Monitoreo de la composición isotópica de C del CO 2 atmosférico para es9mar fuentes de emisión. Calidad del Aire e Inventarios de Emisiones

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1 Monitoreo de la composición isotópica de C del CO 2 atmosférico para es9mar fuentes de emisión Calidad del Aire e Inventarios de Emisiones Laura E. Beramendi Orosco Edith Cienfuegos Francisco Trujano Pedro Morales Ins9tuto de Geología, UNAM Galia González Hernández Ins9tuto de GeoLsica, UNAM Adriana MarMnez Jurado Posgrado en Ciencias Biológicas, UNAM Sede regional: Centro

2 Retos para el siglo XXI El 9 de Mayo de 2012, las Academias de Ciencias de 15 países (incluyendo al G8+5), difunden declaración enumerando tres dilemas globales: Relación entre demandas de Energía y Agua para desarrollo sustentable Resistencia a desastres naturales y de origen tecnológico Mejorar el conocimiento de las emisiones y los sumideros de GEI Esfuerzo de comunidad cienmfica internacional para desarrollar soluciones sistemá9cas e innovadoras. hpp://www8.na9onalacademies.org/onpinews/newsitem.aspx?recordid=

3 Retos para el siglo XXI Métodos actuales para determinar las emisiones y los sumideros de GEI: Inventarios basados en datos económicos (consumo). Análisis directo de concentraciones de GEI + modelos de flujo de aire y agua. Inventarios de cambio en el uso del suelo Alto grado de incer9dumbre Necesario para evaluar los esfuerzos por reducir emisiones y fijar polí9cas/tratados en materia de cambio climá9co.

4 Posibles estrategias Estudiar flujos/intercambio a nivel local Expandir la red de monitoreo de GEI Incluir también puntos con grandes con emisiones (ciudades). Incorporar trazadores isotópicos 14 C y 13 C Monitoreo atmosférico. Componentes de los reservorios. Fuentes de emisión. GMD Carbon Cycle Sampling Network (hpp://

5 Potencial de los isótopos del C Composición isotópica del CO 2 atmosférico Fuentes y sumideros de C a nivel local Cada fuente 9ene firma isotópica caracterís9ca Reservorio de C Composición de 13 C (δ 13 C) promedio Composición de 14 C (Δ 14 C) promedio Atmósfera limpia a 45 Biosfera terrestre viva y reciente - muerta úl9mas décadas, suelo a a 200 Combus9bles fósiles Proporciona información sobre fuentes de emisión mediante balances isotópicos.

6 Monitoreo isotópico del CO 2 dentro de la ZMVM Megaciudad más poblada de Norteamérica Cuenca a 2,300 msnm rodeada por montañas Más de 19 millones de habitantes en 1,800 km 2 más de 54,000 industrias más de 3.8 millones de vehículos Razonable esperar bajas concentraciones de 14 CO 2 y 13 CO 2.

7 Monitoreo isotópico del CO2 dentro de la ZMVM Inicio monitoreo en Marzo 2009 Ciudad Universitaria - LUR Captura de CO2 bombeo con9nuo de aire (en el día) trampa alcalina (NaOH 0.7M) CO2 + 2 NAOH Na2CO3 + H2O Resolución (muestras integradas) Quincenal Marzo 2009 Octubre 2010 Mensual desde Noviembre Adicionalmente se muestrearon plantas de ciclo de vida corto (pastos).

8 Análisis del carbonato 13 C Muestras acidificadas con H 3 PO 4. Espectrómetro de Masas de Isótopos Estables Finnigan MAT253 acoplado a Gas Bench II con automuestreador GC PAL. Laboratorio de Espectrometría de Isótopos Estables del Ins9tuto de Geología, UNAM. Resultados expresados en δ 13 C respecto al VPDB con una precisión de C Muestras transformadas a benceno. Espectrómetro de Centelleo Líquido Quantulus Laboratorio Universitario de Radiocarbono, UNAM. Resultados expresados en Δ 14 C con una precisión del 0.22 %.

9 Resultados δ 13 C del CO 2 Alta variabilidad (amplitud de 8.6 ) Significa9vamente inferiores a valor promedio para atmósferas limpias (- 8.3 ). 2009: promedio - 14 Mín: (Marzo) Máx: (Junio) 0.00 Resultados de δ 13 C ( ) 2010: promedio Mín: (Diciembre) Máx: (Julio) 2011: promedio Mín: (Marzo) Máx: (Junio) 2012: promedio Mín: (Octubre) Máx: (Sep9embre) δ 13 C ( ) /1/09 15/8/09 3/3/10 19/9/10 7/4/11 24/10/11 11/5/12 27/11/12

10 Resultados Δ 14 C del CO 2 Alta variabilidad (amplitud de 350 vs 20 en zona limpia). 2009: promedio +5.9 Mín: (Sep9embre) Máx: (Julio) 2010: promedio Mín: (Sep9embre) Máx: (Julio) 2011: promedio Mín: (Sep9embre) Máx: (Julio- Agosto) Δ 14 C ( ) /01/09 06/06/09 14/10/09 21/02/10 01/07/10 08/11/10 18/03/11 26/07/11 03/12/11

11 Resultados Δ 14 C del CO 2 Mayoría de los valores por debajo de los valores reportados para la zona limpia de referencia de Norteamérica Niwot Ridge, Colorado Consecuencia del gran volumen de combus9bles fósiles quemados En meses con Δ 14 C más bajo: 115 ppm de CO 2 fósil Sep9embre 2010 Promedio anual: 2009: 13.5 ppm de CO 2 fósil 2010: 32.2 ppm de CO 2 fósil Δ 14 C ( ) /01/09 06/06/09 14/10/09 21/02/10 01/07/10 08/11/10 18/03/11 26/07/11 03/12/ : 7 ppm de CO 2 fósil

12 Resultados Δ 14 C del CO 2 Periodos con Δ 14 C altos, por encima de los valores reportados para zona limpia de referencia (Niwot Ridge, Colorado): Marzo 2009: ca. 7 Julio 2009: ca. 35 Julio 2010: ca. 5 Enero Abril 2011: ca. 20 Julio- Agosto 2011: 27. Δ 14 C ( ) /01/09 06/06/09 14/10/09 21/02/10 01/07/10 08/11/10 18/03/11 26/07/11 03/12/11

13 Evaluando los resultados de 13 C y 14 C Valores de δ 13 C sugieren gran aporte de combus9bles fósiles. Sin embargo, dilcil de dis9nguir el aporte de la respiración y de la quema de biomasa (firma isotópica parecida a la de combus9bles fósiles). Los valores de Δ 14 C sugieren que hay periodos en los que la quema de combus9bles fósiles no es la principal fuente de emisión de CO 2. Valores inesperados por gran volumen de quema de combus9bles fósiles en ZMCM. Fuente(s) considerable(s) enriquecida(s) en 14 C Quema de biomasa (combus9bles e incendios forestales) Respiración heterotrófica Quema de residuos médicos

14 Posibles explicaciones Quema de biomasa? Gran volumen de CO 2 emi9do por la quema de biomasa 1.3 ton/año de biomasa como combus9ble en la Ciudad de México. Incendios forestales en los alrededores de la ZMVM son comunes en invierno- primavera (Enero - Abril). Primeros meses de 2011 se reportaron más de 986 incendios forestales de bosques maduros. Aporte de respiración heterotrófica? Si9o de muestreo dentro de CU (rodeado de la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel) 59% de la superficie de la ZMVM es suelo de conservación Descomposición de MO con décadas de edad (Δ 14 C de hasta 900 ).

15 Otros datos para el Valle de México Vay et al (2009) Campaña MILAGRO 2006 (Megacity Ini9a9ve: Local And Global Research Observa9ons) Sobrevolaron México a diferentes alturas, Muestreando aire de manera instantánea (21 muestras para 14 C) 9, 11, 16 y 19 de Marzo Reportan valores altos 77% de los valores por encima de la zona limpia (Niwot Ridge, Colorado). Enriquecimiento de hasta 75. Proponen como posibles fuentes de 14 C: Incendios forestales y quemas en agricultura Quema de residuos peligrosos (médicos, marcados con 14 C) Emisiones de nucleoeléctrica en Laguna Verde. Vay et al. (2009) Atmospheric Chemistry and Physics, 9,

16 PerspecGvas y proyecto en proceso Reconstrucción espacial y temporal de la composición isotópica del CO 2 en el Valle de México (PAPIIT) Captura de CO 2 y muestreo de pastos en 5 estaciones del SIMAT y en CU. Inicio en 2013 para 3 periodos del año (Abril, Agosto y Noviembre) Comparación con composición de la MOE de las PM 2.5 marcadores de quema de biomasa marcadores de quema de combus9bles fósiles. Análisis isotópico de la MOE de las PM 2.5.

17 PerspecGvas y proyecto en proceso Análisis isotópico del CO 2 respirado alrededor del si9o de muestreo en CU (especialmente en Julio Agosto). Análisis de la concentración de CO 2 en los puntos de muestreo. Monitoreo de 13 C y 14 C en una zona limpia mediante muestreo sistemá9co de pastos para evaluar la per9nencia de comparar con Niwot Ridge.