Encabezado Facultad de Ciencias
Presentación

Ciencias de la Tierra (plan 2011) 2020-2

Obligatorias de Orientación, Taller de Investigación en Ciencias Ambientales I

Grupo 1164 3 alumnos.
Variabilidad de bióxido de carbono en aire ambiente mediante técnicas ópticas de detección - (Ciudad Universitaria)
Laboratorio Michel Alexandre Grutter de la Mora
Laboratorio Ma Eugenia González del Castillo Aranda

 

Variabilidad de bióxido de carbono en aire ambiente mediante técnicas ópticas de detección

Viernes de 10 am a 12 pm

Lugar: Aula 2 del Edificio 1 en el Centro de Ciencias de la Atmósfera (CCA)

Profesores:

Michel Grutter de la Mora, Centro de Ciencias de la Atmósfera,
grutter@unam.mx
55 5622 4095
Noemié Taquet, Centro de Ciencias de la Atmósfera
noemie@atmosfera.unam.mx
55 5622 4398 ext. 81817
Ma. Eugenia Gonzalez del Castillo Aranda, Centro de Ciencias de la Atmósfera, eu.gonzaranda@atmosfera.unam.mx
312 595 4730

Laboratorio de Espectroscopía y Percepción Remota

Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM (C.U.)
http://www.epr.atmosfera.unam.mx

Antecedentes y Descripción:

Desde el inicio de la era industrial, la concentración atmosférica de algunos Gases de Efecto Invernadero, particularmente del bióxido de carbono (CO2) se ha incrementado considerablemente. Este aumento se atribuye a la quema de combustibles fósiles y a la deforestación, y constituye la causa principal del calentamiento generalizado del planeta. Un monitoreo suficiente y riguroso de la concentración de este gas a nivel de superficie es indispensable para construir mejores inventarios de emisiones en zonas urbanas, para comprender el papel de la vegetación en su captura y almacenaje, y en general para examinar la tendencia de la concentración de este gas en la atmósfera y su influencia en el clima mundial.
Desde el punto de vista analítico, las diversas técnicas de monitoreo del CO2 se fundamentan en la interacción de las moléculas de éste con la radiación electromagnética en la porción infrarroja del espectro. En este taller se estudiarán la bases teóricas sobre la espectroscopía óptica de absorción en el infrarrojo, y se abordarán tres métodos experimentales para la medición del bióxido de carbono (CO2) en aire ambiente. Los alumnos estarán involucrados en prácticas experimentales usando estas tres metodologías y determinarán las concentraciones de CO2 tanto en aire ambiente como en interiores. Se harán comparaciones de las tres metodologías para determinar estadísticamente su precisión y exactitud, y se propondrán métodos para su corrección con respecto a un instrumento de referencia.

Objetivo General

El alumno comprenderá las bases teóricas y experimentales de la medición de la concentración de CO2 en aire ambiente mediante el uso de espectroscopía óptica de absorción en el infrarrojo

Objetivos (Nivel I):

Comprensión de las bases teóricas de la espectroscopía infrarroja y del papel que juegan los gases de efecto invernadero en el balance energético y radiativo de la atmósfera.
Manejo de instrumentación en el estado del arte para la medición del bióxido de carbono en muestras gaseosas, incluyendo la aplicación de protocolos de calibración de CO2 con gases de referencia, siguiendo metodologías estandarizadas internacionalmente.
Participación en actividades de operación de equipos en el laboratorio y trabajo de campo durante una campaña de medicón
Comparación experimental y estadística entre las técnicas analíticas de monitoreo del CO2 en aire ambiente

Objetivos (Nivel II):

Estudio estadístico de la variabilidad temporal de la concentración de CO2 en aire ambiente en una zona urbana, a escalas diaria a interanual
Uso de grandes bases de datos para el estudio de la variabilidad espacial y temporal del bióxido de carbono atmosférico en una zona urbana, integrando información proveniente de las diversas técnicas analíticas de monitoreo
Metodologías:

Nivel I. El taller comprenderá:

1) sesiones de exposición de las bases teóricas de la absorción y emisión de la radiación electromagnética por gases
2) sesiones de descripción de las técnicas experimentales de medición de CO2 en aire ambiente, incluyendo los principios de operación de los equipos de monitoreo
3) sesiones prácticas de laboratorio y campo utilizando tres técnicas analíticas distintas:
· Espectroscopía infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR)
· Espectroscopía en Cavidades Ópticas “Ring Down” (CRDS)
· Espectroscopía con Sensor Infrarrojo No Dispersivo (NDIR) de bajo costo
Los alumnos instalarán los diversos analizadores tanto en la plataforma de instrumentación atmosférica del CCA en Ciudad Universitaria, como en las estaciones de monitoreo de la SEDEMA en la Ciudad de México como parte de una campaña de medición. Obtendrán las series temporales de concentración de CO2, compararán el desempeño de los analizadores, así como los resultados obtenidos de la aplicación de las tres técnicas analíticas.

Nivel II. El taller consistirá en sesiones teórico prácticas (computacionales) sobre el acopio, control de calidad y tratamiento estadístico de series temporales de concentración de CO2:

- control de calidad y aplicación de coeficientes de calibración a series temporales de datos
- técnica de extracción de tendencia de largo plazo, ciclos diurno y estacional, y tasa de crecimiento de la concentración de CO2 atmosférico
- comparación estadística de la exactitud y precisión de series de datos resultantes de diferentes técnicas analíticas en relación a un sensor de referencia. Métodos de corrección de deriva instrumental.

Meta pedagógica:

Este taller tiene como meta que los alumnos obtengan una base de conocimiento sólida sobre la espectroscopía infrarroja y se familiaricen con las técnicas ópticas más populares para la medición del CO2 en aire ambiente. A través del análisis de bases de datos, los alumnos estudiarán los procesos naturales que regulan su variabilidad, e identificarán la influencia de las actividades humanas en las series de tiempo para conocer el impacto de las emisiones en los patrones y tendencias de este gas de efecto invernadero

Los requerimientos físicos y materiales del taller, así como la lista de facilidades con las que el grupo de profesores cuenta.

Laboratorio de Espectroscopía del Centro de Ciencias de la Atmósfera
· Espectrómetro infrarrojo FTIR (Nicolet)
· Sensores Infrarrojos No Dispersivos (NDIR) de CO2 de bajo costo (Senseair High Performance Platform)
Observatorio Atmosférico de la UNAM
· Analizador de gases CRDS (Picarro G2401)

Los mecanismos de evaluación de los alumnos del taller.

Los alumnos llevarán a cabo prácticas de laboratorio y campo, y ejercicios con bases de datos con las cuales deberán entregar informes a lo largo de cada semestre. La evaluación constará en la una calificación por las actividades y prácticas realizadas durante el semestre (50%) y por los trabajos y tareas entregadas a los profesores (50%).
El listado de posibles áreas y temas de elaboración de tesis profesionales en el taller, específicas para cada orientación si el taller se ofrece a más de una de ellas.

Temas de tesis:

Ciencias Ambientales:
· El ciclo de carbono y su efecto en la variabilidad de CO2 en la atmósfera
· Variabilidad temporal y espacial de bióxido de carbono en la Ciudad de México
Ciencias Atmosféricas:
· Comparación de tres técnicas de medición de bióxido de carbono
· Variabilidad temporal y espacial de bióxido de carbono en la Ciudad de México

 


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