の参照ガスセルを含む。ある実施形態において、外部および衛星ベースの参照セル、および同位体データおよび診断情報を中央場所に報告するための通信能力が、統合された製品中に組み込まれる。
ある実施形態において、ＧＭＰ分析装置は、イオン化プラズマ体積内の波長固有のレーザエネルギーの相互作用に基づいて、大気中のＣＯ２の同位体組成物を測定する。図１３を参照すると、これは、光ガルバノ効果（ＯＧＥ）を通してプラズマ媒質のインピーダンス中の変化を誘導することによって、光ガルバノ効果を利用する一実施形態において達成される。電圧変化として検出されるインピーダンス変化は、励起ビームの特定の波長に対する、特定の同位体濃度に相関し得る。ＧＭＰ分析装置の場合において、１２ＣＯ２、１３ＣＯ２、および１４ＣＯ２ガスレーザは、適切な波長に調整される時、１２ＣＯ２、１３ＣＯ２、および１４ＣＯ２同位体濃度、ならびにそれらの比率の正確な検出を可能にする。
再度図１３を参照すると、ある実施形態に従うと、ＧＭＰ装置の基本設定は、１２Ｃ８００、１３Ｃ８０１、および１４Ｃ８０２等に対する同位体レーザ、ミラーＭ１〜Ｍ７、１４Ｃレーザ８１０を変調するためのチョッパー、励起のための３個のＲＦ発振器、および検出およびレーザ装置８００、および８０１、および８０２内に含有される異なる増幅器基板８０３、８０４、８０５の回路基板、光ガルバノ（ＯＧＥ）標準基準セル８０６、８０７、８０９、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃレーザビームが試料ガスと相互作用することを可能とする４ＺｎＳｅウィンドウを有するＯＧＥ流動ガス試料セル８０８、マスフローコントローラ８１１から成るハードウェアを乾燥させ、取り扱う試料ガス、Ｎａｆｉｏｎフィルター８２０、乾燥窒素ガスタンクまたは窒素発生器８３２、圧力センサ８１３、８１４、および分析後、フローモードまたはバッチモードのいずれかにおいて試料が抜け出る乾燥ポンプ８２３、残留ガス分析器８１２、フローセル８３１における使用のための標準ガス８２４、４ポート機械式切換弁８１９、単一のフロー弁８１６、８１７、８１８、酸素洗浄機８２１、微粒子フィルター８２２、自動切替ガス連成弁８２５、試料注入口ポート８２６、マスターピエゾ回路コントローラ８２７に導く、ビームのセンタリングのために全ての３つのレーザ中に用いられるピエゾ回路、データ収集ボード（ＤＡＱ）８２８、コンピュータモジュール（ＣＰＵ）８２９、および遠隔測定法システム、およびアンテナ８３０、ならびに電源８３３から成る。
図１３に参照される３セルシステムは、後方反射が第２のレーザ出力光学素子から第１のレーザ共振器中に戻って伝播することを防ぐために、互いと比較して好適に位置がずらされた３つのレーザビームを提供する。これは、レーザ出力中の不安定性を防ぐ。本明細書で開示されるシステムの多くの実施形態は炭素のまれな形態の同時測定のために使用されるが、装置は、関連センサをホストするために、プラットフォームとしての役割も果たし得る。一酸化炭素、ラドン、メタン、および他のトレースガスに対するもの等の小さく、軽量のセンサは、地域炭素収支の源およびシンク成分をさらに改良できる。一酸化炭素は、自動車排ガスの鍵となる成分である（例えば、Ｌｅｖｉｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）。メタンは、自然および人為的発生源の双方を示し得る（例えば、Ｌｅｖｉｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）。ラドンは、大抵、１４Ｃ分析とともに使用される（例えば、Ｌｅｖｉｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）。装置上に配置され得る他の装置は、場所情報のための全地球測位システムＧＰＳ、温度、相対湿度、および雨センサを含むが、それらに限定されない。
レーザおよび光学素子
ある実施形態において、レーザ出力エネルギーは、量子遷移エネルギーに基づいて、目的の同位体と一致する安定した波数（線）である。具体的な出力波長は、１２ＣＯ２に対して１０．５１〜１０．７０μｍであり、１３ＣＯ２に対して１１．０６〜１１．２６μｍであり、１４ＣＯ２に対して１１．８μｍである（Ｆｒｅｅｄ １９８０）。ＧＭＰ装置中のレーザの波数調節は、例えば、レーザ共振器の長さが変化する各レーザに対する、ＰＺＴ素子（圧電セラミック材料）の閉ループフィードバック制御を用いて達成される（図１３、８２７）。一実施形態において、ＰＺＴ素子は、ＴＨＯＲＬＡＢ’ｓ ＭＤＴ６９１単一のチャンネル圧電ドライバを用いて制御される。
ある実施形態において、個々のレーザのレーザ出力は、フーリエ変換法を通して、出力信号においてＯＧＥ誘起変化を区別するために、個別的な周波数でチョップされる。１４Ｃおよび１３Ｃレーザのチョッピング周波数は、通常、一設定において１７Ｈｚおよび２５Ｈｚである。レーザビームは、被覆されたシリコンまたは銅鏡を通してＯＧＥセル中に向けられる。ＺｎＳｅが、ＯＧＥセル窓８０６、８０７、８０８、および８０９に対して使用される。
検出セルおよび試料調製
図１３に示されるように、ある実施形態において、４つのＯＧＥ検出セルが、同位体検出システム中で使用される。密封セルは、標準基準同位体１２ＣＯ２組成物８０６、１３ＣＯ２標準基準セル８０７、１４Ｃ標準基準セル８０９、および試料フローセル８０８を含有する。これらのセルは、約３．５〜４．０ｔｏｒｒの圧力を使用する。試料ガスセルは、約０．４ｓｃｃｍの流速を使用する。
ＯＧＥセルの安定した動作は、ガスの湿度調節を含む。標準基準セルに対して、これは、セル中で密封されるガスを調節することによって達成される。対照的に、試料ガスの取り扱いシステムは、ガス乾燥能力を含む８２０（図１３）。試料ガスに関する水蒸気含有量許容値は、ガス充鎮同位体レーザおよび光ガルバノ検出アプローチを利用する一実施形態において、試料中の１．５％の相対湿度よりも少ない。図１３を参照すると、プラズマフィールドが、データ収集ボードと共にレーザ８０３、８０４、８０５中に含有されるＲＦ運転ボードによって供給されるＲＦ電力を用いて、試料８０８および参照セルの双方におけるグロー放電として見られるＯＧＥセルにおける、ガス容量中に生成される（８０６、８０７、８０９）。
電子機器および制御
レーザ操作の分野に精通する者にはよく知られている容易に入手可能な構成要素が、ガス圧力８１３、８１４（図１３）、流量測定および調節８１１（図１３）、全ての３つのレーザ８２７（図１３）に対するＰＺＴ素子調節、電力供給、データ収集ボード８０３、８０４、８０５（図１３）、温度調節、ならびにソフトウェアおよびコンピュータ８２９（図１３）に対してＧＭＰ装置中で使用され得る。これらの構成要素の特徴は、具体的適用に対して、ＧＭＰ装置の必要条件を満たすことにのみ基づいている。
１３Ｃ、１２Ｃおよび１４Ｃレーザを用いる一実施形態の統合されたレーザシステムは、したがって、検出セルにわたって伝播する個別的な周波数でチョップされる３つの同位体レーザビームを有する。一実施形態において、また、そのような統合されたシステムは、大気中の１４ＣＯ２同位体の濃度の相対振幅と１２ＣＯ２および１３ＣＯ２濃度との対比を計上する。大気中の大気は約０．０３％のＣＯ２から成る。１３ＣＯ２は、この０．０３％内の約１％の組成物を占める。対照的に、１４ＣＯ２は、０．０３％内の約１０１２分の１を占める。今日、大気中の１４ＣＯ２の１．１８ｘ１０−１２濃度は、１現代レベル濃度と呼ばれ、１４Ｃレベルの科学的比較の基盤である。かかる少量の１４ＣＯ２の検出は、１２ＣＯ２および１３ＣＯ２よりも、１４ＣＯ２に対してより高いＯＧＥ信号利得を必要とする。したがって、２つの範囲の検出、データ分析およびデータ要約が適応されなければならない。しかしながら、レーザシステムの分野に精通する者にとって、この問題は、所与の試料に対するレーザ出力、レーザ共振器の長さ、およびデータ収集の期間の適切な調節によって克服され得、目的の特異的因子を調節した一連の実験を行うことによって、決定され得る。
同位体濃度における相対的差異に対する一解決法は、本明細書に参照によって組み込まれる米国特許出願公開ＵＳ２００８／０１２９９９４号で説明され、１４ＣＯ２レーザ共振器の定常波内に位置されるＯＧＥセルを通した、１４ＣＯ２レーザビームの複数の通路を伝播する設定を示す。この設計解釈は、公開された報告（Ｍｕｒｎｉｃｋ ｅｔ ａｌ．，２００８）において、１０−１５ １４Ｃ／１２Ｃに近い検出限界を示し、それらは加速器質量分光法（ＡＭＳ）に類似している。
同位体族の記載された濃度差異は、幾つかの様式で影響を与える。第一に、システムの光学設計は、１２ＣＯ２、１３ＣＯ２、および１４ＣＯ２検出のための試料ＯＧＥ中の単一のパスビーム励起、ならびに１４ＣＯ２検出のための定常波ビーム伝播に対応する。一実施形態は、図１３に示されるように、全ての３個の炭素種１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃの検出のために、一試料ＯＧＥセルを有する。これは、１２ＣビームをＭ４で分割することによって達成され、データが１２Ｃに対して正規化され、先で定義された同位体比式で報告され得るように、１２Ｃ参照信号が、１３Ｃおよび１４Ｃセルの双方を通過することを可能とする。小さな検出限界は、より高い信号忠実度を提供するために適用可能である設計特性を含む検出信号対ノイズ比を、管理することを必要とする。
このマルチ同位体実施形態の更なる特徴は、安定した検出信号を維持することである。具体的に、それは、ＯＧＥセル内の温度変動、レーザ、および検出電子機器が、同位体変化に類似するＯＧＥ信号として、それら自体が明らかになることを示した。レーザ出力の波数のドリフトは、同様の様式でそれら自体を明らかにする。したがって、レーザ、ＯＧＥセル、および電子機器の正確な温度調節は、ＧＭＰにおいて提供され、上記の様々な文書に参照されるように、再循環冷却装置を用いて、これは研究室で達成されるが、一実施形態は、素子８３４、８３５、８３６に示されるように進化した土壌状態の温度管理を特徴とする（図１３）。要約すると、ある実施形態に従う、マルチ同位体分析装置は、図１３に示されるように、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ実施形態を含む。そのような実施形態において、図１３を参照すると、コンピュータおよびソフトウェアシステム８２９、データ収集ボード８２８、ポンプ８３１、圧力センサ８１３、８１４、流量調節器８１１、試料乾燥機８２０、および乾燥タンク窒素ガス、または窒素発生器８３２を含むガスの取り扱い成分を含む、組み合わせられたシステムのある構成要素が共有され得る。
炭素１２、１３、１４分析装置の操作例
先に記載されたように、光学的探知システムに基づいた同位体分析装置は、１３Ｃに対する正確性および精度に関して固有の限界を有し、１４Ｃの分析に対する能力を有さない。ＧＭＰ分析装置の一実施形態は、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃの光ガルバノ分析装置の使用を含む。しかしながら、本明細書で開示されるシステムアプローチのシステムは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の好適な分析装置のいずれのタイプとともに用いられ得る。前述の非光学的アプローチ、光ガルバノアプローチは、０％に近い現代の放射性炭素を測定するための感受性を提供する。この技術は、光ガルバノ効果（「ＯＧＥ」）の使用を通して、同位体化学種に対する特異性を達成する。ＯＧＥは、高い信号対ノイズバックグラウンド比で測定することができ、レーザ出力に比例し、放出量を超えて統合され（Ｍｕｒｎｉｃｋ ａｎｄ Ｐｅｅｒ １９９４、彼らの技術は参照によって本明細書に組み込まれる）、従来の質量分析計のものと類似した精度をもたらす。放電出力は電気信号に変換され、密封標準ガスチャンバと比較して、必要とされる精度に依存して、特定の期間にわたって処理される。長い測定間隔は、原則として、従来の同位体比質量分析計の典型的な精度（すなわち、＜０．０１パーミル）を越える。ＯＧＥの利点は、以下の式から理解され得る（Ｍｕｒｎｉｃｋ ａｎｄ Ｐｅｅｒ １９９４）。
Ｓ＝ｎＬＩ（ｖ）Ａσ（ｖ）Ｃ （１）
ここで、平均強度（Ｗｃｍ−２）Ｉおよび周波数ｖのレーザを伴うシステムの電気的応答、Ｓ、は、弱い放電に付随し、ｎは相互作用の種の密度であり、Ｌは干渉領域の長さであり、σはレーザ種の相互作用断面を定義し、Ｃは光カルバノ比例定数である。（１）に従うと、信号は、密度［ｎ］およびレーザ出力［Ｉ］の双方において線状であることに留意されたい。レーザ出力における増加は、増加した利得を提供し、主要な種と比較して、同位体の希薄または非常に低い濃度に対する信号の向上を提供する。ガス混合物、ガス圧力、および放電出力を変化することによる信号の改善が可能であり、パラメータＣに影響する。光学素子に依存する吸収および蛍光測定とは違い、ＯＧＥは収集および分散光学および光変換器を減少する。小さな放電出力変動が同時測定、つまり、密封された作業参照ガスの使用によって取り除かれる。先で説明されたように（長命をもたらす）、機器ドリフト、たびたび作成される標準のバッチ間の（従来の質量分析計に対する場合のような）オフセット、および現在のフラスコサンプリングプログラムでは大幅なものであり得る、研究室間の差異を減少することを約束する。遠隔的に操作される装置は、例えば、高い精密度に到達するために、大気中のＣＯ２同位体比（すなわち、＜０．０５‰）の測定に対して１日を通して１時間もの間隔にわたって、または例えば、植物の生理学的または生物学的監視の高速の分析スキームにおける使用に対して、１秒もの短さ（少なくとも約それぞれ０．０１および０．１‰の１３Ｃおよび１８Ｏに対する精密度をもたらす）にわたって、試料を処理することができる。試料は半連続式バッチモードまたは連続フローモードで分析でき、各設定は、先の実施形態で説明されるように、異なるハードウェアを用い得る。特に、ＣＯ２の場合における一実施形態において、３つの同位体レーザが用いられ、１つは１２Ｃ含有量を判定するため、１つは１３Ｃ／１２Ｃ比率を判定するため、さらにもう１つは１４Ｃ／１２Ｃ比率を判定するためである（Ｆｒｅｅｄ，Ｃ．１９９０、その技術は参照によって組み込まれる）。
具体的操作の例
この例のための機器の一実施形態の操作は以下の通りである。図６を参照すると、データ収集および制御装置８の制御下で、電力が電力供給装置１４からポンプ３０に投入される。継続的気体流路を提供するために、ＩＲＧＡ４、試料調整ユニット１８、同位体比分析装置２４、およびポンプ３０は継手管５、７、９を用いて全て連結されているため、ガス注入管２に存在するガスは、管で連結している構成要素の全てを通り吸い込まれ、通気管３３から出る。ガスがＩＲＧＡ４を通過した後、それは、同位体比分析装置２４に入る前に、試料調整ユニット１８を通過する。ガスが、この実施形態において試料調整ユニット１８の構成要素と成る酸素洗浄機３６を通って吸い込まれる際（図７に示されるように）、酸素が除去される。酸素を含まないガスは、継手管７を通って、同位体比分析装２４中に吸い込まれ続ける。十分なガスが、同位体比分析装置２４を通って吸い込まれて、先の測定からのいずれの残留ガスも除去した後、データ収集および制御装置８はポンプ３０を停止する。ＩＲＧＡ４および同位体比分析装置２４が、ガス注入管２から吸い込まれた適切な一定分量のガスを受容したので、データ収集および制御装置８は、ＩＲＧＡ４によるＣＯ２の濃度測定および同位体比分析装置２４によるＣＯ２の同位体測定を開始する。ＩＲＧＡ４および同位体比分析装置によって生成された測定データが、データ収集装置８によって取得され、記憶され、または送信される。全ての一連の事象は、即時またはデータ収集装置８中に投入されたプログラムによって指示される、遅延期間後に、繰り返される。
図８に示される器具を備える試料調整ユニット１８を用いた実施形態の操作は、以下の通りである。最初に、電磁弁６０および流量調節弁５４が、ガスがそれらを通して流れないように閉められる。データ収集および制御装置８の制御下において（図６を参照）、電磁弁６０が開放され、電力が、電力供給装置１４から（図６を参照）ポンプ３０に（図６を参照）投入される。ガス注入管２に存在するガス（図６を参照）は、ＩＲＧＡ４中に、かつそこを通って吸い込まれ（図６を参照）、継手管５を通り（図６を参照）、ガス注入管４０を通り、ガスチャンバ４２を通り、電磁弁６０を通って吸い込まれる。ガスは、継手管６２、継手管２９（図６を参照）、ポンプ３０（図６を参照）を通って吸い込まれ続け、最終的に通気管３３を出る（図６を参照）。ガス選択膜４６は、ガス流に対する相当な抵抗力を提供し、そのため、操作のこの段階の間、相当量の試料ガスが通過することがない。十分なガスが、先の測定から残存するいずれのガスも除去するように、ＩＲＧＡ４（図６を参照）およびガスチャンバ４２を通って吸い込まれると、データ収集および制御装置８（図６を参照）は電磁弁６０を閉める。ＩＲＧＡ４（図６を参照）は好適な一定分量の試料ガスを受容したため、取得および制御装置８（図６を参照）は、ＣＯ２濃度測定を開始する。ポンプ３０（図６を参照）は、作動し続け、同位体比分析装置２４（図６を参照）中、継手管７、９、２９（図６を参照）中、ガス排出管５６、および継手管Ｔ字型４８中で、真空条件を確立する。ポンプ３０（図６を参照）が、付属の構成要素中で、所望の真空を達成するだけ十分な長さで作動した時、取得および制御装置８（図６を参照）は、ポンプ３０を停止する（図６を参照）。ガスチャンバ４２中に含有される試料ガス中のＣＯ２は、現段階で、そこにわたる圧力差異のため、ガス選択膜４６を通過する。
ガスチャンバ４２中に含有される試料ガス中のＣＯ２を、十分なＣＯ２が真空構成要素中に蓄積して、適切な量のキャリアガス、例えば、純窒素ガスと混合される時、精密な同位体比測定を提供するように、ガス選択膜を通過させる。データ収集および制御装置８の制御下において（図６を参照）、流量調節弁５４は、必要量の純窒素ガスが、継手管５２を通して、キャリアガス源５０から流れるだけ十分に開放される。窒素は、継手管Ｔ字型４８、ガス排出管５６、継手管７（図６を参照）を通り、同位体比分析装置２４（図６を参照）中に至る。先でガス選択膜４６（図８）を通過した大抵のＣＯ２は、窒素ガス流によって、同位体比分析装置２４（図６を参照）中に運ばれる。流量調節弁５４は、好適な必要量のガスが同位体比分析装置２４（図６を参照）に存在する時、データ収集および制御装置８（図６を参照）によって閉められる。この時、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、ＣＯ２の同位体比分析装置２４（図６を参照）中で同位体測定を開始する。ＩＲＧＡ４（図６を参照）および同位体比分析装置２４（図６を参照）によって生成される測定データは、データ収集装置８（図６を参照）によって取得され、記憶され、または送信される。全ての一連の事象は、即時に、またはデータ収集装置８（図６を参照）中に投入されるプログラムによって指示され、遅延期間後、繰り返される。
図９に示される器具を備える試料調整ユニット１８を用いた別の実施形態の動作は、以下の通りである。最初に、電磁弁６６および流量調節弁７２は、ガスがそれらを通して流れないように閉められる。データ収集および制御装置８の制御下において（図６を参照）、電磁弁６６は開放され、電力が、電力供給装置１４から（図６を参照）ポンプ３０に（図６を参照）投入される。また、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、ガスが低温トラップを通して自由に流れることができるように、低温トラップ８２を非トラップ状態にも設定する。
次に、ガス注入管２（図６を参照）に存在するガスは、ＩＲＧＡ４（図６を参照）中に、かつＩＲＧＡ４、継手管５、ガス注入管６４、および電磁弁６６を通して吸い込まれる。ガスは、次いで、継手管Ｔ字型６８、低温トラップ８２、およびガス排出管８４を通して吸い込まれる。ガス流は、次いで、継手管７（図６を参照）、同位体比分析装置２４（図６を参照）、継手管９（図６を参照）、ポンプ３０（図６を参照）を通り続け、通気管３３（図６を参照）を通って出る。十分なガスが、先の測定から残存するいずれのガスも除去するように、低温トラップ８２を通って吸い込まれた時、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、低温トラップ８２をトラップモードに設定する。ガスは、ガス注入管２（図６を参照）から管が結合している構成要素にまで通り、流れ続けるが、凝縮性ガス成分は低温トラップ８２中で、低温でトラップされる。ガスが、適切な量のＣＯ２が低温トラップ８２中に蓄積するのに十分な長い間流れた時、データ収集および制御装置８（図６を参照）は電磁弁６６を閉め、ポンプ３０（図６を参照）は、継手管Ｔ字型６８、低温トラップ８２、排出管８４、継手管７および９（図６を参照）、ならびに同位体比分析装置２４（図６を参照）中で真空条件を確立する。データ収集および制御装置８（図６を参照）は、この段階で、ＩＲＧＡ４（図６を参照）内に含有される一定分量のガスに関する、濃度測定を開始する。ポンプ３０（図６を参照）が、付属の構成要素中でその到達真空度に達成するのに十分な長い間にわたり実行された時、取得および制御装置８（図６を参照）は、ポンプ３０（図６を参照）を停止し、捕獲ガスを放出するために、低温トラップ８２を非トラップ状態に戻すように設定する。ガスが低温トラップ８２から放出される際、それは、先で真空下にあった構成要素の全体で膨張する。捕獲された試料が完全に蒸発するための十分な時間が切れた時、データ収集および制御装置８は、キャリアガス、好ましくは純窒素をキャリアガス源７４からそれを通して流れることができるように、流量調節弁７２を開放する。窒素ガスは、流量調節弁７２から、継手管Ｔ字型６８、低温トラップ８２を通って流れ、出口管８４を通して出る。窒素は、継手管７（図６を参照）を通って、同位体比分析装置２４（図６を参照）中に流れ、それと共に大抵の先の捕獲された試料ガスを運ぶ。流量調節弁７２は、所望の必要量のガスが同位体比分析装置２４（図６を参照）に存在する時、データ収集および制御装置８（図６を参照）によって閉められる。次いで、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、ＣＯ２の同位体比分析装置２４（図６を参照）中の同位体測定を開始する。再度、ＩＲＧＡ４および同位体比分析装置２４によって生成される測定データは、データ収集装置８によって取得される、または送信される。全ての一連の事象は、即時またはデータ収集装置８中に投入されたプログラムによって指示される、遅延期間後、繰り返される。
図１０に示される低温トラップ器具８２の実施形態の動作（図９の試料調整ユニット１８と共に）は、以下の通りである。液体窒素デュワー１１２が約７５％の容量まで満たされた状態で、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、液体窒素温度で凝縮可能である低温でガス試料を捕獲するため、あるいはまたは先で捕獲された試料を解かすために、Ｕ字管１０８の温度条件を調節することができる。
データ収集および制御装置８（図６を参照）の制御下において、試料が捕獲される時、電磁弁１０２は開放され、流れは、抵抗ヒータ線１０６を通過しない。この動作は、シリンダー１１０の上部に捕獲されたいずれの窒素ガスまたは大気も、通気管１００、電磁弁１０２を通って、排気管１０４から出ることを可能とする。シリンダー１１０の上部から出るガスは、ひいては、シリンダー１１０中の液体窒素レベルをデュワー１１２のものと同一のレベルまで上昇させ、このようにして、液体窒素にＵ字管１０８の下部を浸す。これらの条件が存在する限り、Ｕ字管１０８は、液体窒素温度で残存し、Ｕ字管１０８の内側を通るいずれのガス流も、液体窒素温度で凝縮可能である場合、液化または凍結する。試料が解かされる時、または非トラップ状態が必要とされる時、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、電磁弁１０２を閉め、電力を抵抗ヒータ線１０６に投入する。抵抗ヒータ線を流れる電流は、熱を生成し、その近くの液体窒素を蒸発させ始める。そのようにして生成された窒素ガスは、電磁弁１０２が閉じているため、シリンダー１１０の上部から漏れ出ることができず、その結果は、シリンダー１１０の内側の液体窒素レベルが、デュワー１１２のよりも下げられる。シリンダー１１０の内側の液体窒素レベルは、シリンダー１１０の下側近くまで、窒素ガスによって下げられ続ける。電磁弁１０２が閉められたままであり、電流が抵抗ヒータ線１０６を流れる限り、シリンダー１１０内側の液体窒素レベルは、Ｕ字管１０８より下のままである。抵抗ヒータ線によって生成される熱は、Ｕ字管１０８を加熱し続け、先でＵ字管１０８の内側に捕獲されたいずれのガスを放出するための十分なエネルギーを提供する。データ収集および制御装置８（図６を参照）によって抵抗ヒータ線１０６に適用される電力は、それが過度の熱を放射し、液体窒素を不必要に沸騰させる程高くＵ字管１０８の温度を上昇させないように、調節することができる。
図１１に示されるように、かつバッチモード実施形態において使用される可変送風機器具８３の実施形態の操作（図６の試料調整ユニット１８と共に）は、以下の通りである。可変送風機８３が最大限に開放された状態において、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、例えば、純ＣＯ２を分析する場合において、ＣＯ２の濃度が大きすぎ、較正された分析装置を超える濃度の範囲に収まり得ない試料ガスの試料の大きさを減少するために、可変送風機の体積を調節することができる。同位体分析のためのガスの取り扱いの分野に精通する者にとって、この手順はよく理解されている（Ｗｅｒｎｅｒ ａｎｄ Ｂｒａｎｄ ２００１）。しかしながら、この場合において、具体的に大気中のＣＯ２の濃度の範囲の（例えば、１０−１０％のＣＯ２〜１００％のＣＯ２）１４ＣＯ２および１３ＣＯ２の数々の較正曲線が、必要とされ得る。試料の大きさを分析装置（例えば、１３Ｃ、１４Ｃ）の最も好ましい正確性および精度の範囲内まで減少するための送風機の使用は、この目的に対して便利な方法である。
最初に、電磁弁６６および流量調節弁７２は、ガスがそれらを通して流れないように閉められる。データ収集および制御装置８の制御下において（図６を参照）、電磁弁６６は開放され、電力が、電力供給装置１４から（図６を参照）ポンプ３０に（図６を参照）投入される。また、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、ガスが低温トラップを通して自由に流れることができるように、送風機８３を非トラップ状態に設定する。
次に、ガス注入管２（図６を参照）に存在するガスは、ＩＲＧＡ４（図６を参照）中に、かつＩＲＧＡ４、継手管５、ガス注入管６４、および電磁弁６６を通して吸い込まれる。ガスは、次いで、継手管Ｔ字型６８、送風機８２、およびガス排出管８４を通して吸い込まれる。ガス流は、次いで、継手管７（図６を参照）、同位体比分析装置２４（図６を参照）、継手管９（図６を参照）、ポンプ３０（図６を参照）を通り続け、通気管３３（図６を参照）を取って出る。十分なガスが、先の測定から残存するいずれのガスも除去するように、送風機８３を通して吸い込まれた時、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、送風機８３をガス捕捉モードに設定し、その場合において、切替弁は、双方のポートに対して閉じられた位置に設定され、噴出させること無く、ガスを送風機および関連する管接続に膨張させる。ガスが送風機の体積を平衡化するのに十分な期間後、制御装置８（図６）は、送風機を、送風機の総体積が減少するように、ある分量だけ閉じるように設定される。同時に、配管容積６８、８６、および８４を、いずれの残留するガスも押し出すために、真空に開放される。
好適な期間にわたって噴出された後、弁６６、７２は閉められ、完全に空にされる。この時、制御装置８（図６）は、ガス入送風機を配管容積に膨張することを可能にするためにポートを開放する。次いで、制御装置は、送風機弁の遮断を提供し、システムは、試料の大きさが減少する前に、送り出される。次いで、制御装置８（図６）は、試料ガス圧力が分析および関連較正曲線との比較に最適である圧力と一致するまで、手順の繰り返しを始める。次いで、データ収集および制御装置８（図６を参照）は、同位体比分析装置２４（図６を参照）中で、ＣＯ２の同位体測定を開始する。ここでも、ＩＲＧＡ４および同位体比分析装置２４によって生成される測定データは、データ収集装置８によって取得される、または送信される。全ての一連の事象は、即時またはデータ収集装置８中に投入されたプログラムによって指示される、遅延期間後、繰り返される。ＩＲＧＡ４および同位体比分析装置２４によって生成される測定データは、データ収集装置８によって取得され、記憶され、または送信される。３セルシステムにおける分析のための試料ガス圧力の操作は、１４ＣＯ２および１３ＣＯ２間の濃度の非常に大きな差異を考えると、重要な成績係数である。
さらなる実施形態において、試料ガス混合物は、液体または固体試料から提供され得る。固体および液体試料は、加熱または燃焼を通してガスに換えられる。試料ガス混合物を、ガス濃度またはガス同位体比測定を促進するために、非ガス試料からガスを生成することができるいずれか１つの数々の市販の装置から提供され得る。例えば、Ｃａｒｌｏ Ｅｒｂａによって製造されるもの等のデュマ燃焼装置は、先で説明されたものと同様の様式で分析される、固体試料物質の燃焼から生成されるガス注入口およびガス混合物に接続され得る。
さらなる実施形態において、装置によって捕捉されたデータは、分析およびデータ要約のために、遠隔測定法を通して１つ以上の中央場所に送信される。したがって、データは、国、地域、および、州規模の収支を構成するために、またはその場合の必要に応じて、使用され得る。図２４〜２９は、装置場所の例が、全ての装置に共通する単一の標準に対して定義される全ての大気中のＣＯ２の１３Ｃおよび１４Ｃの実時間、同時測定、監視、報告、および検証の能力を提供するように、国際（ＥＵ）、国内（ＵＳ）、および州規模のグリッドを示す。図１６、１７、および１８は、フィールドの装置がデータを衛星または他の手段に送信し、その後データが分析され、任意および／または規定の方針を順守し、かつ図１９に説明されるような炭素取引プラットフォームにおける使用のために、要約される実施形態を示す。
システムの適用
ある実施形態において、同位体的に定義される炭素放出の新規の報告システムは、温室ガス取引および炭素ベースの金融商品の背景において使用され得る。ＣＯ２の１３Ｃおよび１４Ｃに対して測定される値は、リットル（モル）排出されたＣＯ２の総排出値（および、Ｃ排出単位に対するそのよく知られている変換）を導出するために、流量および容量測定と共に使用され得る。
２つの炭素取引のパラダイム：システムの適用
ある実施形態において、同位体的に定義される炭素放出の新規の報告システムは、温室ガス取引および炭素ベースの金融商品の文脈において使用され得る。ＣＯ２の１３Ｃおよび１４Ｃに対して測定される値は、リットル（モル）排出されたＣＯ２の総排出値（および、メートルトン、ＣＯ２および炭素等価物単位）等のＣ排出単位に対するそのよく知られている変換）を導出するために、流量および容量測定と共に使用され得る。例えば、同位体値の測定の場合において、１つ以上の源からの総容量（モル）が算出され得る場合、生体および化石燃料由来のＣＯ２のそれぞれの割合が知られ得る。少なくとも幾つかの実施形態において、本明細書で開示されるシステムを使用した排出の収益化は、目的の成分を明白に指定する様式で、排出データを報告もする。例えば、排出の８０％が化石燃料由来であり、２０％が生体由来である場合、それらのそれぞれの同位体成分によって明らかにされるように、かかるデータを以下のように指定できる。
１４Ｃ単位：８０
１３Ｃ単位：２０
したがって、同位体データが容積およびモルデータに変換される際、それぞれの成分のメートルトンを報告するために同一の記号表示が使用され得る。例えば、上記の例に従って、メートルトンの算出が、それぞれ化石燃料に対して８００および生体炭素に対して２００をもたらす場合（数は説明目的であるに過ぎない）、炭素放出の単位は、以下のように報告され得る。
１４Ｃｍｔ：＋８００
１３Ｃｍｔ：＋２００
上記の指定において、問題になっている炭素の源に関して利用可能である炭素放出取引のための明示的なデータを作成することの、価値を理解することができる。現在、排出は典型的に推定される、したがって、化石および生体ＣＯ２の変化する成分は、現在、取引機構において含まれていない。
上記のアプローチは、例えば、林業活動における隔離された炭素を指定することにおいて有用である。説明として、隔離された炭素は以下のように定量化され得る。
１４Ｃｍｔ：−２００
１３Ｃｍｔ：−６００
上記の例において、データは、問題になっている森林が、約２００メートルトンの化石燃料由来のＣＯ２および約６００トンの生体由来のＣＯ２にまで引き下げたことを明白に示す。全ての炭素単位のこの様式において、炭素放出および隔離データを示すことは、炭素の単位に対して相当の価値を加え、価格設定に新たな一面を提供し得る。
上述の場合において、示唆されるような指定は、いずれの期間およびいずれの空間的規模（問題となっている空間にわたってマルチ同位体単位の配置に従って）にわたって導出され得、これまで、全ての炭素取引プラットフォームにおいて使用された「メートルトン炭素」およびメートルトン「炭素等価物」単位と直接的に互換性のある値を提供する。したがって、ある実施形態に従うシステムは、炭素排出および実際の測定に基づいた隔離データを収益化するための新しいよう手段を提供する。ここで使用されるマルチ同位体アプローチは、炭素排出データを報告（シンクまたは源のいずれかとして）するための新規の手段を提供し、炭素価格設定、炭素取引、および温室ガス政策検討において新しい一面を提供する。
要約すると、１３Ｃおよび１４Ｃの双方に対するレーザに基づいたシステムは、従来のＩＲＭＳおよびＡＭＳ方法を上回る多くの利益を提供する。最も重要なことに、試料は現場で分析され得、機器標準（複数可）に参照され得て、中央研究室へのガス試料の輸送を必要としない。第二に、試料は大気中の遊離ＣＯ２として測定され、低温収集段階を必要とせず、したがって、試料は非破壊的様式で分析され、繰り返し分析され得る、および／または長い期間にわたって分析され得、データ収集および空間的確実性を増加する。第三に、１３Ｃおよび１４Ｃのデータは、単一の機器、または機器の外部の様々な標準と比較することができ、また、世界中のいずれの場所の機器の集合とも比較でき、瞬間的に、場所にかかわらず、全ての試料にわたって比較可能性を確実にする。本明細書で開示されるように、多数の密封参照セルの製造は、Ａｃｃｅｓｓ Ｌａｓｅｒｓ，Ｉｎｃ．（ＣＡ）またはＬＴＧ−Ｌａｓｅｒｔｅｃｈ（Ｃｏｎｃｏｒｄ，ＯＮ）によって生成されるもの等のＣＯ２ガス充鎮レーザを作成する分野に精通する者が精通する方法に従って、作成することができる。したがって、図１２を参照すると、同一の標準ガスを含有する、あるいは含有するように作成され得る、かつ多数の機器において用いられ得る密封セルの使用は、典型的な同位体比質量分析計および加速器質量分析計の参照システムと比較して、参照ガス統計を顕著に改善する。また、参照データおよび未知のデータのほぼ同時に取得は、分析装置信号の短期間および長期間の安定性を提供する。
再度図１２を参照すると、レーザに基づいた分光法アプローチは、様々な標準ガス外部を含有する密封セルとマルチ同位体分析装置を生成する実際のデータとの比較によって、機器による標準密封セル実施の任意の階層検証を可能にもする。密封セル参照のみを含有する外部機器またはモジュールは、単一、二重、および三重セル構成であり得、本質的に、同様に未知の分析に対する貫流試料セルを含有するそれらのマルチ同位体分析装置同等物のように作動するであろう。外部基準セル装置は、試料セルを含有しないが、それ以外はデータ収集および遠隔測定法機能を備えるため、外部基準装置は、遠隔通信によって、参照信号およびベースライン信号を、いずれの他のマルチ同位体分析装置とも比較するために使用され得る。さらに、１３Ｃおよび１４Ｃ双方の一連の標準セルおよび適切なレーザは、世界中の機器の集合と通信するペイロード搭載衛星として配置され得る。標準基準枠組みに組み込まれている衛星ベースおよび地上ベースのシステムのそのような配置は、データが実時間分析および報告モードで収集されるため、瞬間的炭素クレジットのライブ取引を構造化する能力を提供する。さらに、また、１３Ｃおよび１４Ｃ標準およびデータ収集のためのかかる衛星設定は、本明細書が提案するように、地上ベースの測定を用いて、炭素放出および他の温室ガス（例えば、炭素観測衛星）に対して、温室効果ガス観測技術衛星によって収集されるデータを相互比較するためにも使用できる。したがって、時間および空間にわたって安定したおよび均一の標準を提供し、地球規模のネットワークにリンクされる外部標準と参照される現場分析が行われた、同位体分別を減少した機器によるアプローチは、全ての炭素取引プラットフォームのための信頼でき、透過的ベースラインデータのために非常に所望され、かつ炭素放出の空間ベースの観察を統合し、比較する可能性を提供するであろう。
以下の実施例は、例証的であり、限定するものではない。
実施例１：森林取引
図２３を参照すると、システムの実例応用が提供されている。森林内の数々の場所が、ＣＯ２濃度に対して測定され、監視されるが、炭素取引を支えるための、ＣＯ２の供給源を判定し、定量化するための同位体組成は報告されていない。具体的な場合を、説明のために本明細書で使用する。
近年、森林炭素フラックスは、Ｃｈｉｃａｇｏ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅ（ＣＣＸ、ｗｗｗ．ｃｃｘ．ｃｏｍ）によって先で説明されるもの等の、様々な林業アルゴリズムを使用して推定される。しかしながら、研究プロジェクトは、限定された様式で炭素交換を定量化する。背景情報として、そのようなプロジェクトの１つを簡潔に記述する。この例では、炭素フラックスについて測定および監視される森林は、Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）に説明され、森林炭素フラックスに対して、システムを実際のデータに応用するための機会を示すが、ＣＯ２の源を特定し、定量化するための同位体データを欠いている。マサチューセッツ州西部に位置するその領域は、地上から３０ｍ伸びる高いタワーを備え、適切な計装を備える。当業者にはよく知られている渦相関法が、ＣＯ２のフラックス、運動量、ならびに８レベルでの顕熱および潜熱を測定するために使用される。同位体データ収集は大気の高い周波数輸送フラックスの取得率と一致するように選択される。渦相関法の使用は、以下を含む同位体計測に関する相当な技術的困難を課す（例えば、Ｓａｌｅｓｋ ｅｔ ａｌ．，２００６）、１）迅速な応答時間（１３ＣＯ２の分析に対して＜１秒）、２）低周波数風輸送フラックスの捕捉を可能とする基線変動無しで継続的測定を可能にするセンサの安定性、３）渦流束同位体シグナルにおける小さな変動も解決できる高精度。炭素同位体渦フラックスの対応する単位は、ｐｐｍメートルｓ−１パーミルとして与えられる。かかる測定は、同位フラックスに対する課題は、安定したベースラインデータに沿って、約＜０．１パーミル、１０秒統合時間の標準偏差値であることである。前述の渦相関法アプローチは、所与の森林地帯において、炭素の正味のフラックスを取得するために、１年の期間にわたって１日２４時間作動しなければならない。この手段において、呼吸を介したＣＯ２の冬の放出が光合成によるＣＯ２の夏の引き下げと比較される、正味の差異は、森林がシンク（すなわち、負の数）であるか、源（すなわち、正の数）であるかを決定する。したがって、炭素取引のために使用され得る正確であり、信頼できる森林フラックスデータは、非常に要求の厳しい一連の機器機能およびソフトウェアプロトコルを使用して取得され得る。Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）のデータによると、８年の期間にわたって、森林は、ヘクタール当たり、炭素の約２メガグラムまたはメートルトンを隔離した、しかしながら、植物によって吸収された化石燃料ＣＯ２の存在に対していずれの補正も行われておらず、濃度に対するルーチン測定の一部として測定され、したがって未知の誤差を表す。これが、メートルトンにおいて価格設定し、取引炭素するために使用される場合において、次いで、回避不可能な、未知の不確実性が存在する。Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）のデータは、林冠を上回るのに十分な高さ約３０メートルの小さなフットプリントタワーを用いて収集された。一連のタワーの高さは、より高いタワーはフットプリントがより大きいとして所望される。
この研究で使用される測定アプローチおよび方法は、約１００〜２００ヘクタールを示すＢａｒｆｏｒｄら（２００１）データのフットプリントを示唆する。我々は、例として１００ヘクタールの低いケースを取り、１００ヘクタールは土地の境界線または他の手段によって定義されることを意味する。このデータによると、約１６メガグラムが、８年の期間にわたって蓄積し、隔離された炭素のヘクタール当たり１６メートルトンをもたらす。炭素のメートルトンが、８年間の期間末に、トン当たり２０ドルで取引された場合、次いで、土地の所有者は、３２，０００ドルの価値のあるクレジットを有することとなる。しかしながら、不確実性が１０％である場合、次いで、価格設定は、３，２００ドル安価、あるいは高値を付けられ得る。したがって、１４Ｃおよび１３Ｃ分析装置の使用無しで、自然および植物ベースの寄与から化石燃料の寄与を解くための手段は存在しない。一千万から一億のエーカーが潜在的に炭素取引に含まれていることを考慮すると、重大な誤差が存在することを理解できる。Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）のデータは、毎年の値が有意に異なり得ないため、年間の正味のフラックスデータが必要とされ得ることを明白に示す。例えば、１９９８年のＢａｒｆｏｒｄらのデータ（２００１）は、炭素隔離（正味の炭素取り込みＭｇＣ ｈａ−１ ｙｒ−１）が、前年の１９９７と比較すると、２．４メガグラム減少したことを示す。Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）によって報告された記録は、１９９３〜１９９９年の測定期間にわたる０．２〜２．４Ｍｇ変動を示す。したがって、他（例えば、Ｓｃｏｔｔ ｅｔ ａｌ．，２００４）と共にこのデータセットは、渦相関法応用を可能とし、非常に信頼でき、他のプロジェクトと相互比較可能であり、約＜０．１ＭｇＣ ｈａ−１ ｙｒ−１の不確実性を定義した炭素記録データを最終的に提供するために、細かい時間分解能と共に森林炭素フラックスの完全な測定の必要性を説明する。
Ｓｃｏｔｔらの（２００４）のデータによると、渦相関法方法の使用は、木製製品の生産（例えば、紙、木製の建造製品）のための森林の収穫に関連した、炭素フラックスに対する判断基準を確立するためにも使用され得る。多くの森林が木製製品産業を支え得るため、渦相関法の使用は、木の再成長による炭素交換が実現することを確実にするために使用され得る。したがって、収穫後の炭素の単純な物質収支および数年間にわたる伐採後の炭素隔離は、木製製品在庫を許可するにもかかわらず、森林の維持を確実にすることができる。木の再成長率は、除去された炭素を交換するために必要とされる期間を判定する。したがって、森林収穫および補植が行われる領域において、システムを使用すること、かつ分析装置の集合を配置することは、様々な状況下において、炭素動態および森林クレジットの関連する価格設定を確立するための特有の方法を提供する。
我々は、Ｇａｌｉｋら（２００９）によって報告されるように、推定方法に関連する誤差が、森林炭素オフセットの生成を参照して、３０％の大きさにもなることを示されることを記載する。Ｇｌａｉｋら（２００９）による森林モデルの感受性は、地上および地下の能動部品、森林リットル、および枯れ木を含む数々の炭素プールを備える森林炭素構成要素の処置に関連する。ここで説明される渦相関法を用いた同位体アプローチは、一次地下および地上のバイオマスおよびそれらの動的炭素取り込みおよび放出を含む。
上記の例に続く一実施形態において、我々は、１００ヘクタールグリッド線で、その土地全域にわたって位置付けられる一連の２０ＧＭＰを示す図２３を参照する。ＧＭＰは、タワーまたは他の構造物上で、幾つかのレベルで採取されるガスを分析し、渦相関法応用を可能にする。したがって、参照として上記の例を使用し、我々は、１００ヘクタールプロットは炭素の１６メートルトンを隔離した８年間の期間の説明に取る。しかしながら、この場合において、システムは、
１）化石燃料ＣＯ２に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号、および渦相関法方法を用いて統合を可能とする、約１〜１０Ｈｚが理想であるが、最大１００Ｈｚであり得る迅速な率で測定される総１２ＣＯ２を提供する。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。ＧＭＰの配置は、１〜１００キロメートルの規模での分散が、１４Ｃに対して２パーミルおよび１３Ｃに対して０．１パーミルであるＧＭＰの検出範囲内であるように配置される。様々な配置パターンを用いた初期の試験は、最適な数および分析装置の設定を導出するために必要とされ得る。試料摂取の高さは、林冠上より少なくとも数メートルであるべきであり、より高いところに配置されている幾つかの機器を伴う（例えば、５０メートル）。タワーの高さの混合を、より幅広い地域の炭素フラックスフットプリントを識別するために使用され得る。近年利用されたタワーは、約３０メートルから、４００メートルの小数の高いタワーの範囲である。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
収集されるデータは、したがって１４Ｃおよび１３Ｃデルタ比率ならびにＣＯ２濃度から成る。総ＣＯ２濃度（実線、上）、デルタ１３ＣＯ２比率（中間の小さな点線）、およびデルタ１４ＣＯ２比率（長い点線、パネル下）から成る仮説的測定が図２３に示される。ＣＯ２濃度が、季節に従って上昇し、降下することも留意されたい（Ｓは夏、Ｗは冬）。総ＣＯ２濃度は、化石燃料成分の判定を可能にしない。また、図１および２に示されるように、また、１３ＣＯ２比率は、炭素交換に対する化石燃料の寄与を識別しない、したがって、正味の炭素の損失に対して識別しない。次いで、損失は、源またはシンクのいずれかである、または取引条件において、失われた炭素クレジット（源）または得られたクレジット（シンク）である炭素成分を示す。
１０Ｈｚの信号周波数は、渦相関法データに対して重要である。１秒よりも長いデータ転送速度は、風の輸送フラックスと一致するための必要条件を満たさず、したがって、渦相関法に対して効果的に使用され得ず、高分解能および炭素フラックスの正確な記録を妨げる。したがって、かかる測定の分野に精通する者は、ＣＯ２濃度のみが用いられ、渦相関法方法が使用されるかかるタワーのネットワークが、フラックス正味のプロジェクトの一部として約数百ステーションであったとしても（フラックス正味の２００９）、渦相関法を用いた同位体分析の一般的な使用が、限定された測定階数で、少ない領域に制限されることを認識するであろう。したがって、本明細書で開示される「システム」アプローチの適用は、必要とされる程認識されてはいるが、未だに実施されてはいない。
したがって、植物が生長するため、ＣＯ２が夏に下がる時、１３ＣＯ２比率は、重１３ＣＯ２分子に対する根本的な識別のため、低下する。また、１４ＣＯ２の傾向は、化石燃料が１４Ｃを含有しないため、正の値がより低くなり得る、したがって、現在の１４ＣＯ２バックグラウンドを希薄にする。しかしながら、それぞれの条件に対する未加工データ（総ＣＯ２濃度、１３ＣＯ２および１４ＣＯ２比率）は、化石および生物学的に派生したＣＯ２の原始データを導出するための一連の算出において使用され得、当業者に知られている。先で説明されるように、同位体データかかる単純な処置は、炭素取引を支えるのに適当ではなく、十分な数の分析装置、相互較正、および代表的な領域にわたる適切なモデル統合に欠く。説明のために、Ｌｅｖｉｎ（２００８）によって説明される化石燃料成分を導出する単純な算出の例が提供される。
測定される１４ＣＯ２およびＣＯ２濃度からの地域的化石燃料ＣＯ２を推定するために、以下の物質収支式を使用できる。
ＣＯ２測定値＝ＣＯ２生物学的＋ＣＯ２バックグラウンド＋ＣＯ２化石燃料、および、
ＣＯ２測定値（δ１４Ｃ測定＋１０００‰）＝ＣＯ２バックグラウンド（δ１４Ｃバックグラウンド＋１０００‰）＋
ＣＯ２生物学的（δ１４Ｃ生物学的＋１０００‰）＋ＣＯ２化石燃料（δ１４Ｃ＋１０００‰）
上記の式において、ＣＯ２測定値は、装置のネットワークから観察されたＣＯ２濃度であり、ＣＯ２バックグラウンドは、参照大気清浄領域でのＣＯ２の濃度を示す（例えば、Ｇｌｏｂａｌｖｉｅｗ ２００６）、ＣＯ２生物学的は地域的生体成分であり、ＣＯ２化石燃料は、測定の地域の化石燃料成分である。デルタ表記におけるこれらの成分の１４Ｃ／１２Ｃ比率は、それぞれ、デルタ１４Ｃ測定された、デルタ１４Ｃ生物学的、およびデルタ１４Ｃ化石燃料である。デルタ１４Ｃは、減衰に対して補正されたＮＢＳシュウ酸標準活性からの１４Ｃ／１２Ｃ比率からの‰偏差値である（Ｓｔｕｉｖｅｒ ａｎｄ Ｐｏｌａｃｈ １９７７）。
したがって、ＣＯ２化石燃料を解くことにより、以下の式が導かれる。
ＣＯ２化石燃料＝［ＣＯ２バックグラウンド（δ１４Ｃバックグラウンド-δ１４Ｃ生物学的）-ＣＯ２測定値（δ１４Ｃ測定値-δ１４Ｃ生物学的）］／δ１４Ｃ生物学的＋１０００‰。
例えば、化石燃料の平均寄与が、配列内の土地の測定される総ＣＯ２の１ｐｐｍｖであると決定される場合、Ｂａｒｆｏｒｄら（２００１）からのデータを使用して、約１０％の誤差が、１，６００メートルトンではなく、１，４４０メートルトン貯蔵されるＣＯ２の合計に達することについて考慮されない。ドル換算基盤において、３，２００ドルの差異が誤っていたこととなる。州によって、およびより大きな地域にわたって示されるもの等のより大きな規模において、かかる誤差は、悪化する。２００８年について、報道機関Ｐｏｉｎｔ Ｃａｒｂｏｎ（ｗｗｗ．ｐｏｉｎｔ．ｃａｒｂｏｎ．ｃｏｍ）によれば、全ての炭素金融商品を示す炭素取引の総ドル換算は、主に欧州連合内での取引の結果として、約１２９０億ＵＳドルであった。したがって、１０％の誤差は、もし代表的である場合、約１２９億ＵＳドルの合計になる。マルチ同位体分析装置を利用して生成されるデータの複雑性は、図２３に説明され、１００ヘクタール領域の総炭素を導出するために、適切なデータ−モデル統合を明白に必要とする。炭素取引の目的のために開示されるように、システムは、この実施例に示されるように、分析装置からデータ分析および合成の様々な規模で、統合された構成要素を必要とする。
したがって、図２４に示されるように、ＧＭＰ装置は、米国の場合のように、およびメイン州に示されるように、州規模にわたって、地上に達するために（図２５）、既存のタワーおよび他の構造物を利用して、国の規模にわたって配置され得る。図２６は、米国北東を示す地域温室効果ガスイニシアティブに対するシステム配置のシステムを示す。図２７は、中西部地域温室効果ガス削減アコードに対するシステム配置のシステムを示す。図２８は、西部気候イニシアティブに対するシステム配置のシステムを占示す。図２９は、温室ガスの欧州連合交換取引制度に対するシステム配置のシステムを示す。説明の目的のみのため、ＧＭＰ装置は、緯度および経度がおよそ５度ｘ５度の間隔で、または分析装置および他の因子の初期の配置に従って、必要と決定される他の設定において、配置される。また、変化する高さのタワーは、高さの機能として同位体フラックスの追加のデータを捕捉するためにも使用され得る。
実施例２：土壌炭素取引
図３０を参照すると、システムの別の実施形態が提供されている。炭素の土壌リザーバーは、長年バイオマスのものをはるかに越え、幾つかの点において、長年バイオマスのものよりもより不安定であり得る。増加するＣＯ２下において、生物圏のモデルによって予測される高い緯度の温暖化、および結果として生じる表面の温暖化は、大量の以前に隔離された炭素が放出され得ることを示唆する。土壌の炭素の放出は、土壌水分および温度によって主に決定され（Ａｍｕｎｄｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００８）、したがって、多くの要因に依存して、地形の全域にわたって高度に不均質である可能性が高い。これらの理由により、土壌フラックスは、地球温暖化に関連する土壌放出を検出するために、幅広い様々な領域において、決定され、測定されるべきである。また、農業地から平原の範囲である土壌の炭素を隔離するための努力は、炭素取引オフセット（ＣＣＸ ２０１０）に適格であるが、総合的な過度の単純化および推定に基づいている。本明細書で説明されるようにシステムは、
１）土壌フラックスチャンバおよび土壌プローブガス源と統合して、一分当たり約１つの試料の特定の間隔で測定される１４ＣＯ２信号に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号、および総１２ＣＯ２を提供する。また、渦相関法タワーは、理想的に１〜１０Ｈｅｒｔｚの試料周波数を用いるが、最大１００Ｈｚであり得る森林試料採取に対して、上述のようにも使用されるものとする。森林炭素ＧＭＰに関して、渦相関法は、土壌試料チャンバおよび土壌プローブに適用されるように、組み立てる。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。土壌ガスチャンバおよびプローブの配置は、代表的なデータを確認するための領域に対する統計学的分析に従うことができる。渦相関測定の数、高さ、および設定は、因子等地形学、昼間のＣＯ２変動の強さ、および風のパターンに依存し得る。しかしながら、タワーの高さは、例えば、数メートル〜３０メートルの範囲である、草地、草原のような植被が表面に近い環境において、緩和され得る。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
大気中の総ＣＯ２の測定がＣＯ２の源（シンク）を明らかにしないように、また、土壌ＣＯ２大気は、総ＣＯ２に関する源成分を明らかにしない。土壌の場合において、しかしながら、目的の様々な炭素（図３０を参照すると）源は、生体対化石炭素の分布よりも、炭素の年齢に関する。具体的に、２〜８，０００年前の時期範囲の非常に古い土壌炭素の大規模な放出は、以前に隔離された炭素が放出されることに講じ、大気の放射収支に及ぼす重大な結果を有し得る潜在的に大気への炭素の大きな源となることを示す。
統合された土壌フラックスに対して、地上の土壌ガスを自動的に試料採取するための数々の十分に開発された技術は存在する。そのような装置は、Ｌｉ−ＣＯＲ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅ Ｃｏｒｐ．（Ｌｉｎｃｏｌｎ，ＮＢ）、モデルＬＩ−８１００−１０１およびＬＩ−８１００−１０４，Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｏｉｌ ＣＯ２ Ｆｌｕｘ Ｓｙｓｔｅｍによって製造される。挙げられた装置は、具体的に複数のチャンバ使用のために設計され、土壌ＣＯ２フラックス率の高い空間的および時間的分解能を提供する。システムは、小さな圧力の変化によりもたらされる、長期間にわたるＣＯ２吸収および漏出からのアーティファクトを回避するための特定の間隔で、自動的に開き、閉じるチャンバを特徴とする。ＬＩ−ＣＯＲから販売されるような、かかるチャンバは、風の強いおよび／または平穏条件において、遠隔的に作動され得る。
土壌ガス監視に加えて、また、渦相関法設定の配置も、表面に近い環境における土壌ガスの蓄積を記録するために必要とされる。したがって、渦相関法の試料採取率は、＜１秒と、迅速であり得る。したがって、ＧＭＰと連結してＬＩ−ＣＯＲ装置を組み込み、集合中に設置され、かつ渦相関法方法によってさらに支持されるシステム等は、所与の領域の炭素の放出または隔離を決定することにおいて非常に有益である。
さらに、また、深部のＣＯ２土壌大気の試料採取にための商業的装置は、フロースルーモードで作動される、Ｖａｉｓａｌａ，Ｉｎｃ．モデルＧＭＰ３４３１二酸化炭素プローブによって説明されるもの等も利用可能である。実践において、底土ガス試料採取の分野に精通する者は、分析のためにガス試料を深部で捕捉することにおいて、数々のアプローチを認識する。
したがって、図３０に示されるように、表面６０１で、任意の数の土壌試料採取チャンバに結合されるＧＭＰ装置６００、および／または試料多岐管６０５中で組み合わせられた任意の数の表面下試料採取システム６０２、６０３、および６０４に結合されるＧＭＰ装置６００は、土壌炭素放出または土壌炭素隔離を個々に検出し、地形にわたって検出できる。上記土壌フラックスチャンバ６０１は、全体の土柱６０９からもたらされる統合された土壌ガス試料を提供し、したがって、土壌ガス組成物の平均を示す。異なる深さ６０２、６０３、および６０４で、試料多岐管６０５と統合される土壌プローブは、各土壌層の土壌ガス組成物の特徴を提供する。現代の土壌６０６は、土柱のより深部での、より古い土壌６０７および６０８よりも１４Ｃのより高い濃度を含有するであろう。この特定の実例において、土壌同位体炭素フラックスは、定義された機関にわたって所与の領域から放出されたＣＯ２化石および生体の量を考えて、土壌フラックス率を組み合わせることによって、直接的に測定できる。したがって、Ａｍｕｎｄｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，２００８に説明されるもの等の適切なモデルの使用は、放出された、または隔離されたとして、炭素のメートルトンを導出するための同位体データと連結して使用され得る。上記のように、渦相関法の使用は、所与の期間にわたって所与の領域の炭素フラックスを完全に定義するために、表面に近い環境中の土壌およびガスからのガスの蓄積を統合できる。
本明細書で説明されるシステムアプローチは、無耕農業法および痩せ地の移植等の土壌保全戦略に関連して、土壌ＣＯ２フラックスを測定し、監視するために使用され得（例えば、Ｓｃｈｌｅｓｉｎｇｅｒ ２０００）、したがって、様々な条件下において、炭素隔離のための所与の土壌の容量を定義するための重大な手段を提供する。そのようなシステムは、土壌炭素測定に対して明白に必要とされる。先で説明されたように、Ｃｈｉｃａｇｏ Ｃｌｉｍａｔｅ Ｅｘｃｈａｎｇｅは、モデルのみに基づいた、土地の広大な広がりの推定される隔離の率を提供する（ＣＣＸ ２０１０）。かかるモデルは、土壌水分、変化する表面温度、および肥料としての栄養分の応用等の因子を考慮に入れず、したがって、土壌炭素取引のための間違った炭素マトリックスへと導き得る不確実性を引き起こす。本明細書で開示されるように、システムの使用は、かかる不確実性を減少するための手段を示し、検証された炭素フラックスをもたらし、次いで、土壌炭素市場に参入するために使用され得る。本明細書で開示されるように、システムの使用は、特定の土地管理の実践に関連して（例えば、植物の特定の種の植え付け、耕作法、栄養物の応用等）、土壌炭素フラックス等の土壌炭素金融商品の幾つかのタイプを提供することができる。森林炭素取引の上記の説明のように、システムは、様々な土壌および植生管理の実践が、産業のため、および／または土壌生態系タイプに従って、用いられる領域の炭素動態を定量化するために使用され得る。
実施例３：農業起排出取引
図３１を参照すると、システムの別の実施形態が提供されている。図３１に従って、圃場３５０は所与の場所において定義される。いずれの所与のフィールドの中心または一連のフィールドにおいて、渦相関法フラックスタワー３５１は、以下のように設置され、
１）化石燃料ＣＯ２に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号、および渦相関法方法を用いて統合を可能とする、約１〜１０Ｈｚが理想であるが、最大１００Ｈｚの迅速な率で測定される総１２ＣＯ２を提供する。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。渦相関法のためのタワーの設定および高さは、作物の表面上の伸長を提供し、したがって、信号強度、風のパターン、および農業起炭素循環に対する同位体特性の検出能力を提供する他の因子によって決定される数々のＧＭＰを伴う、数メートル〜３０メートルの範囲であり得る。ＧＭＰの初期の配置は、ＧＭＰ分析装置の最適な配置に必要とされ得る。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
現在、農業起炭素交換および貯蔵の検証は、努力が傾注される最も困難な分野の１つである。困難は、植物が年生または半年生基準で生長し、次いで土地の表面から除去されることを考慮する時、容易に把握される。したがって、農業に対する炭素収支の完全な会計は、土地から除去されたバイオマスおよび土地の新しい被覆作物との置換を考慮に入れなければならない。加えて、農作業は、それらの本質によって、掘り出すことを含み、多くの場合において、土壌を耕すことを含み、揮発性土壌炭素成分が酸化によって大気に放出することを可能とする。加えて、また、肥料の使用は、肥料が栽培者にとって費用を伴い適用され、その生産は温室ガスの生成を含むため、総収支の点においても考慮される。この場合においてもまた、農業地の大きな地帯が１つの作物で植え付けられ得るが、異なる作物のそれぞれのかかる地帯は、システムの渦相関法システムを用いて提供される。したがって、ＣＣＸ（ＣＣＸ ２００９）によって利用される検証測定は、例えば、精度に欠け、特定の植え付けおよび収穫における明らかな差異にもかかわらず全ての土壌に盲目的に適用され、したがって、不確実であり、本明細書で開示されるように、システムアプローチの使用によって最小限に抑えられることができる炭素取引誤差をもたらす。
別のアプローチは、大きな領域にわたるフィールド試料分析を示す任意の数々の土壌データセットを用いて、パラメータ化されるモデルを含む。１つのかかる製品Ｃ−Ｌｏｃｋ（Ｕｐｄｅｇｒａｆｆ ｅｔ ａｌ．，２００５）は、そのようなシステムを用いる。炭素隔離率は、無耕農業および従来の耕作に本質的に分類され、土地の広大な領域にわたって盲目的に適用される。Ｃ−Ｌｏｃｋアプローチは、Ｃｅｎｔｕｒｙとして知られる土壌有機炭素モデルに基づいており（Ｐａｒｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，１９９３）、降雨の気候要因における変動、植生変化、および土地管理を含むかかる含有量を変えることができる因子の土壌炭素含有量のさらなる試験無しで、使用される。したがって、森林炭素フラックスおよび炭素価格設定とのその関係のように、本明細書で説明される農業起炭素金融商品は、知られていない、または示唆されず、いずれの炭素フラックスを測定し、監視し、検証し、会計するためのシステムも実施されていない。
本明細書で開示されたシステムの実施形態に従う、一連の農業地の試料グリッド内に配置されたステーションの監視は、上述のように収集されることができる。Ｃａｍｐｂｅｌｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，ＵＫから入手可能である渦相関法システム等の市販のシステムは、試験する農業地帯の大きさに依存して、１００平方メートル〜１０００平方メートル、およびその倍数の間隔で、ＧＭＰ１３Ｃおよび１４Ｃ分析装置を用いて配置され、統合されることができる。１３Ｃ、１４Ｃ、およびＣＯ２濃度のインベントリは、上述のように取得される。この場合において、重量によって定量化された収穫されたバイオマスおよびＧＭＰ装置の配置と一致するための間隔での土壌有機炭素は、標準土壌分析技術によって測定され得る、全ての実践は、農業起および土壌管理の分野に精通する者に知られている。したがって、農業管理の知られているモデルと連結したシステムの適用は、炭素取引に必要とされる炭素マトリックスの不確実性を減少でき、様々な農業実践を示す。
ここで我々は、ＣＣＸ（ＣＣＸ ２０１０）によって提供される農業排出減少の推奨および必要条件が、肥料ダイジェスターによって生成されるメタンの破壊に着目していることを記す。小さな単一の点源の場合において、メタン破壊は、通気孔でメタン燃焼によって検証される。しかしながら、我々は、農業地帯からの炭素フラックスのより大きな問題が推定として処理され、したがって誤差が生まれやすいことを上記している。反すう動物管理の場合において、我々は、また、反すう動物管理と関連して管理される土地からの排出も考慮されなければならないことは明白であるが、地形への肥料からの栄養分の追加は考慮されていないことを記す。本明細書で説明される実施形態は、ＣＯ２に対する実施例を提供しているが、システムは、メタンおよび亜酸化窒素等のいずれの温室ガスに対しても適用可能である。
実施例４：水体（例えば、海洋）の炭素放出取引
図３２を参照すると、海洋炭素交換の判定に好適である実施形態が説明される。「海洋肥沃化」の手段として、表層水に配置される酸化鉄によって誘発される、海洋による炭素の隔離に相当な関心が示されている。海洋鉄散布は、外洋中の天然植物プランクトン製品の効率を改善することによって作用する。植物プランクトンは、世界の年間ＣＯ２吸収能力の約半分を担っている。それらは６０日間のライフサイクルで継続的に開花し、成熟し、死ぬため、それらのバイオマスの一部は、深く沈み、長期間にわたって炭素をしまい込む。「生物ポンプ」と呼ばれるこのプロセスは、地球上で最も古い生物学的メカニズムの１つである。この数百万年にわたって、それは堆積物および溶存炭酸として、深海に全てのモバイル炭素のほぼ９０％が濃縮するのを助けた。しかしながら、大気から直接的に炭素を隔離するための機構として、鉄肥沃化から隔離された炭素の測定、監視、検証、および会計は、実施されていない。
幾つかの点において、京都議定書に従って、海洋は、それがＣＯ２の主要な源およびシンクであるにもかかわらず、炭素クレジットに適格であるとしては含まれていない点で、世界の森林の様に扱われている。天然海洋炭素循環の大部分を変える危険は事実であり、地球工学的努力が考慮されるべきであるが、海洋を通した炭素減少に対する主要な妨げは、世界の海洋および海洋の炭素フラックスにおける綿密な測定および監視の能力のための炭素フラックスデータの不足にも関連している。ＧＭＰシステムは、それらの森林に対する様式のように配置され得る。ＧＭＰの集合を支えるためのタワーに代わって、海洋ブイが、表面モニタとして使用でき、所望の深さで水を試料採取するためのサンプリングハードウェアを備えることができる。森林に対してのように、海水中の炭素の１３Ｃおよび１４Ｃ同位体組成は、海洋炭素動態の機能を示す鍵となる診断法である（例えば、Ｃｉａｓ ｅｔ ａｌ．，１９９５、Ｂｒｏｅｃｋｅｒ ２００７）。１４Ｃの場合において、水素爆弾の使用の結果として一過性１４Ｃ信号は、人為的１４Ｃのパルスを作成し、それは、海洋の炭素フラックスの率を測定するための便利な信号を提供する。１３Ｃの場合において、海水生物学は、光合成および呼吸の間１３Ｃを、陸地植物のそれと同様の様式で、分画する。しかしながら、森林に対するように、海洋炭素動態は、炭素海洋フラックスの明白なパターンおよび傾向を提供するための十分な周波数または空間的範囲を用いて、測定されない。
幾つかの会社は、その過程を商業化することを試みてはいるが（例えば、ｗｗｗ．ＣＬＩＭＯＳ．ｃｏｍ）、炭素取引スキームのために、排出を測定し、監視し、報告し、検証するための効果的な手段を提案していない。しかしながら、海水からの油溶性ガスの海洋化学およびストリッピングを用いて、海洋炭素交換および隔離の有効性を査定することは困難である。典型的には、海水からの油溶性ガスのストリッピングは、ＩＲＭＳ技術を使用して個々に分析される全ての大気に対して、取得されたものと同様にガスのフラスコ試料をもたらすほぼ自動化されたプロセスである。本明細書で説明されるシステムが容易に適用可能であり、
１）１ＧＭＰおよびそれらの集合を用いて海水からのＣＯ２抽出装置の統合を用いて、１時間の間隔またはそれ以下で測定された４ＣＯ２信号に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号を提供する。
２）海洋ブイに取り付けられた各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。表面上の配置は信号強度により得、目的の信号および領域が適合するための設定の初期の試験によって決定され得る。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
したがって、システムは、海洋の上部の大気中のガスを測定するための特定の海洋領域をカバーする機器ブイの集合上で遠隔的に操作され得る。ガス選択膜または自動ガスストリッピング装置は、ＧＭＰと統合されるように、溶存海洋ガスを使用採取するために用いられる。海水ＣＯ２抽出装置は、Ａｘｙｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｓｉｄｎｅｙ，Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｃｏｌｕｍｂｉａ、モデルＧｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｓｅｎｔｉｎｅｌから商業的に購入できる。代替的に、ＧＭＰ同位体分析装置は、１４Ｃおよび１３ＣＯ２の本質的に継続的測定は船上で行われることができる（例えば、ＭｃＮｉｃｈｏｌｓ ｅｔ ａｌ．，２００２）。図３１を参照すると、水中入口３００を通した海水は、ガス抽出装置３０１中に吸い込まれる。ガスは、上述のように、スクラバおよび乾燥機によって抽出され、調整される、次いで、同位体分析装置３０２中に注入される。同位体データおよび関連センサデータは、搭載されたＳＣＡＤＡシステム３０３を通して送信される。ブイ、ガスストリッピング、および関連方法は、海洋ガス試料採取の分野に精通する者にはよく知られている。したがって、システムの使用は、海洋炭素隔離を定量化するために、大気中の緩和戦略の結果として、または変化する地球の状態の結果として、海洋中で炭素交換の継続的、標準基準の測定、監視、および報告を可能とする。ＣＯ２の大きな潜在的シンクまたは源を示す海洋は、炭素取引を含み得る定量化にとって、重要な領域である。
実施例５：都市規模の炭素放出取引
図３３を参照すると、Ｍａｎｈａｔｔａｎ，ＮＹの都市規模の炭素収支への適用が説明される。幾つかの場合において、大都市の温室ガス収支は、所与の州または地域の排出の大部分の割合占めることができる。したがって、都市規模の活動からの排出を定量化するアプローチは、総炭素収支案において非常に有益であり得る。都市の排出の主要な源は、産業（天然ガスおよび燃料）から発電（石炭、燃料）から自動車（ガス、ディーゼル）に至る。都市規模のシステムは、都市規模の測定および監視に容易に適用され、
１）１時間ごとまたはそれ以下の試料分析スケジュール上で、様々な場所および標高で測定された４ＣＯ２信号に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号を提供する。１〜１０Ｈｚが理想であるが、最大１００Ｈｚの試料採取率を用いた渦相関法適用。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。装置配置は好適な構造、境界、水体等への近接度に依存し得、平方マイル当たり１ＧＭＰを下回らず、都市景観の毎１０平方マイル最大１ＧＭＰである
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
図３３を参照すると、マルチ同位体分析装置は、都市環境の内部からの排出を捕捉するように示されたように、Ｍａｎｈａｔｔａｎの沿岸に、追加の分析装置と共に約１０〜２０マイル間隔で配置される。図２を参照すると、マルチ同位体分析装置は、石炭および自動車燃料ＣＯ２からの天然ガスＣＯ２の分化を含む、化石および生体源からのＣＯ２の源を区別できる。かかる測定は、自動車排出、産業発生排出、および土壌燃料の使用におけるオフセットを定量化するために使用され得る。例えば、ＣａｌｉｆｏｒｎｉａのＡＢ３２削減案は、５３フット引く重量トラックまたは長い箱型トレーラからの排出の実質的な減少を含む（ｗｗｗ．ａｒｂ．ｃａ．ｇｏｖ）。システムは、他の排出の源に加えて、Ｍａｎｈａｔｔａｎの都市のかかる排出の統合された測定を提供する。旅客輸送の個人レベルの活動および住居用の建物におけるエネルギー使用からの炭素放出は、２００５年の全ての米国炭素放出の約４０パーセントを占める（Ｂｒｏｗｎ ｅｔ． ａｌ．２００１）。したがって、システムが本明細書で開示される。
低炭素エネルギー技術の大いなる飛躍の不在、気候変動によって提示される難題の対処は、個人、世帯、および地域の全てが、建築基準、輸送インフラ投資、および輸送の代替手段への支持と共に、プロセスの一部と成ることを必要とする。これを認識して、多くの都市は、大抵任意の温室ガス排出減少案の異種混合を含有する気候行動計画を開発している。しかしながら、Ｓａｌｏｎら（２００８）によって提案されるように、都市炭素収支が、地方自治体の気候政策手段の進展が必要とされる。
様々な都市源からの排出を定量化するための標準および方法は、１３Ｃおよび１４Ｃの双方が、収支分析枠組み内で測定され、統合されることを要する。そのような枠組みは、幾つかの予算配分方法から成り、以下を含む、
１．競売を介した割当量の配分
２．一人当たりの基準に基づいた均一の割当量の配分
３．現在の一人当たり排出を始点として使用すること、および一人当たり基準に基づいた、均一の割当量の配分への徐々なる推移
４．現在の一人当たり排出を始点として使用すること、および全ての場所に対する同一パーセントによる割当量の配分の減少。
しかしながら、あるとしてもごくわずかな直接的測定しか、排出の管理または順守に対して提案されておらず、したがって、推定に基づいた減少および他の活動には、重大な誤差が有り、費用のかかるものである。したがって、システムの使用は、収支を編成し、都市規模の環境の推定される排出データを検証することは非常に有益であろう。
システムは、都市規模の地形にわたって戦略的に配置されるであろう。１２Ｃ、１３Ｃ、１４Ｃ、および一酸化炭素（ＣＯ）等の他の種のデータ収集は、上述のように収集され、送信される。送信されたデータは、次いで、風等の実時間気象データを組み込む既に開発されたモデルにおいて使用されるであろう。選択場所において、渦相関法タワーは、市販、もされており、都市の特定の領域に対するデータを増加し、フラックスパターンを確立するために使用され得る。また、この概念は、一実施形態におけるＮＹの都市の図３２に説明される。下左のパネルは、中央Ｍａｎｈａｔｔａｎ領域と共に、ＧＭＰ領域場所をＭａｎｈａｔｔａｎの沿岸の双方に沿って示す。他のＧＭＰ場所は、説明目的のために、Ｍａｎｈａｔｔａｎの東および西に示される。ＧＭＰ器具は、建物の上部および表面境界層上に設置され得、よく混合した大気を確保する。
都市源からのガス排出の分野に精通する者は、自動車炭素放出が、天然ガスおよび石炭に基づいた排出とは異なり、それらから検出可能である１３Ｃおよび１４Ｃ同位体プロファイルを有するであろうことは容易に理解できる。化石燃料源の全ては、−１０００パーミル１４ＣＯ２の値となり、本質的に１４Ｃを有さない。しかしながら、図２で説明されるように、石炭および天然ガスからのガス燃料（自動車燃料）を分離する、１３ＣＯ２比率における同位体組成物の十分な範囲が存在する。加えて、−１０００〜現代の１４Ｃからのバイオ燃料の使用の測定として、混合する線が使用され得る（図２を参照）。したがって、ＧＭＰおよびシステムは、炭素収支を詳述することにおいて重要であろう。同位体データは、気象モデルと結合される時、排出レベルの詳細な都市規模のゾーンを構成するために使用され、かかるデータは、減少が取引市場に参入するために検証され得る場合において、使用でき、そこでかかるクレジット（減少クレジット）は登録され、それに応じて取引される（例えば、Ｒｅｇｉｏｎａｌ Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ Ｇａｓ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ，ＲＧＧＩ，２００９）。
実施例６：炭素隔離排出取引
図３４を参照すると、発電所炭素放出の炭素隔離への実例応用が説明される。測定、監視、検証、および会計（ＭＶＡ）は、炭素捕捉および貯蔵（ＣＣＳ）プロジェクトが安全であり、信頼できることを確実にするための、最も重要な手段の１つとして特定されている。注入井に関連する漏出、不適切に密封された廃坑井、または非同定された／不十分に特徴付けられた断層および破断は、変化する強度の点、線、または領域ＣＯ２源をもたらし得る。必要とされる感受性および分解能を有する信頼できる測定および監視システムは、したがって、漏出シナリオの範囲に使用可能である。ＣＣＳ領域からの潜在的ＣＯ２漏出の検出および特徴付けは、バックグラウンドＣＯ２フラックスにおける大きな空間的および時間的変動のため、表面に近い環境において困難である（例えば、Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇ ｅｔ ａｌ．，２００３、Ｌｅｗｉｃｋｉ ｅｔ ａｌ．，２００５、２００９、Ｌｅｕｎｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，２００８）。また、所与の表面ＣＯ２漏出信号の領域は、監視を行う上記のＣＯ２リザーバーの総領域（例えば、約１００ｋｍ２）よりも桁違いに小さくなり得る。結果として、革新的であり、進化した監視技術は、それぞれバックグラウンドＣＯ２変動および調査の総領域と比較して、潜在的に小さい振幅および領域を用いて、ＣＯ２漏出信号を検出し、設置し、定量化するための能力を必要とする。
図２に示されるように、１３Ｃ比率が、生体と化石燃料源を識別できないことが明白である。また、総ＣＯ２濃度データも、炭素捕捉および貯蔵場所からの化石燃料由来のＣＯ２の漏出を、明白に特定するために使用することができない。化石燃料に対する異なる信号は、単独の１４Ｃ比率において明白に見出され得る。しかしながら、大規模の炭素隔離プロジェクトからの漏出の査定において理解され得るように、大抵の場合において貯蔵された化石燃料由来のＣＯ２の漏出は、それが現地の土壌、植物、および水体を通して拡散するため、生体ＣＯ２と混合する。再度図３４を参照すると、炭素隔離および捕捉の主要目的は、ガス状のＣＯ２が発電所から出る、または中央貯蔵施設からのパイプラインを通して運ばれる度に、それを本質的に埋めることである。埋設は、地上および海中の幅広い種類の地質学的形成において起こり得る。しかしながら、アプローチの重要な特徴は、埋設および埋設場所のキャッピング後、ごく少量の漏出である。大抵の場合において、潜在的に影響を受けた領域は、多くの平方マイルであり、したがって、システムアプローチは、この以下の分散アプリケーションに対して非常に好適であり、
１）渦相関法（理想的に、試料採取率１〜１０Ｈｚ、最大１００Ｈｚ）、選択されたガス流、表面および深部での土壌ガス、および地下水から抽出されるＣＯ２に対して測定された化石燃料ＣＯ２に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号、および総１２ＣＯ２を提供する。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。配置は、注入領域の地質学的フットプリントに依存し得、１平方マイルにつき１ＧＭＰから毎１０〜２０平方マイルにつき一装置の範囲であり得る。分析装置の場所は、漏出（例えば、坑口、断層）に対して特に不安定である領域に近接して配置され得る。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
ＧＭＰ分析装置は、坑口７００、７０１、７０２、土壌表面フラックスチャンバ７１０および７１１、幾つかの深部７１０、７１１に埋められた土壌ガス収集プローブ、地下水７０３、７０４から抽出されたＣＯ２、現地の水体、ダウンホール監視領域、および森林地帯７０８、７０９の渦フラックスタワーを含む、特定の源からの試料ラインによって、選択領域からガスを受ける。図２に従うと、マルチ同位体分析装置を用いるシステムは、−１０００パーミルから１４Ｃ比率で純粋な化石由来のＣＯ２ガスを識別でき、現代の１４Ｃ比率（約１〜５０パーミル）でプレ生体由来のＣＯ２を識別でき、ならびにエンドメンバーの双方の混合ラインに沿って混合物を識別できる。１３ＣＯ２の範囲は、純粋な草原排出（Ｃ４草類）に対して約−１０パーミル〜約−３０パーミルであり、バイオマスから得られる典型的なＣ３に基づいたＣＯ２を示す。図３４を参照すると、ＣＯ２漏出は、断層７０５、７０６、７０７に沿って生じ得、したがって、様々な検出方法は、上述のように、例え非常に低い率でも、漏出を検出するために必要である例えば、１００，０００トンのＣＯ２の総隔離からの１．０％、０．１％、および．０１％の漏出率は、それぞれ年間１０００，１００および１０トンの損失をもたらす。先で説明されるように、１４ＣＯ２の試料濃度は、例え非常に低い率でも（例えば、ｓｕｂ ｐｐｍ）、低温トラッププロセスを利用して達成することができ、したがって、非常に低いレベルで効果的な漏出率判定を提供することができる。
したがって、先の実施例（土壌、森林、海洋、農業）で説明されたアプローチの組み合わせは、化石燃料ＣＯ２および後に埋められたＣＯ２の漏出を明白に特定するために、組み合わせにおいて使用され得る。ガス試料採取場所の配置は、坑口でのパイプ構造ガス流、ダウンホールまたは地表面構造、土壌表面フラックス、渦相関法タワー、およびガス土壌プロファイルの深部土壌試料採取を含む地表場所を含むが、それらに限定されない。
実施例７：燃焼排ガス炭素放出取引
図３５を参照すると、発電所および他の産業活動からの生体および化石燃料由来のＣＯ２の相対的比率を確立するための測定および監視の例が説明される。発電所排出は、京都議定書で規定されるように、既存の取引制度において近年同定される鍵と成る源であり、ＥＵ ＥＴＳおよび他の取引群において実践されている。しかしながら、実際の排出データは、かかる源に関して情報の一次資料ではなく、むしろ、推定は、燃焼化石の種類、燃焼効率、および燃料燃焼効率、燃料消費の率等に関連する他の因子に基づいて使用される。したがって、規定のおよび任意のプログラム下のＣＯ２排出の最も可視可能であり、直接的に定量可能な点源に対して、実際の測定は、収支および排出報告を検証するために定期的に使用されない。
加えて、全てのタイプのバイオ燃料を含む生体物質の燃焼は、全てのバイオ燃料使用量が「気候ニュートラル」として認められ、したがって、ＣＯ２排出規制または炭素取引キャップの対象ではないため、排出負債を減少するための鍵と成るアプローチを作成することが非常に明白になりつつある。したがって、化石と生体二酸化炭素排出を区別するための信頼できる、連続フロー方法は、発電所および他の産業発生活動の生体源物質を利用するものに対して非常に有益である。現在、土壌または液体としてのいずれの源物質も、ＡＳＴＭ Ｄ６８６６の標準方法に従って、典型的なシンチレーション測定または加速器質量分析（ＡＭＤ）を使用した手動１４Ｃ分析を受ける（Ｓｔａｂｅｒ ｅｔ ａｌ．２００８、Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）。このアプローチに対して適用可能である論理的根拠は、良く理解されており、図２に図示されるように、純粋な化石由来のＣＯ２および純粋な生体由来のＣＯ２からのエンドメンバーの混合に基づく。
燃焼の生体および化石由来の源の混合物を検証する判定は、例えば、化学組成物にかかわらないガソリン混合物の％再生可能な含有量と％化石含有量との対比の直接的測定に頼っている。その際に、それは、石炭または天然ガスから得られる再生可能なエタノール対合成エタノールを含有する燃料混合物を特定する。したがって、燃焼排ガスを試料採取する、または液体燃料混合物を直接的に燃やし、後に得られたＣＯ２を分析するいずれのシステムも、価値がある。再生可能なエタノールは現代の植物から合成され、ガソリン自体は化石石油から合成されるため、混合物に関する測定は、その混合物中の再生可能なエタノールの量を直接的に定量化する。例えば、１０％のエタノールが、双方の場合においてガソリン混合物中に存在するが、１０％の再生可能なエタノールを含有する混合物は、１０％の１０％の再生可能な含有量をもたらす一方、合成エタノールを含有する混合物は０％の再生可能な含有量をもたらす。この特徴付けは、植物性エタノールの使用の基本的な意図を支持する、また、エタノールの正確に検証可能な起源の不在において、国内の利害関係者を保護する。また、システムと共に用いられるアプローチは、潤滑油等のバイオディーゼルおよびバイオディーゼル派生製品の検証のためにも使用され得る。固定排出源燃焼のように、燃焼プロセスの間にＣＯ２を生成するいずれの産業プロセスは、排出された総ＣＯ２のカーボンニュートラルな画分を推定するためのシステムを用いることができる。
ＣＯ２を放散する幾つかの産業発生プロセスは、アルミニウム生産、アンモニア生産、セメント生産、クリンカ生産（ライムの生産から排出されるＣＯ２を含む）、金属生産、水素生産、メタノール生産、鉄および鉄鋼生産、ソーダ灰生産を含むが、それらに限定されない。
他の産業プロセスは、電気を発生させるために廃棄物を燃焼し、得られる副製品として、ＣＯ２を放散する。ＧＭＰは、施設排出内のカーボンニュートラルＣＯ２を定量化する。廃棄物および廃水汚泥の燃焼は、燃焼廃棄物の例である。
電気を生成する廃棄物を燃焼する産業の例は、紙／パルプおよび医療廃棄物処理部門である。作物残渣の燃焼は、監視目的のためにＧＭＰを使用できる別の農業的適用である。例えば、エタノールの生産における作物残渣の燃焼は、ＧＭＰを用いて測定し、監視することができ、炭素クレジットの新しい源を提供する。固定排出源燃焼のように、燃焼プロセスにおいて放散されるカーボンニュートラルＣＯ２を決定することができる。
二酸化炭素流出物の「バイオマスＣＯ２含有量」を導出するためのＧＭＰの適用は、バイオマス炭素を含有する工業製品のバイオ含有量を導出するために、米国農務省によって使用されるものと類似する幾つかの概念の上に築かれている。これは、未知の試料中の放射性炭素（１４Ｃ）の相対的量を、現代の参照標準のものと比較することによって行われる。現代のバイオマスの比率は１００％であり、化石物質の比率はゼロである。現代のバイオマスおよび化石炭素の混合物の燃焼から得られた二酸化炭素は、燃焼したバイオマス炭素および生成されたカーボンニュートラルＣＯ２の量に直接的に相関するＧＭＰ結果をもたらす。
ＧＭＰは、ＡＤ１９５０年の１００％の現代の炭素の定義された放射性炭素含有量を用いて、アメリカ国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）によって提供される現代の参照標準に対して較正されることができる。ＡＤ１９５０は、各爆発で大気中に大量の（「爆弾炭素」と称される）過剰放射性炭素をもたらした熱核兵器試験前の時期を示すため、選択された。これは、この過剰爆弾炭素は増加または低下した兵器試験に伴い変化するであろうため、参照として使用する論理的な時点あった。ある実施形態において、この効果の固定補正は、ＧＭＰ適用に当たりに適用され、約１９９６年より大気中のＣＯ２リザーバーから除去された炭素に対して具体的に適用される。
ＧＭＰ結果は、廃液焼却のパーセントカーボンニュートラルＣＯ２と直接的に関係する。ＣＯ２流出物において測定された７１％の再生可能な含有量の値は、７１％の消耗したＣＯ２がバイオマスから（化石燃料から２９％）であることを示すであろう。それは、燃焼したバイオマスの重量または燃焼した化石燃料の重量を表すものではない。これは、燃料の重量が大気からの二酸化炭素の取り込みに間接的にのみ関するため、都合が良い。呼吸取り込み化合物は二酸化炭素であり、燃焼流出物は二酸化炭素である。ＧＭＰ結果は、消費され、放出される生体／カーボンニュートラルＣＯ２の量に直接的および特定的に関係する。
ここで、我々は、図３５を参照しながら適用の具体的な実施例を説明する。現実的な燃料混合物中のバイオディーゼルの容積／容積混合パーセントは、以下のように、その１４Ｃ含有量に基づいて推定できる。第一に、燃料混合物の炭素は、現代の（生物学的）化合物および化石（石油ディーゼル）化合物に関して、Δ１４Ｃ物質収支を書き込むために使用される、

Δ１４Ｃ混合物＝ＦＣ，生物学的Δ１４Ｃ生物学的＋（１−ＦＣ，生物学的）Δ１４Ｃ石油 （式１）

式中、Δ１４Ｃ混合物は、従来のまたはＡＭＳ放射性炭素決定を通してバイオディーゼル混合物の測定された１４Ｃ含有量である。Δ１４Ｃ生物学的は、バイオディーゼル調製において使用される幾つかの典型的な小売脂肪および油源の平均の測定された値として見なされることができる。この場合において、我々は、５５〜６６‰の平均範囲を示し、２００４年に収集された北米の現代のトウモロコシの報告された値と一致する６２±７‰を選ぶ（ウシの主原料）（Ｈｕｓｅｈ ｅｔ ａｌ．，２００７）。
Δ１４Ｃ石油は-１０００‰の値で固定され、石油およびメンバーの測定と一致し、化石燃料成分の放射性炭素判定の分野に精通する者にも良く知られており、図２に報告される。さらに、ＦＣ，生物学的は、生物学的成分から得られる総混合物炭素の質量分率である。
したがって、（式１）を置き換えて、ＦＣ，生物学的を以下のように示す、

ＦＣ，生物学的＝Δ１４Ｃ混合物−Δ１４Ｃ石油／Δ１４Ｃ生物学的−Δ１４Ｃ石油 （式２）
式２は、試料燃料混合物（ＦＣ，生物学的）中の生物学的炭素の割合が、試料の測定されたΔ１４Ｃ混合物およびエンドメンバー物質の知られている推測的Δ１４Ｃ生物学的およびΔ１４Ｃ石油値に基づいて容易に決定され得ることを示す。我々は、Δ１４Ｃ石油（−１０００‰）およびΔ１４Ｃ生物学的（６２＋−７‰）が、ＦＣ，生物学的の変動が測定されたΔ１４Ｃ混合物値によって完全に説明されるように、適度に一定なエンドメンバーを示すことを想定した。
実践において、しかしながら、米国および欧州のＢ１００バイオディーゼル生産の具体的な例を取ると、脂肪から脂肪酸メチルエステルへのエステル交換段階（ＦＡＭＥ−−バイオディーゼルの一般的な混合物）は、化石メタノールを利用するという点で、わずかながら複雑な事態が生じ得る。例えば、Ｃ１８ＦＡＭＥに対して、炭素（脂肪鎖）の１８／１９は脂肪からであり、油および他の１／１９（メチル炭素）は石油由来である。したがって、ＦＣ，生物学的をより精密にＢ１００エンドメンバーに関係付けるために、以下の式を定義できる、

ＦＣ，Ｂ１００＝ＦＣ，生物学的／ＲＣ，生物学的／Ｂ１００ （式３）

式中、ＦＣ，Ｂ１００は、バイオディーゼル混合物中のＢ１００炭素の質量分率であり、ＲＣ，生物学的／Ｂ１００生物学的炭素の、純粋な成分Ｂ１００中の総炭素との比率である。したがって、燃料混合物中のＢ１００（Ｂ＊）の混合パーセント（ｖ／ｖ）は、以下のように算出される、

Ｂ＊＝１００［ＶＢ１００／ＶＢ１００＋Ｖ石油］ （式４）

式中、ＶＢ１００およびＶ石油は、燃料混合物中の制御ボリュームにおける、それぞれ生物学的および石油ベースの成分の大規模な容量である。個々の化合物容量は、次いで以下のように示される、

Ｖｘ＝［ｍＣ，ｘ＋ｍＨ，ｘ＋ｍＯ，ｘ／Ｆｘ］ （式５ａ）

以下と同じである、

ｍＣ，ｘ／Ｆｘ［１＋ｍＨ，ｘ／ｍＣ，ｘ＋ｍＯ，ｘ／ｍＣ，ｘ） （式５ｂ）

式中、ｍＣ，ｘ、ｍＨ，ｘ、およびｍＯ，ｘは、混合制御ボリュームの成分ｘに対する、それぞれ炭素、水素、および酸素の総質量であり、Ｆｘは成分ｘの密度である。
表記の簡略化のため、以下のように書くことができ、

θＣ，Ｂ１００＝（１＋ｍＨ，Ｂ１００／ｍＣ，Ｂ１００＋ｍＯ，Ｂ１００／ｍＣ，Ｂ１００） （式６）

および、

θＣ，石油＝（１＋ｍＨ，石油／ｍＣ，石油） （式７）

式中、θＣ，Ｂ１００およびθＣ，石油は、それぞれ生物学的および石油ベースの化合物の炭素と比較した、水素および酸素の質量の豊富さを特徴付ける。式４〜７と置き換えを組み合わせ、バイオディーゼル、Ｂ＊の算出されたｖ／ｖ混合パーセントは、以下のように書き換えることができる、

Ｂ＊＝１００／［１＋（ＦＢ１００／Ｆ石油）（θＣ，石油／θＣ，Ｂ１００）（ｍＣ，石油／ｍＣ，Ｂ１００） （式８）
ここで、以下を認識し、

ｍＣ，石油／ｍＣ，Ｂ１００＝（ＲＣ，生物学的／Ｂ１００／ＦＣ，生物学的−１）、

（式８）は以下のように示すことができる、

Ｂ＊＝１００／［１＋（ＦＢ１００／Ｆ石油）（θＣ，石油／θＣ，Ｂ１００）（ＲＣ，生物学的／Ｂ１００／ＦＣ，生物学的-１）］ （式９）

式中、ＦＢ１００、Ｆ石油、θＣ，Ｂ１００、θＣ，石油、およびＲＣ，生物学的／Ｂ１００は、２つの純粋な化合物液体（Ｂ１００および石油ディーゼル）の特性であり、したがって、ＦＣ，生物学的は、算出された混合物含有量、Ｂ＊を制御する。文献検索に基づいて（例えば、Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）、小売Ｂ１００および石油でディーゼル製品のデータ編集から算出された平均した値を使用して、ＦＢ１００、Ｆ石油、θＣ，Ｂ１００、θＣ，石油、およびＲＣ，生物学的／Ｂ１００をパラメータ化できる。よって、（式９）は、指定された規範的燃料混合物に対する較正を必要とせず、むしろ、それは、源物質の幅広い範囲にわたって比較的安定している純粋な組成物性質を用いてパラメータ化され得る。したがって、（式９）は、測定されたＦＣ，生物学的値（式２）に単純に基づいて、いずれの現実的な燃料混合物のバイオディーゼル含有量をも正確に推定できる。
さらなる簡易化は、公開文献に公開された小売石油ディーゼルおよびＢ１００の広範な範囲からのＦＢ１００、Ｆ石油、θＣ，Ｂ１００、θＣ，石油、およびＲＣ，生物学的／Ｂ１００性質値の単純な平均を使用して、（式９）をパラメータ化することによって可能である（Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）。かかる入力パラメータを用いて、（式９）はさらに簡略化される、

Ｂ＊＝１００／［（０．８６９／ＦＣ，生物学的）＋０．０８１３］ （式１０）

式中、集中定数０．８６９および０．０８１３は、無次元である。明確にするために、表記「Ｂ＊」は、算出された混合物含有量を示すために使用される。
したがって、図３５に説明される例において、ＧＭＰ８００は、-１０００‰８０３の１４Ｃの石油ディーゼル化合物を伴う燃焼チャンバ８０２を通して、石油ディーゼルの混合物から得られる堆積燃焼排ガスおよび生体炭素を受け取るためにインストールされ、＋５９‰８０４、混合物８０５、またはＢ＊の典型的なレストランのフレンチフライ脂肪から成る生体化合物は、１９．４％±０．６％と等しくなるように、上記式に従って計算され得る（Ｒｅｄｄｙ ｅｔ ａｌ．，２００８）。また、堆積でも作成された体積流量測定と組み合わせて取得されたデータは、大気中に放出された化石および生体炭素の総量をもたらす。説明のために、我々は、化石の８０メートルトンおよび生体二酸化炭素の２０メートルトンが放出されることを推定する。したがって、長期にわたって１つの植物に対してまたは定義された空間的規模にわたって算出された排出の記号表示は、以下のように提供される、
＋１４Ｃ単位：８０メートルトン。
＋１３Ｃ単位：２０メートルトン。
地域によるまたは会社による発電所のいずれの群も、非化石源炭素の継続的および正確な記録を燃焼プロセスに提供するためにＧＭＰネットワークに組み合わされ得る。この用法におけるＧＭＰは、生体および化石の燃料を混合する発電領域が非化石に偏っているデータを報告し得るとして、詐欺を抑止する。
価格設定は、市場交換条件および他の因子に関連して、それに沿って適用され得る。
したがって、文献で実践されるよく知られている方法に連結して、上述のように、システムの器具は、温室交換のために、規定のまたは枠組みの順守、あるいは任意の排出減少、収支、および政策立案者のために、市場ベースのシステムにおいて使用されるように炭素の同位体制限装置に基づいて、効果的に測定し、監視し、報告し、集計し、収益化するために使用され得る。
実施例８：地球放射性炭素収支および核燃料循環
高いデータ転送速度および１４ＣＯ２の高い精密を提供するＧＭＰの一般的な配置の結果は、地球放射性炭素収支自体の改良である。そのような収支は、地球核燃料循環を生成する可能性および不正な原子力発電所の検出を提供する核発電の監視における用途を有する。これは、トリチウムおよび１４ＣＯ２の放射性核種を放出する原子力発電所の操作および燃料再処理の間に起こるよく知られた反応の後に続く（Ｙｉｍ ａｎｄ Ｃａｒｏｎ ２００６）。爆弾パルス後の１４Ｃのパルスはよく知られているが（例えば、Ｂｒｏｅｃｋｅｒ ２００）、バックグラウンド１４Ｃはほぼ天然レベルであり（Ｂｒｏｅｃｋｅｒ ２００７）、１４Ｃの生産は、原子炉のため、天然レベルの約０．３％であることが推定される（Ｐａｒｋ ｅｔ ａｌ．，２００８）。したがって、原子炉が作動する領域における原子炉からの１４Ｃの追加は、かかる施設の処理活動を特徴づけるために使用され得る。炭素１４は、原子炉一次系の実質的に全ての部分に存在し、高い生産率を有する。それは、ガスおよび液体吐出物を通し、土壌放射性廃棄物の処理を通して、環境に放出される。いずれの原子力活動も、直接的に含有することが困難であるため、１４ＣＯ２を排出する（例えば、Ｙｉｍ ａｎｄ Ｃａｒｏｎ ２００６）。かかる原子力発電所が存在しない領域において、バックグラウンドレベルを超える１４Ｃの検出は、ＧＭＰの現在の検出能力の２パーミル範囲内で可能であるべきであり、領域をカバーするＧＭＰの集合を伴う。最大１２３パーミルの植物物質の１４Ｃ値が、Ｒｏｕｓｓｅｌ−Ｄｅｂｅｔ ｅｔ ａｌ．（２００６）によって、１０年の期間にわたって、原子力発電所の周辺において報告されており、原子炉の活動の期間にわたる１４ＣＯ２の実行可能な検出を示唆している。理想的な条件下において、権限無しで作動する原子力発電所は、容易に特定されるはずである。また、地下水からのＣＯ２のストリッピングおよびＧＭＰによるに１４ＣＯ２対するその後の分析は、水中源からの、かかる施設からの吐出流またはガス排出の噴出による検出の具体的なルートを可能にもする。
数々の放射性核種および分析が、原子力活動の監視のため、条約の規定の検証のために行われるが（例えば、Ｇｉｔｚｉｎｇｅｒ ｅｔ ａｌ．，２００７）、それらは、数々の検出器および／または検出器の領域に依存して、ガンマ線および中性子放出物質の双方に対して、約２５メートルの源への近接近を必要とする（Ｋａｌｌｍａｎ ２００８）。核発電から放出される１４ＣＯ２の生産および排出はよく知られてはいないが、世界の原子炉に対して推定はされている（例えば、Ｄａｖｉｓ １９７７、Ｙｉｍ ａｎｄ Ｃａｒｏｎ ２００６）。数々の研究が、原子炉周辺の領域からの植物試料の１４Ｃについて試料採取し（例えば、Ｋｏｒａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，２００６、Ｄｉａｓ，Ｃ．Ｍ．，ｅｔ ａｌ．，２００８）、沸騰水型原子炉および加圧水型原子炉を含む様々な原子炉のタイプからの１４ＣＯ２の放出による、バックグラウンドレベルを提供している（Ｙｉｍ ａｎｄ Ｃａｒｏｎ ２００６）。しかしながら、ガス状ＣＯ２としての１４ＣＯ２の実際の測定は存在しない。したがって、本明細書で開示される、システムは、原子力の使用がより広く採用されるにつれ増加する原子力発電所からの主要な排出の１つである１４ＣＯ２を測定し、監視するための実行可能なアプローチを構成する。
システムは、
１）渦相関法（理想的に、試料採取率１〜１０Ｈｚ、最大１００Ｈｚ）、に対して選択されたガス流、表面および深部での土壌ガス、および地下水から抽出されるＣＯ２に対して測定された、化石燃料ＣＯ２に対する１４ＣＯ２信号、生体ＣＯ２に対する１３ＣＯ２信号、および総１２ＣＯ２、を提供する。
２）各装置に対する比較可能な結果を確認するための、分析装置の相互較正されたネットワークを提供する。ＧＭＰ密度および配置は、現地の条件に依存するが、渦相関法に対する源信号が＋２〜＋２００パーミルの範囲内で検出され、約５〜１０パーミルとしてバックグラウンド１４Ｃを採取する。
３）データを中央場所に送信するための遠隔測定法システムを提供する。
４）データ分析およびモデル結合を提供する。
１４ＣＯ２を定量化するためのシステムの使用は、システムが炭素捕捉および貯蔵に対して使用されるのとほぼ同一の様式で、原子力施設に対する測定、監視、検証、および会計のために適用され得る。様々な渦相関法、地下水ＣＯ２試料採取、点場所（例えば、原子炉インフラの異なる部分）、および土壌ＣＯ２試料採取位置が、核施設の近くに位置付けされ得る。ＧＭＰの具体的な配置および設定は、発電所の信号の源強度、所与の施設に対する許容される近接度、および他の因子に依存する。システムの必要性は、植物試料場所への直接的接近手段に依存する従来の放射性核種分析に比べて、所与の地域の広大な領域の試料採取においてに利用されるアプローチによって認識される。システムは、潜在的に遠方監視を提供するが、数兆ドルかかると推定される反中性微子検出と比較して、比較的安価なルートであり得る（例えば、Ｇｕｉｌｌｉａｎ ２００６）。
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他の実施形態が、機能、方法、および実施における変更を有して作成され得、様々な変更が本発明から逸脱すること無く行い得ることが理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の例証的実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

Claims (113)

  1. 森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）森林の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    森林全体にわたって所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、森林大気試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定する試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからからの前記１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、
    前記森林大気中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備える、システム。
  2. それぞれの分析装置が標準基準ガスモジュールを備える、請求項１に記載のシステム。
  3. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項３に記載のシステム。
  5. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項１に記載のシステム。
  6. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記所定の代表的な場所は、個別的な森林地帯の境界を含み、前記境界は、地域、州、一群の州、温室ガスを監視することを要求する温室ガス条約または他の協定を定義する境界設定を含む、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記所定の代表的な場所は、森林林冠上、森林林冠下、および林床部を含む、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記森林の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項１に記載のシステム。
  11. 森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）森林全体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置の前記試料チャンバ中に森林大気試料を収集し、少なくとも１Ｈｚの速度で、前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定することと、
    （ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｄ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｅ）前記森林大気試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量をデータ処理システムに送信することと、
    （ｆ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記森林大気中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  12. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項１１に記載の方法。
  13. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、前記森林大気試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項１３に記載の方法。
  15. 少なくとも２５個の分析装置が森林全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項１１に記載の方法。
  16. 少なくとも１００個の分析装置が森林全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項１１に記載の方法。
  17. 前記森林大気試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の量が最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項１１に記載の方法。
  18. 前記所定の代表的な場所は、個別的な森林地帯の境界を含み、前記境界は、地域、州、一群の州、温室ガスを監視することを求める温室ガス条約または他の協定を定義する境界設定を含む、請求項１１に記載の方法。
  19. 前記所定の代表的な場所は、森林林冠上、森林林冠下、および林床部を含む、請求項１１に記載の方法。
  20. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項１１に記載の方法。
  21. 土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）土壌からの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    所定の地下の場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、（ｉｉ）土壌試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準モジュールと、
    １２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備える、システム。
  22. 各分析装置は標準基準ガスモジュールを備える、請求項２１に記載のシステム。
  23. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための、較正システムと、をさらに備える、請求項２１に記載のシステム。
  24. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項２３に記載のシステム。
  25. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項２１に記載のシステム。
  26. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項２１に記載のシステム。
  27. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項２１に記載のシステム。
  28. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項２１に記載のシステム。
  29. 土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）土壌の所定の代表的な地下の場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置の前記試料チャンバ中に土壌の炭素ガスの試料を収集し、少なくとも１Ｈｚの速度で、前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、
    （ｃ）標準基準モジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｄ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｅ）前記土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量をデータ処理システムに送信することと、
    （ｆ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記土壌の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  30. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項２９に記載の方法。
  31. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量に基づいて、前記土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化することをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
  32. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項３１に記載の方法。
  33. 少なくとも２５個の分析装置が前記土壌全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項２９に記載の方法。
  34. 少なくとも１００個の分析装置が前記土壌全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項２９に記載の方法。
  35. 前記土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の量が最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項２９に記載の方法。
  36. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項２９に記載の方法
  37. 前記測定された生体炭素と比較した、化石炭素の前記測定された量が前記土壌の損傷を示す、請求項２９に記載の方法。
  38. 農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）農業地帯の炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    農業地帯の所定の代表的な地上および地下の場所に配置された一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、前記地上および地下の場所の試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの前記１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準モジュールと、
    １２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備える、システム。
  39. 各分析装置は標準基準ガスモジュールを備える、請求項３８に記載のシステム。
  40. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える、請求項３８に記載のシステム。
  41. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項４０に記載のシステム。
  42. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項３８に記載のシステム。
  43. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項３８に記載のシステム。
  44. 前記地上の場所は地上０〜２０メートルを含む、請求項３８に記載のシステム。
  45. 前記地上の場所は地上０〜１００メートルを含む、請求項３８に記載のシステム。
  46. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項３８に記載のシステム。
  47. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記前記農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項３８に記載のシステム。
  48. 前記データ処理システムは、農産物の植え付けから、前記農産物の成長、および前記農産物の収穫にまで及ぶ期間にわたって、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡する、請求項３８に記載のシステム。
  49. 農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）農業地帯の所定の代表的な地上および地下の場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置の前記試料チャンバ中に前記地上および地下の場所で、少なくとも１Ｈｚの速度で、炭素ガスの試料を収集し、前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定することと、
    （ｃ）標準基準モジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｄ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｅ）前記地上および地下の場所での１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量をデータ処理システムに送信することと、
    （ｆ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記農業地帯の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  50. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項４９に記載の方法。
  51. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記農業地帯試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化すること、をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
  52. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項５１に記載の方法。
  53. 少なくとも２５個の分析装置が前記農業地帯全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項４９に記載の方法。
  54. 少なくとも１００個の分析装置が前記農業地帯全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項４９に記載の方法。
  55. 前記分析装置は前記地上０〜２０メートルに配置される、請求項４９に記載の方法。
  56. 前記分析装置は前記地下０〜１００メートルに配置される、請求項４９に記載の方法。
  57. 前記地上および地下の場所の試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の量が、最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項４９に記載の方法。
  58. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項４９に記載の方法。
  59. １２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記事前に測定された量を、農産物の植え付けから、前記農産物の成長、および前記農産物の収穫にまで及ぶ期間にわたって追跡すること、をさらに含む、請求項４９に記載の方法。
  60. 水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）水体から炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    前記水体にわたって所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、前記水体から溶解されたガスをストリッピングさせることができるガスストリッピング装置と、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、前記水体試料からストリッピングされた溶解されたガス中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１時間に１回１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの前記１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準モジュールと
    １２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備える、システム。
  61. 各分析装置は標準基準ガスモジュールを備える、請求項６０に記載のシステム。
  62. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための、較正システムと、をさらに備える、請求項６０に記載のシステム。
  63. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項６２に記載のシステム。
  64. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項６０に記載のシステム。
  65. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項６０に記載のシステム。
  66. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項６０に記載のシステム。
  67. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項６０に記載のシステム。
  68. 前記データ処理システムは、前記水体中の栄養分の変化を監視するために、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡する、請求項６０に記載のシステム。
  69. 水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）前記水体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、試料チャンバ、および前記水体から溶解されたガスをストリッピングすることができるガスストリッピング装置と、を備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置中に水試料を収集することと、
    （ｃ）前記水試料から溶解されたガスをストリッピングすることと、
    （ｄ）前記分析装置の前記試料チャンバ中に前記ガスを収集して、前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を少なくとも１時間に１回測定することと、
    （ｅ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｆ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｇ）前記水体中に溶解されたガスの前記試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、データ処理システムに送信することと、
    （ｈ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記水体中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  70. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項６９に記載の方法。
  71. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、土壌試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化すること、をさらに含む、請求項６９に記載の方法。
  72. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項７１に記載の方法。
  73. 少なくとも２５個の分析装置が前記水体全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項６９に記載の方法。
  74. 少なくとも１００個の分析装置が前記水体全体にわたって所定の代表的な場所に配置される、請求項６９に記載の方法。
  75. 前記水試料が最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項６９に記載の方法。
  76. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項６９に記載の方法。
  77. 前記水体中の栄養分の変化を監視するために、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡すること、をさらに含む、請求項６９に記載の方法。
  78. 燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）燃焼排ガスからの炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    燃焼排ガスに暴露された所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、大気試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１日に１，４４０回１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの前記１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための標準基準モジュールと
    １２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備える、システム。
  79. 各分析装置は標準基準ガスモジュールを備える、請求項７８に記載のシステム。
  80. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える、請求項７８に記載のシステム。
  81. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項８０に記載のシステム。
  82. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項７８に記載のシステム。
  83. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項７８に記載のシステム。
  84. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項７８に記載のシステム。
  85. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項７８に記載のシステム。
  86. 前記データ処理システムは、規制のまたは任意の排出ガイドラインに従って、化石炭素の燃焼の減少を監視するために、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡する、請求項７８に記載のシステム。
  87. 燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）燃焼排ガスに暴露された所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置の前記試料チャンバ中に燃焼排ガスの試料を収集し、少なくとも１日１，４４０回前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定することと、
    （ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｄ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｅ）燃焼排ガスの前記試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量をデータ処理システムに送信することと、
    （ｆ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記燃焼排ガス中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  88. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項８７に記載の方法。
  89. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記燃焼排ガス試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化すること、をさらに含む、請求項８７に記載の方法。
  90. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項８９に記載の方法。
  91. 少なくとも２５個の分析装置が所定の代表的な場所に配置される、請求項８７に記載の方法。
  92. 少なくとも１００個の分析装置が所定の代表的な場所に配置される、請求項８７に記載の方法。
  93. 前記燃焼排ガス試料は最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項８７に記載の方法。
  94. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項８７に記載の方法。
  95. 化石炭素の燃焼の減少を監視するために、規制のまたは任意の排出ガイドラインに従って、一定期間にわたって１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を追跡すること、をさらに含む、請求項８７に記載の方法。
  96. 原子力発電所の近くにある生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するためのシステムであって、
    （ａ）原子力発電所の近くから炭素フラックスデータを収集するための炭素データ収集システムであって、
    原子力発電所近くに所定の代表的な場所に配置される一連の分析装置であって、各分析装置は、１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、前記原子力発電所の放出物中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための試料チャンバと、少なくとも１Ｈｚの速度で１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を可能にするためのタイマーと、を備える、分析装置と、
    標準基準ベースラインを取得し、前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの前記１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正するための、標準基準ガスモジュールと、
    前記原子力発電所の前記放出物中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定された量をデータ処理システムに送信するための、遠隔測定装置と、を備える、炭素データ収集システムと、
    （ｂ）１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を前記原子力発電所の近くにある生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、データ処理システムと、を備えるシステム。
  97. 各分析装置は標準基準ガスモジュールを備える、請求項９６に記載のシステム。
  98. １２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記個々の量を測定するための国際基準試料セルを含む、国際基準システムと、
    前記国際基準試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記データ収集システムの前記分析装置からの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化するための較正システムと、をさらに備える、請求項９６に記載のシステム。
  99. 前記国際基準システムは衛星に設置される、請求項９８に記載のシステム。
  100. 前記一連の分析装置は２５個を超える分析装置を備える、請求項９６に記載のシステム。
  101. 前記一連の分析装置は１００個を超える分析装置を備える、請求項９６に記載のシステム。
  102. 前記タイマーは、１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の測定を最大１００Ｈｚの速度で可能にする、請求項９６に記載のシステム。
  103. 前記所定の代表的な場所は、ガス排出物、固形排出物、液体排出物、およびそれらの組み合わせの近くの場所を含む、請求項９６に記載のシステム。
  104. 前記データ処理システムは、前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記前記原子力発電所の前記放出物中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換するための、生体および化石燃料炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを備える、請求項１に記載のシステム。
  105. 原子力発電所の近くにある生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品を生成するための方法であって、
    （ａ）原子力発電所全体にわたって所定の代表的な場所に一連の分析装置であって、各分析装置が１２Ｃレーザ素子、１３Ｃレーザ素子、１４Ｃレーザ素子、および試料チャンバを備える、一連の分析装置を配置することと、
    （ｂ）前記分析装置の前記試料チャンバ中の前記原子力発電所の放出物試料を少なくとも１Ｈｚの速度で収集し、前記試料中に含有される１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の個々の量を測定することと、
    （ｃ）標準基準ガスモジュールを用いて標準基準ベースラインを取得することと、
    （ｄ）前記標準基準ベースラインに基づいて、前記分析装置のそれぞれからの１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を較正することと、
    （ｅ）前記原子力発電所の放出物の前記試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量をデータ処理システムに送信することと、
    （ｆ）前記データ処理システム中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を、前記原子力発電所の前記放出物中の生体および化石炭素を別々に定量化する取引可能な製品に変換することと、を含む、方法。
  106. 前記標準基準ベースラインは各分析装置で取得される、請求項１０５に記載の方法。
  107. 国際基準試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量に基づいて、前記原子力発電所の放出物の前記試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の前記測定された量を標準化すること、をさらに含む、請求項１０５に記載の方法。
  108. 前記国際基準試料は衛星に設置される、請求項１０７に記載の方法。
  109. 少なくとも２５個の分析装置が所定の代表的な場所に配置される、請求項１０５に記載の方法。
  110. 少なくとも１００個の分析装置が所定の代表的な場所に配置される、請求項１０５に記載の方法。
  111. 前記原子力発電所の前記放出物の前記試料中の１２Ｃ、１３Ｃ、および１４Ｃ同位体の量が最大１００Ｈｚの速度で収集され、測定される、請求項１０５に記載の方法。
  112. 前記所定の代表的な場所は、ガス排出物、固形排出物、液体排出物、およびそれらの組み合わせの近くの場所を含む、請求項１０５に記載の方法。
  113. 前記変換は、生体および化石炭素についてパラメータ化した１つ以上の変換システムを使用して行われる、請求項１０５に記載の方法。
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