Metodologías para Medir el Balance de Gases Invernadero

Metodologías para Medir el Balance de Gases Invernadero
Dr. Jorge Pérez Quezada, Profesor Depto. de Ciencias Ambientales
y Recursos Naturales Renovables, Universidad de Chile
Para entender lo que significa el balance de gases invernadero en los distintos
ecosistemas o áreas urbanas, y las metodologías asociadas a su medición, es necesario revisar
algunos conceptos de la ecología de ecosistemas. Primero se debe considerar que tanto el
anhídrido carbónico (CO2), como el metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O) forman parte de
los ciclos biogeoquímicos del carbono y el nitrógeno. Luego debemos entender los conceptos
de reservorio y flujo que ocurren dentro de estos ciclos: en el caso de un bosque por ejemplo,
el carbono (generalmente medido como CO2) está contenido en distintos reservorios como
son la biomasa vegetal y animal, y en el suelo en forma de microfauna y materia orgánica en
distintos grados de descomposición. Los flujos a su vez, pueden ser hacia el ecosistema,
representado esencialmente por la fotosíntesis de las plantas, o desde el ecosistema, en forma
de respiración de plantas, animales y descomponedores. El balance de CO2 en el bosque sería
entonces el resultado de los flujos de este gas (entradas y salidas) en la interfase biósferaatmósfera, durante un periodo de tiempo. Para que los balances medidos en distintos lugares
sean comparables, éstos se deben llevar a una expresión de tiempo y unidad de área
conocidos, por ejemplo g CO2/ m2 año. Si el balance es positivo en un año, significa que uno
o más reservorios del ecosistema están aumentando su tamaño, es decir, el ecosistema está
capturando carbono.
Para cuantificar los reservorios mencionados, se debe muestrear cada uno de ellos en
un ecosistema. Dada la dificultad de conseguir muestras de biomasa animal, generalmente se
utiliza la biomasa vegetal en pie y la materia orgánica del suelo para hacer comparaciones.
La Figura 1 muestra el carbono total acumulado en suelos y vegetación en las distintas zonas
del planeta. Se puede observar que hay algunos ecosistemas terrestres de gran acumulación
de biomasa como son los bosques tropicales. Estos tienen una alta productividad anual, es
decir, su balance de carbono es positivo. Se sabe además que la mayor parte de los nutrientes
del suelo ya han sido extraídos y una vez que pasan a constituir parte de organismos vivos, la
biomasa es reciclada sobre el suelo apenas estos individuos mueren. Esto implica que la
mayor parte de la biomasa está en la parte aérea y los suelos son muy pobres. Los otros
ecosistemas que presentan gran acumulación de carbono son los bosques boreales de
coníferas, los cuales al revés que los bosques tropicales, tienen una baja productividad anual
pero gran acumulación de biomasa. Las condiciones de baja temperatura hacen que la materia
orgánica sea degradada lentamente, lo cual implica que ésta se acumula sobre y bajo el suelo.
Para medir el balance de carbono en una pradera por ejemplo, se puede cosechar el
crecimiento anual en el momento de mayor acumulación de biomasa. La limitante de este
método es que sólo representa lo que sucede en un área muy pequeña, por lo que se deben
realizar repeticiones de las estimaciones. Mediciones más exactas se pueden obtener a través
de técnicas micrometeorológicas. Dentro de éstas, la más simple es una cámara cerrada que
se pone sobre la vegetación y de la cual se extrae una muestra de aire, la que es llevada a un
sensor de concentración de CO2, y el flujo se mide por diferencia de concentración entre el
inicio y el término de la medición. Estas mediciones son generalmente reducidas en tiempo (2
minutos aprox.) y al igual que en el caso de la cosecha de biomasa, representan sólo el
balance en un área reducida (generalmente 1 m2). Para mediciones de áreas más extensas, las
metodologías de Bowen ratio y eddy covariance son las más utilizadas a nivel mundial. Estas
técnicas tienen la ventaja que integran el flujo que está ocurriendo en un área extensa (> 1
ha), dependiendo de la altura a la que se ubica el instrumento analizador del gas y de la
velocidad del viento.
En el caso del metano (CH4) y el óxido nitroso (N2O) se aplican los mismos
conceptos de reservorios y flujos. Estos gases se conocen como biogénicos traza, ya que
tienen origen biológico y su concentración atmosférica en volumen es de unas pocas partes
por millón. A pesar de su baja concentración, tienen gran importancia ya que su acción como
gases invernadero es alta, lo cual se refleja en su potencial de calentamiento global (PCG) de
23 (CH4) y 296 (N2O) que representa el efecto invernadero en equivalentes de CO2, ya que el
PCG de éste último se asigna como 1. El aumento de la concentración de estos gases está
documentado en los últimos 25 años por estaciones de monitoreo, y anterior a eso por
muestras obtenidas a través del análisis de gases atrapados en hielo glacial. El intercambio de
estos gases biogénicos traza depende del consumo y fijación que hagan plantas y
microorganismos, del transporte físico a través de suelos, sedimentos y agua, y del
intercambio superficie-aire. Los métodos existentes para medir el balance de CH4 y N2O son
similares a los descritos para el carbono, es decir se utilizan distintos diseños y tamaños de
cámaras de donde se toma una muestra de aire, la cual es analizada por cromatografía de
gases con distintos tipos de sensores. Los flujos también se determinan por diferencia de
concentración entre muestreos, aunque en el caso de estos gases traza, el tiempo de muestreo
debe ser 30-40 minutos, debido a que los cambios de concentración son muy pequeños y a
veces cercanos al mínimo perceptible por los sensores.
En ecosistemas acuáticos (marinos o terrestres), las mediciones son un poco más
complejas pero se basan en los mismos principios y se utilizan técnicas similares. En zonas
urbanas se pueden utilizar las técnicas micrometeorológicas mencionadas o bien recurrir a
datos bibliográficos y construir con ellos tablas de emisión y fijación. Estos registros incluyen
estimaciones de las emisiones de vehículos, industrias y calefacción, etc., y las capturas que
realizan las áreas verdes de las ciudades.
Otra metodología importante son los modelos de simulación. Estos modelos son
representaciones matemáticas que buscan ser análogos a algún ecosistema de interés, para
integrar información y predecir la respuesta del ecosistema al cambio de alguna de las
variables ambientales. Estos modelos generalmente están organizados en compartimentos o
reservorios y contienen ecuaciones que representan los flujos entre ellos. Para “alimentar”
estos modelos se usan las mediciones directas descritas anteriormente. La mayor
disponibilidad de capacidad computacional y software a menor costo han permitido el uso
más frecuente de las técnicas de modelación. Incluso existen modelos completos, como
CO2FIX, el cual fue específicamente diseñado para cuantificar secuestro de carbono en
ecosistemas de bosque.
Finalmente es necesario mencionar que las técnicas de muestreo y análisis están
evolucionando muy rápido y la tendencia en los estudios de balance de gases a nivel de
ecosistemas es analizar más de un gas simultáneamente y generalmente al mismo tiempo
evaluar las dinámicas meteorológicas, de nutrientes y de agua. Esto permitirá aumentar
nuestro conocimiento y habilidad de utilizar modelos de simulación para extrapolar los
balances a escalas regional y global.