FLUJOS DE DIÓXIDO DE CARBONO ENTRE EL OCÉANO Y LA ATMÓSFERA EN LAS ÁREAS MARÍTIMAS COLOMBIANAS DURANTE EL PERÍODO

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1 Meteorología Colombiana N 5 pp zo, 2002 Bogotá D.C. ISSN FLUJOS DE DIÓXIDO DE CARBONO ENTRE EL OCÉANO Y LA ATMÓSFERA EN LAS ÁREAS MARÍTIMAS COLOMBIANAS DURANTE EL PERÍODO PAULA JUDITH ROJAS HIGUERA Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM, Bogotá D.C JOSÉ DANIEL PABÓN CAICEDO Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM Profesor, Departamento de Geografía, Facultad de Ciencias Humanas Universidad Nacional de Colombia Rojas, P., & J. Pabón. 2002: Flujos de dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera en las áreas marítimas colombianas durante el período Meteorol. Colomb. 5: ISSN Bogotá, D.C. Colombia. RESUMEN Se realizaron estimaciones de los flujos de dióxido de carbono (CO 2) entre el océano y la atmósfera en las áreas marítimas colombianas, tomando como base la fórmula propuesta por Etcheto & Merlivat (1988) y con ayuda de la relación empírica establecida por Stephens et al. (1995), para calcular la presión parcial del CO 2 oceánico (pco 2w). En estos cálculos se considera solamente el factor físico, utilizando datos de la temperatura superficial del mar (TSM) obtenidos a partir de imágenes del AVHRR de los satélites NOAA. Se obtuvieron distribuciones de los flujos de CO 2 para el mar Caribe y el Océano Pacífico colombianos para el período zo, Diciembre, 2001, estableciendo las diferencias entre estas dos regiones. Palabras clave: Flujos de CO 2, interacción océano-atmósfera, ciclos biogeoquímicos; CO 2 ABSTRACT Estimates of the carbon dioxide (CO 2) between the ocean and the atmosphere over the Colombian maritime areas were done, taking as a basis the equation proposed by Etcheto & Merlivat (1988) and the empirical relation established by Stephens et al. (1995) to calculate the partial pressure of oceanic CO 2 (pco 2w). In these calculations, it is considered only the physical factor, using sea surface temperature data (SST) obtained by AVHRR images of the NOAA satellites. The distribution of the carbon dioxide fluxes in both Colombian Caribbean Sea and Pacific Ocean from ch, 1998 to December, 2001 is presented here. Key words: Fluxes, ocean-atmosphere exchange, biogeochemical cycles, CO 2 1. INTRODUCCIÓN Las variaciones del dióxido de carbono atmosférico son tema de especial importancia actualmente, debido al papel que este gas está jugando en el calentamiento global. El dióxido de carbono (CO 2) es un controlador del clima global debido a sus características especiales de forzamiento radiativo. Dentro de los gases de efecto invernadero, con excepción del vapor de agua, el CO 2 tiene el potencial más grande de calentamiento global. Como es ampliamente conocido por observaciones y estudios, el dióxido de carbono se ha incrementando sustancialmente desde finales del siglo XVIII, principalmente por la actividad humana, debido a que la temperatura está aumentando en la escala planetaria, lo cual conducirá a un cambio climático de serias consecuencias para la humanidad. Por esta razón, es conveniente tener información sobre los flujos de dióxido de carbono en diferentes regiones del mundo. Un conocimiento más profundo de los flujos de dióxido de carbono permitiría avanzar en el entendimiento del ciclo del carbono, particularmente, el CO 2

2 140 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 5, MARZO 2002 atmosférico y oceánico, el cual permitirá mejorar los modelos climáticos y las proyecciones hacia el futuro. Además, es necesario tener un sistema de monitoreo de estos flujos para producir información de la distribución espacial y para realizar estudios de las variaciones estacionales e interanuales. Con base en el conocimiento sobre el ciclo del carbono, particularmente el CO 2 oceánico (Baes, Björstöm & Mulholland, 1985; JGOFS, 1990; Peng & Takahashi, 1993) y teniendo en cuenta las características generales del Caribe y el Océano Pacífico colombianos, se han realizado estimaciones de las posibles fuentes y sumideros en estas áreas. Los resultados obtenidos mediante el análisis de estas estimaciones, los cuales se presentan en este trabajo, permiten concluir que existen zonas que podrían destacarse como importantes sumideros del CO 2 atmosférico. 2. ASPECTOS METODOLÓGICOS Con el fin de realizar estimaciones de los flujos de dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera en el mar Caribe y el océano Pacífico colombianos, se utilizó la fórmula propuesta por Etcheto & Merlivat (1988): F = K (pco 2w - pco 2a) donde: F = flujo de CO 2 (mmol/m 2 /día) K = coeficiente de transferencia pco 2w = presión parcial del CO 2 en el océano ( atm) pco 2a = presión parcial del CO 2 en la atmósfera ( atm) El coeficiente de transferencia (K) fue calculado de acuerdo con el algoritmo descrito por Wanninkhof (1992) y la presión parcial de CO 2 atmosférico (pco 2a), fue tomada como constante, según Peng (1990), a atm (Rojas & Pabón, 2000). La presión parcial de CO 2 oceánico (pco 2w), fue estimada de la relación entre la temperatura superficial del mar (TSM) y la presión parcial del CO 2 en el Océano (pco 2w), propuesta por Stephens et al. (1995): ln [pco 2w(10 C)] = A + B (SST) + C (SST) 2 +D donde: A = B = C = D = 1655 SST = Temperatura superficial del mar, TSM ( C) Los valores de los coeficientes fueron tomados de Stephens et al. (1995), para la estación de verano. Los datos de la temperatura superficial del mar fueron obtenidos de las imágenes del AVHRR de los satélites NOAA-12 y NOAA-14. Las estimaciones de los flujos de CO 2 entre el Océano y la atmósfera para el territorio marítimo colombiano fueron realizadas para el período En este trabajo se presenta solamente la distribución espacial de los años 2000 y 2001 y la distribución temporal del período Los valores positivos indican liberación de CO 2 por el Océano y los signos negativos indican toma de CO 2 por el Océano. 3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Los resultados de las estimaciones, muestran la distribución de los flujos de CO 2 entre el Océano y la atmósfera para el Caribe y el Océano Pacífico colombianos, durante el período Febrero, 2000 Diciembre, entre el océano y la atmósfera para el mar Caribe colombiano en el año 2000 (Fig.1), es homogénea durante casi todo el año, con excepción de julio, octubre y diciembre, meses cuya distribución tiene un variación notable dentro de la región. La toma de dióxido de carbono por parte del océano para la región Caribe, para el año 2000 es de aproximadamente mmol/m 2 /día. La mayor absorción de CO 2 se presenta en el mes febrero, con un promedio de mmol/m 2 /día, la cual disminuye gradualmente durante el primer semestre del año, presentándose en junio la menor captura (-11 mmol /m 2 / día en promedio). Luego, en el segundo semestre del año la magnitud de los flujos de CO 2 asciende entre julio y octubre, con un valor entre y -12 mmol/m 2 /día, disminuyendo nuevamente en noviembre y diciembre a - 11 mmol/m 2 /día. Así mismo, en el Caribe se encuentran zonas de mayor y menor captura de CO 2. La zona Nororiental y Noroccidental de la región oceánica, presenta una mayor absorción de dióxido de carbono de febrero a junio y en septiembre, alcanzando hasta mmol/m 2 /día (febrero); entre Bahía Cispatá y Golfo de Urabá (julio) y entre Punta Canoas y Puerto Escondido (diciembre), se presenta un valor de mmol/m 2 /día; y en Bocas de Ceniza (marzo), la Costa Norte de La Guajira (mayo), entre La Guajira y el Golfo de Morrosquillo (julio), un valor de mmol/m 2 /día. Entre las zonas de menor captura de CO 2 se encuentra la región comprendida entre Cabo de la Aguja y San Juan de Guía (agosto), con un promedio de mmol/m 2 /día; San Andrés y Providencia (marzo y mayo), con un promedio de mmol/m 2 /día; y la región oceánica (noviembre y diciembre), con un valor de - 11 mmol/m 2 /día. entre el Océano y la atmósfera para el Océano Pacífico colombiano en el año 2000 (Fig.1), es homogénea gran parte del año, excepto febrero, marzo, mayo y julio, en donde la distribución tiene un variación notable dentro de la región. La toma de dióxido de carbono por parte del Océano para la región Pacífica, en el año 2000 es de aproximadamente mmol/m 2 /día, en promedio.

3 ROJAS & PABÓN: DIÓXIDO CARBONO OCÉANO ATMÓSFERA ÁREAS MARÍTIMAS COLOMBIANAS Febrero - zo Abril o Junio io Agosto tiembre Octubre iembre Diciembre Figura 1. Distribución de los flujos de CO 2 (mmol/m 2 /día) en el Caribe y el Océano Pacífico colombianos, Febrero, Diciembre, 2000

4 142 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 5, MARZO 2002 La mayor captura de CO 2 se presenta en el mes febrero, con un promedio de mmol/m 2 /día, la cual se mantiene relativamente alta entre febrero y abril, disminuyendo en mayo y junio, alcanzando un valor de mmol/m 2 /día. Al igual que en el Caribe, la magnitud de los flujos de CO 2 asciende entre julio y octubre, con un valor entre y mmol/m 2 /día, disminuyendo nuevamente a final de año, alcanzando el menor valor en noviembre (-11.2 mmol/m 2 /día). Igualmente, en el Océano Pacífico, se encuentran zonas de mayor y menor captura de CO 2. La región oceánica del Pacífico (febrero), presenta la mayor absorción de dióxido de carbono, en febrero, abril, julio con un valor de -13 mmol/m 2 /día (febrero), hacia el nororiente, aproximadamente a 8 N y 83 W; entre Cabo Corrientes y Bahía Buenaventura (febrero), se presenta un valor de -12 mmol/m 2 /día; entre Punta zo y Bahía Buenaventura (abril y diciembre), un valor de mmol/m 2 /día. Entre las zonas de menor captura de CO 2 se encuentra la costa del departamento de Nariño (mayo y julio) y Boca Yarumangui (diciembre), con un valor mínimo de mmol/m 2 /día. entre el océano y la atmósfera para el Caribe colombiano en el año 2001 (Fig.2), es homogénea durante casi todo el año, con excepción de febrero y diciembre, meses en los cuales se observa una notable variación de la distribución dentro de la región. La toma de dióxido de carbono por parte del océano para la región Caribe, para el año 2001 es de aproximadamente mmol/m 2 /día. En los dos primeros meses del año (enero y febrero), se presenta una absorción de CO 2 de mmol/m 2 /día en promedio, disminuyendo drásticamente en marzo, presentándose en este mes la menor captura (-11.1 mmol/m 2 /día en promedio). Luego, aumenta gradualmente entre abril y diciembre, manteniendo un promedio de mmol/m 2 /día; sin embargo, se presenta un cambio drástico en agosto (-11.9 mmol/m 2 /día) y en noviembre ( mmol/m 2 /día), siendo este último, el mes con la mayor captura. Así mismo, en el Caribe se encuentran zonas de mayor y menor captura de CO 2. La zona occidental de la región oceánica presenta una absorción de dióxido de carbono de -13 en el mes de noviembre; la zona nororiental y noroccidental de la región oceánica (julio y agosto) y la Ciénaga Grande de Santa ta (mayo), presentan un valor promedio de mmol/m 2 /día; y entre Cabo de la Aguja y Bocas de Ceniza (enero), un valor de mmol/m 2 /día. Entre las zonas de menor captura de CO 2 se encuentra San Andrés y Providencia (mayo) y sur de la región oceánica (diciembre), con un promedio de mmol/m 2 /día; y la región costera (marzo), con un valor de -11 mmol/m 2 /día. entre el océano y la atmósfera para el Océano Pacífico Colombiano en el año 2001 (Fig.2), es homogénea gran parte del año, excepto enero, febrero, mayo y julio, en donde la distribución tiene una variación notable dentro de la región. La toma de dióxido de carbono por parte del océano para la región Pacífica, en el año 2001 es de aproximadamente mmol/m 2 /día, en promedio. La captura de CO 2, en los primeros meses del año (enero a marzo), presentan un valor promedio de mmol/m 2 /día, el cual disminuye notablemente en abril, alcanzando un valor de mmol/m 2 /día. En mayo, la magnitud de los flujos de CO 2 asciende gradualmente hasta agosto, con un valor entre y mmol/m 2 /día, descendiendo nuevamente en septiembre, presentándose en este mes la menor captura de dióxido de carbono (-11.1 mmol/m 2 /día). Luego, la toma de CO 2 por parte del océano se incrementa de nuevo de octubre a diciembre, presentando este último la mayor captura de dióxido de carbono (-12.4 mmol/m 2 /día). Igualmente, en el Océano Pacífico se encontraron zonas de mayor y menor captura de CO 2. El delta del río San Juan y a los 3 N, 84 W presenta la mayor absorción de dióxido de carbono, en diciembre, con un valor de mmol/m 2 /día; en la zona norte de la región oceánica (enero y marzo), se presentan valores de hasta -12 mmol/m 2 /día; las regiones comprendidas entre Boca Candelaria y Cabo Manglares (mayo), entre Punta zo y Ensenada Catipre (julio) y Bahía de Buenaventura (octubre), el valor de absorción es de mmol/m 2 /día. Entre las zonas de menor captura de CO 2 se encuentra la zona costera (marzo), Boca Yarumangui (mayo), con un valor de mmol/m 2 /día; el área comprendida entre los 2-3 N y W (septiembre), con un valor de mmol/m 2 /día; y a los 3 N, 81 W (octubre), se presenta la menor captura de dióxido de carbono (-11 mmol/m 2 /día). En general, el comportamiento de la distribución de CO 2 es similar para los años 2000 y 2001, se presenta una estacionalidad durante el año, con una mayor absorción, en el primer semestre, entre enero y abril y en el segundo semestre, entre junio y agosto. La captura de CO 2 disminuye en los meses de mayo y junio y desde septiembre a diciembre. Así mismo, la magnitud de la captura de dióxido de carbono, es igual tanto para el mar Caribe como para el Océano Pacífico, con un promedio de mmol/m 2 /día. Se seleccionaron dos puntos en cada región ( Caribe y Océano Pacífico), uno en la zona costera y el otro en la zona oceánica, teniendo en cuenta las áreas de mayor o menor absorción de CO 2 detectados en la distribución espacial. Los flujos de CO 2 en el mar Caribe (Fig.3), son similares tanto en la zona costera como en la oceánica, aunque el flujo es un poco mayor en la zona oceánica. En la gráfica se observa un comportamiento bimodal, con un máximo durante el primer y tercer trimestre del año y un mínimo en la mitad y a finales del año. Es difícil identificar un patrón de los flujos de dióxido de carbono en el Océano Pacífico (Fig.4), aunque los valores son altos en el primer semestre del año y luego decrecen hacia el final del año. Durante el período , el Pacífico Oriental registró condiciones frías (La Niña), particularmente fuertes en 1999; las variaciones observadas en la Fig.4, son debido a los procesos intra-

5 ROJAS & PABÓN: DIÓXIDO CARBONO OCÉANO ATMÓSFERA ÁREAS MARÍTIMAS COLOMBIANAS 143 estacionales que controlan la distribución de la temperatura superficial del mar, los cuales son especialmente acentuados en octubre-noviembre/1998, marzoabril/1999, febrero/2000 y noviembre-diciembre/2001. Estas ondas son más comunes en el Océano Pacífico que en el mar Caribe Enero Febrero zo Abril o Junio io Agosto tiembre Octubre iembre Diciembre Figura 2. Distribución de los flujos de CO 2 (mmol/m 2 /día) en el Caribe y el Océano Pacífico colombianos, Enero, Diciembre, 2001

6 FLUJOS CO FLUJOS CO FLUJOS CO2 144 METEOROLOGÍA COLOMBIANA N 5, MARZO 2002 ZONA COSTERA - MAR CARIBE AÑO - MES ZONA OCEANICA - MAR CARIBE AÑO - MES Figura 3. Distribución temporal de flujos de CO 2 (mmol/m 2 /día) entre el océano y la atmósfera en el Caribe colombiano, zo, Diciembre, 2001 ZONA OCEANICA - OCÉANO PACIFICO AÑO - MES Figura 4. Distribución temporal de flujos de CO 2 (mmol/m 2 /día) entre el océano y la atmósfera en el Océano Pacífico Colombiano, zo, Diciembre, 2001 CONCLUSIONES De acuerdo con los resultados de las estimaciones, la distribución de CO 2 tanto en el Caribe como en el Océano Pacífico, es similar para los años 2000 y 2001, presentando una magnitud promedio de captura de dióxido de carbono de mmol/m 2 /día. Existe una estacionalidad durante el año, con una mayor absorción, en el primer semestre, entre enero y abril y en el segundo semestre, entre junio y agosto y con la menor absorción en los meses de mayo y junio y desde septiembre a diciembre. Las zonas de mayor captura de dióxido de carbono en el Caribe, son la zona nororiental y noroccidental de la

7 ROJAS & PABÓN: DIÓXIDO CARBONO OCÉANO ATMÓSFERA ÁREAS MARÍTIMAS COLOMBIANAS 145 región oceánica y Bahía de Buenaventura; mientras que la zona de menor captura es San Andrés y Providencia. En el Océano Pacífico la zona de mayor captura es la región oceánica y el delta del río San Juan, las zonas de menor captura son la costa del departamento de Nariño y Boca Yarumangui. En el análisis de las distribuciones temporales de los flujos de dióxido de carbono entre el océano y la atmósfera en las áreas marítimas colombianas, tanto en el Caribe como en el Pacífico, se identificó que la zona oceánica absorbe más CO 2 que la zona costera, aunque esta diferencia no es tan significativa. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Baes, C., A. Björstöm & P. Mulholland. 1985: Uptake of carbon dioxide by the oceans. En: Atmospheric Carbon Dioxide and the Global Carbon Cycle. Department of Energy, USA. pp Etcheto, J. & L. Merlivat. 1988: Satellite determination of the carbon dioxide exchange coefficient at the ocean atmosphere interface: A first step, J. Geophys. Res., 93: JGOFS. 1990: Oceans, carbon and climate change. Scientific Committee on Ocean Research. Canada. pp. 12 p. Peng, T. 1990: Oceanic CO 2 uptake and future atmospheric CO 2 concentrations, Second International Gas Transfer at Water Surfaces. Oak Ridge National Laboratory. USA. pp Peng, T. & T. Takahashi. 1993: Ocean uptake of carbon dioxide. Oak Ridge National Laboratory. USA. 44 p. Rojas, P. & J. Pabón. 2000: Estudio sobre los flujos de dióxido de carbono (CO 2) entre el océano y la atmósfera en las áreas marítimas colombianas. Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM). Bogotá, Colombia. 56 p. Stephens, M., G. Samuels, D. Olson, R. Fine & T. Takahashi. 1995: Sea-air flux of CO 2 in the North Pacific using shipboard and satellite data, J. Geophys. Res., 100: Wanninkhof, R. 1992: Relationship between wind speed and gas exchange over than ocean, J. Geophys. Res., 97: Fecha de recepción: 7 de diciembre de 2001 Fecha de aceptación: 7 de febrero de 2002.