Monitoreando la evolución del dióxido de carbono atmosférico

1. Mace Head - Vigilancia atmosférica en la costa del Océano Irlandés. - Foto de Tim Lueker, SIO  

 Monitoreando en Mace Head

En la costa occidental de Irlanda, al final del norte de la Bahía de Galway, usted encontrará en un lugar solitario en el paisaje, una casita y algunos palos alrededor. Este podría ser el hogar de un pastor, pero de hecho esta equipada con instrumentos para la investigación atmosférica. Aquí, el dióxido de carbono es medido en continuo y adicionalmente se toman muestras semanalmente en frascos de vidrio de 2L ó 2.5L para el análisis externo.
 

La concentración de dióxido de carbono se determina por análisis en el NOAA Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory (CMDL) en Boulder, Colorado (EEUU) por cromatografía de gases. Este laboratorio de referencia compara los resultados con otros laboratorios por todo el mundo. El análisis de los frascos de Mace Head se lleva también a cabo en un laboratorio en Francia que utiliza la espectrometría de masas. La estación de Mace Head es sólo uno en la red de Vigilancia Atmosférica Global (GAW), que compara datos atmosféricos alrededor del mundo: relación de mezcla del dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el metano, el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y otros.
 

4. La espectrometría de masas tradicional

La espectrometría de masas es un método para analizar moléculas de diferente masa molecular. Las moléculas son cargadas positivamente por bombardeo de electrones, el cual aleja un electrón. Las moléculas cargadas (iones) atraviesan un campo eléctrico y dependiendo de su masa, su trayectoria se curva de manera que alcanzan un dectector o acaban en las paredes del campo. Así, se pueden separar distintas masas y ser detectadas cambiando la intensidad del campo.

 ¿Qué influye en las concentraciones de CO₂?

Básicamente, el dióxido de carbono se distribuye homogéneamente en todo el mundo y las relaciones de mezcla en dos lugares diferentes varían sólo por unas pocas partes por millón (ppm). La exactitud de los datos depende, sin embargo, también en las fuentes y sumideros locales de CO₂. Por ejemplo, las grandes ciudades y las centrales eléctricas de carbón emiten mucho CO₂. La estación de Mace Head es cercana al océano. Aquí el fitoplancton (las algas) toma el dióxido de carbono y lo transporta parcialmente a las capas más profundas oceánicas cuando muere. En la temporada de crecimiento también los bosques son grandes sumideros del dióxido de carbono y lo convierten en biomasa.
 

Teniendo en cuenta todos estos factores, se encontrará una variación estacional de CO₂ pero también algunos picos de la variación temporal como se puede ver en el diagrama de alta resolución de Barrow a la izquierda.

Gerard Spain es ayudante de investigación en Mace Head y contesta nuestra pregunta: ¿Cómo podemos cerciorarnos que sólo el aire limpio, apenas influido por emisiones antropogénicas (también llamado el "aire de fondo"), es medido semanal o mensualmente en los frascos de vidrio?

"Las muestras se toman habitualmente bajo condiciones de fondo limpias. Cuándo se muestrea aire que no es de fondo, se hace para tomar una muestra representativa de aire continental (viniendo por ejemplo de las regiones industriales de Europa) o simplemente para evitar un hueco grande en los datos registrados. En cualquier caso es anotado como tal y no está incluido en ningún análisis de 'fondo'.
 
Para evitar el muestreo accidental de aire contaminado, los pronósticos del tiempo y de trayectorias  (las predicciones de dónde vendrá el aire) son utilizados para escoger días convenientes para muestreos. Además, medimos muchas especies de gases traza y parámetros de aerosoles en tiempo real o casi-real. Estos datos pueden ser utilizados como un diagnóstico para determinar cómo es de "limpia" una masa de aire. Finalmente, las retrotrayectorias (cálculos computacionales de donde ha venido una masa de aire) son utilizadas para identificar la fuente de la región asociada con cada una  de las muestras y éstas son también una confirmación de que el aire examinado es de fondo."
 

 Problemas a resolver por la ciencia analítica

¿Qué tienen que considerar los científicos para medir la relación de mezcla de CO₂? Algunas reglas para un buen análisis son también importantes para muchos de tus resultados de clase.
 

Muestreo:
 
La mayoría de los errores se cometen durante el muestreo. Las muestras no se deben tomar directamente en un escape o un penacho. Imagínate que mides CO₂ después de una clase en tu aula ¿Qué resultado esperas comparado con una muestra tomada al aire libre?
 
Considera si el lugar de muestreo es representativo para la región y si el resultado es también válido en otros lugares. Si un lugar tiene variación fuerte estacional o incluso diaria, una muestra por año o por mes puede no ser suficiente.

Contaminación::
 
¿Está el  tubo de ensayo limpio y libre del aire más viejo? Los tubos se deben evacuar y deben ser limpiados. ¿Pueden atascar los recintos a la pared de un tubo de ensayo si la muestra se almacena para el tiempo más largo? El aire no debe venir del contacto con el aire en el laboratorio donde este  es medido.

Referencia:
 
El bióxido de carbono es comparado  contra una referencia. La composición de la referencia podría cambiar con el tiempo. Esta tiene que estar bien preparada.

Instrumento:
 
Este instrumento es suficientemente exacto? Puede CO₂ y N₂O (ambos son gases invernaderos CCs fijos) están distinguidos en paralelo a través de masa molecular con un espectrómetro masivo sencillo?

A menudo los Científicos gastan mucho de su tiempo en investigación tratando de mejorar las técnicas y para evitar los errores potenciales descritos arriba. Actualmente, instrumentos excelentes están disponibles pero los errores se pueden cometer fácilmente en el muestreo, debido a problemas relacionados con la contaminacion o las referencias.

Texto: Dr. Elmar Uherek (MPI - Chemistry Mainz)
Traducción: Leticia Reyes
Revisor científico y corrector linguístico : Dr. Juan Carlos Ortiz Royero (Universidad del Norte / Baranquilla, Colombia)