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BASE DE DATOS DE FLUJOS VERTICALES DE DIOXIDO DE CARBONO EN ECOSISTEMAS TERRESTRES Y COSTEROS EN MÉXICO

DATABASE OF VERTICAL CARBON DIOXIDE FLUXES AT TERRESTRIAL AND COASTAL ECOSYSTEMS IN MEXICO

JOSUE DELGADO BALBUENA Enrico Arturo Yepez González FERNANDO PAZ PELLAT GREGORIO ANGELES PEREZ CARLOS ALBERTO AGUIRRE GUTIERREZ MARIA SUSANA ALVARADO BARRIENTOS JOSE TULIO ARREDONDO MORENO Fernando Ayala Niño STEPHEN HOLMES BULLOCK RUNQUIST YOLANDA LOURDES MAYA DELGADO Walter Oechel Eli Rafael Perez Ruiz Mauricio Quesada Carlos A. Robles-Zazueta Tonantzin Tarin Terrazas ENRIQUE TROYO DIEGUEZ Jorge M. Uuh-Sonda Rodrigo Vargas Enrique Vivoni (2018)

"El dióxido de carbono (CO2) es uno de los principales gases de efecto invernadero (GEI) cuyo incremento en la atmósfera está asociado con el calentamiento global. Con el objetivo de promover estudios de síntesis que lleven a un mejor entendimiento de los procesos relacionados con el ciclo del carbono en ecosistemas terrestres y costeros de México, se construyeron bases de datos de flujos verticales de carbono. Se construyó una base de datos con flujos de CO2 a escala anual, para ocho sitios y 30 años por sitio, de la red MexFlux, cuya información se obtuvo de publicaciones en revistas científicas, memorias de resúmenes en extenso y documentos de tesis. Una segunda base se construyó a partir de datos a escala diaria, de los flujos de CO2 de 14 sitios de monitoreo y 53 años/ sitio, que fueron proporcionados directamente por los investigadores principales (PI) de cada sitio y denominada MexFlux_2019 V1. Esta última base de datos, a diferencia de la primera que es de libre acceso, está restringida. Las bases de datos incluyen información del intercambio neto de carbono a nivel ecosistema, la productividad primaria bruta, respiración del ecosistema y de variables meteorológicas y ambientales complementarias."

"Carbon dioxide (CO2) is one of the main greenhouse gases (GHG) which is related with the global warming. In order to promote synthesis studies, and to achieve a better understanding of the carbon cycle in terrestrial and coastal ecosystems in México, databases of vertical carbon fluxes were created. One database holds published results of CO2 fluxes in scientific journals, extended abstracts, and dissertation documents at annual time scale of 8 sites and 30 years/site of MexFlux. A second database named MexFlux_2019 V1 holds unpublished data directly contributed by principal investigators (PI) of 14 sites and 53 years/site at daily time scale. This database is of restricted access. Databases hold data of net ecosystem CO2 exchange, gross primary productivity, ecosystem respiration and ancillary meteorological and environmental variables."

Article

dióxido de carbono, covarianza de vórtices, MexFlux, productividad primaria bruta, respiración del ecosistema carbon dioxide, eddy covariance, gross primary productivity, ecosystem respiration BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA ORGÁNICA CARBONO CARBONO

Contraste de perspectivas remotas y cercanas de la productividad primaria de matorral cerrado

Contrast of remote and close perspectives of primary productivity of closed shrubland

TERESA MARIA IBARRA MONTES (2018)

La Productividad Primaria Neta y Gruesa (GPP y NPP) son fundamentales en las dinámicas de los ecosistemas naturales y cultivados, debido a que la productividad primaria es la fuente principal de biomasa y energía metabólica para la vida en la tierra, así como una gran influencia en la química atmosférica y el balance global de calor. La productividad no puede ser medida directamente, así que su estimación se realiza por medio de modelos. Para áreas grandes, los modelos combinan percepción remota, clima y parámetros biológicos estandarizados aplicados a pixeles moderadamente pequeños. Los productos de los modelos de MOD17A2/A3 (MODIS) son ampliamente usados para los ecosistemas terrestres, pero “sacrifican” la complejidad biológica para tener un alcance global. Dada la importancia científica y social de estos productos, esta tesis tiene como objetivo verificar las bases biológicas de los modelos de MODIS con mediciones morfológicas y funcionales en campo, incluyendo modelos de Covarianza de vórtices (EC) y de índices fenológicos-ambientales (GSI). Los sitios de estudio se encuentran en matorrales cerrados semiáridos, con clima de invierno-húmedo verano-seco. El área foliar específica varió significativamente entre especies y la media ponderado por la cobertura relativa de las especies fue sólo del 61% del modelo estándar de MODIS. La eficiencia de uso de luz máxima estimada para 20 especies fue 164% del estándar del modelo de MODIS. El índice de área foliar del satélite y el que fue cuantificado en campo estuvieron correlacionadas (r= 0.65), pero no cercanos en valores, mientras la correlación de GPPMODIS y GPPGSI disminuyó en un año seco. NPPMODIS anual estuvo linealmente relacionada con NEEEC (r= 0.83) para seis años, aunque con un bajo valor de significancia que implica diferencias entre EC con GSI. NPPMODIS tuvo un patrón espacial y temporal coherente: por alrededor de siete años su media disminuyó conforme aumentaba la elevación (r= 0.72), y el promedio de la cuenca varió conforme a la precipitación anual (r= 0.94). El alto valor del modelo espacialmente continuo de MOD17A2/A3 implica que deben considerarse siempre sus debilidades intrínsecas, tales como la inadecuada regionalización de parámetros biológicos o aparentes fallas en estimar la luz absorbida, para la correcta predicción de la GPP y NPP.

Gross and Net Primary Productivity (GPP, NPP) are fundamental parameters in the dynamics of natural and agricultural ecosystems, because primary productivity is the main source of biomass and metabolic energy for life on earth as well as being influential in atmospheric chemistry and global heat balance. NPP and GPP cannot be measured directly so modeling contributes to their estimation. For broader areas, models combine remote sensing, weather and standardized biological parameters applied to moderately small pixels. Products of the MOD17A2/A3 (“MODIS”) models are widely used for terrestrial ecosystems, but they sacrifice biological complexity for global scope. Given the scientific and social importance of these products, this thesis aimed at verifying some results and biological parameters with morphological and functional field data, and compare GPP and NPP between satellite-dependent and field methods (eddy covariance [EC] and a phenological-environmental model [GSI]) in closed shrublands in a semi-arid, winter-moist summer-dry climate. Actual specific leaf area differed significantly among species and the mean, weighted by the species’ relative covers, was only 61% of the model standard. Maximum light use efficiency estimated from 20 species was 164% of the model standard. Leaf area index from satellite and ground measures were correlated (r= 0.65) but the former was about 2x to 5x the latter. GPPMODIS was correlated with GPPEC (r= 0.82) but with a seasonal anomaly, while the correlation of GPPMODIS and GPPGSI collapsed in a dry year. Annual NPPMODIS was linearly related to NEEEC (r = 0.83) over 6 years although with inherent weaknesses, different from those of EC and GSI. NPPMODIS had coherent spatial and temporal patterns: over 7 years its mean decreased toward higher elevations (r = 0.72), and its watershed average varied with annual precipitation (r= 0.94). The high value of the spatially-continuous MOD17A2/A3 does not obviate inherent weaknesses, such as not inadequate regionalization of biological parameters, or apparent failures in estimating light absorption.

Master thesis

Productividad primaria, diversidad funcional, flujos de carbono, covarianza de vórtices, matorral esclerófilo, clima mediterráneo semiárido, Baja California Primary productivity models, plant functional traits, carbon flux, Eddy Covariance, remote sensing, shrubland, semi-arid Mediterranean climate BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOLOGÍA VEGETAL (BOTÁNICA) ECOLOGÍA VEGETAL ECOLOGÍA VEGETAL

Biophysical controls of ecosystem fluxes of carbon in a semiarid Mediterranean shrubland

Controles biofísicos de flujos de carbono a nivel ecosistema en un matorral semiárido con clima mediterraneo

ALEJANDRO HIRAM CUEVA RODRIGUEZ (2017)

Se sabe que los ecosistemas áridos y semiáridos podrían desempeñar un papel fundamental en el ciclo global del carbono; sin embargo, todavía existen desafíos en la comprensión de la variabilidad temporal y espacial de los flujos de carbono a escala de ecosistemas, que van desde procedimientos estándar para realizar mediciones a nivel parcela, hasta la parametrización de modelos y procesos empíricos. El incremento en el conocimiento de las respuestas de los ecosistemas áridos y semiáridos respecto a los factores ambientales, mejorará la comprensión de la retroalimentación de este tipo de ecosistemas sobre el sistema terrestre. El objetivo principal de esta tesis fue comprender la variabilidad temporal y espacial de los principales flujos de carbono del ecosistema en un matorral semiárido con clima mediterráneo. Para abordar el objetivo general de esta investigación se emplearon técnicas micro-meteorológicas, edafológicas, y de percepción remota cercana a la superficie. Se exploró el efecto contrastante de dos años anormales en precipitación, uno excesivamente húmedo y otro seco en extremo, sobre los controles físicos del intercambio neto del ecosistema (NEE), así como sobre la magnitud y duración del sumidero de carbono. Los resultados sugieren que los controles físicos de NEE cambian cuando el agua no es un factor limitante y que un exceso de disponibilidad de agua en el ecosistema puede extender y hacer más fuerte el sumidero de carbono del ecosistema. Además, se desarrolló un modelo empírico para estimar la producción primaria bruta diaria (GPP), que utiliza como datos de entrada variables meteorológicas y un índice de vegetación derivado de cámaras digitales. Las estimaciones diarias de este modelo fueron comparables con la estimación de GPP derivada de la técnica de covarianza de vórtices. Al incluir un parámetro de senescencia de follaje las estimaciones de GPP mejoraron, especialmente a finales del verano y otoño. Además, se analizó la variabilidad espacial y temporal de la respiración del suelo (Rs) en una parcela de 50x100 m. Estos resultados sugieren que los valores promedio de Rs no cambian en relación con la secuencia espacial entre sitios de medición a nivel parcela; sin embargo, sus factores biofísicos (i.e., temperatura y humedad de suelo, índice de área foliar) cambiaron dependiendo de la secuencia de mediciones. Finalmente, se estimaron sesgos potenciales debidos al muestreo temporal en ciclos de 24 horas en la Rs.

It has been recognized that arid and semiarid ecosystems might play a pivotal role in the global carbon cycle. Nonetheless, there are still challenges to the understanding of the temporal and spatial variability of ecosystem scale carbon fluxes, that goes from standard procedures to perform plot-scale measurements, to the parameterization of empirical- and process-based models. Thus, enhancing the knowledge of the response of arid and semiarid ecosystems to environmental forces will improve our understanding on how these ecosystems could feedback the Earth system. Thus, the main aim of this thesis was to understand the temporal and spatial variability of the principal ecosystem carbon fluxes in a semiarid shrubland with a Mediterranean climate. To address the overreaching objective of this research, a set of micro-meteorological, edaphological, and near-surface remote sensing techniques was employed. I explored how two abnormal years in terms of precipitation, one that was excessively humid, and another extremely dry, influenced the physical controls of the net ecosystem exchange of CO2 (NEE) and the strength and duration of the ecosystem carbon sink. My results suggest that the physical controls of NEE changed when water is not a limiting factor, as an excess of water availability within the ecosystem can extend and enhance the ecosystem carbon sink. In addition, I developed a semi-empirical model to estimate daily gross primary production (GPP) that uses meteorological data and a vegetation index derived from consumer-grade digital cameras as inputs. Daily estimates of this model were comparable with the estimation of GPP derived from the eddy covariance technique, and these estimations improved when including a senescence parameter of foliage, especially in late-summer and autumn. Furthermore, I tested for the effect of temporal discrepancies in spatial surveys of soil respiration (Rs), in a 50x 100 m plot. These results showed that Rs does not change spatially, providing support for temporal representation of Rs based on plot-scale measurements; however, its biophysical controlling factors changed depending on the sequence of measurements. Finally, the potential biases due to temporal sampling in 24 hours cycles in soil respiration were tested. It was found that customary and convenient morning hours could overestimate Rs, while during nighttime underestimations could occur; thus, it was proposed a simple correction factor to take into account this pot

Doctoral thesis

Covarianza de vórtices, cámaras fenológicas, eventos extremos, respiración de suelo Eddy covariance, phenocams, extreme events, soil respiration BIOLOGÍA Y QUÍMICA CIENCIAS DE LA VIDA BIOFÍSICA OTRAS

Net ecosystem exchange of carbon and water vapor among contrasting land-uses types in the semiarid short-grass steppe in Central México

JOSUE DELGADO BALBUENA (2010)

"Ecosistemas áridos como los pastizales cubren el 47% de la superficie terrestre y almacenan el 15% del carbono (C) global del suelo. El cambio de uso de suelo (LUC) es la principal actividad humana que controla el intercambio de C, agua y energía entre el continuo suelo-atmósfera. Se requiere incrementar nuestro conocimiento sobre el impacto del LUC sobre el intercambio y almacenamiento de C por los ecosistemas para desarrollar herramientas de predicción y estrategias de mitigación del cambio ambiental global. En este estudio se determinó el intercambio neto de CO2 (NEE) y vapor de agua (ET) a escala diurna y estacional en cinco sitios de pastizal mediano abierto en los Llanos de Ojuelos, Jalisco: 1) una exclusión de ganado de 28 años (Exclusión), 2) un sitio con dominancia de especies de gramíneas generalmente subordinadas (Cambio de especies), 3) un sitio sobrepastoreado (sobrepastoreo), 4) un sitio sobrepastoreado invadido por arbustivas perennes y herbáceas exóticas (Invasión de arbustos), y 5) un sitio con agricultura de temporal (Agricultura). Se midió el índice de área foliar (LAI), la temperatura del aire (T), la densidad de flujo fotónico fotosintético (PPFD) y contenido volumétrico de agua en el suelo (SWC) como controles bióticos y abióticos de NEE y ET. Se midió el NEE y ET durante ocho fechas de octubre de 2008 a julio de 2009 usando el método del domo geodésico. Se establecieron 6 parcelas por sitio, sobre las que se hicieron 4 mediciones al día (08:00, 12:00, 16:00 y 20:00 h). Se usó un análisis de medidas repetidas (ANOVA, α=0.05) para comparar los flujos entre sitios. Se realizaron análisis de regresión lineares y no lineares entre los flujos y sus controles. No fue observado un patrón claro del NEE a través del gradiente de disturbio: el sitio Cambio de especies mostró mayores tasas de NEE diurnas y nocturnas con un balance positivo de captura de CO2 de 0.781 μmol m-2 s-1; el sitio sobrepastoreo mostró bajas tasas de intercambio, pero aún con captura de CO2 (0.236 μmol m-2 s-1); en contraste, la Exclusión mostró pérdida de CO2 (0.719 μmol m-2 s-1). Los sitios Cambio de especies y Exclusión mostraron las más altas tasas de ET (1.353 y 1.221 mmol m-2 s-1, respectivamente)."

"Dryland ecosystems such as grasslands cover up to 47% of terrestrial land and store around 15% of the global soil carbon. Land-use change (LUC) is the main human activity that controls the carbon, water and energy fluxes in the soilatmosphere continuum. International research agendas request to increase our understanding on the impact of LUC on the capacity of ecosystems to capture and store carbon to improve forecasting tools and mitigation strategies. In the region “Llanos de Ojuelos”, Jalisco, this study measured at diurnal and seasonal scales, net ecosystem exchange (NEE) and evapotranspiration (ET) of the short-grass steppe. Five different sites were included; 1) a 28 year exclosure (Exclosure), 2) a site dominated by commonly subordinated grasses (Species-shift), 3) an overgrazed site (Overgrazed), 4) an overgrazed site with shrub encroachment and exotic species invasion (Shrub encroachment) and 5) a site converted to rainfed oat crop (Oat crop). Biotic (leaf area index, LAI) and abiotic drivers (air temperature T, photosynthetic photon flux density PPFD, and volumetric soil water content SWC) were measured. NEE and ET were recorded on eight dates from October 2008 to July 2009 using the geodesic dome method. Six plots per site were established and gas exchange was measured on four times during the day (08:00, 12:00, 16:00 and 20:00 h). A repeated measures ANOVA (α=0.05) was performed to compare NEE and ET among sites. Linear and non-linear regression analyses between fluxes and drivers were performed. Results showed not clear trends for NEE following the gradient of disturbance; still, species-shift exhibited the highest diurnal and nocturnal NEE rates with a positive CO2 balance of 0.781 μmol m-2 s-2. The overgrazed site showed significantly lower rates but still a positive CO2 balance (0.236 μmol m-2 s-1). In contrast, the Exclosure site showed in this period a net CO2 efflux of 0.719 μmol m-2 s-1. Regarding ET rates, the Species shift and the Exclosure sites observed the largest rates (1.353 and 1.221 mmol m-2 s-1, respectively) that was attributable to a significant larger leaf area index (LAI). Diel time patterns of NEE and ET were driven by PPFD (R2=0.95 y 0.93, respectively) during the wet months (October, June and July); while in the dry and warm months (March-May) the main driver was air temperature."

Master thesis

Invasión Sobrepastoreo Cambio de uso de suelo Evapotraspiración Dióxido de carbono CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO

Implicaciones de la economía política del petróleo en México en las emisiones nacionales de dióxido de carbono

KATYA PÉREZ GUZMÁN (2015)

La presente tesis argumentará la existencia de una tipología de causas de emisiones de CO2 relacionada a la abundancia y aprovechamiento de petróleo. Particularmente evidenciará para México cómo el descubrimiento y puesta en producción del complejo Cantarell en una etapa de industrialización liderada por el Estado, con la consecuente expansión de la producción, transformación y exportación de crudo, y por medio de los efectos de lo anterior en las decisiones gubernamentales y la economía, incrementaron notablemente su intensidad de carbono hasta la mitad de la década de los ochenta. Las emisiones de CO2 por cada unidad del PIB aumentaron a tasas de cambio mayores alrededor del inicio de producción de Cantarell, que en las dos décadas subsecuentes.

Doctoral thesis

Economía Política Industria Petrolera Dióxido de Carbono Complejo Cantarell (Petróleos Mexicanos) México Integración y Dinámica Socioeconómica Latinoamericana CIENCIAS SOCIALES CIENCIA POLÍTICA

Tecnologías de captura y almacenamiento de dióxido de carbono

MANUEL RETA HERNANDEZ (2017)

During the last few decades, the carbon dioxide (CO2) emissions have increased in alarming way. A concerning problem is that CO2 is one of the greenhouse gases (GHG) that mostly contribute to global warming. One of many efforts to reduce emissions of this contaminant gas, is to increase the use of renewable energy but the transition will be slow. Before the transition is significant, large quantities of CO2 will continue appearing in the atmosphere. A possible alternative is to capture and store the CO2 in a safe way to prevent it from reaching the atmosphere. This paper presents the three used CO2 capture technologies in the world, which are: precombustión, oxicombustión and postcombustión; likewise, the costs associated with implementing these technologies in supercritical pulverized coal boilers (SCPC), integrated gasification combined cycle (IGCC) plants, and natural gas combined cycle (NGCC) plants, are presented. Also are mentioned the main considerations for the transport and storage of CO2 from capture plants.

Durante las últimas décadas, las emisiones de dióxido de carbono (CO2) se han ido incrementado de una manera alarmante. El problema es que el CO2 es uno de los gases de efecto invernadero (GEI) que más contribuye al calentamiento global. Uno de tantos esfuerzos que se están realizando por reducir las emisiones de este gas contaminante, es incrementar el uso de las energías renovables, pero la transición será muy lenta. Se seguirán emitiendo grandes cantidades antes de que dicha transición sea significativa. Es por eso que una alternativa viable es capturar y almacenar el CO2 de una manera segura para impedir que vuelva a liberarse a la atmósfera. En este trabajo se presentan las tres tecnologías de captura de CO2 usadas en el mundo, las cuales son: precombustión, oxicombustión y postcombustión; así mismo, se presentan los costos asociados en la implementación de estas tecnologías en plantas de calderas de carbón pulverizado (CCP), en plantas de ciclo combinado de gasificación integrada (CCGI) y en plantas de gas natural de ciclo combinado (GNCC). También se mencionan las consideraciones para el trasporte y almacenamiento del CO2 desde las plantas de captura.

Producción Científica de la Universidad Autónoma de Zacatecas UAZ

Article

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Captura dióxido de carbono precombustión oxicombustión postcombustión CCS CO2 precombustion oxycombustion postcombustion

El Cambio Climático y la Salud Humana

MARIA ALEJANDRA MORENO GARCIA (2016)

One of the worst crises that is currently undergoing humanity and the planet Earth is regarding environmental

pollution, climate change and global warming. This situation practically directly or indirectly is affecting all

aspects of social and individual life cultural, economic, political, educational, and health are being altered by

these situations. In this regard, they are endless objective and subjective evidence that every day become more noticeable and catastrophic: droughts, floods, fires, epidemics and atypical migrations in time and place are just some of these consequences we are having and if we do not quickly something compelling, future generations are at risk as well as its sustainability.

Una de las peores crisis por las que está atravesando en la actualidad la humanidad y el planeta Tierra lo es la

referente a la contaminación ambiental, el cambio climático y el calentamiento global. Esta situación está afectando, de forma directa o indirecta, todas las dimensiones de la vida social e individual; lo económico, lo político, lo educativo, lo cultural y la salud se están viendo alterados por estas situaciones. Al respecto hay un sinfín de evidencias objetivas y subjetivas que día a día se hacen más notorias y catastróficas: sequias, inundaciones, incendios, epidemias y migraciones atípicas en tiempo y lugar son tan solo algunas de estas consecuencias que estamos teniendo y si no hacemos rápidamente algo contundente, las futuras generaciones están en riesgo al igual que su sostenibilidad.

Producción Científica de la Universidad Autónoma de Zacatecas UAZ

Article

MEDICINA Y CIENCIAS DE LA SALUD Contaminación Calentamiento global Efecto invernadero Dióxido de carbono Enfermedades Pollution Carbon dioxide Global change Warming effect Diseases

Estudio de adsorbentes potenciales para la captura de dióxido de carbono

VIDAL MORALES MERCADO (2016)

El incremento en las emisiones de dióxido de carbono en los últimos años representa un problema asociado al efecto invernadero y al aumento de las temperaturas sobre el planeta; la captura y fijación del dióxido de carbono se ha constituido en un área de investigación creciente y estratégicamente importante. Un proceso usado para capturar dióxido de carbono es la interacción de este gas con aminas primarias en solución acuosa para generar carbamatos. Sin embargo, este proceso tiende a ser ineficientes y costosos debido a los grandes volúmenes de líquido y energía que se requieren en su operación. En la actualidad, diferentes grupos de investigación están en vías del mejoramiento de la tecnología actual, así como del desarrollo de nueva tecnología. El presente trabajo pretende generar nuevos adsorbentes sólidos de dióxido de carbono a través de la funcionalización de aminas primarias en materiales mesoporosos y la construcción de estructuras metal-orgánicas para la separación de gases. El estudio y desarrollo de este tipo de materiales tiene la finalidad de ser utilizados como rellenos activos en columnas de separación, los cuales ofrezcan grandes rendimientos y eviten algunos de los problemas asociados por la naturaleza de la absorción química. Estudios previos revelan que este tipo de materiales ofrecen una viabilidad de poder ser utilizados en la captura y secuestro de CO2, debido a su flexibilidad química de los diferentes materiales usados, esto es corroborado con los resultados de la presenta investigación en la cual se muestra que la adsorción física y química requiere menor energía para la desorción del CO2 capturado en comparación con la energía utilizada en la absorción química para el proceso mencionado anteriormente.

CONACYT

Doctoral thesis

absorbentes dióxido de carbono BIOLOGÍA Y QUÍMICA