Poiché i combustibili fossili e i materiali utilizzati per produrre cemento sono privi di radiocarbonio, le emissioni associate appaiono come aree a bassa 14C nel campo del radiocarbonio che possono essere ricondotte a sorgenti in superficie utilizzando modelli di trasporto atmosferico. Questa mappa raffigura le aree in cui i campioni d'aria sono stati impoveriti di 14C e quindi ha mostrato l'influenza delle emissioni di combustibili fossili. Credito:Sourish Basu, CIRES
I ricercatori della NOAA e dell'Università del Colorado hanno ideato un metodo innovativo per stimare le emissioni nazionali di anidride carbonica da combustibili fossili utilizzando campioni di aria ambiente e un noto isotopo di carbonio su cui gli scienziati hanno fatto affidamento per decenni fino ad oggi sui siti archeologici.
In un articolo pubblicato sulla rivista the Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , riportano la prima stima su scala nazionale del biossido di carbonio derivato da combustibili fossili (CO 2 ) emissioni ottenute osservando la CO 2 e il suo radioisotopo naturale, carbonio-14, da campioni di aria raccolti dal Global Greenhouse Gas Reference Network di NOAA.
carbonio-14, o 14 C, un rarissimo isotopo del carbonio creato in gran parte dai raggi cosmici, ha un'emivita di 5, 700 anni. Il carbonio nei combustibili fossili è stato sepolto per milioni di anni e quindi è completamente privo di 14 C. Un'attenta analisi di laboratorio può identificare il grado di 14 C-esaurimento della CO 2 in campioni d'aria discreti, che riflette il contributo della combustione di combustibili fossili e della produzione di cemento (che non ha 14 C), altrimenti noto come "CO . fossile 2 " contributo. Conoscendo la posizione, data e ora in cui sono stati prelevati i campioni di aria, il team di ricerca ha utilizzato un modello di trasporto atmosferico per districare la CO 2 variazioni dovute alla combustione di combustibili fossili da altre fonti naturali e pozzi, e ha tracciato le variazioni create dall'uomo alla CO . fossile 2 sorgenti in superficie.
Un nuovo metodo per valutare gli inventari
"Questo è un nuovo, indipendente, e metodo oggettivo per valutare gli inventari delle emissioni che si basa su ciò che effettivamente osserviamo nell'atmosfera, " ha detto l'autore principale Sourish Basu, che era uno scienziato del CIRES che lavorava al NOAA durante lo studio. Ora è uno scienziato presso il Goddard Space Flight Center della NASA nel Maryland.
Il team di studio ha utilizzato misurazioni della CO2 atmosferica e del suo contenuto di radiocarbonio (Δ14C) per "smascherare" il contributo della CO2 dalla combustione di combustibili fossili e dalla produzione di cemento al totale osservato. Questa mappa mostra le concentrazioni di CO2 negli Stati Uniti nell'estate del 2010. Credito:Sourish Basu, CIRES
Mentre il legame tra CO . fossile 2 emissioni e il 14C atmosferico è noto da molti decenni, la costruzione di una stima delle emissioni su scala nazionale basata sull'atmosfera 14 C richiedeva lo sviluppo simultaneo di tecniche di misurazione precise e un quadro di stima delle emissioni, in gran parte guidato negli ultimi 15 anni dallo scienziato della NOAA John Miller e dallo scienziato dell'Università del Colorado Scott Lehman.
"Il carbonio-14 ci permette di tirare indietro il velo e isolare la CO 2 emessi dalla combustione di combustibili fossili, " ha detto Lehman, uno degli autori dell'articolo. "Ci fornisce un tracciante che possiamo rintracciare alle fonti sul terreno. "Possiamo quindi sommarle e confrontarle con altre stime di emissioni a varie scale temporali e spaziali"
Dal basso verso l'alto contro l'alto verso il basso
Calcolare accuratamente le emissioni di anidride carbonica dalla combustione di combustibili fossili ha messo a dura prova gli scienziati per anni. I due metodi principali attualmente in uso - inventari "dal basso verso l'alto" e studi atmosferici "dall'alto verso il basso" utilizzati nelle campagne regionali - hanno ciascuno i propri punti di forza e di debolezza.
Stime "dal basso verso l'alto", come quelli utilizzati nell'inventario EPA delle emissioni e dei lavelli di gas serra degli Stati Uniti, si sviluppano contando la CO 2 emissioni da vari processi e tipi di carburante, e quindi aumentare le emissioni in base ai dati sull'uso di combustibili fossili. In contrasto, Le stime "top-down" si basano sulle variazioni misurate delle concentrazioni di gas emessi nell'atmosfera e sui modelli di vento che collegano le regioni di sorgente superficiale con i luoghi di misurazione.
Lo scienziato del CIRES Duane Kitzis si avvicina alla stazione di campionamento dell'aria su Niwot Ridge, Colorado, parte del Global Greenhouse Gas Reference Network di NOAA, in questa foto del 2017. Il primo campione di aria analizzato per il carbonio-14 nell'ambito della ricerca su un nuovo metodo di stima delle emissioni di combustibili fossili dall'aria ambiente è stato raccolto qui nel 2003. Credito:James Murnan, NOAA
Gli inventari bottom-up possono fornire maggiori dettagli rispetto ai metodi top-down, ma la loro accuratezza dipende dalla capacità di tenere traccia di tutti i processi di emissione e delle loro intensità in ogni momento, che è un compito intrinsecamente difficile con incertezze che non sono prontamente quantificate. Gli studi dall'alto verso il basso sono limitati dalla densità delle misurazioni atmosferiche e dalla nostra conoscenza dei modelli di circolazione atmosferica, ma implicitamente tengono conto di tutti i possibili settori dell'economia che emettono CO 2
Il team ha costruito CO . fossile top-down annuale e mensile 2 stime delle emissioni per gli Stati Uniti per il 2010 il primo anno con campioni atmosferici sufficienti per fornire risultati robusti. Come punto di confronto, hanno confrontato i loro numeri con le stime dal basso verso l'alto di un recente rapporto sulle emissioni del 2010 dell'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA). La stima del team delle emissioni totali annuali degli Stati Uniti del 2010 è stata del 5% superiore alla stima centrale dell'EPA. La nuova stima è anche significativamente superiore a quella di altri inventari comunemente utilizzati nella CO . globale e regionale 2 ricerca. D'altra parte, i risultati atmosferici sembrano concordare con un recente aggiornamento del prodotto di dati sulle emissioni degli Stati Uniti Vulcan sviluppato dai ricercatori della Northern Arizona University.
Poiché queste erano le prime stime costruite utilizzando il nuovo sistema di osservazione, gli scienziati hanno avvertito che dovrebbero essere considerati provvisori. Ora sono impegnati ad applicare il metodo alle misurazioni degli anni successivi, al fine di determinare se le differenze che vedono sono robuste nel tempo.
Uno dei vantaggi di questo approccio, secondo gli scienziati, è quello con un espanso 14 rete di misura C, esiste la possibilità di calcolare le emissioni di diverse regioni, informazioni che aumenterebbero i totali nazionali dell'EPA. Stati come la California e gruppi di stati come i membri dell'East Regional Greenhouse Gases Initiative hanno creato i propri obiettivi di mitigazione dei gas serra, e la capacità di valutare in modo indipendente le emissioni regionali utilizzando metodi dall'alto verso il basso aiuterebbe a valutare gli sforzi di riduzione delle emissioni regionali.
"La verifica indipendente dei totali annuali e regionali e delle tendenze pluriennali utilizzando metodi indipendenti come questo promuoverebbe la fiducia nell'accuratezza della comunicazione delle emissioni, e potrebbe aiutare a guidare le future strategie di mitigazione delle emissioni, ", ha affermato lo scienziato della NOAA John Miller.
