El radiocarbono es una herramienta poderosa para cuantificar el impacto de las actividades humanas sobre el ciclo del carbono, permitiendo estimar la magnitud y distribución de las emisiones de CO2 fósil en ambientes urbanos. Debido a que los combustibles fósiles no contienen este radioisótopo, la emisión de CO2 derivado de su quema resulta en una dilución del 14C en el CO2 atmosférico (14CO2), notorio en zonas con alta densidad de actividad urbana e industrial. Al comparar la concentración de 14CO2 en una atmósfera urbana con la concentración de una atmósfera limpia, ha sido posible estimar las emisiones de CO2 fósil para zonas urbanas de países desarrollados, donde la quema de combustibles fósiles es la principal fuente de emisión de CO2. Sin embargo, en las megaciudades de países en desarrollo se producen grandes volúmenes de gases y aerosoles de diversas fuentes, incluyendo la quema de biomasa y de residuos peligrosos, resultando en emisiones que no son libres de 14C y en consecuencia dificultan el uso del 14C como trazador de emisiones de CO2 antropogénicas. Con el objetivo de estimar las emisiones de CO2 fósil en la Zona Metropolitana de la Ciudad de México, en Marzo de 2009 iniciamos un programa de monitoreo de 14CO2 en el Laboratorio Universitario de Radiocarbono de la UNAM (LUR). Los resultados obtenidos reflejan la complejidad de las emisiones de CO2, pues hay periodos en los que los niveles de 14CO2 son significativamente enriquecidos respecto a los niveles reportados para la zona limpia de referencia de América del Norte. Por otro lado, durante la campaña MILAGRO del 2006 también se encontraron altos niveles de 14CO2 en la ZMCM y sus alrededores. En ambos estudios se concluye que se puede atribuir a grandes volúmenes de CO2 generado por la quema de biomasa, tanto en incendios forestales como por su uso como combustible, o incluso la incineración de residuos peligrosos enriquecidos en 14C. Sin embargo, en el monitoreo implementado por el LUR también se encuentran valores altos de 14CO2 en periodos de lluvias en los que no se registran incendios forestales, sugiriendo que el enriquecimiento se debe también al aporte de CO2 de la respiración heterotrófica de los suelos. En el presente proyecto se estudiará la dinámica del 14C en ambientes urbanos complejos mediante el análisis de este radioisótopo en diferentes muestras, incluyendo CO2 atmosférico, CO2 de la respiración del suelo, plantas herbáceas y materia orgánica extraíble de los aerosoles en tres zonas del Valle de México con diferentes condiciones de densidad de tráfico, de población, de actividad industrial, y de áreas verdes. Se tiene como hipótesis que la concentración de 14CO2 variará dependiendo del aporte de tres fuentes de emisión de CO2 con firmas isotópicas características, la quema de combustibles fósiles, la quema de biomasa y la respiración heterotrófica. Además, estará relacionada con la composición y el origen de la materia orgánica en los aerosoles con diámetro de partícula menor o igual a 2.5 micrómetros (PM2.5). De confirmarse las hipótesis, será posible estimar el aporte y la distribución de las diferentes fuentes de emisión de CO2 contribuyendo a la generación del inventario de emisiones de CO2; así mismo se podrán explicar los valores anómalos encontrados en los años previos de monitoreo de 14CO2. De esta manera, el propósito de este proyecto es contribuir al entendimiento de las emisiones, naturales y antropogénicas, de GEI desde la perspectiva del radiocarbono, enfoque que no ha sido explorado a profundidad a pesar de sus ventajas potenciales.

De confirmarse las hipótesis planteadas, será posible estimar el aporte y la distribución de las diferentes fuentes de emisión de CO2 en la ZMCM a partir del análisis de 14C en muestras de CO2 atmosférico, de CO2 respirado por suelos, de compuestos orgánicos extraíbles de los aerosoles, de plantas herbáceas y de anillos de árbol. Así mismo, de encontrarse una relación entre el origen y composición de los compuestos orgánicos en los aerosoles PM2.5 con los niveles de 14CO2 atmosférico, se podrán explicar los valores anómalos encontrados para algunos periodos durante los tres años previos de monitoreo de 14CO2. De esta manera se contribuirá a la generación y validación de inventarios de emisiones de gases de efecto invernadero, mediante los estimados de la magnitud de las emisiones de CO2, naturales y antropogénicas, en las zonas urbanas que se estudiarán. Esto es relevante ya que se ha reconocido que uno de los retos de las Ciencias de la Tierra es mejorar el entendimiento de las emisiones y sumideros de los gases de efecto invernadero, para poder establecer nuevos tratados internacionales en materia ambiental, así como para detectar y entender cualquier cambio en las fuentes naturales de emisión de dichos gases y de la capacidad de los diferentes reservorios, terrestres y marinos, de secuestrar y retener C. Otro punto que cabe destacar de este proyecto, es que es el primero que plantea hacer un seguimiento espacial y temporal combinando análisis de 14CO2 atmosférico (directo y utilizando biomonitores) con análisis isotópicos y cromatográficos de la materia orgánica de los aerosoles. Es importante resaltar además que se establecerán nuevas metodologías que podrán aplicarse a otros proyectos de investigación con objetivos similares o incluso muy diversos: • La metodología de marcaje de tejidos vegetales con bajos niveles de 14C también puede tener aplicaciones en estudios de fisiología vegetal, como por ejemplo los efectos de concentraciones elevadas de CO2 (fertilización de CO2) en la fisiología de plantas herbáceas. • La metodología de biomonitoreo con plantas herbáceas es una manera sencilla y de bajo costo para realizar estudios ambientales, tanto isotópicos como de otros contaminantes (orgánicos e inorgánicos), permitiendo abarcar zonas amplias y remotas sin necesidad de contar con infraestructura específica. Finalmente, se contribuirá a la formación de recursos humanos especializados en ciencias ambientales, geoquímica de radioisótopos y en el ciclo terrestre del carbono; tanto de estudiantes de posgrado como de licenciatura, adscritos a diferentes facultades (Química, Ciencias, etc.) y a los posgrados en Ciencias de la Tierra y en Ciencias Biológicas de la UNAM. Por el momento hay dos estudiantes de maestría del Posgrado en Ciencias Biológicas, que ya se encuentran iniciando sus proyectos de tesis en el marco del presente proyecto de investigación y se espera que se gradúen durante el primer semestre del 2014.