Contribución de fuentes y origen del material particulado atmosférico en Bogotá, Colombia

Resumen

El deterioro de la calidad del aire por el material particulado inhalable (PM₁₀), es hoy en día uno de los mayores problemas ambientales y sanitarios a nivel internacional. Este contaminante se ha asociado con efectos adversos sobre los ecosistemas, el cambio climático, la infraestructura urbana y, particularmente, la salud humana. Bogotá, capital de Colombia, es una megaciudad localizada en la Cordillera de Los Andes. Su dinámica urbana y las condiciones meteorológicas han generado que el PM₁₀ sea uno de los contaminantes del aire de mayor preocupación. Con el objetivo de realizar una caracterización química y un análisis de contribución de fuentes de la fracción PM₁₀ en un entorno urbano de Bogotá, se desarrollaron dos campañas de muestreo. La primera se centró en el PM₁₀ ambiente en un fondo urbano de la ciudad y, la segunda, en el PM₁₀ del polvo de carretera. Para el análisis del PM₁₀ ambiente se tomaron muestras diarias durante un año continuo (2015-2016), obteniendo un total de 311 muestras. Se analizaron compuestos inorgánicos, tales como elementos mayoritarios (A, Fe, Mg, Ca, Na, K y P) y trazas (V, Cd, Pb, Cr, As, Ni, Zn, entre otros), compuestos solubles en agua (So₄² ¯, CI¯, NO₃¯ y NH₄₊) y carbono orgánico (OC) y elemental (EC). Los datos obtenidos revelaron que la fracción carbonosa (~51%) y el polvo mineral (23%) fueron los principales componentes químicos del PM₁₀, incluyendo polvo fugitivo (28%), polvo de carretera (23%), combustión vehicular (23%), PM secundario (21%), actividades metalúrgicas (4%) y emisiones industriales (˂1%). Se realizó un análisis específico de la fracción carbonosa. Los promedios de OC y EC fueron, durante el año de muestreo, 8.92± 4.52μg/m³ y 3.25± 1.59μg/m³, respectivamente. Los meses que registraron los valores promedios más altos de OC fueron enero, febrero y marzo, periodo en el cual se presentaron altas temperaturas e incendios forestales. La relación OC/EC osciló entre 4.66 (junio) y 4.88 (marzo), con un promedio anual de 3.16± 2.01. El carbono orgánico secundario (SOC) representó el 45% del total de OC y presentó una asociación positiva con la temperatura, sugiriendo que la formación de SOC estuvo relacionada con procesos fotoquímicos. Para el análisis del PM₁₀ del polvo de carretera se tomaron veinte muestras de áreas industriales, residenciales y comerciales. Una porción de las muestras se utilizó para evaluar la distribución del tamaño de las partículas por difracción láser y su morfología por microscopía electrónica de barrido. Posteriormente, fueron resuspendidas para obtener la fracción PM₁₀, con la cual se realizó una caracterización de compuestos inorgánicos y un análisis de contribución de fuentes. Los datos obtenidos revelaron que el volumen (%) de PM₁₀ fue mayor en muestras de zonas industriales. Los elementos con afinidad cristal fueron las especies más abundantes en todas las muestras, representando el 49-62% de la masa del PM₁₀, seguido por OC (13-29%) y iones solubles en agua (1.4-3.8%). Se analizó la variabilidad espacial de las muestras. Partículas esféricas y semiesféricas de Fe, Cu y Pb, así como angulares y subagulares de Ba, Zn, Cu, Fe, Mn, Sn y Pb, fueron identificadas con tamaño ˂10μm.Se realizó un análisis de contribución de fuentes teniendo en cuenta la variabilidad de los perfiles químicos, los factores de enriquecimiento y las relaciones Fe/AI, K/AI, Ca/AI, Ti/AI, Cu/Sb, Zn/Sb, OC/TC y OC/EC. Finalmente, por medio de un análisis de componentes principales se identificaron seis factores que explican el origen del contaminante: erosión de suelos locales y del pavimento (63%), actividades de construcción y demolición (13%), emisiones industriales (6%), desgaste de frenos (5%), emisiones vehiculares del tubo de escape (4%) y otras fuentes (9%). Los resultados de este trabajo proporcionan datos reveladores acerca de la composición química del PM₁₀ ambiente, sus fuentes y variabilidad estacional con carácter anual. Esto podría ayudar al gobierno local a gestionar la calidad del aire, definiendo estrategias preventivas y de control para las principales fuentes de emisión durante los períodos más críticos. Igualmente proveen información para alcanzar una mejor comprensión de una de las principales fuentes de emisión de PM₁₀ en Bogotá, como es el polvo de carretera. Estos análisis son de gran interés para mejorar las políticas ambientales de la ciudad, desarrollar futuros estudios en salud humana y optimizar procesos de modelización de calidad del aire.