Reconstructing past fossil fuels CO2 concentrations using tree rings and radiocarbon in Medellín, Colombia

Abstract

To meet international and national commitments to decrease emissions of fossil fuels, cities around the world must obtain information on their historical levels of emissions, identifying hotspots that require special attention. Direct atmospheric measurements of pollution sources are almost impossible to obtain retrospectively. However, tree rings serve as an archive of environmental information for reconstructing the temporal and spatial distribution of fossil fuel emissions in urban areas. Here, we present a novel methodology to reconstruct the spatial and temporal contribution of fossil fuels´ CO2 concentration ([CO2F]) in the urban area of Medellin, Colombia. We used a combination of dendrochronological analysis, radiocarbon measurements, and statistical modeling. We obtained annual maps of [CO2F] from 1977 to 2018 that describe changes in their spatial distribution over time. Our method was successful in identifying hotspots of emissions around industrial areas, and areas with high traffic density. It also identified temporal trends that may be related to socioeconomic and technological factors. We observed an important increase in [CO2F] during the last decade, which suggests that efforts of city officials to reduce traffic and emissions did not have a significant impact on the contribution of fossil fuels to local air. The method presented here could be of significant value for city planners and environmental’s officials from other urban areas around the world. It allows identifying hotspots of fossil fuel emissions, evaluating the impact of previous environmental policies, and planning new interventions to reduce emissions and meet commitments to decrease fossil fuel emissions.

Para cumplir los compromisos internacionales y nacionales de disminución de las emisiones de combustibles fósiles, las ciudades de todo el mundo deben obtener información sobre sus niveles históricos de emisiones; identificando los puntos calientes que requieren medidas especiales. Las mediciones atmosféricas directas de las fuentes de contaminación son casi imposibles de obtener a posteriori. Sin embargo, los anillos de crecimiento de los árboles constituyen un importante archivo de información medioambiental que puede utilizarse para reconstruir la distribución temporal y espacial de las emisiones y/o concentraciones de combustibles fósiles en las zonas urbanas. Aquí presentamos una metodología novedosa para reconstruir espacial- y temporalmente las concentraciones de CO2 asociadas con las emisiones de combustibles fósiles [CO2F] en el área urbana de Medellín, Colombia. Usamos una combinación de análisis dendrocronológicos, mediciones de radiocarbono y modelos estadísticos para obtener mapas anuales de [CO2F] para el período entre 1977 y 2018. Nuestro método fue exitoso en la identificación de puntos clave alrededor de áreas industriales y de alto tránsito vehicular. También identificó tendencias temporales que pueden estar relacionadas con factores socioeconómicos y tecnológicos. Observamos un aumento importante de [CO2F] en la última década, y los esfuerzos de las autoridades municipales para reducir el tránsito y las emisiones no parecen tener un efecto significativo en la contribución de los combustibles fósiles al aire local. El método que aquí se presenta podría ser de gran valor para que los planificadores de las ciudades y los funcionarios de medio ambiente identifiquen los puntos claves de las emisiones, evalúen el impacto de las políticas medioambientales y planifiquen nuevas estrategias para reducir las emisiones y cumplir los compromisos de disminución de las emisiones de combustibles fósiles. (Texto tomado de la fuente)