tesis: estudio fisicoquÍmico del agua de lluvia (depÓsito total) y su empleo como indicador para...
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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
“ESTUDIO FISICOQUÍMICO DEL AGUA DE LLUVIA (DEPÓSITO TOTAL) Y SU
EMPLEO COMO INDICADOR PARA EVALUAR LA CALIDAD DEL AIRE EN EL
AREA METROPOLITANA DE MONTERREY”
Tesis presentada como requisito para obtener el grado de
Químico Farmacéutico Biólogo
Sustentada por:
MIGUEL ANGEL CAHUICH LÓPEZ
Director de tesis: DRA. EVANGELINA RAMÍREZ LARA
San Nicolás de los Garza, N.L., México, a Abril de 2008
i
Dedicatoria
Esta investigación está dedicada a mi amado Padre, el ser humano que me
enseñó el significado y valor del sacrificio.
ii
Agradecimientos
A la Dra. Evangelina Ramírez Lara
Por su comprensión y apoyo; por los fundamentos científicos y su vocación
que hicieron posible la planeación, el desarrollo y la culminación de este
proyecto.
Al personal del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA) de la
Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos Naturales del Estado
de Nuevo León
Por su apoyo y colaboración para la realización del muestreo y la proporción
de datos meteorológicos y de la calidad del aire.
A mis jefes y compañeros de trabajo
Por su comprensión para con mi persona; por proporcionarme flexibilidad en
mis responsabilidades laborales para cumplir cabalmente con la
investigación.
A mi familia
Por darme sustento para poder desenvolver esta investigación.
A mi alma mater la Universidad Autónoma de Nuevo León
Por haberme brindado el espacio y las instalaciones necesarias para la
realización del proyecto; por haberme dado esta profesión, la cual ejerceré
de manera responsable y tenaz.
iii
Comité de tesis
________________________________________________
MC. Evangelina Ramírez Lara
Presidente
________________________________________________
Dr. Ulrico Javier López Chuken
Secretario
________________________________________________
M.C. Graciela Garza Peña
Vocal
iv
Contenido
Página
1. Introducción .......................................................................................... 1
1.1 Generalidades ..................................................................................... 1
1.2 Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios: origen y dispersión ................................................................................................... 2
1.2.1 Partículas ..................................................................................... 3 1.2.2 Óxidos de azufre .......................................................................... 3 1.2.3 Óxidos de nitrógeno ..................................................................... 4
1.3 Mecanismos de formación de la deposición ácida. ............................. 4 1.3.1 Reacciones de oxidación del SO2 a SO4ˉ² ................................... 5 1.3.2 Reacciones de oxidación del NO2 a NO3ˉ .................................... 6
1.4 Contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey ... 6 1.4.1 Descripción física y meteorológica del AMM ................................ 6
1.4.1.1 Geología ............................................................................... 7 1.4.1.2 Edafología ............................................................................. 7
1.4.2 Fuentes de contaminación atmosférica en el AMM ..................... 8 1.4.3 Contaminación atmosférica por zona en el AMM ......................... 9
2. Antecedentes ...................................................................................... 12
3. Hipótesis .............................................................................................. 14
3.1 Justificación ....................................................................................... 14
4. Objetivos ............................................................................................. 15
4.1 Objetivo general ................................................................................ 15
4.2 Objetivos específicos ........................................................................ 15
5. Materiales y métodos ......................................................................... 16
5.1 Muestreo ........................................................................................... 16
5.2 Análisis fisicoquímico de las muestras .............................................. 18 5.2.1 Determinación del volumen total ................................................ 18 5.2.2 Determinación del valor pH y conductividad electrolítica (NMX-AA-008-SCFI-2000 y NMX-AA-093-SCFI-2000) ............... 18 5.2.3 Determinación de acidez o alcalinidad (NMX-AA-036-SCFI-2001) .......................................................... 19
5.2.3.1 Acidez total ......................................................................... 19 5.2.4 Determinación de sólidos totales (NMX-AA-20-1980) ............... 19 5.2.5 Cálculo de valores ponderados .................................................. 19
5.3 Estudios meteorológicos ................................................................... 20 5.3.1 Medición de precipitación pluvial ............................................... 20 5.3.2 Elaboración de la rosa de los vientos......................................... 20
5.4 Análisis estadístico ............................................................................ 21
5.5 Materiales y equipos ......................................................................... 21
v
5.5.1 Reactivos químicos .................................................................... 21 5.5.2 Material de laboratorio ............................................................... 21 5.5.3 Equipo ........................................................................................ 21
6. Resultados y análisis ......................................................................... 22
6.1 Análisis fisicoquímicos ...................................................................... 22 6.1.1 Volumen total ............................................................................. 22 6.1.2 Potencial de hidrógeno (pH) ...................................................... 23
6.1.2.1 Distribución espacial ........................................................... 25 6.1.3 Conductividad electrolítica ......................................................... 28 6.1.4 Acidez total ................................................................................ 28 6.1.5 Sólidos totales ............................................................................ 29
6.2 Análisis meteorológico ...................................................................... 31 6.2.1 Precipitación pluvial ................................................................... 31 6.2.2 Dirección y velocidad del viento prevalecientes durante el período de muestreo .......................................................................................... 31
6.3 Estadística descriptiva de datos obtenidos ....................................... 39
7. Discusión ............................................................................................. 40
7.1 Análisis de períodos de mayor acidez ............................................... 41 7.1.1 Análisis de valores mensuales por estación .............................. 41 7.1.2 Análisis de valores promedio por estación ................................. 43 7.1.3 Análisis de valores promedio por mes ....................................... 44
7.2 Análisis de períodos que corresponden a deposiciones de muestras de ligeramente ácidas a alcalinas ............................................................ 45
7.2.1 Análisis de valores mensuales por estación .............................. 45 7.2.2 Análisis de valores promedio por estación ................................. 46 7.2.3 Análisis de valores promedio por mes ....................................... 48
8. Conclusiones ...................................................................................... 49
9. Recomendaciones .............................................................................. 50
10. Bibliografía .......................................................................................... 51
vi
Índice de tablas
Página Tabla 1. Principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios. .. 2
Tabla 2. Geología del AMM. .......................................................................... 7
Tabla 3. Tipos de suelo en el AMM, según clasificación FAO-UNESCO. ...... 8
Tabla 4. Promedios de concentraciones de PM10 (ppm) por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ............................. 9
Tabla 5. Promedios de concentraciones de dióxido de azufre (ppm) por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ......... 10
Tabla 6. Ubicación de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM. ... 17
Tabla 7. Dirección predominante del viento y su frecuencia mensual por estación en el AMM. ............................................................................. 32
Tabla 8. Velocidad promedio mensual del viento (m/s) por estación en el AMM. .................................................................................................... 32
Tabla 9. Frecuencia mensual de vientos en calma (%) por estación en el AMM. .................................................................................................... 32
Tabla 10. Vector resultante, dirección promedio del viento, promedio de velocidad del viento y porcentaje de viento en calma de cada estación durante el período total de muestreo. ................................................... 34
Tabla 11. Estadística descriptiva de los parámetros fisicoquímicos y meteorológicos obtenidos durante el período de estudio. .................... 39
Tabla 12. Parámetros fisicoquímos determinados de las muestras de depósito total recolectadas en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ..................................................................... 40
Tabla 13. Parámetros meteorológicos determinados en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ........................................... 40
Tabla 14. Contaminantes atmosféricos monitoreados por SIMA en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ........................... 41
vii
Índice de gráficas
Página Gráfica 1. Distribución de los contaminantes en el AMM por fuente de
emisión. .................................................................................................. 8
Gráfica 2. Promedios de concentraciones de dióxido de nitrógeno por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ......... 11
Gráfica 3. Promedios de concentraciones de ozono por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ........................... 11
Gráfica 4. Distribución de las muestras por volumen total entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ....................................... 23
Gráfica 5. Distribución del pH ponderado mensual según su intervalo entre los meses de mayo a septiembre del año 2007 en el AMM.................. 24
Gráfica 6. Valor pH ponderado mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................... 25
Gráfica 7. Conductividad electrolítica ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ........................... 28
Gráfica 8. Acidez total ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................... 29
Gráfica 9. Concentración mensual ponderada de sólidos totales por zona, entre los meses junio a septiembre del año 2007 en el AMM. .............. 30
Gráfica 10. Precipitación pluvial mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM (SIMA 2007). .............................. 31
Gráfica 11. Promedio de velocidad mensual del viento entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................ 34
viii
Índice de figuras
Página
Figura 1. Colector convencional de depósito total. ...................................... 16
Figura 2. Distribución espacial de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM. .................................................................................................... 17
Figura 3. Colector convencional de depósito total ubicado sobre el techo de la estación meteorológica centro "Obispado". ...................................... 22
Figura 4. Plano de distribución espacial del pH ponderado promedio por estación del depósito total según su intervalo en el AMM. ................... 27
Figura 5. Rosas de los vientos por cada estación durante el período total de muestreo. .............................................................................................. 33
Figura 6. Direcciones promedio del viento sobre plano de desarrollo urbano del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. ..................... 36
Figura 7. Direcciones promedio del viento sobre plano geológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. .................................... 37
Figura 8. Direcciones promedio del viento sobre plano edafológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. .................................... 38
ix
Siglas y abreviaturas
Area Metropolitana de Monterrey AMM
Compuestos organicos volátiles COV´s
Estación de monitoreo centro CE
Estación de monitoreo noreste NE
Estación de monitoreo noroeste NO
Estación de monitoreo sureste SE
Estación de monitoreo suroeste SO
Micrometros μm
Microsiemens μS
Minutos min
Oxidos de azufre SOx
Oxidos de nitrógeno NOx
Partículas menores a 10 μm PM10
Potencial de hidrogeno
pH
Registro de Emisiones y Transferencia de Contaminantes RETC
Sistema Integral de Monitoreo Ambiental SIMA
1
1. Introducción
1.1 Generalidades
Uno de los problemas ambientales mas graves que en la actualidad afecta a
muchas regiones del mundo es la lluvia ácida. Este fenómeno se refiere a la
precipitación que es significativamente mas ácida que la lluvia “natural” (es
decir, no contaminada), la cual es a su vez algo ácida (pH=5.6) debido a la
presencia en ella de dióxido de carbono atmosférico, el cual forma ácido
carbónico. Solo la lluvia que tenga un pH menor a 5, es considerada
realmente como lluvia “ácida”, esto por la presencia de cantidades traza de
ácidos fuertes. Los dos ácidos predominantes en la lluvia ácida son el ácido
sulfúrico y el ácido nítrico, los cuales son formados por la oxidación
atmosférica de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno.1
En un sentido más general, la deposición ácida se refiere al depósito por
efecto de la gravedad en la superficie de la tierra de ácidos acuosos, gases
ácidos (como SO2) y sales ácidas (como NH4HSO4). Según esta definición,
la deposición en forma de solución es la precipitación ácida (deposición
húmeda) y la deposición de gases secos y compuestos sólidos es la
deposición seca.2
Para fines de recolección de muestras, se define como deposición total, a la
mezcla de depósito húmedo y seco que ha sido recolectado en conjunto
dentro de un mismo recipiente.3
Las emisiones de operaciones industriales y la quema de combustibles
fósiles son las mayores fuentes de gases formadores de ácidos, sin
embargo, se ha encontrado lluvia ácida en áreas lejanas a tales fuentes,
esto debido a que estos tienden a dispersarse sobre áreas de varios
centenares o varios miles de kilómetros. Es por ello que la lluvia ácida se
considera un problema de contaminación atmosférica regional.2
Existe una amplia evidencia de los efectos perjudiciales de la lluvia ácida.
Los mayores efectos documentados son los siguientes:
2
Fitotoxicidad directa de las plantas por concentraciones ácidas
excesivas.
Destrucción de áreas de bosques sensibles.
Efectos respiratorios en los seres humanos y otros animales.
Acidificación del agua de los lagos con efectos tóxicos a la flora y
fauna lacustres.
Corrosión de estructuras expuestas, relevadores eléctricos, equipos y
materiales ornamentales.
1.2 Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios: origen y
dispersión
Los contaminantes primarios en la atmósfera son aquellos que se emiten
directamente por las fuentes que los generan. De importancia mayor en la
mayoría de los casos son los contaminantes secundarios, que se forman por
medio de los procesos químicos atmosféricos sobre los contaminantes
primarios.2 En la tabla 1 se presentan los principales contaminantes
atmosféricos primarios y secundarios.4
Tabla 1. Principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios.a
Contaminantes atmosféricos primarios
Origen Contaminantes atmosféricos secundarios
Origen
Partículas Sus fuentes antropogénicas son los automóviles, calentadores domésticos, termoeléctricas, etc., y sus fuentes naturales incluyen los incendios y la suspensión del polvo.
Ozono (O3) Ocurre naturalmente en la capa de ozono estratosférica (15 a 20 km sobre nivel del mar). En la troposfera, el ozono se forma cuando los compuestos orgánicos volátiles (COV´s) y los óxidos de nitrógeno (NOx) que vienen principalmente de emisiones vehiculares, reaccionan en presencia de luz solar.
Óxidos de azufre (SOx) Se forman durante la quema de combustibles que contienen azufre.
Ácido sulfúrico (H2SO4) Oxidación de SOx mediante reacciones químicas atmosféricas y en disolución acuosa.
Óxidos de Nitrógeno (NOx) Sus principales fuentes de emisión son los automóviles, la industria y las plantas de generación de energía.
Ácido nítrico (HNO3) Oxidación de NOx mediante reacciones químicas atmosféricas y en disolución acuosa.
Fuente: Reporte del estado de la calidad del aire en el AMM 2006, SIMA.
a Se describen los principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios relacionados con la
deposición acida.
3
A continuación se describirá la química atmosférica y principales
características de contaminantes primarios:
1.2.1 Partículas
Las partículas pueden ser aerosoles líquidos, sólidos secos o sólidos con
superficies delicuescentes, exhibiendo amplias variaciones en diámetro, área
superficial y composición química. Se clasifican como gruesas o finas si su
tamaño es mayor o menor a 2.5 µm, respectivamente. Las partículas
gruesas resultan principalmente de la ruptura de otras más grandes, las
finas, se forman básicamente de reacciones químicas y de la coagulación de
otras más pequeñas, incluyendo moléculas en estado de vapor.1
Los contaminantes minerales constituyen una fuente importante de
partículas gruesas en el aire. Muchas de las grandes partículas en el polvo
atmosférico tienen su origen en el suelo o en las rocas, y consecuentemente,
su composición elemental es similar a la corteza de la tierra: elevadas
concentraciones de Al, Ca, Si y O. Otras fuentes de partículas gruesas son
las antropogénicas: triturado de piedras en canteras, agricultura y tránsito de
vehículos por caminos sin pavimentar, lo que da lugar a que las partículas de
la parte superficial del suelo y las rocas sean dispersadas por el viento. Por
otra parte, las partículas finas pueden provenir de fuentes tales como la
combustión incompleta de combustibles a base de carbono (carbón,
petróleo, gasolina y diesel). Consecuentemente, una de las fuentes de
partículas atmosféricas carbonosas, tanto finas como gruesas, son los gases
de escape de vehículos, en especial aquellos que funcionan con diesel.1
1.2.2 Óxidos de azufre
La combustión de cualquier sustancia que contenga azufre produce
emisiones de dióxido y trióxido de azufre, los principales SOx. El azufre es
un componente de todos los petróleos y carbones naturales, por lo que la
emisión total de SOx varía considerablemente con la naturaleza y origen de
los combustibles fósiles. Uno de los problemas de la contaminación con el
dióxido de azufre, es su importante capacidad para reaccionar fotoquímica o
catalíticamente con otros contaminantes atmosféricos (óxidos metálicos,
4
partículas u óxidos de nitrógeno), en la formación de trióxido de azufre, ácido
sulfúrico y diversas sales del ácido sulfúrico.5
1.2.3 Óxidos de nitrógeno
El principal efecto dañino provocado por los NOx, es que estos son factores
de iniciación para la formación de smog fotoquímico y deposición ácida. Los
NOx se producen durante procesos de combustión al reaccionar a altas
temperaturas el oxígeno y el nitrógeno presentes en el aire, o bien, al
oxidarse el nitrógeno presente en los combustibles, por tanto, en los
ambientes urbanos los motores de combustión interna de los automóviles
son la principal fuente emisora de estos gases. Se conocen ocho NOx
distintos, pero normalmente sólo tienen interés como contaminantes dos de
ellos, el óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno. El resto se encuentra en
equilibrio con estos dos, pero en concentraciones tan extraordinariamente
bajas que carecen de importancia.5
1.3 Mecanismos de formación de la deposición ácida.
Los contaminantes emitidos a la atmósfera van a ser dispersados por los
vientos en dirección viento debajo de las fuentes contaminantes. Estos vas a
ser eliminados de la atmósfera por la deposición húmeda y/o la deposición
seca.2
La deposición húmeda consiste en la eliminación de contaminantes
atmosféricos por la lluvia, granizo o nieve, ya sea por la incorporación de los
contaminantes durante los procesos de condensación del vapor de agua en
las nubes (aquí los contaminantes forman parte de los núcleos de
condensación), o por la incorporación de los contaminantes en las gotas de
lluvia durante el trayecto de estas al caer de la nube al suelo.6
La deposición seca consiste en la adsorción de los gases sobre las
superficies de las partículas, en la deposición por gravedad de las partículas
más grandes y en la retención por impactación tanto de partículas grandes
como pequeñas al pasar el viento entre áreas con extensa vegetación que
actúan como filtros.2
5
Como se ha mencionado con anterioridad, los principales precursores de la
deposición ácida son los SOx y los NOx, que sufren reacciones de oxidación
en la atmósfera. A continuación se describirán los principales mecanismos
mediante los cuales se forman las principales especies ácidas:
1.3.1 Reacciones de oxidación del SO2 a SO4ˉ²
Puesto que el dióxido de azufre es un agente reductor y el ozono es un
agente oxidante se esperaría la siguiente reacción:
(1) SO2 + O3 ---> SO3ˉ² + O2
Según experimentos realizados esta reacción solo se realiza en ambientes
húmedos. Otra forma en que el dióxido de azufre se oxida es cuando
reacciona con el dióxido de nitrógeno:
(2) SO2 + NO2 ---> SO3ˉ² + NO
Al igual que el caso anterior, esta reacción es muy lenta en fase gaseosa,
pero cuando el dióxido de azufre, el dióxido de nitrógeno y el ozono están
presentes, las siguientes reacciones son posibles:
(3) NO2 + O3 ---> NO3ˉ + O2
(4) NO3ˉ + SO2 ---> NO2 + SO3ˉ2
(5) N2O5 + SO2 ---> SO3ˉ2 + 2NO2
(6) SO3ˉ2 + H2O ---> H2SO4
El producto final de estas reacciones es el ácido sulfúrico, el cual se deposita
en la superficie terrestre en forma de aerosol o en el agua de lluvia.5
6
1.3.2 Reacciones de oxidación del NO2 a NO3ˉ
Cuando existen cantidades apreciables de ozono las siguientes reacciones
son posibles:
(7) NO2 + O3 ---> NO3ˉ + O2
(8) NO3ˉ + NO ---> 2NO2
(9) NO3ˉ + H2O ---> HNO3 + OHˉ
(10) NO3ˉ + NO2 ---> N2O5
(11) N2O5 + H2O ---> 2HNO3
Estas reacciones explican la rápida desaparición del dióxido de nitrógeno,
mediante su transformación en ácido nítrico.5
1.4 Contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey
1.4.1 Descripción física y meteorológica del AMM
El Área Metropolitana de Monterrey (AMM) es una zona industrial, comercial
y habitacional. Se encuentra integrada por los municipios de Apodaca,
Cadereyta, García, General Escobedo, Guadalupe, Juárez, Monterrey, San
Nicolás de los Garza, San Pedro Garza García, Santiago y Santa Catarina,
en el Estado de Nuevo León, México. Está situada en el pie del monte
septentrional de la Sierra Madre Oriental. Monterrey, cabecera del Área
Metropolitana de Monterrey, se localiza en el paralelo 25°40´ de latitud norte
y 100°18´ de meridiano oeste, a 537 metros sobre el nivel del mar. El clima
es extremoso. La temperatura media anual es de 23°C, la mínima absoluta
de 8°C y la máxima de 43°C. Los meses más calurosos son junio, julio y
agosto. El ciclo de lluvias es de julio a septiembre, con precipitación pluvial
media anual de 640.3 mm. Los vientos dominantes provienen del este y del
sureste; estos últimos del cañón del Huajuco. En el invierno predominan los
del norte, que en febrero y marzo soplan con mayor fuerza.7
7
1.4.1.1 Geología
Las sierras del AMM se encuentran generalmente erosionadas, lo que
ocasiona el depósito de materiales en los valles. Las rocas que afloran en la
zona son sedimentarias; destacan las rocas calizas, la asociación caliza-
lutita, lutita y asociaciones lutita-arenisca. Las primeras caracterizan la
mayor parte del macizo montañoso de la Sierra Madre Oriental y las sierras
aisladas de la misma, como El Fraile, Las Mitras, Sierra de La Silla y cerro El
Topo, entre otros. En el AMM, el aluvión formado por el depósito de
materiales sueltos (gravas y arenas) se extiende en todas la partes llanas,
en los sitios bajos entre las sierras y ocupa una gran extensión, superior al
30% de la superficie total. En este suelo aluvial se asientan las zonas
urbanas, la infraestructura de comunicaciones y la planta industrial.7
Tabla 2. Geología del AMM.
Era geológica
Período Roca o suelo
Unidad litológica
Componentes principales
Mesozoica Cretácico Inferior
Sedimentaria Caliza Calcita (CaCO3) Dolomita (Ca,Mg(CO3))
Mesozoica Cretácico Superior
Sedimentaria Caliza Lutita Calcita (CaCO3) Dolomita (Ca,Mg(CO3)) Arcilla (Silicato de aluminio hidratado Al2O3· 2SiO2· H2O)
Cenozoico Cuaternario Suelo Aluvial Arena (SiO2) Arcilla (Silicato de aluminio hidratado Al2O3· 2SiO2· H2O) Grava (CaCO3)
Cenozoico Cuaternario Sedimentaria Conglomerado Grava (CaCO3)
Cenozoico Terciario Sedimentaria Conglomerado Grava (CaCO3)
Fuente: Estadísticas de medio ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.
1.4.1.2 Edafología
Según el sistema de clasificación FAO-UNESCO, en el AMM se hacen
presentes diez tipos de suelo, siendo cinco los principales, los cuales se
resumen en la tabla 3.7
8
Tabla 3. Tipos de suelo en el AMM, según clasificación FAO-UNESCO.
Tipo de suelo
Descripción
Litosoles Predominan en el AMM formando parte del relieve accidentado de sierras, lomeríos y laderas de los valles intermontanos. En la región se asocian a suelos denominados Rendzinas.
Rendzinas Este tipo de suelos, al igual que los litosoles, se encuentra en sierras, lomeríos y bajadas de la región. Se encuentran por encima de rocas duras ricas en cal; la capa superficial es algo gruesa, oscura y rica en materia orgánica y nutrientes
Xerosoles Son típicos de zonas semiáridas y se distribuyen por lo general en las partes bajas o con ligera pendiente. Generalmente son neutros o alcalinos y pueden tener acumulaciones importantes de arcilla o cal; en algunos casos pueden presentar una excesiva salinidad o sodicidad, sobre todo en áreas destinadas a la agricultura de riego.
Regosoles Son suelos jóvenes o muy poco desarrollados en su estructura. El subtipo más común en el AMM es el Regosol calcárico con acumulaciones considerables de calcio a menos de 50 cm de profundidad
Vertisoles Los subtipos presentes son el Vertisol Pélico y el Vertisol Crómico. Generalmente, son suelos profundos pero en algunos sitios se ve limitada dicha profundidad, por capas de roca o presencia de grava.
Fuente: Estadísticas de medio ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.
1.4.2 Fuentes de contaminación atmosférica en el AMM
Con el objetivo de evaluar los contaminantes en el AMM por fuente de
emisión, se presentan en la grafica 1 los datos obtenidos del primer
Inventario de emisiones de los estados de la frontera norte de México, y en
el cual se incluye el AMM.8
Gráfica 1. Distribución de los contaminantes en el AMM por fuente de emisión.
Fuente: Inventario de emisiones de los estados de la frontera norte de México 1999, INE.
Fuentes fijasFuentes por área
Fuentes móviles en carretera
Fuentes móviles fuera de ruta
400,000
350,000
300,000
250,000
200,000
150,000
100,000
50,000
0
Emisiones (Ton/año)
NOx SOx COV́ s CO PM10 PM2.5 NH3
Em
isio
ne
s (
To
n/a
ño
)
9
En la gráfica anterior se puede observar que la principal fuente emisora de
NOx son las fuentes móviles (vehículos automotores), la principal fuente
emisora de SOx son las fuentes fijas (industria) y que la principal fuente
emisora de PM10 son las fuentes por área (servicios, transito de vehículos
por caminos no pavimentados, etc.).
1.4.3 Contaminación atmosférica por zona en el AMM
La predominancia de las PM10 es uno de los problemas que aquejan al AMM
sobre todo durante los meses de invierno cuando se presentan los mayores
índices de contaminación. En la zona suroeste (SO) se hace presente un
mayor número de excedencias a las normas de estos contaminantes, debido
a que las concentraciones son mayores en el oeste, debido a que la
dirección predominante del viento es de este a oeste, lo que genera que los
contaminantes producidos en el AMM sean arrastrados hacia la zona SO.
Los valores de las mediciones de partículas se elevan durante los meses de
invierno debido a que las condiciones climatológicas son poco favorables
para la dispersión de contaminantes.4
En la tabla 4 se muestra el comportamiento de las concentraciones de
partículas en el AMM durante el año 2007.9
Tabla 4. Promedios de concentraciones de PM10 (ppm) por zona en el AMM durante los meses
de enero a octubre del año 2007.
Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.
Así mismo, se ha observado que se incrementan las lecturas de PM10
cuando la dirección del viento cambia de la dirección habitual, que es del
este, a una predominante del noroeste. La causa del aumento en las
10
concentraciones al cambiar la dirección del viento es probablemente a la
poca cobertura vegetal como también fuentes generadoras de material
particulado presentes al poniente del AMM.4
En cuanto al dióxido de azufre, el horario en el que comúnmente está
presente es de 07:00 a 16:00 horas, coincidiendo con el período en el cual
se registra una mayor actividad industrial y tráfico vehicular.4
En la tabla 5 se muestra el comportamiento de las concentraciones del
dióxido de de azufre mensual en el AMM durante el año 2007. Se puede
observar que durante los meses de marzo a junio se mantiene similar su
concentración atmosférica. Este contaminante se manifiesta
predominantemente en la zona SO y la máxima concentración alcanzada por
este contaminante fue de 0.001 ppm en el mes de enero.9
Tabla 5. Promedios de concentraciones de dióxido de azufre (ppm) por zona en el AMM
durante los meses de enero a octubre del año 2007.
Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.
Las mediciones máximas de dióxido de nitrógeno se presentan durante la
mañana y disminuyen hacia el mediodía, volviendo a incrementarse al llegar
la noche. Éste es un comportamiento inverso al de la temperatura y sigue el
patrón del tráfico vehicular. Los meses fríos son los que registran las
mayores concentraciones de este contaminante, debido a que las
condiciones meteorológicas favorecen la acumulación de los gases en el
AMM, principalmente en la zona SO – Santa Catarina.4
11
En la gráfica 2 se observa que los meses donde existe una mayor
concentración de este contaminante son enero y febrero mientras que los
meses de agosto y septiembre presentan el menor índice de contaminación.9
Gráfica 2. Promedios de concentraciones de dióxido de nitrógeno por zona en el AMM durante
los meses de enero a octubre del año 2007.
Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.
De forma rutinaria el ozono muestra una concentración elevada después del
mediodía, que es cuando se presenta la mayor radiación solar. La formación
de ozono se ve afectada por un gran número de parámetros meteorológicos,
especialmente por la temperatura y la estabilidad atmosférica.4
En la gráfica 3 se muestra el comportamiento de las concentraciones del
ozono en el AMM durante el 2007. En el gráfico se observa que los meses
donde existe una mayor concentración de este gas son de abril a junio,
mientras que el mes de enero presenta el menor índice de contaminación.
En cuanto a las zonas, la zona SE es la que presenta los mayores niveles de
ozono.9
Gráfica 3. Promedios de concentraciones de ozono por zona en el AMM durante los meses de
enero a octubre del año 2007.
Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.
12
2. Antecedentes
Larssen y Carmichael determinaron en el año 1999, que la deposición ácida
(húmeda y seca) en el norte de China se encontraba fuertemente
influenciada y modificada por el polvo proveniente del suelo natural de áreas
desérticas y semidesérticas. En ese mismo estudio se mencionó que la
capacidad de neutralización del polvo era mayormente debida al mineral
calcita (CaCO3) contenido en el suelo de la región.10
Samara et al., determinaron en el año 1999, en Thessaloniki, Grecia, que
bajas cantidades de precipitación pluvial tienen como resultado una menor
dilución de los contaminantes atmosféricos en el agua de lluvia, mientras
que altas cantidades de precipitación pluvial tienen el efecto contrario. En
esta misma investigación se concluyó que las altas concentraciones de
sulfato y calcio que fueron determinadas, sugerían que la neutralización era
la mayor causa de la baja acidez determinada en la mayoría de las
muestras.11
Según el Informe anual de 1999 del programa de precipitación ácida de la
Zona Metropolitana de la Ciudad de México, el 11% de las muestras
colectadas de depósito húmedo fue de carácter ácido, siendo el principal
responsable de esto el ion nitrato cuya concentración aumentó notoriamente
respecto a años anteriores en la mayoría de los sitios de monitoreo. También
se encontró un aumento en la conductancia específica y en las
concentraciones de cationes (calcio, potasio, magnesio y sodio). Estos
cationes mostraron una buena correlación entre si debido a su
comportamiento químico similar y su origen común a partir de suelos
erosionados, áreas no pavimentadas y superficies carentes de vegetación.12
La concentración de sulfato en el agua de lluvia de la Ciudad de México
disminuyo en el periodo 1994-2000, como resultado de la disminución de
emisiones de dióxido de azufre y del reemplazo de aceite combustible por
gas natural en las plantas de energía termoeléctrica.13
13
Bravo et al. reportaron en el año 2000, que las precipitaciones en Puerto
Morelos, Yucatán, México, tuvieron un valor de pH de 5.35, siendo el ácido
sulfúrico el principal contribuyente. Se encontró un amplio rango de
correlación Na+/Clˉ, lo que indicó que estos iones son de origen marino.14
En la Conferencia Mundial sobre Lluvia Ácida del año 2000, llevada a cabo
en Tsukuba, Japón, se mencionó que la deposición de contaminantes
acidificantes en Europa y Norteamérica ha sido un serio problema que
incluye el deterioro de suelos y monumentos en muchas regiones. En esta
misma se concluyó que la deposición de contaminantes acidificantes en
China e India, se ha incrementado a una rápida velocidad.15
En Turquía se reportó en el año 2002, que se presentaron concentraciones
elevadas de ion amonio en el agua de lluvia debido a las actividades de
agricultura que se realizan en la región, además de encontrar bajas
concentraciones de ion hidronio, lo que sugirió que los ácidos nítrico y
sulfúrico eran neutralizados por el calcio (CaCO3) presente en partículas
alcalinas de la atmósfera.16
En India reportaron en el año 2003, precipitaciones con un valor de pH de
6.4, siendo el ion calcio el encontrado en mayor concentración debido a la
influencia de partículas calcáreas en la atmósfera de esa región.17
En Venezuela se ha estudiado la presencia de ácidos dicarboxilicos en el
agua de lluvia. Se reportó en el año 2005, que la principal especie
encontrada en las precipitaciones corresponde al ácido oxálico, el cual
proviene de la foto-oxidación de compuestos aromáticos provenientes de
emisiones de automóviles.18
Han sido reportados valores de pH en el rango de 4.2 a 4.9 para Nueva
York, Europa, Sur de China, Japón, Corea y Ciudad de México.13
14
3. Hipótesis
Es posible utilizar las características fisicoquímicas de la deposición total
como un indicador de la calidad del aire en el Área Metropolitana de
Monterrey.
3.1 Justificación
Social: La realización de este proyecto forma parte de una serie de estudios
pioneros en su tipo en el estado de Nuevo León, por lo que los resultados y
conclusiones derivados de este servirán como precedente para la realización
de estudios posteriores que contribuyan al conocimiento y mejoramiento del
desarrollo ecológico y la salud ambiental de la región.
Económica: Los resultados arrojados por el estudio servirán de base para
evaluar las estrategias implementadas para la prevención y control de la
contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey.
Científica: Es importante conocer las características fisicoquímicas de las
deposiciones, ya que estas podrían ser de utilidad para evaluar los procesos
de auto-purificación atmosférica de la zona en estudio.
15
4. Objetivos
4.1 Objetivo general
Evaluar los parámetros fisicoquímicos de la deposición total en cinco puntos
del Área Metropolitana de Monterrey y correlacionarlos con algunos
parámetros meteorológicos para evaluar la calidad del aire en la zona en
estudio.
4.2 Objetivos específicos
1. Obtener muestras de deposición total de diferentes zonas del Área
Metropolitana de Monterrey de mayo a septiembre del año 2007.
2. Realizar mediciones de la cantidad de precipitación pluvial en las
zonas de muestreo.
3. Realizar mediciones de dirección y velocidad del viento en las
zonas de muestreo durante el período de estudio para elaborar la
rosa de los vientos.
4. Determinar el volumen total, valor de pH, conductividad
electrolítica, acidez o alcalinidad y concentración de sólidos totales
en las muestras recolectadas.
5. Realizar el análisis estadístico descriptivo de los datos obtenidos.
16
5. Materiales y métodos
La presente investigación se realizó en campo y en el Laboratorio de
Investigación en Ciencias de los Alimentos y Ambientales, de la Facultad de
Ciencias Químicas, de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La
obtención de muestras y datos meteorológicos se llevó a cabo en
coordinación con personal del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental
(SIMA) de la Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos Naturales
del Estado de Nuevo León. El financiamiento del proyecto lo realizó la
Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León.
5.1 Muestreo
El período de muestreo comprendió de los meses de mayo a septiembre del
año 2007, ubicándose en las estaciones climáticas de primavera y verano.
Para realizar el muestreo se realizaron los pasos descritos a continuación.
Es importante mencionar que solamente se recolectaron muestras de
depósito total.
a. Se colocó simultáneamente sobre el techo de cada una de las cinco
estaciones de monitoreo de SIMA, un colector convencional de
depósito total, que consiste en una botella de polietileno de 1 galón de
capacidad, un embudo de polietileno de 20 cm Ø y un soporte
metálico, como se indica en la figura 1.
Botella
de polietileno
(1 galón)
Embudo de
polietileno
(20 cm Ø)
Soporte
Techo de estación
meteorológica
Figura 1. Colector convencional de depósito total.
17
Las cinco estaciones de monitoreo se ubican en el sureste, noreste,
centro, noroeste y suroeste del AMM (tabla 6), así mismo, en la figura
2 se muestra la distribución de las estaciones de sobre el AMM.
Tabla 6. Ubicación de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM.
Estación de monitoreo
Nombre/ubicación Coordenadas geográficas
Municipio
Sureste (SE) Parque La Pastora 25°40´ 06” Norte 100°14´ 54” Oeste
Guadalupe
Noreste (NE) Colonia Unidad Laboral 25°44´ 42” Norte 100°15´ 17” Oeste
San Nicolás de los Garza
Centro (CE) Patios de la empresa Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey I.P.D., Colonia Obispado
25°40´ 32” Norte 100°20´ 18” Oeste
Monterrey
Noroeste (NO) Talleres de Metrorrey, Colonia San Bernabé
25°45´ 11” Norte 100°22´ 11” Oeste
Monterrey
Suroeste (SO) Centro Santa Catarina 25°40´30” Norte 100°27´ 30” Oeste
Santa Catarina
Figura 2. Distribución espacial de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM.
b. Cuando se suscitaron eventos de precipitación, las muestras de
depósito total colectadas se trasvasaron de los colectores a
recipientes de polietileno de 1 L de capacidad, para posteriormente
ser etiquetados con las fechas del período de recolección. En este
punto se hizo el cambio de colectores para efectos de evitar la
contaminación de posteriores muestras.
18
c. Las muestras trasvasadas y etiquetadas se conservaron en
refrigeración a una temperatura de 4oC, para su posterior análisis
fisicoquímico.
5.2 Análisis fisicoquímico de las muestras
Para llevar a cabo los análisis fisicoquímicos se siguieron los protocolos
basados en los métodos de prueba descritos por las Normas Mexicanas
(NMX). Es importante mencionar que para cada prueba las muestras se
trabajaron por duplicado para tener una mayor fiabilidad de los resultados
obtenidos.
5.2.1 Determinación del volumen total
a. Las muestras se trasvasaron a probetas graduadas con capacidad de
3500 mL.
b. Se registraron los volúmenes medidos para cada muestra.
5.2.2 Determinación del valor pH y conductividad electrolítica (NMX-AA-008-
SCFI-2000 y NMX-AA-093-SCFI-2000)
a. Se enjuagó cuidadosamente el electrodo del pHímetro con agua
desionizada y se transfirió una porción de la muestra a un recipiente
limpio de tamaño apropiado.
b. Se determinó la temperatura de la muestra, para verificar que se
encontrara a 25 °C. En caso contrario se ajustó la muestra hasta esta
temperatura.
c. Se sumergió el electrodo en una porción de la muestra problema
durante 1 min para acondicionarlo. Se retiró el electrodo de la
disolución y se secó con papel absorbente sin enjuagarlo y ni tallar.
d. El electrodo se sumergió en una porción fresca de la muestra
problema y se seleccionó el parámetro conductividad. Una vez
estabilizada la lectura se registró el valor de conductividad.
e. Se seleccionó el parámetro pH en el equipo, y se esperó a que la
lectura de pH se estabilizara (variación de lectura menor que 0,02
unidad de pH en un lapso no mayor de 1 min). Se registró el valor de
pH.
19
f. Después de cada determinación se repitieron los pasos anteriores.19,
20
5.2.3 Determinación de acidez o alcalinidad (NMX-AA-036-SCFI-2001)
Se transfirieron 100 mL de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 mL y
se adicionaron 2 gotas de disolución indicadora de fenolftaleína. En este
punto se observó que todas las muestras no presentaron coloración alguna,
por lo que se decidió determinar la acidez total para todas las muestras.
5.2.3.1 Acidez total
a. Se tituló con disolución de hidróxido de sodio valorada hasta el vire
del indicador, de incoloro a rosa (acidez total).
b. Se registró el volumen empleado en la titulación y se calculó la acidez
tomando en cuenta el vire del indicador.21
5.2.4 Determinación de sólidos totales (NMX-AA-20-1980)
a. En una cápsula de porcelana previamente tarada, se vertieron 50 mL
de muestra y se evaporó casi a sequedad.
b. La cápsula con la muestra se sometió a sequedad en una estufa
eléctrica a 376 K - 388 K (103°C - 115°C), durante 30 minutos.
c. Se llevó a peso constante y por diferencia de peso entre la cápsula
con la muestra evaporada y el peso original de la cápsula, se
determinó el contenido de los sólidos totales por unidad de volumen.22
5.2.5 Cálculo de valores ponderados
Una vez obtenidos los resultados del análisis fisicoquímico, se procedió en
los casos del pH, conductividad electrolítica, acidez total y sólidos totales, a
calcular su valor ponderado mensual. Para realizar esto, se multiplicaron los
datos obtenidos por el volumen total correspondiente a la muestra, y se
dividió entre el valor de precipitación pluvial correspondiente al mes de
muestreo. Una vez hecho esto, se calculó el promedio de los valores
ponderados obtenidos en el mes correspondiente y según la estación.
Del mismo modo, se calcularon los valores ponderados promedio para cada
estación y los valores ponderados promedio por mes. Para la realización del
primero se tomaron en cuenta los cinco valores ponderados mensuales
20
(mayo-septiembre) obtenidos en una estación dada, de modo que se
obtuvieron valores para las estaciones sureste, noreste, centro, noroeste y
suroeste, y para el caso del segundo, se tomaron en cuenta los cinco valores
ponderados mensuales obtenidos de cada estación en un mes dado,
obteniéndose valores para los meses de mayo, junio, julio, agosto y
septiembre. Así pues, para el análisis de los resultados se calcularon por
parámetro fisicoquímico tres clases de valores ponderados:
Valor ponderado mensual (1 estación/1 mes)
Valor ponderado promedio por estación (1 estación/5 meses)
Valor ponderado promedio por mes (5 estaciones/1 mes)
5.3 Estudios meteorológicos
5.3.1 Medición de precipitación pluvial
Se emplearon las mediciones de precipitación pluvial realizadas por las
estaciones de monitoreo de SIMA, sin embargo, es importante mencionar
que en la estación NE no se realizó la medición de este parámetro, por lo
que para efectos de calcular los valores ponderados de pH, conductividad
electrolítica, acidez total y sólidos totales de las muestras recolectadas en
esa estación, se asumió el valor de precipitación pluvial de la estación SE
debido a su cercanía geográfica.
5.3.2 Elaboración de la rosa de los vientos
Se emplearon los parámetros meteorológicos dirección y velocidad del
viento, proporcionados por las cinco estaciones de monitoreo de SIMA, para
elaborar las gráficas de la rosa de los vientos utilizando el software
WRPLOT-VIEW de Likes Environmental. Se elaboraron dos clases de rosas
de los vientos:
Rosa de los vientos mensual por cada estación
Rosa de los vientos por cada estación durante el período total de
muestreo
Esto se realizó para evaluar la dispersión de los contaminantes en las zonas
de estudio y correlacionarlos con los parámetros fisicoquímicos
determinados en las muestras de depósito total.
21
5.4 Análisis estadístico
Se realizó el tratamiento estadístico de los datos empleando estadística
descriptiva; medidas de tendencia central y medidas de dispersión.
5.5 Materiales y equipos
5.5.1 Reactivos químicos
Ácido sulfúrico Biftalato de potasio Buffer de fosfatos
Fenolftaleína Carbonato de sodio Nitrato de plata
Naranja de metilo Cromato de potasio Hidróxido de sodio
Carbonato de sodio Hidróxido de aluminio Nitrato de potasio
Agua destilada libre de CO2
5.5.2 Material de laboratorio
Bureta de 50 mL
Soporte universal
Pinzas para soporte
Matraces Erlenmeyer de 250 mL
Matraces de aforación de 1 L
Vasos de precipitados de 250 mL
Pipetas serológicas de 1, 5 y 10 mL
Pipetas volumétricas de 5 y 10 mL
Cápsulas de porcelana con capacidad de 50 cm³
Desecador
5.5.3 Equipo
Colectores convencionales de depósito total (5).
Estaciones de monitoreo de SIMA (5).
Potenciómetro-conductimetro marca Hanna modelo HI-9143
Mufla eléctrica
Balanza analítica
Computadora personal hp Pavillion dv6220la
22
6. Resultados y análisis
Se obtuvieron un total de cuarenta y cinco muestras de depósito total
durante los meses de mayo a septiembre en los cinco puntos de muestreo,
realizándose su recolección en un intervalo máximo y mínimo de quince y
tres días, respectivamente. A continuación se describen por parámetro, los
resultados obtenidos del las pruebas fisicoquímicas.
Figura 3. Colector convencional de depósito total ubicado sobre el techo de la estación
meteorológica centro "Obispado".
6.1 Análisis fisicoquímicos
6.1.1 Volumen total
La distribución de las muestras por volumen de agua recolectado, se
representa en la gráfica 4. Se establecieron ocho rangos de volumen total,
ubicándose el mayor número de muestras (26.7%) en el rango de >500-1000
mL, mientras que el menor número de muestras (4.4%) se ubicó entre los
rangos de >2500-3000 y >3000-3500 mL. Se obtuvo un volumen total
promedio de 1303.8 mL, el cual se ubicó en el tercer intervalo (>1000-1500
mL).
El máximo volumen de 3800 mL, fue captado en la estación NO (del 31 de
agosto al 3 de septiembre), mientras que el mínimo de 90 mL se recolectó
en la estación SO (del 18 al 21 de mayo).
23
En cuanto a los puntos de muestreo, la estación NE registró el mayor
volumen promedio con 1588.3 mL, mientras que la estación SO fue la del
menor con 857.8 mL.
En lo que respecta a los meses de recolección, septiembre alcanzó el mayor
volumen promedio con 2068 mL., mientras que el menor fue para el mes de
julio con 703 mL.
Gráfica 4. Distribución de las muestras por volumen total entre los meses mayo a septiembre del
año 2007 en el AMM.
6.1.2 Potencial de hidrógeno (pH)
Se determinó el pH para cada una de las 45 muestras recolectadas, sin
embargo como se mencionó con anterioridad, para evaluar este parámetro
fisicoquímico fue necesario calcular el pH ponderado mensual por cada
estación, obteniéndose un total de 25 datos.
La gráfica 5 agrupa los tres intervalos de pH que fueron establecidos. El
primer intervalo, de 4.4 a 5.0, agrupó a las muestras con pH que caracteriza
la presencia de lluvias ácidas (pH < 5.0). El segundo intervalo, de 5.1 a 5.6,
24
integró a las muestras de precipitaciones con pH “natural” y el tercer
intervalo, de 5.7 a 7.2, a las muestras con valor de pH de ligeramente ácido
o alcalino.12
La distribución del número de muestras según su intervalo de pH es el
siguiente: 20% con pH característico de las lluvias ácidas, 20% con valor de
pH “natural” y 60% con valores de pH de ligeramente ácidos a alcalinos.
Gráfica 5. Distribución del pH ponderado mensual según su intervalo entre los meses de mayo a
septiembre del año 2007 en el AMM.
La distribución del pH ponderado mensual por estación se observa en la
gráfica 6. De esta gráfica se pueden observar los valores obtenidos con pH
característico de las lluvias ácidas. Estos son los siguientes:
pH 4.4, estación SE, mes de junio
pH 4.5, estación CE, mes de mayo
pH 4.7. estación NE, mes de mayo
pH 5.0, estación CE, mes de agosto
pH 5.0, estación NO, mes de septiembre
El valor máximo de pH fue de 7.2, y se registró en la estación SO en el mes
de julio. En cuanto a los valores promedio por estación, el máximo
25
corresponde a la SO con 6.4, y el mínimo a la CE con 5.4. En este punto se
observa que la estación suroeste fue la que registró los máximos valores de
pH ponderado mensual y pH ponderado promedio por estación.
En cuanto al pH ponderado promedio por mes, el máximo y mínimo
corresponden a julio (6.4) y mayo (5.2), respectivamente.
Gráfica 6. Valor pH ponderado mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año
2007 en el AMM.
6.1.2.1 Distribución espacial
En la figura 4 se observa sobre un plano del AMM la distribución de las
deposiciones según el rango de pH en el cual se ubicaron. Es importante
mencionar que esta distribución se realizó tomando en cuenta el pH
ponderado promedio por estación. De igual forma, es necesario aclarar que
la distribución espacial representada en el plano se realizó según el
municipio del AMM en el cual se localizaron las estaciones de monitoreo y
los colectores de depósito total, sin embargo, debido a que en el caso del
municipio de Monterrey se localizan 2 estaciones (NO y CE), se consideró
representar en el plano los valores de pH promedio obtenidos de cada una
de estas; no se tomó en cuenta la superficie del sur del municipio debido a
que se considera necesaria la instalación de un colector y una estación de
monitoreo sobre esta área para obtener datos que sean representativos de
la calidad del aire de la zona. Este mismo criterio se empleo para no
considerar otros municipios del AMM, como los son: Apodaca, Cadereyta,
García, General Escobedo, Juárez, San Pedro Garza García y Santiago.
26
Como se ha mencionado con anterioridad, las deposiciones con valor
característico de lluvia ácida (4.4-5.0) correspondieron a solo 5 eventos, sin
embargo, ninguna estación se ubicó dentro de este intervalo tomando en
cuenta su pH ponderado promedio.
En el intervalo de pH de 5.1-5.6, que corresponde a precipitaciones con pH
“natural”, se ubicaron las zonas NE, CE y SE.
Por otra parte, en el intervalo de pH de 5.7-7.2, que corresponde a
precipitaciones con valor de ligeramente ácido a alcalino, se ubicaron las
zonas NO y SO.
27
SO CE
Intervalos de pH
4.4-5.0
5.1-5.6
5.7-7.2
SE
N
NO NE
Simbología
Puntos de muestreo
CE
Figura 4. Plano de distribución espacial del pH ponderado promedio por estación del depósito total según su intervalo en el AMM.
28
6.1.3 Conductividad electrolítica
Se calculó la conductividad electrolítica ponderada mensual por cada
estación, obteniéndose un total de 25 datos. La gráfica 7 muestra la
distribución de la conductividad electrolítica ponderada mensual por cada
estación. Los valores máximo y mínimo de 1645.32 (junio) y 92.17 µS
(septiembre), respectivamente, fueron registrados en la estación NE. En
cuanto al promedio ponderado por estación, la estaciones que registraron los
valores máximo y mínimo de conductividad fueron la CE y SO, con 544 y
299.1 µS.
Los promedios ponderados mensuales máximo y mínimo, corresponden a
los meses de junio (768.2 µS) y septiembre (230.2 µS), respectivamente.
Gráfica 7. Conductividad electrolítica ponderada mensual por zona entre los meses mayo a
septiembre del año 2007 en el AMM.
6.1.4 Acidez total
Se realizó la prueba de acidez total para las 45 muestras y posteriormente
se procedió a determinar la concentración ponderada mensual de acidez
total por cada estación, obteniéndose un total de 25 datos.
29
La gráfica 8 muestra la distribución de la concentración ponderada mensual
de acidez total por cada estación. Los valores máximo y mínimo de acidez
total fueron registrados en las estaciones NE en el mes de junio (323.1 mg/L
de CaCO3), y SO en el mes de julio (16.5 mg/L de CaCO3). En cuanto a los
valores promedio por estación, el máximo corresponde a la NE (152.6 mg/L
de CaCO3) y el mínimo a la SO (38.3 mg/L de CaCO3). En este punto se
observa que las estaciones NE y SO registraron los valores máximo y
mínimo de concentración ponderada mensual y concentración ponderada
promedio por estación.
En cuanto al promedio ponderado por mes, el máximo y mínimo
corresponden a mayo (133.8 mg/L de CaCO3) y julio (40.2 mg/L de CaCO3),
respectivamente.
Gráfica 8. Acidez total ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año
2007 en el AMM.
6.1.5 Sólidos totales
Se realizó la prueba de sólidos totales para las 45 muestras recolectadas y
se procedió a calcular la concentración ponderada mensual por estación. En
este punto se determinó no considerar los valores obtenidos para el mes de
mayo, debido a que estos fueron demasiado elevados en todas las
30
estaciones. Se sugiere que una posible contaminación de las muestras fue la
causa del error. Por lo tanto, para el caso de los sólidos totales se obtuvieron
solamente 20 datos correspondientes a los meses de junio a septiembre.
La gráfica 9 muestra la distribución de la concentración ponderada mensual
de sólidos totales por estación. Los valores máximo y mínimo fueron
registrados en las estaciones NE en el mes de junio (5743.8 mg/L), y NO en
el mes de julio (170.69 mg/L). En cuanto a los valores promedio por
estación, el máximo corresponde a la NE (2367.26 mg/L) y el mínimo a la
SO (435.15 mg/L). En este punto se observa que la estación NE registró el
máximo valor de concentración ponderada mensual y concentración
ponderada promedio por estación.
En cuanto a la concentración ponderada promedio por mes, el máximo y
mínimo corresponden a junio (1835.02 mg/L) y julio (902.78 mg/L),
respectivamente.
Gráfica 9. Concentración mensual ponderada de sólidos totales por zona, entre los meses junio a
septiembre del año 2007 en el AMM.
31
6.2 Análisis meteorológico
6.2.1 Precipitación pluvial
En la grafica 10 se observa la precipitación pluvial mensual obtenida por
zona. La estación que registró la máxima precipitación pluvial fue la SO en el
mes de junio (275.75 mm), así como el mayor valor promedio entre los cinco
meses de muestreo (143.3 mm). De manera contraria, la estación que
registró la mínima precipitación pluvial fue la SE en el mes de junio (50.75
mm), y el menor valor promedio correspondió a la CE con 109.7 mm.
En cuanto a los meses de recolección, junio alcanzó el mayor valor promedio
con 175.4 mm., mientras que el menor valor fue para el mes de mayo con
78.7 mm.
Gráfica 10. Precipitación pluvial mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año
2007 en el AMM (SIMA 2007).
6.2.2 Dirección y velocidad del viento prevalecientes durante el período de
muestreo
Se construyeron las rosas de los vientos mensuales para todas las
estaciones. Se obtuvieron un total de 25 rosas de viento, de las cuales a
continuación se presenta la tabla 7, indicando la dirección predominante del
viento y su frecuencia por estación de muestreo.
32
Tabla 7. Dirección predominante del viento y su frecuencia mensual por estación en el AMM.
Estación Mes de muestreo
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Sureste Este (38%)
Este (28%)
Este-noreste (30%)
Este (30%)
Este (26%)
Noreste Este-sureste (36%)
Este-sureste (33%)
Este-sureste (24%)
Este-sureste (33%)
Este-sureste (30%)
Centro Noreste (20%)
Noreste (20%)
Noreste (22%)
Noreste (21%)
Noreste (19%)
Noroeste Este-sureste (40.5%)
Este-sureste (36%)
Este-sureste (32%)
Este-sureste (39%)
Este-sureste (38%)
Suroeste Este (31.5%)
Este (30%)
Este (27%)
Este (36%)
Este-sureste (29%)
En cuanto a la velocidad del viento, en la tabla 8 se presenta la velocidad
promedio mensual del viento por estación.
Tabla 8. Velocidad promedio mensual del viento (m/s) por estación en el AMM.
Estación Mes de muestreo
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Sureste 2.52 2.36 1.94 2.36 1.97
Noreste 2.25 2.17 1.93 2.23 1.9
Centro 1.98 1.78 1.63 1.82 1.51
Noroeste 3.24 2.91 2.63 3.13 2.66
Suroeste 2.59 2.33 2.1 2.51 2.22
Así mismo, en la tabla 9 se presenta la frecuencia mensual de vientos en
calma por estación.
Tabla 9. Frecuencia mensual de vientos en calma (%) por estación en el AMM.
Estación Mes de muestreo
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Sureste 1.08 2.84 3.1 3.24 3.31
Noreste 0.41 0.71 0.41 0.27 1
Centro 2.91 5.49 3.88 6.78 9.94
Noroeste 0.13 0.28 0 0 0.7
Suroeste 5.52 7.51 6.07 3.52 7.09
Por otra parte, se construyeron las rosas de los vientos por cada estación
durante el período total de muestreo, obteniéndose un total de 5. Estas se
presentan a continuación:
33
Figura 5. Rosas de los vientos por cada estación durante el período total de muestreo.
VELOCIDAD DEL VIENTO
(m/s)
≥11.1
8.8-11.1
5.7-8.8
3.6-5.7
2.1-3.6
0.5-2.1
34
En base a estas rosas de los vientos, se presenta en la gráfica 11 el
promedio de la velocidad mensual del viento, en donde se observa que
mayo fue el mes que registró la mayor velocidad del viento con un promedio
de 2.52 m/s, mientras que los que registraron las menores velocidades
fueron julio y septiembre con 2.05 m/s.
0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.00
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre
Velocidad del viento (m/s)
Mes
Gráfica 11. Promedio de velocidad mensual del viento entre los meses mayo a septiembre del
año 2007 en el AMM.
Así mismo, la figura 5 muestra los vectores resultantes de las direcciones
promedio del viento, las velocidades promedio del viento y los períodos de
viento en calma. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 10.
Tabla 10. Vector resultante, dirección promedio del viento, promedio de velocidad del viento y
porcentaje de viento en calma de cada estación durante el período total de muestreo.
Estación Vector resultante de dirección del viento
(° Azimut)
Dirección promedio del viento
Promedio velocidad del viento
(m/s)
Porcentaje viento en calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
De la tabla anterior se observa que la dirección predominante del viento en
el AMM durante el período de muestreo es del este-noreste y este-sureste.
También se observa que en la estación CE los contaminantes atmosféricos
35
pueden tardar mas en disolverse y transportarse de esa zona debido a que
la velocidad promedio de viento allegado es la mas baja de las 5 estaciones
(1.74 m/s), además que en esta zona, junto con la SO, se registraron los
mayores períodos de viento en calma.
De manera contraria, en la zona NO los contaminantes pueden permanecer
por menor tiempo debido a que se presenta la mayor velocidad promedio de
viento (2.91 m/s) y los menores períodos de viento en calma (0.22%).
De modo general, se puede observar en la figura 6 que las direcciones
promedio del viento sobre la mancha urbana del AMM, van a tener como
receptor final el municipio de Santa Catarina. Así mismo se puede apreciar la
distribución casi homogénea de componentes urbanos, como lo son zonas
industriales, equipamientos, vialidades y lotes baldíos, y la casi nula
existencia de áreas verdes dentro del grueso de la mancha urbana. Esto es
de suma importancia debido a que los contaminantes emitidos,
específicamente las partículas, pueden tener una escasa resistencia para su
dispersión. 23
Por otra parte en las figuras 7 y 8, se representan en los planos de geología
y edafología del AMM las direcciones promedio del viento. Como ya se ha
mencionado con anterioridad, el calcio en sus diferentes formas es el
componente predominante del suelo y rocas de la región (ver tabla 2 y 3), y
este puede levantarse del suelo por la acción del viento y dispersarse hacia
la dirección oeste del AMM, sin embargo, vale la pena recalcar del plano de
geología, que el componente principal de las sierras y cerros es piedra
caliza, la cual es rica en el mineral calcita (CaCO3). Esto es de suma
importancia debido a que en algunos cerros de la región, y en particular en la
sierra Las Mitras, se realiza la extracción de piedra caliza para la elaboración
de cemento. El desarrollo de esta actividad en los municipios de Santa
Catarina y García conlleva la emisión de cantidades considerables de
partículas hacia la atmósfera.7
36
SOCE SE
NONE
Estación Vector
resultante de
dirección del
viento
(° Azimut)
Dirección de
vientos
dominantes
Promedio
velocidad del
viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Estación Vector
resultante de
dirección del
viento
(° Azimut)
Dirección de
vientos
dominantes
Promedio
velocidad del
viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Simbología
Dirección promedio
del viento
Punto de muestreo
CE
Figura 6. Direcciones promedio del viento sobre plano de desarrollo urbano del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.
Fuente: Plan metropolitano 2021 de desarrollo urbano de la zona conurbada de Monterrey, APDUNL.
37
Área Urbana
Limite estatal
Limite ZMM
Limite municipal
Falla
Jurasico Superior Caliza
Jurasico Superior Caliza-Lutita
Jurasico Superior Lutita-Arenisca
Jurasico Superior Yeso
Cretácico Inferior Caliza
Cretácico Inferior Caliza-Lutita
Cretácico Superior Caliza-Lutita
Cretácico Superior Lutita
Cretácico Superior Lutita Arenisca
Cuaternario Aluvial
Cuaternario Conglomerado
Terciario Conglomerado
Terciario Brecha Sedimentaria
SO CE SE
NO NE
Estación de
muestreo
Vector
resultante
de dirección
del viento
(° Azimut)
Dirección Promedio
velocidad
del viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Estación de
muestreo
Vector
resultante
de dirección
del viento
(° Azimut)
Dirección Promedio
velocidad
del viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Simbología
Dirección promedio
del viento
Punto de muestreo
CE
Figura 7. Direcciones promedio del viento sobre plano geológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.
Fuente: Estadísticas de Medio Ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.
38
Área Urbana
Limite estatal
Limite ZMM
Limite municipal
Castañozem calcárico
Castañozem haplico
Castañozem luvico
Feozem calcáricoFeozem luvicoFeozem calcáricoLitosolLuvisol órticoRegosol calcárico
RendzinaVertisol crómicoVertisol pélico
Xerosol calcáricoXerosol haplicoXerosol luvico
Termosol haplico
SO CE SE
NO NE
Estación de
muestreo
Vector
resultante de
dirección del
viento
(° Azimut)
Dirección Promedio
velocidad del
viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Estación de
muestreo
Vector
resultante de
dirección del
viento
(° Azimut)
Dirección Promedio
velocidad del
viento
(m/s)
Porcentaje
viento en
calma
Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%
Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%
Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%
Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%
Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%
Simbología
Dirección promedio
del viento
Punto de muestreo
CE
Figura 8. Direcciones promedio del viento sobre plano edafológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.
Fuente: Estadísticas de Medio Ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.
39
6.3 Estadística descriptiva de datos obtenidos
En la tabla 11 se presenta un resumen de los datos obtenidos después del
tratamiento estadístico (estadística descriptiva): rango, media aritmética,
desviación estándar, varianza y coeficiente de variación, calculados para
cada parámetro fisicoquímico de las muestras de depósito total analizadas,
así como para los parámetros meteorológicos precipitación pluvial y
velocidad del viento.
Tabla 11. Estadística descriptiva de los parámetros fisicoquímicos y meteorológicos obtenidos
durante el período de estudio.
Parámetro No. de datos
Rango Mínimo Máximo Media arit.
Desv. Est.
Varianza Coef. De var.
Volumen total (mL)
45 3710.00 90.00 3800.00 1303.80 1063.76 1131580.94 81.59
pH 25 2.80 4.40 7.20 5.75 55.94 3129.77 12.62
Conductividad electrolítica (µS)
25 1553.15 92.17 1645.32 423.17 0.73 0.53 76.15
Acidez total (mg/L de CaCO3)
25 306.62 16.48 323.10 86.65 322.24 103838.27 92.31
Sólidos totales (mg/L)
20 5573.15 170.69 5743.84 1364.31 79.98 6396.79 94.38
Precipitación pluvial (mm)
20 225.00 50.75 275.75 124.21 1287.66 1658066.18 45.04
Velocidad del viento (m/s)
25 1.73 1.51 3.24 2.27 0.44 0.19 19.36
De modo general se observa en cuanto a las medias aritméticas, que el pH
promedio para el total de las muestras recolectadas en el AMM es de 5.75,
que corresponde a precipitaciones con pH de ligeramente ácido a alcalino, y
que la velocidad promedio del viento es de 2.27 m/s.
En cuanto a la variabilidad que presentan los datos obtenidos (medidas de
dispersión), se observa que los mayores rangos se presentan para los
parámetros volumen total, conductividad electrolítica y sólidos totales. Así
mismo, se observa que los parámetros pH y velocidad del viento presentan
una baja desviación estándar y varianza de sus medias aritméticas.
40
7. Discusión
En las siguientes tablas se resumen los resultados obtenidos del análisis
fisicoquímico a las muestras de depósito total y los resultados de los
estudios meteorológicos, así como las concentraciones de contaminantes
atmosféricos monitoreados por SIMA.
Tabla 12. Parámetros fisicoquímos determinados de las muestras de depósito total recolectadas
en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007.
Parámetro fisicoquímico determinado
Estación/mes
Valor ponderado
mensual máximo
Valor ponderado
mensual mínimo
Valor ponderado promedio
por estación máximo
Valor ponderado promedio
por estación mínimo
Valor ponderado promedio mensual máximo
Valor ponderado promedio mensual mínimo
Volumen totala NO (31Agosto-3 Septiembre)
SO (18-21 Agosto)
NE SO Septiembre Julio
pH SO (Julio)
SE (Junio)
SO
CE
Julio Mayo
Conductividad electrolítica
NE (Junio)
NE (Septiembre)
CE SO Junio Septiembre
Acidez total NE (Junio)
SO (Julio)
NE SO Mayo Julio
Sólidos totales NE (Junio)
NO (Julio)
NE SO Junio Julio
Tabla 13. Parámetros meteorológicos determinados en el AMM durante el período mayo a
septiembre del año 2007.
Parámetro meteorológico determinado
Estación/mes
Valor mensual máximo
Valor mensual mínimo
Valor promedio por
estación máximo
Valor promedio por
estación mínimo
Valor promedio mensual máximo
Valor promedio mensual mínimo
Precipitación pluvial SO (Junio)
SE (Junio)
SO CE Junio Mayo
Velocidad del viento NO (Mayo)
CE (Septiembre)
NO
CE
Mayo Julio-Septiembre
Períodos de viento en calma
CE (Septiembre)
NO (Julio-
Agosto)
SO NO Septiembre Mayo
a Para este parámetro no se calculo el valor ponderado.
41
Tabla 14. Contaminantes atmosféricos monitoreados por SIMA en el AMM durante el período
mayo a septiembre del año 2007.
Contaminante atmosférico
Estación/mes
Valor mensual máximo
Valor mensual mínimo
Valor promedio por estación
máximo
Valor promedio por estación
mínimo
Valor promedio mensual máximo
Valor promedio mensual mínimo
PM10 SO (Julio)
SE (Septiembre)
SO SE Julio Septiembre
Dióxido de azufre SO (Septiembre)
NO (Julio)
SO NO Mayo Julio
Dióxido de nitrógeno
SO (Mayo)
SE (Agosto)
SO SE Junio Agosto
Ozono SE (Mayo)
NE (Septiembre)
SE NE Mayo Septiembre
Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.
7.1 Análisis de períodos de mayor acidez
7.1.1 Análisis de valores mensuales por estación
El pH ponderado mensual mas bajo encontrado en el AMM fue de 4.4 en la
estación SE en el mes de junio, siendo este valor corresponde a
precipitaciones ácidas. Observando los valores ponderados de conductividad
electrolítica se identifica que se determinaron valores considerablemente
altos en el mes de junio, siendo solamente superados por los obtenidos en la
estación NE. Esto sugiere la presencia de altas concentraciones de iones.
Para el caso de la acidez total también se observan concentraciones
elevadas para esta estación durante este mes siendo nuevamente
superados por los obtenidos en la estación NE; esto indicaría una alta
concentración de especies ácidas. Un factor que se considera importante
para que en la estación SE en el mes de junio se obtuviera el valor mas bajo
de pH durante el período total de muestreo, fue que durante ese mes en esa
estación se registró la menor cantidad de precipitación pluvial durante el
período total de muestreo, por lo que en el depósito total que fue colectado
en esa zona, se pudieron encontrar en mayor concentración los compuestos
acidificantes ya que hubo un menor efecto de dilución. En ese mismo
sentido, otro factor de importancia fue que en el mes de junio (después de
septiembre) se registró la mayor frecuencia de vientos en calma (3.37%). Al
encontrase mayores frecuencias de viento en calma las especies
42
contaminantes pudieron permanecer durante mayor tiempo en las zonas
desde las cuales fueron emitidos.
Por otra parte, durante el mes de junio en esa estación no se registraron
(según datos de SIMA) las concentraciones más elevadas de dióxido de
azufre y/o dióxido de nitrógeno, y en cambio, en la estación SO se
registraron las concentraciones más elevadas de dióxido de azufre y de
nitrógeno durante el mismo mes. Observando los valores de PM10 en ambas
zonas se identifica que en la estación SE se monitoreo durante ese mes la
menor concentración de PM10 en el AMM, siendo esto de manera contraria
en la estación SO donde se monitorearon las mayores concentraciones. Esto
indica la posible contribución de las partículas calcáreas presentes en la
atmósfera de la zona SO para neutralizar a los compuestos acidificantes,
siendo este efecto menor en la zona SE ya que como se mencionó, en esta
se registraron durante el mes de junio las menores concentraciones. Así
mismo, es importante mencionar que durante el mes de junio se detecto en
el AMM la mayor concentración de dióxido de nitrógeno, y uno de los meses
en los cuales predominó una alta concentración de ozono en el AMM. Con la
presencia de estos contaminantes en la atmósfera es posible que se
pudieran llevar a cabo con mayor frecuencia las reacciones de oxidación del
dióxido de nitrógeno hasta ácido nítrico. En este mismo sentido, el mes de
junio fue uno de los periodos donde se registraron las mayores
concentraciones de dióxido de azufre en el AMM. Lo anterior es importante
debido a que el dióxido de nitrógeno y el ozono intervienen en la serie de
reacciones de oxidación del dióxido de azufre hasta ácido sulfúrico. Así
mismo, al relacionar todo esto con la cantidad considerable de vientos en
calma en la estación SE, se esperaría que los contaminantes permanecieran
por mayor tiempo dentro de esta, depositándose en el suelo cercano ya sea
como depósito seco o húmedo.
En resumen, al relacionar todos los factores anteriores con la baja cantidad
de precipitación pluvial, los períodos de viento en calma considerables y la
menor concentración de PM10 que se obtuvieron en la estación SE durante el
mes de junio, se presume que en las muestras de depósito total
43
recolectadas en la zona se encontrarán mayores concentraciones de
compuestos acidificantes, así como una disminución en el efecto
neutralizante por parte de partículas calcáreas, siendo esto determinante
para explicar porque durante el mes de junio se obtuvo el valor de pH
ponderado mas bajo en el AMM.
7.1.2 Análisis de valores promedio por estación
La estación CE registró el pH ponderado promedio mas bajo, el cual fue de
5.4 y corresponde a precipitaciones con pH “natural”. Al observar los valores
de conductividad electrolítica, se identifica que en esta estación se determinó
el mayor valor ponderado promedio de conductividad electrolítica, lo que
indica una mayor concentración de iones como lo pueden ser el sulfato y
nitrato, derivados de sus respectivos ácidos. Para el caso de la acidez total
también se observan valores elevados para esta estación solamente siendo
superados por los obtenidos en la estación NE; esto indicaría una gran
concentración de especies ácidas. Un factor que se considera importante
para obtener en la estación CE el valor mas bajo de pH ponderado
promedio, fue que esa estación registró la menor cantidad de precipitación
pluvial promedio, por lo que en el depósito total que fue colectado en esa
zona, se pudieron encontrar en mayor concentración los compuestos
acidificantes ya que hubo un menor efecto de dilución. En ese mismo
sentido, se considera que otro factor que influyó fue que en esa zona se
registró la menor velocidad promedio del viento y, después de la estación
SO, los mayores períodos de viento en calma en el AMM. Esto influiría para
que los contaminantes emitidos en la zona permanecieran por mayor tiempo
en la misma, depositándose en el suelo cercano ya sea como depósito seco
o húmedo.
Por otra parte, se identificó que en la estación SO se registraron las mayores
concentraciones promedio por estación de dióxido de azufre y de nitrógeno,
por lo que se esperaría determinar en esa zona el pH ponderado promedio
por estación mas bajo, sin embargo, en esa misma estación se registró la
mayor velocidad promedio del viento, lo que pudo contribuir a una mayor
dispersión de los contaminantes y a que se levantara una gran cantidad de
44
partículas provenientes del suelo y rocas de naturaleza cálcica. Esto se
comprueba al identificar que en esta zona (SO) se registró la mayor
concentración promedio de PM10 (de acuerdo a datos de SIMA). Al
establecer que en la atmósfera de la zona se encontraron cantidades
considerables de partículas calcáreas se esperaría un fuerte efecto de
neutralización sobre las especies ácidas. Otro factor que se considera de
importancia para que los compuestos acidificantes no influyeran para
determinar en la estación SO el pH ponderado promedio mas bajo, fue que
en esta zona se recibió la mayor cantidad de precipitación pluvial, lo que
pudo diluir en mayor grado a los compuestos acidificantes. Como
consecuencia de todos los factores citados anteriormente, se tiene que en la
estación SO se determinó el pH ponderado promedio mas alto en el AMM,
tal y como se explicará en el punto 7.2.2.
7.1.3 Análisis de valores promedio por mes
El mes de mayo registró el pH ponderado promedio por mes mas bajo, el
cual fue de 5.4 y corresponde a precipitaciones con pH “natural”. Se
considera que esto fue debido a que durante el mes de mayo el AMM recibió
la menor cantidad de precipitación pluvial durante el período de muestreo,
por lo que se tendría como consecuencia una menor dilución de los
compuestos acidificantes, y por tanto, que se obtuviera en este mes el pH
ponderado promedio mas bajo durante el período total de muestreo. Todo lo
anterior explica el por que se obtuvo durante este mismo mes, el mayor valor
ponderado promedio de acidez total. En cuanto a la conductividad
electrolítica, se identifica que en este mes se determinó uno de los mayores
valores ponderados promedio, lo que indica una concentración considerable
de iones.
Por otra parte, observando las concentraciones promedio mensuales de
dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y ozono reportadas por SIMA, se
observa que para el caso del primero y del tercero, se registraron en el mes
de mayo las mayores concentraciones promedio. Para el caso del dióxido de
nitrógeno, se monitorearon en mayo una de las mayores concentraciones
45
promedio del contaminante. Al estar presentes estos contaminantes en
mayor proporción es posible una mayor formación de ácido sulfúrico y nítrico
durante ese período, lo que tendría como resultado que se determinara para
el depósito seco de ese período el pH ponderado promedio mas bajo.
En cuanto a la velocidad del viento y períodos de viento en calma, los
valores promedio para el mes de mayo fueron los más elevados para el
primero y los de menor frecuencia para el segundo. Con la suma de estos
dos factores se esperaría una mayor dispersión de los contaminantes, de
modo que existieran menores concentraciones de contaminantes primarios
y/o secundarios, sin embargo, se considera que otros fenómenos que no
fueron analizados en este estudio pudieron influir para que aun con esas
condiciones, se monitorearan las mayores concentraciones de
contaminantes acidificantes y que esto se viera reflejado en el depósito total,
tal como lo son inversiones térmicas, ya que aumenta la actividad
fotoquímica, o una mayor cantidad de emisiones por parte de fuentes fijas
y/o móviles durante ese período.
7.2 Análisis de períodos que corresponden a deposiciones de
muestras de ligeramente ácidas a alcalinas
7.2.1 Análisis de valores mensuales por estación
El pH ponderado mensual más alto determinado en el AMM fue de 7.2 en la
estación SO en el mes de julio, siendo el valor correspondiente a
precipitaciones de ligeramente ácidas a alcalinas. Esto explica por que
durante el mes de julio en la estación SO se determinara el menor valor
ponderado de acidez total. En cuanto a la precipitación pluvial, se observa
que esa estación durante ese mes se recibió una cantidad considerable de
precipitación pluvial. Este factor contribuiría a una mayor dilución de las
especies acidificantes. Por otra parte, al considerar que la estación SO
recibió durante el mes de julio la mayor parte de sus vientos del este (como
lo fue mayor parte del período de muestreo), se entiende que las partículas,
o de manera especifica el polvo proveniente de suelos y rocas de naturaleza
calcárea del AMM, sea “arrastrado” por el viento hasta el municipio de Santa
46
Catarina. Aunado ha esto, la estación SO registró durante este mes los
mayores períodos de viento en calma, lo que tendría como consecuencia no
solo la permanencia durante un mayor lapso de tiempo de las partículas o
polvo alcalino “arrastrado” hasta la zona, si no del mismo generado en esta.
Observando el promedio de la concentración de PM10 registrada en la
estación SO el mes de julio, se identifica que esta fue la mas elevada en el
AMM (de acuerdo a datos de SIMA). Así mismo en el mes de julio se
registraron en el AMM las mayores concentraciones de PM10 y las menores
concentraciones de dióxido de azufre. Esto es de gran importancia debido a
que indica que durante el mes de julio hubo una menor concentración de
especies ácidas y un mayor efecto neutralizante por parte de las partículas
calcáreas posiblemente presentes en mayor concentración durante ese
período.
7.2.2 Análisis de valores promedio por estación
La estación SO registró el pH ponderado promedio mas alto, el cual fue de
6.4 y corresponde a precipitaciones de ligeramente ácidas a alcalinas.
Observando el valor ponderado promedio de acidez total por estación, se
identifica que en la estación SO se determinó el valor mas bajo del AMM, lo
cual es concordante con el valor de pH ligeramente ácido que se obtuvo en
la zona. En cuanto a la conductividad electrolítica y sólidos totales, se
identifica que los valores ponderados promedio determinados fueron los mas
bajos de las 5 estaciones de monitoreo. Se considera que la explicación a
esto esta en que en la estación SO se recolecto el promedio mas elevado de
precipitación pluvial, lo que tendría como consecuencia un mayor efecto de
dilución sobre los compuestos acidificantes y las partículas que están
presentes en esta zona. Así mismo, en la estación SO se obtuvo el menor
valor promedio de volumen total aun cuando en esta estación se registró el
mayor valor promedio de precipitación pluvial. Se considera que el hecho de
que en esta zona se registre la mayor velocidad promedio del viento, puede
influir, junto a cambios repentinos de dirección del mismo, para que en los
colectores de depósito total se hayan colectado volúmenes menores. Por
47
otra parte, en esta estación se registró la mayor frecuencia de vientos en
calma y, después de la estación NO, la mayor velocidad promedio del viento.
El primero ayuda a entender que los contaminantes en la atmósfera de la
zona, y en particular, las partículas, permanecen por mayor tiempo, y, en el
caso del segundo, que el viento puede contribuir en mayor medida a levantar
partículas del suelo. En este punto se explica que no solo la dirección de los
vientos dominantes provenientes del este contribuyen a la mayor
concentración atmosférica de contaminantes en la zona SO, si no que los
períodos de viento en calma y la velocidad del viento en la zona, contribuyen
a que haya mayores cantidades de partículas. Ahora bien, al analizar los
planos de desarrollo urbano, de edafología y de geología de las figuras 6, 7 y
8, respectivamente, se observa que en el municipio de Santa Catarina hay
una cantidad considerable de lotes baldíos, los cuales se presume en la
mayoría de los casos cuentan con nula vegetación, y que el tipo de suelo
que predomina es rendzina y xerosol, los cuales son ricos en carbonato de
calcio. Así mismo, y como ya se ha mencionado con anterioridad, en el
municipio se desarrolla la extracción de piedra caliza en la sierra de Las
Mitras, el cual también tiene como componente principal carbonato de calcio.
En cuanto a los contaminantes atmosféricos, se identifica que en la estación
SO se encontró la mayor concentración promedio de PM10; lo mismo sucedió
para el caso de contaminantes como dióxido de azufre y dióxido de
nitrógeno (de acuerdo a datos de SIMA). En el caso del ozono, en esta
estación (después de la SE) se registró la mayor concentración promedio.
Lo anterior explica que en el municipio de Santa Catarina hay una gran
cantidad de carbonato de calcio suspendido en el aire producto de diversas
actividades y condiciones ambientales, teniendo este un fuerte efecto
neutralizante sobre las especies ácidas formados. Esto justifica que aunque
haya concentraciones elevadas de sus gases precursores, el pH ponderado
promedio resultante sea de carácter básico y el mas elevado en el AMM.
48
7.2.3 Análisis de valores promedio por mes
El mes de julio registró el pH ponderado promedio por mes mas alto, el cual
fue de 6.4 y corresponde a precipitaciones con pH de ligeramente ácido a
alcalino. Esto explica por que para este mes se determinara la concentración
ponderada promedio mas baja de acidez total. Así mismo, se observa que
durante este mes se determinó la menor concentración ponderada promedio
de sólidos totales. Se considera que esto fue debido a que durante este
período se tuvo una baja frecuencia de vientos en calma. Esto sugiere que
los contaminantes o en especial las partículas, que fueron emitidas durante
este período, fueron “arrastradas” hacia otras áreas, independientemente de
la velocidad del viento. Esto traería como consecuencia que en el depósito
total colectado se encontrase una menor cantidad de partículas y por lo
tanto, que se determinara la menor concentración ponderada promedio de
sólidos totales para este mes.
Por otra parte, se observa que durante este mes se tuvo la concentración
promedio mas elevada de PM10 (de acuerdo a datos de SIMA), al mismo
tiempo que la menor concentración promedio de dióxido de azufre. Estos
dos factores indican que durante este período pudo haber una menor
formación de especies ácidas combinada con una mayor concentración
atmosférica de partículas calcáreas.
49
8. Conclusiones
(1) Se identifica que las características fisicoquímicas determinadas en las
muestras de depósito total, indican por efecto de algunos parámetros
meteorológicos, la calidad del aire existente en las zonas de estudio del
AMM.
(2) Se observó que bajas/altas cantidades de precipitación pluvial, pueden
tener como resultado una menor/mayor dilución de los contaminantes
atmosféricos en el agua de lluvia, respectivamente.
(3) Se identificó que en las zonas donde se presentan cantidades elevadas
de PM10, los valores determinados de pH son de ligeramente ácidos a
alcalinos, sugiriendo esto que debido a las características geológicas y
edafológicas de la región, cantidades considerables de carbonato de calcio
podrían encontrase suspendidas en la atmósfera teniendo un efecto
neutralizante sobre las especies ácidas.
(4) Se considera que debido a la dirección de los vientos dominantes del
este-noreste y este-sureste, la estación SO y en general el municipio de
Santa Catarina, son los receptores finales de los contaminantes precursores
de la deposición ácida y las partículas generadas en el AMM.
(5) El pH ponderado promedio del AMM fue de 5.75, que corresponde a
precipitaciones con pH de ligeramente ácido a alcalino.
50
9. Recomendaciones
En el alcance de este estudio no se planteó la cuantificación y evaluación de
otros parámetros fisicoquímicos de gran ayuda para tratar de entender de
una manera mas especifica la composición y calidad del aire, como lo son
los iones calcio, magnesio, sodio, potasio, sulfato, nitrato y amonio. Por tanto
se recomienda en posteriores estudios que se cuantifiquen estas especies
químicas. En cuanto al muestreo, se plantea instalar colectores
convencionales en los demás municipios que componen el total del AMM, y
que no fueron considerados para la realización de este estudio. También se
establece la necesidad de instalar estaciones de monitoreo en municipios
que no cuenten con estas, con la finalidad de monitorear las condiciones
meteorológicas y la calidad del aire existentes.
Por otra parte, para la realización de estudios posteriores se puede
considerar muestrear y evaluar el depósito seco y húmedo por separado,
para entender de una mejor forma la contribución del lavado atmosférico por
parte de las precipitaciones, y considerar el empleo de otros parámetros
meteorológicos que también influyen sobre la química atmosférica, como lo
son la radiación solar y la humedad relativa. Como se ha mencionado con
anterioridad, la contaminación atmosférica y la deposición ácida generada
por esta, son problemas de carácter regional por el transporte de los
contaminantes hacia otras zonas distantes por la acción del viento, por lo
que se recomienda instalar colectores y estaciones de monitoreo en áreas
distantes del AMM, para evaluar el impacto sobre otras regiones de los
contaminantes generados en esta zona. Así mismo, se recomienda
determinar el pH del suelo cercano a los equipos de muestreo, para
establecer la relación aire-agua-suelo de los contaminares atmosféricos, y
estimar los posibles impactos ambientales sobre el suelo.
Finalmente, se recomienda identificar los contaminantes atmosféricos
emitidos por fuentes fijas y que están sujetos al Registro de Emisiones y
Transferencia de Contaminantes (RETC), para evaluar metodologías que
permitan determinarlos en el depósito seco, húmedo o total. Esto es de
importancia debido a que gran parte de estos compuestos son altamente
tóxicos. Ejemplos de estos lo son: mercurio, pesticidas y dioxinas.
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