Isótopos de Carbono en estudios de Cambio Climático

Transcripción

1 Isótopos de Carbono en estudios de Cambio Climático Laura E. Beramendi Orosco Instituto de Geología Galia González Hernández Instituto de Geofísica Laboratorio Universitario de Radiocarbono (LUR)

2 El Ciclo del Carbono y el Cambio Climático Intercambio de C entre los diferentes reservorios Importante en la regulación del clima Gases Efecto Invernadero (GEI) - CO 2 y CH 4 Alteración por la actividad humana - Transformación del paisaje - Demanda energética - Demanda de materias primas Emisiones importantes de CO 2 y CH 4 - Deforestación - Quema de combustibles fósiles - Cambio en uso del suelo Concentraciones en atmósfera exceden niveles naturales de los últimos 800,000 años*. *IPCC (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. WG I, Fifth Assessment Report.

3 Estudiando el Ciclo del C con sus isótopos Cómo determinar el impacto antropogénico al Ciclo del Carbono? Cada reservorio tiene una firma isotópica característica Los isótopos de C ( 13 C y 14 C) como trazadores biogeoquímicos: 13 C: - Ruta metabólica de plantas (C3, C4, CAM) - Proxy paleoambiental - Trazador de fuentes de emisión 14 C: - Geocronómetro (50,000 BP) - Trazador de fuentes de emisión

4 Investigación en el LUR 14 C como Geocronómetro Construcción de modelos cronológicos contextos arqueológicos secuencias sedimentarias (lacustres, marinas) - Estrategia de muestreo - Datación de muestras por ECL Beramendi et al. (2012) UNAM, Interpretación de resultados - Estadística Bayesiana diálogo con investigadores modelos sólidos y más precisos incorporar edades por otros métodos ubicar temporalmente proxies o eventos Torres et al. (2015) J. Quat.Sci, 30, 88.

5 Investigación en el LUR 14 C como trazador de fuentes de emisión de CO 2 Variaciones de 14 C moderno zonas limpias distribución del 14 C post-bomba patrones circulación atmosférica Ciclo del C a nivel local Variaciones de 14 C en zonas urbanas CO 2 derivado de combustibles fósiles Beramendi et al. (2010) Radiocarbon, 52, 907. Anillos de árbol de San Luis Potosí - Carácter anual de anillos de fresno - Concentración CO 2 fósil para la década de Beramendi et al. (2013) Radiocarbon, 55, 833.

6 Investigación en el LUR 14 C como trazador de fuentes de emisión de CO 2 Estudios de 14 CO 2 en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México Entender dinámica del 14 C en un ambiente urbano muy complejo Distinguir fuentes de emisión de CO 2 (fósil, biogénico, quema de biomasa) Variaciones temporales - reconstrucción anual con anillos de árbol (desde 1950) - monitoreo mensual del 14 CO 2 atmosférico desde 2009 Variaciones espaciales (desde 2013) - resolución estacional - 6 puntos de la ZMVM - CO 2, pastos y PM

7 Zona Metropolitana de la Ciudad de México Megaciudad más grande de América del Norte. Cuenca volcano-tectónica a ~2300 msnm, rodeada de montañas y con un volcán activo. Más de 20 millones de habitantes. Más de 30,000 industrias manufactureras (principalmente en zonas norte y este). 5.9 millones de vehículos registrados. Área urbana: 65.5% Área conservación: 34.5% Suelos rurales Bosques Pastizales Principalmente en zona sur.

8 Variaciones Anuales de 14 CO 2 Bosque de Chapultepec (1ra sección). Bosque urbano con especies nativas Taxodium mucronatum (ahuehuetes) Anillos anuales bien definidos Núcleos tomados a 1.5 m de altura Taladro Pressler de 12 mm de diámetro Periodo Árbol blanco de zona limpia a 140 km al N de ZMCM. Se prepararon y analizaron por AMS Separación de anillos anuales Extracción de celulosa.

9 Variaciones Anuales - Resultados Valores para zonas limpias: coinciden con curva internacional reportada por Hua et al. 2013, concentraciones años del pico significativamente menores en México. Valores para ZMCM: bajos respecto a zonas limpias, alta contribución de CO 2 fósil, Mayor demanda energética últimas décadas Aumento fuentes de emisión de CO 2 con 14 C: quema de biomasa descomposición de materia orgánica cambio en uso de suelo

10 Variaciones Mensuales de 14 CO 2 Muestreo CU (sur de la mancha urbana) Punto de muestreo en área bien ventilada CO 2 integradas mensuales, solo durante el día, en solución alcalina 7 m de altura (desde marzo 2009). Pastos riego asistido, poda mensual, nivel de calle. Stenotaphrum secundatum Lolium perenne

11 Variaciones Mensuales Resultados Los valores de D 14 C variabilidad Comparación con valores zonas limpias Niwot Ridge (monitoreo de 14 CO 2 más cercano*) Plantas anuales cerca de ZMCM ( ). Mayoría de valores por debajo gran volumen de CO 2 fósil 50 millones de litros diarios Periodos enriquecidos (hasta 35 ). Época seca quema de biomasa combustible zona rural (1.3 ton/año) Incendios forestales Época de lluvias respiración de la reserva ecológica. *Turnbull et al. (2008)

12 Variaciones Espaciales de 14 CO 2 Para entender mejor el ciclo del 14 C En estaciones de la red de monitoreo atmosférico ZMCM* (CO, O 3, NO 2, SO 2 y PM) Diferentes condiciones de densidad de población y fuentes de CO 2. TLA SAG Muestreo integrado de CO 2 en solución alcalina. Muestreo semanal aerosoles (PM 2.5 ) Alturas entre 3 y 12 m. Época seca (Abril) y época de lluvias (Agosto) en COY UNAM MER UIZ *SIMAT

13 Variaciones Espaciales Resultados preliminares Muestras de CO 2 : Más altos que en zonas limpias Enero Mayo 2013: 1,157 incendios* 13-14/Abril: 4 grandes incendios UNAM más cercano a montañas Congruente con patrón de vientos Marcadores de quema de biomasa Muestras de pasto: Mayor variación (hasta 128 ) Significativamente diferentes al CO 2 (excepto COY y MER) Punto de muestreo contribución de CO 2 del tráfico COY jardín dentro de escuela MER buena circulación de aire Beramendi et al. (2015) Radiocarbon, 57, 363. *Comisión Nacional Forestal:

14 Conclusiones preliminares para la ZMCM La Zona Metropolitana de la Ciudad de México es un ambiente complejo con una diversidad de fuentes de emisión (falta de regulación). Entender el ciclo del 14 C resulta un reto y hay mucho por investigar aún. Los resultados obtenidos sugieren que hay que revisar los inventarios de emisión (mayor peso a fuentes no-fósiles: incendios, descomposición materia orgánica). Estudios en proceso para determinar la firma isotópica de otras fuentes de emisión. Importante monitorear la concentración del CO 2 balances de masa isotópicos. atmosférico para hacer los El biomonitoreo ( 14 C en pastos) ofrece ventajas para el muestreo Necesario determinar tiempo de residencia del C en las hojas (en proceso) Establecer resolución temporal adecuada y su correspondencia con el periodo de la concentración de 14 CO 2 que refleja.

15 Proyectos nuevos en el LUR Reconstructing climate change for the recent past using Mexican tree rings and cave deposits (Agosto 2016 Diciembre 2017) Colaboración con la Universidad de California e INIFAP (UC MEXUS- CONACyT) Isótopos en anillos de árbol y espeleotemas ( 14 C, 13 C y 18 O) del NE de México Generar registros paleoclimáticos de alta resolución para el pasado reciente. Impacto humano en el área de Xochimilco para los últimos 8,000 años Colaboración con Inst. Inv. Antropológicas (PAPIIT Modalidad Grupo 2017) Desarrollar metodología que combine geoarqueología, dendrocronología e historia Reconstruir la historia ecológica y relación con procesos humanos (poblamiento, agricultura, urbanización) en la zona.

16 Gracias