Als Permafrost werden Bodenschichten bezeichnet, deren Temperatur über mindestens zwei Jahre nicht über 0°C ansteigt. In diesen Schichten sind durch Zersetzung von organischem Material grosse Mengen Kohlendioxid und Methan gespeichert. Fast 25% der Fläche der Nordhalbkugel weisen Permafrost auf, dies hauptsächlich in den Polargebieten oder in Gebirgsregionen. Vor allem hier steigt die Durchschnittstemperatur am schnellsten an. Das führt dazu, dass der Permafrost in rasantem Tempo auftaut und dadurch die schädlichen Klimagase freisetzt. Forschende haben kürzlich festgestellt, dass der Permafrostboden im Arktischen Ozean immer durchlässiger wird. Dies äussert sich in einer zunehmenden Anzahl von Quellen am Meeresboden, aus denen Methan in Gasblasen an die Wasseroberfläche aufsteigt. Wie viel Methan aus diesen Quellen genau entweicht, ist bislang unklar und Gegenstand aktueller Forschungen. Vor allem die optische Spektroskopie liefert hier einen Mehrwert bei den Messungen, weil mit der TDLS-Technik im Laser-Gasdetektor (LGD) von Axetris Methan-Konzentrationen im sub-ppm-Bereich messbar sind. Durch den zusätzlichen Vorteil der Echtzeitmessung lassen sich diese Methanquellen zudem exakt lokalisieren.
Für Klimaveränderungen gibt es viele natürliche Ursachen, aber für die derzeitige Geschwindigkeit der Erderwärmung liegt die Ursache vor allem im CO2 in unserer Atmosphäre. Und mittlerweile ist eindeutig nachgewiesen worden, dass dieses CO2 von den Menschen verursacht wird. Für diesen Nachweis wurden die Isotope des Kohlendioxids in der Atmosphäre untersucht. Isotope sind Atome eines Elements, die sich in der Anzahl ihrer Neutronen unterscheiden. Die Anzahl der Elektronen und Protonen ist dagegen gleich. Beim Kohlendioxid kommen die Isotope 12CO2, 13CO2 und 14CO2 vor, wobei das 12CO2 am häufigsten auftritt. Je nach Quelle des Kohlendioxids treten diese drei Isotope in einem unterschiedlichen Verhältnis auf. So lässt sich Kohlendioxid aus Verbrennungsprozessen mit fossilen Energieträgern eindeutig von dem aus pflanzlichen Zersetzungsprozessen unterscheiden. Durch jahrelange Forschung wurde nachgewiesen, dass die durch fossile Energieträger verursachte Kohlendioxid-Isotopensignatur eindeutig den grössten Anteil in der Atmosphäre hat. Auch hier kommen bevorzugt optische Spektroskope zum Einsatz, bedingt durch die gute Absorption von CO2 und seinen Isotopen im mittleren Infrarotspektrum.
Dies resultiert daraus, dass die ehrgeizigen Klimaziele sehr wahrscheinlich mit einer reinen Reduktion der Emissionen nicht erreicht werden können. Begonnen hat dies mit Kohlendioxid, das immer noch den grössten Anteil aller Klimagase ausmacht. Die Technologie ist bekannt als "Direct Air Capture" (DAC) oder "Carbon Capture and Storage" (CCS) und filtert das Kohlendioxid aus der Umgebungsluft. Dieses wird dann unter hohem Druck im Erdboden gespeichert oder als Rohstoff für Dünger oder synthetische Treibstoffe verwendet. Doch für den Bau und den Betrieb solcher Anlagen fallen für Produktion und Energieverbrauch ebenfalls CO2-Emissionen an. Laut ersten Studien sind die in Betrieb genommenen Anlagen bislang effizient. Aber für eine nennenswerte Reduktion der Klimagase werden viele weitere Anlagen benötigt. Neben der Reduktion von CO2 wird auch die Reduktion des in der Luft vorhandenen Methan diskutiert. Unabhängig vom Klimagas, das reduziert werden soll, ist auch eine zuverlässige Messtechnik für den effizienten Betrieb solcher Anlagen sinnvoll. So können zum Beispiel die Effizienz der Filterleistung überwacht oder Leckagen in der Speicherung der Klimagase zeitnah entdeckt werden.