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Contaminación del Aire Atmosférico por Material Particulado en una Ciudad Intermedia
Resumen
A través de un análisis de la contaminación urbana de la ciudad de Chillán en Chile, el artículo demuestra que el aumento de la contaminación atmosférica durante otoño e invierno en la ciudad de Chillán debe ser considerado como un problema de origen antropogénico. Esto se explica mayormente debido al uso masivo de la madera como combustible para la calefacción residencial dentro de las áreas urbanas de la ciudad y que se manifiesta a través de una densa nube de humo en los días con estabilidad atmosférica. Esto sugiere que es probablemente necesario un control de la combustión de leña para la calefacción residencial en los días más críticos. Por otra parte, la mayor contaminación en el centro de la ciudad sugiere que este abatimiento se puede alcanzar junto con regulaciones públicas del transporte y de la industria. Sólo así se facilitará el desarrollo sustentable de ciudades intermedias como Chillán, y no repetir los graves problemas de contaminación de las grandes urbes. Palabras clave: contaminación del aire, medio ambiente, control de emisiones, transporte urbano. INTRODUCCIÓN Las ciudades chilenas muestran claros indicios de deterioro ambiental, según lo han concluido diversos estudios de la Comisión Nacional del Medio Ambiente y de las Universidades que han trabajado los aspectos urbanos, fundamentalmente de las grandes metrópolis y algunas ciudades intermedias (Sandoval, 1999). La mayoría de estos temas dicen relación con graves problemas asociados a la contaminación del aire, agua, suelos, pérdidas de las cubiertas vegetales, carencia de áreas verdes urbanas, profunda segregación social de sus habitantes, entre otros (Azócar et al., 2003). Las áreas metropolitanas del territorio nacional, como Santiago y Concepción-Talcahuano, han debido ser declaradas ambientalmente saturadas debido a que sus medios naturales ya no son capaces de reciclar o disipar las enormes cantidades de desechos domésticos, vehiculares e industriales que emiten a la atmósfera y que contaminan también el suelo y los cuerpos de agua. Lo grave es que este proceso de deterioro conduce a una pérdida de la calidad de vida de los habitantes de la mayoría de las ciudades de la región latinoamericana, que se agudiza por la continua migración desde el campo hacia sectores urbanos. Uno de los aspectos menos estudiados se refiere a la contaminación aérea en ciudades intermedias latinoamericanas. Se sabe que la contaminación aérea por material particulado afecta negativamente la calidad del aire y la salud de las personas (Sánchez y Morel, 1995). De hecho, tal como lo señalan las investigaciones, esta contaminación en las ciudades está ligada directamente a las actividades antropogénicas, donde se conjugan el transporte vehicular, la actividad industrial, el movimiento de las personas, los espacios con poca ventilación, y el microclima característico de la urbe (Querol et al., 2001). La presencia de la ciudad modifica las condiciones atmosféricas naturales. Las construcciones alteran la rugosidad de la superficie, la humedad del suelo y el balance térmico en la superficie, lo cual trae aparejado una capa atmosférica urbana que suele ser más seca y cálida que el entorno (Ulriksen, 1993). Este aumento de la temperatura dentro de la ciudad con respecto al entorno (isla térmica), se manifiesta de preferencia en las noches despejadas de invierno. La isla térmica que se produce en Santiago en algunas noches es 10oC mayor que el entorno suburbano (Salinas, 1982). El efecto de isla térmica tiende a elevar la capa de mezcla sobre la ciudad por sobre el entorno, debilitando la ventilación natural. A esto se suma la mayor rugosidad superficial en el centro de las ciudades, todo lo cual frena el flujo de aire a nivel superficial, que es donde viven las personas (Ulriksen, 1993). Esta situación ha obligado a realizar estudios en las grandes ciudades, que han permitido predecir la calidad del aire ante ciertos eventos atmosféricos. En Latinoamérica hay pocos estudios sobre contaminación por aerosoles atmosféricos, aunque los resultados permiten concluir que los problemas son los mismos que se observan en los países desarrollados (Romieu y Borja-Aburto, 1997; Castaño y Artaxo, 2001; Bogo et al., 2003). Sin embargo, la determinación de los aerosoles es cara y laboriosa, y los resultados no son aplicables a otras ciudades. En el caso de Chile, el mayor énfasis está dado en la determinación de estos contaminantes en las grandes ciudades como Santiago, por el enorme impacto que tienen sobre la salud de las personas, donde cohabita el 35% de la población chilena, y cuyo emplazamiento no le brinda una adecuada ventilación natural (Sandoval, 1999; Kavouras et al., 1999; Tsapakis et al., 2002). Los estudios señalan que en Santiago (que ha llegado hasta los 140 mg/m3) una reducción de 10 mg/m3 de PM10 producirá una disminución del orden del 3 al 7% en las consultas médicas, con todos los beneficios asociados por menores costos en consultas médicas, hospitalizaciones y ausentismo laboral (Sánchez y Morel, 1995). Esto ha ayudado ha implementar un moderno plan de transporte urbano, que sin duda ayudará a aliviar el problema de la contaminación aérea en Santiago. Por otro lado, un estudio llevado a cabo en cinco ciudades chilenas, Iquique, Valparaíso, Viña del Mar, Rancagua y Temuco, reveló que en la mayoría de las ciudades las concentraciones del PM10 fueron entre un 11 a un 55% mayores que los estándares estadounidenses (Kavouras et al., 2001). Pese a todo, muy poco esfuerzo se ha realizado en la medición de los aerosoles atmosféricos en ciudades intermedias como Chillán, donde no se sabe el impacto que tienen. La ciudad de Chillán es un núcleo administrativo que ejerce una fuerte atracción sobre los asentamientos urbanos de la provincia de Ñuble y sobre el entorno agrario circundante, prestando servicios y constituyendo un foco de atracción para el asentamiento de la población (Azócar et al., 2003). Estas ciudades entre 50.000 y 250.000 habitantes, están creciendo aceleradamente y son las que presentan mayores expectativas de desarrollo sustentable, con claros indicios de reconversión agrícola a semi-industrial. Es necesario evitar que estas ciudades reproduzcan los problemas ambientales de las áreas metropolitanas, por lo que es importante evaluar rápida y estratégicamente sus potencialidades y limitaciones ambientales. Las autoridades tendrán necesariamente que adoptar medidas para reducir la contaminación aérea a lo largo de todo el territorio nacional, de acuerdo a las normas que regirán a los países que quieran pertenecer al mundo globalizado, y deberán contar con información al respecto. Como consecuencia, el propósito de este estudio fue determinar la contaminación por material particulado del aire respirable en la atmósfera de la ciudad de Chillán, y al mismo tiempo estudiar la variación temporal y espacial del polvo fugitivo. A través del análisis de los estudios que conectan diferentes niveles de concentración tóxica con problemas de salud, el artículo se propone demostrar que Chillán presenta características morfológicas y tráfico muy particulares que hacen suponer que el material particulado en el área central de la ciudad proviene principalmente de fuentes móviles (transporte urbano). Por el contrario, en los suburbios de la ciudad los aerosoles provienen de fuentes fijas diversas (residencias, talleres, y actividades agrícolas que rodean la ciudad). Con ello se espera aportar conocimiento acerca de la calidad del aire respirable que sirva para complementar la información disponible a nivel nacional. EXPERIMENTAL Ubicación y descripción del área La ciudad de Chillán se localiza en el extremo nor-occidental de la cuenca del río Chillán, que a su vez se ubica en el sector nor-central de la región del Biobío, en 36º34´ latitud Sur, 72º06´ longitud Oeste, y a 144 m.s.n.m. Según el último Censo 2002, la Región del Biobío (36.929,3 km2) cuenta con una población estimada de 1.861.562 habitantes, con una densidad de 51,7 hab/km2 que supera a la media nacional (20 hab/km2), concentra su población urbana en tres grandes polos: Concepción (con 900.000 habitantes aprox.), Chillán (con 250.000 personas aprox.), y Los Angeles (con aprox. 200.000 habitantes). En ellas se concentra el 73% de la población regional. Cuantificación del parque vehicular Se identificó la arteria urbana con mayor tráfico vehicular, y se determinó el flujo vehicular como la cantidad de vehículos que circulan por hora. Las fuentes móviles de la ciudad de Chillán están constituidas por microbuses, taxis, colectivos, camiones y automóviles particulares. El parque vehicular fue obtenido a partir del registro proporcionado por la Municipalidad de Chillán en el año 2002, identificando autos particulares, colectivos, taxis, microbuses y camiones. Cuantificación del parque industrial Para ello se utilizaron fotografías aéreas, se clasificaron las industrias por tipo de actividad (agricultura, construcción, transporte, etc.), recorridos en terreno para posicionar con GPS cada una de las industrias, SIG (ArcView 3.2 y Arc-Info N.T.), y la información generada por Azócar et al. (2003). Las emisiones del sector industrial fueron identificadas a partir de la información de los combustibles utilizados en calderas y hornos industriales. Cuantificación del polvo fugitivo Las concentraciones de material particulado respirable se determinaron con monitores IMPROVE equipados con cabezal Sierra Andersen modelo 246b para partículas menores a 10 mm, ubicado a 3 m de altura, según el estándar de la EPA. Se usaron filtros de teflón de 25 mm de diámetro y de fibra de vidrio de 47 mm. Se ubicaron seis monitores en la ciudad de Chillán, considerando para ello las fuentes fijas y móviles, así como el centro de la ciudad, y las industrias. También se tomaron en cuenta lugares de valor social, como ser la zona de hospital, y se consideró la dirección de los vientos predominantes (SW en primavera-verano, y NE en otoño-invierno). La configuración de los sitios de monitoreo es la que se muestra en la Fig. 1. En cada punto de muestreo, el programa de monitoreo permitió colectar material particulado PM10. La concentración del PM10 se determinó usando una microbalanza Cahn 31, pesando los filtros antes y después de cada monitoreo. El tiempo de muestreo de cada filtro fue de 24 horas para el periodo comprendido entre el 1 Septiembre del 2001 al 31 Diciembre del 2003. Con el propósito de estudiar la variación del material particulado en los días laborales y fines de semana, durante el mes de febrero 2003 el sitio de muestreo Mc se destinó exclusivamente a recolectar filtros para determinar su concentración entre lunes a viernes, y entre sábado y domingo. Para la determinación de los compuestos químicos contenidos en los filtros, se usaron las técnicas de laboratorio PIXE y XRF, en los laboratorios del Crocker Nuclear Laboratory de la University of California-Davis, cuya descripción se encuentra en la literatura (Brook et al., 1997). También, en el laboratorio de Recursos Renovables de la Universidad de Concepción, se determinó carbono orgánico (CO) a través de un analizador termal óptico DRI modelo 4000X. La concentración de la materia orgánica (MO) se determinó multiplicando por 1,4 el contenido de CO (Kim et al., 2000). El carbono elemental (CE) se determinó usando el método termográfico descrito por Röösli et al. (2001). El CO y el CE son importantes pues influencian las diferentes reacciones de partículas y gases que ocurren en la atmósfera (Viidanoja et al., 2002). La detección de amonio (NH4+) se realizó por medio de un espectrómetro Lambda 2 Perkin Elmer. De acuerdo a lo recomendado por Chow y Watson (1999), los iones nitrato (NO3-) y sulfato (SO42-) fueron determinados por cromatografía de iones, usando para ello un equipo Dionex DX 100. RESULTADOS Y DISCUSION Características de la ciudad La ciudad de Chillán se localiza en la depresión central, definida como una llanura de depósitos fluviales y fluviovolcánicos, caracterizada por una topografía plana a ligeramente ondulada, con pendientes suaves (Borgel, 1986). Estos depósitos fueron transportados desde la Cordillera de Los Andes por los ríos Chillán y Ñuble, como consecuencia de los grandes eventos volcánicos y torrenciales. De acuerdo con el último censo realizado en el año 2002, su población es de 162.930 habitantes, y de acuerdo con los pocos estudios que se han desarrollado, es una de las ciudades chilenas intermedias que han experimentado un significativo crecimiento urbano en las últimas décadas, donde Chillán ha tenido un crecimiento poblacional de 2,2 veces en los últimos 50 años. Respecto del uso del suelo, Olave (1996) estima que la ciudad está caracterizada fundamentalmente por presentar una construcción continua. La dinámica de la población de Chillán ha influenciado el crecimiento del área urbana, especialmente en lo relativo al uso residencial y de servicios. Este extraordinario crecimiento urbano se manifiesta también en la construcción de poblaciones pertenecientes a todos los estratos sociales. Con posterioridad a 1992 este proceso se aceleró, como lo demuestra la construcción de varias poblaciones catalogadas como pobres y de medianos ingresos. Para la población de altos ingresos se han construido áreas caracterizadas como condominios cerrados, con hermosas casas de material sólido de más de 150 m2 construidos. La economía de la región basa su desarrollo en actividades agrícola, forestal, ganadera y turística. En la ciudad de Chillán se concentran el comercio, las actividades financieras, construcción, transporte, comunicaciones y la industria del aserrío de la madera. La ciudad presenta un damero central cuadrado de 168 hectáreas, al estilo de los típicos pueblos de la colonia, enmarcada por las calles Ecuador, Argentina, Collín y Brasil. La superficie urbanizada de la ciudad de Chillán es de aproximadamente 2.010 hectáreas y la superficie de áreas verdes es de 243 hectáreas. Sin embargo, en 1998 Chillán presentaba un 60% de calles sin pavimentar (PLADECO, 1998). En la Fig. 2 están representadas todas las fuentes fijas industriales de la ciudad. Esta información permitió identificar los tipos de industrias y su ubicación en el área estudiada, con lo cual se pudieron hacer muestreos precisos. Si bien no existe un parque industrial de grandes dimensiones, y casi la mayoría son del rubro de aserrío de maderas, se observa que la mayor concentración de ellas se ubica en el sector surponiente de Chillán, justamente donde los vientos soplan con dirección suroriente, llevando los contaminantes hacia la ciudad. Esto debiera llevar a las autoridades locales a implementar un efectivo control de emisiones.
Dentro de las fuentes fijas, tiene gran importancia
la calefacción domiciliaria. La ciudad de Chillán representa un centro
poblacional, en el que las prácticas comunes del uso de la madera como
combustible para la calefacción en los meses de invierno, agrega otro factor
que afecta la calidad del aire respirable. Las emisiones del sector
industrial, que corresponden en su mayoría a madereras, agroindustrias y
panaderías, proceden principalmente de los combustibles utilizados en
calderas y hornos industriales, en los cuales mayoritariamente se usa leña
y/o petróleo. Con relación a las fuentes móviles, la ciudad de Chillán tiene
uno de los mayores parques de locomoción colectiva en proporción a su
población. Las fuentes móviles de la ciudad de Chillán están constituidas
por microbuses, taxis, colectivos, camiones y automóviles particulares.
Según datos proporcionados por la Municipalidad de Chillán, en el año 2002
el parque vehicular tenía 19.428 vehículos. De estos, 16.677 son autos
particulares, 464 son colectivos, 329 son taxis, 325 son microbuses, y 1.633
son camiones. A la vez, resulta muy contaminante, pues se trata en su
mayoría de vehículos que han sido retirados de circulación en Santiago. Otra
característica es que todo el transporte colectivo en Chillán circula
obstinadamente (y permisiblemente) por el centro urbano de la ciudad. El
estudio realizado confirmó que circulan entre 1000 a 1400 máquinas del
transporte público cada hora, en calle 5 de Abril (entre Maipón y El Roble),
de las cuales un 60% son taxis colectivos y un 20% taxibuses. Del total de
taxibuses existentes, el 95% tiene más de 10 años de uso.
Se puede apreciar que en la periferia de la ciudad
de Chillán (M1) la concentración de aerosoles fue un 47,5% menor que en el
centro (Mc). En general, considerando los seis sitios de monitoreo, la
concentración de PM10 promedio anual para Chillán (63,5 ± 14,6 mg/m3) fue un
27% mayor que la norma de 50 μg/m3, establecida en el D.S. 45/01 del
Ministerio Secretaría General de la Presidencia de la República, y que entró
en aplicación en enero del 2002.
El PM10 fue un 40% mayor en los días laborales (lunes a viernes) que durante los fines de semana (Fig. 4), reflejando la influencia de la actividad antrópica, como el tráfico, las faenas de construcción y los procesos industriales, los que generalmente son mayores en los días hábiles. Esto es similar a lo encontrado por Röösli et al. (2001), quienes determinaron un 54% de incremento del PM10 en los días de trabajo respecto de los fines de semana. Probablemente, el tráfico de la ciudad contribuye fuertemente a esta variación, a través del levantamiento de polvo de las calles y la eliminación de partículas finas por el escape de los motores de combustión.
En la Fig. 5 se muestra la composición química del material particulado para la ciudad de Chillán en el periodo estudiado. La materia orgánica (MO) alcanzó el 31% del PM10, seguido por el material geológico (Suelo) con 27%, el nitrato (NO3-) con 11%, el carbono elemental (CE) con 8%, el amonio con (NH4+) 7%, y el sulfato (SO42-) con 5%. Los compuestos orgánicos representan la fracción más grande del material particulado, pudiendo llegar hasta el 40% (Chow et al., 1994). Las posibles fuentes de materia orgánica son los incendios de bosques, las quemas de rastrojos agrícolas, la incineración, la calefacción domiciliaria, la quema de basuras municipales, las emisiones industriales, los residuos de aceites y de petróleo, la combustión de energéticos fósiles, y las emisiones de los crematorios (Celis et al., 2003).
En la Tabla 2 se aprecia que la materia orgánica
(MO) fue mayor durante los meses fríos que en los meses de calor. Este mismo
patrón estacional se presentó para los compuestos NO3- y NH4+. En cambio las
mayores proporciones de Suelo se registraron en los meses de más calor, que
coincide con una menor precipitación y humedad ambiental. Estos resultados
concuerdan con aquellos reportados en otros estudios latinoamericanos
(Castaño y Artaxo, 2001; Bogo et al., 2003), sugiriendo con ello que la
contaminación aérea durante la estación fría es de origen antropogénico,
mientras que en la época de calor es producida principalmente por fuentes
naturales.
CONCLUSIONES
Por: José E. Celis (1), José
R. Morales (2), Claudio A. Zaror (3) y Omar F. Carvacho (4) |
