Debido a que los combustibles fósiles y los materiales utilizados para producir cemento carecen de radiocarbono, Las emisiones asociadas aparecen como áreas de Δ14C bajo en el campo de radiocarbono que pueden rastrearse hasta las fuentes en la superficie utilizando modelos de transporte atmosférico. Este mapa muestra áreas donde las muestras de aire se agotaron de 14C y, por lo tanto, mostró la influencia de las emisiones de combustibles fósiles. Crédito:Sourish Basu, CIRES
Investigadores de NOAA y la Universidad de Colorado han ideado un método innovador para estimar las emisiones nacionales de dióxido de carbono de combustibles fósiles utilizando muestras de aire ambiental y un isótopo de carbono bien conocido en el que los científicos han confiado durante décadas hasta la fecha en sitios arqueológicos.
En un artículo publicado en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , reportan la primera estimación a escala nacional de dióxido de carbono derivado de combustibles fósiles (CO 2 ) emisiones obtenidas observando CO 2 y su radioisótopo natural, carbono-14, de muestras de aire recolectadas por la Red Global de Referencia de Gases de Efecto Invernadero de la NOAA.
Carbono-14, o 14 C, un isótopo de carbono muy raro creado en gran parte por rayos cósmicos, tiene una vida media de 5, 700 años. El carbono en los combustibles fósiles ha estado enterrado durante millones de años y, por lo tanto, está completamente desprovisto de 14 C. Un análisis de laboratorio cuidadoso puede identificar el grado de 14 C-agotamiento del CO 2 en muestras de aire discretas, que refleja la contribución de la combustión de combustibles fósiles y la fabricación de cemento (que tampoco tiene 14 C), también conocido como el "CO fósil 2 "contribución. Conociendo la ubicación, fecha y hora en que se tomaron las muestras de aire, el equipo de investigación utilizó un modelo de transporte atmosférico para desenredar el CO 2 variaciones debidas a la combustión de combustibles fósiles de otras fuentes y sumideros naturales, y rastreó las variaciones hechas por el hombre hasta el CO fósil 2 fuentes en la superficie.
Un nuevo método para evaluar inventarios
"Esta es una nueva, independiente, y método objetivo para evaluar los inventarios de emisiones que se basa en lo que realmente observamos en la atmósfera, "dijo el autor principal, Sourish Basu, quien era un científico de CIRES que trabajaba en NOAA durante el estudio. Ahora es científico en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Maryland.
El equipo de estudio utilizó mediciones de CO2 atmosférico y su contenido de radiocarbono (Δ14C) para 'desenmascarar' la contribución del CO2 de la combustión de combustibles fósiles y la producción de cemento al total observado. Este mapa muestra las concentraciones de CO2 en los EE. UU. En el verano de 2010. Crédito:Sourish Basu, CIRES
Si bien el vínculo entre CO fósil 2 Las emisiones atmosféricas y el 14C atmosférico se conocen desde hace muchas décadas, la construcción de una estimación de emisiones a escala nacional basada en 14 C requirió el desarrollo simultáneo de técnicas de medición precisas y un marco de estimación de emisiones, encabezado en gran medida durante los últimos 15 años por el científico de la NOAA John Miller y el científico de la Universidad de Colorado Scott Lehman.
"El carbono 14 nos permite retirar el velo y aislar el CO 2 emitidos por la combustión de combustibles fósiles, "dijo Lehman, uno de los autores del artículo. "Nos proporciona un rastreador que podemos rastrear hasta las fuentes en el suelo. Luego podemos sumarlos y compararlos con otras estimaciones de emisiones en varias escalas de tiempo y espacio".
De abajo hacia arriba frente a de arriba hacia abajo
Calcular con precisión las emisiones de dióxido de carbono de la quema de combustibles fósiles ha desafiado a los científicos durante años. Los dos métodos principales que se utilizan actualmente, los inventarios "de abajo hacia arriba" y los estudios atmosféricos "de arriba hacia abajo" utilizados en las campañas regionales, tienen sus puntos fuertes y sus debilidades.
Estimaciones "ascendentes", como los que se utilizan en el Inventario de Emisiones y Fregaderos de Gases de Efecto Invernadero de EE. UU. de la EPA, se desarrollan contando CO 2 emisiones de varios procesos y tipos de combustibles, y luego aumentar las emisiones en función de los registros de uso de combustibles fósiles. A diferencia de, Las estimaciones "de arriba hacia abajo" se basan en cambios medidos en las concentraciones de gases emitidos en la atmósfera y patrones de viento que conectan las regiones de fuentes superficiales con los lugares de medición.
El científico del CIRES Duane Kitzis se acerca a la estación de muestreo de aire en Niwot Ridge, Colorado, parte de la Red Global de Referencia de Gases de Efecto Invernadero de la NOAA, en esta foto de 2017. La primera muestra de aire analizada para determinar el carbono 14 como parte de la investigación de un nuevo método para estimar las emisiones de combustibles fósiles del aire ambiente se recopiló aquí en 2003. Crédito:James Murnan, NOAA
Los inventarios de abajo hacia arriba pueden proporcionar más detalles que los métodos de arriba hacia abajo, pero su precisión depende de la capacidad de rastrear todos los procesos de emisión y sus intensidades en todo momento. que es una tarea intrínsecamente difícil con incertidumbres que no se cuantifican fácilmente. Los estudios de arriba hacia abajo están limitados por la densidad de las mediciones atmosféricas y nuestro conocimiento de los patrones de circulación atmosférica, pero implícitamente tienen en cuenta todos los posibles sectores de la economía que emiten CO 2
El equipo construyó CO fósil de arriba hacia abajo anual y mensual 2 estimaciones de emisiones para los EE. UU. para 2010, el primer año con suficientes muestras atmosféricas para proporcionar resultados sólidos. Como punto de comparación, compararon sus números con estimaciones de abajo hacia arriba de un informe reciente de la Agencia de Protección Ambiental de los EE. UU. (EPA) sobre las emisiones de 2010. La estimación del equipo de las emisiones totales anuales de EE.UU. en 2010 fue un 5 por ciento más alta que la estimación central de la EPA. La nueva estimación también es significativamente más alta que las de otros inventarios comúnmente utilizados en CO global y regional. 2 investigar. Por otra parte, los resultados atmosféricos parecen estar de acuerdo con una actualización reciente del producto de datos de emisiones de Vulcan en EE. UU. desarrollado por investigadores de la Universidad del Norte de Arizona.
Como estas fueron las primeras estimaciones construidas utilizando el nuevo sistema de observación, los científicos advirtieron que deberían considerarse provisionales. Ahora están ocupados aplicando el método a las mediciones de los años siguientes, para determinar si las diferencias que ven son sólidas a lo largo del tiempo.
Uno de los beneficios de este enfoque, según los científicos, es que con un expandido 14 Red de medida C, Existe la posibilidad de calcular las emisiones de diferentes regiones, información que aumentaría los totales nacionales de la EPA. Estados como California y grupos de estados como los miembros de la Iniciativa Regional de Gases de Efecto Invernadero del este han creado sus propios objetivos de mitigación de gases de efecto invernadero, y la capacidad de evaluar de forma independiente las emisiones regionales utilizando métodos de arriba hacia abajo ayudaría a evaluar los esfuerzos regionales de reducción de emisiones.
"La verificación independiente de los totales anuales y regionales y las tendencias plurianuales utilizando métodos independientes como este promovería la confianza en la precisión de los informes de emisiones, y podría ayudar a orientar las estrategias futuras de mitigación de emisiones, "dijo el científico de la NOAA, John Miller.
