TY - JOUR A1 - Negral Álvarez, Luis T1 - Variability of levels and composition in airborne particulate matter in the southeast of the Iberian Peninsula Y1 - 2010 UR - http://hdl.handle.net/10317/1265 AB - [SPA] La Ley 34/2007 de 15 noviembre, de calidad del aire y protección de la atmósfera, define la contaminación atmosférica como “la presencia en la atmósfera de materias,sustancias o formas de energía que impliquen molestia grave, riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas, el medio ambiente y demás bienes de cualquier naturaleza”. Las partículas presentes en el aerosol en suspensión pueden tener tanto un origen natural como antropogénico. La Directiva 2008/50/CE consciente de que las aportaciones de las fuentes naturales no pueden controlarse, permite considerar los aportes correspondientes a estas fuentes cuando se demuestren sólidamente a la hora de evaluar el cumplimiento de los valores límite. Las fuentes naturales de emisión que con mayor relevancia afectan a los niveles de partículas en suspensión en aire ambiente en el sudeste de la Península Ibérica son las contribuciones de polvo desde los desiertos africanos, la resuspensión local de material particulado y el aerosol marino (Moreno Grau, 1998; Querol et al., 2006; Negral et al., 2008, 2010). Ya que toda fuente de emisión de PM tiene su huella química, es interesante buscar a los trazadores que la caracterizan (Li et al., 2003). De esta manera se podrá detectar en base a ellos la influencia de dicha fuente en los niveles de PM en aire ambiente, y cuantificar cuál es su contribución a la variabilidad temporal y espacial de los mismos de acuerdo a las características de la emisión y a los factores meteorológicos. Objetivos: Los objetivos generales de investigación de la presente tesis son: a) interpretar la variabilidad de los niveles de PM10 y PM2.5 en aire ambiente y de sus componentes mayoritarios, minoritarios y traza; b) identificar y cuantificar los aportes de origen africano a los niveles de aire ambiente de PM10 y PM2.5, así como los de otras fuentes de emisión tanto antropogénicas como naturales. Material y Métodos: Se han tomado muestras de material particulado en suspensión tanto de la fracción PM10 como PM2.5 en tres ubicaciones de la ciudad de Cartagena: Bastarreche, Santa Ana y Mompeán. Se han realizado las determinaciones gravimétricas de los niveles de PM10 y PM2.5 en aire ambiente, así como de la especiación química de las muestras (ICP-MS,ICP-AES, Cromatografía iónica, análisis elemental de C, OC y EC). Se han procesado los resultados de la Red de Calidad del Aire de la Región de Murcia, elaborando las bases de datos oportunas. Para la definición de los orígenes de las masas de aire se han utilizado herramientas de información geográfica complementadas con imágenes de satélite y resultados de modelos atmosféricos de transporte. Se ha aplicado la metodología adecuada para el estudio de la intrusión de masas de aire procedentes de los desiertos africanos del Sahara-Sahel. De acuerdo con el análisis de las series temporales de especiación química de las dos fracciones de PM obtenidas en los diferentes emplazamientos de estudio, se ha definido la contribución de las fuentes en base al Análisis de Componentes Principales con Regresión Lineal Múltiple (ACPRLM) y Factorización Matricial por Positivación (PMF). Resultados: Se presentan los resultados de la aplicación de las herramientas estadísticas que permitan definir la evolución espacial y temporal de las variables estudiadas, en primer lugar para el método gravimétrico y seguidamente para los métodos de medida en tiempo real, comparando los resultados de ambas metodologías. Se recogen los resultados de la fenomenología de las condiciones sinópticas que propician la intrusión de masas de aire procedentes de África sobre Cartagena desde el 1 de enero de 2004 al 31 de mayo de 2008, análisis de retrotrayectorias, mapas de aerosoles, imágenes de satélite, mapas meteorológicos. Este análisis también se hace extensible a la Región de Murcia. Se aporta la clasificación de los días estudiados en función de los sectores y de los escenarios. Para cada escenario se obtienen los niveles de PM10 en cada estación, la concentración de aquellos días que exceden el valor límite y el número medio anual de días que exceden el umbral normativo. Se presenta la cuantificación de la contribución en masas de los aportes de material particulado de origen africano a los niveles medios diarios y anuales de PM10. Se muestran los resultados obtenidos sobre la especiación química de PM y finalmente se presentan los resultados de la aplicación de los modelos de receptor mediante ACP-RLM y PMF. Discusión y Conclusiones: Se ha identificado una variabilidad espacial y temporal para las especies estudiadas. Los mayores valores para las especies crustales en la fracción PM10 se registran en Santa Ana. Para las especies indicadoras de actividades industriales, los mayores niveles en esta fracción son más elevados en Bastarreche. Para la fracción PM2.5 (sin datos en Bastarreche) los mayores niveles de las especies estudiadas, salvo para la masa total, se encuentran en Mompeán. Los episodios ligados a una menor carga del contaminante PM10 en la Región de Murcia corresponden a los denominados Atlántico Norte, Atlántico Noroeste y Atlántico Oeste, atribuyendo en estas situaciones los incrementos de los niveles de contaminantes atmosféricos a las actividades propias de la zona. El Atlántico Suroeste es un origen habitual de aportes de polvo africano. La contribución de origen natural de carácter local queda recogida dentro de los episodios Regionales, en los que también se aprecia la contribución antropogénica. El típico pantano barométrico mediterráneo, para el que se detecta advección africana que alcanza la Región de Murcia, permite definir un quinto (nuevo) escenario que supone el 21% de los días con intrusión que se estudian en esta memoria y, por tanto, ha de tenerse en cuenta en las evaluaciones de calidad del aire de la zona. Se ha puesto de manifiesto el aporte de las especies crustales desde fuentes alóctonas y la importancia de fuentes autóctonas, tal como el tráfico rodado, para la fracción carbonosa. La contribución de polvo africano a la media anual de PM10 se estima entre 4 y 6 μg/m3. En el periodo entre 1 de enero de 2004 y 31 de mayo de 2005 se han identificado 562 días con intrusión. Se indica la posibilidad de utilizar como estación de fondo regional de referencia para la Región de Murcia, la ubicada en Caravaca de la Cruz. Se aprecia un descenso en los niveles de PM10 en aire ambiente como consecuencia del traslado del punto de muestreo de Bastarreche a Mompeán, punto de muestreo en el que no se observan violaciones en el cumplimiento normativo en lo referente tanto a PM10 y PM2.5, como a los metales sometidos a regulación. Las diferencia encontradas en PM10 entre las medidas en tiempo real de la Red de Vigilancia de la Calidad del Aire de la Región de Murcia y los datos gravimétricos aconsejan un estudio pormenorizado de las causas de esta incidencia. Los factores extraídos por el ACP-RLM, con sus contribuciones en porcentaje a la masa total de PM10 y PM2.5, se asocian a las siguientes fuentes: a) Para PM10 en Bastarreche: Mineral o crustal 25.0%; Tráfico 19.0%; Secundario 17.0%; Fábrica local de producción de zinc electrolítico 3.0%; Marino 3.0% y Astillero 2.0%. b) Para PM10 en Santa Ana: Mineral o crustal 30.0%; Tráfico 26.0%; Secundario 22.0%; Industrial de Cartagena 12.0% y Marino 5.0%. c) PM2.5 en Santa Ana: Tráfico 40.0%; Industrial de Cartagena 27.0%; Mineral o crustal 9.0%; Marino 2.0% y Fábrica local de producción de zinc electrolítico 0.0%. Los factores extraídos por la PMF, con sus contribuciones en porcentaje a la masa total de PM10 y PM2.5, se asocian a las siguientes fuentes: a) Para PM10 en Bastarreche: Tráfico 22.0%; SO4 2- secundario 19.0%; NO3 - secundario 16.1%; Marino 16.0%; Central eléctrica e influencia local 8.2%; Refinería 7.7%; Intrusión y otros crustales 6.4% y Fábrica local de producción de zinc electrolítico 4.5%. b) Para PM10 en Santa Ana: NO3 - secundario 26.0%; Tráfico 16.0%; Intrusión y otros crustales 15.6%; Marino 13.9%; SO4 2- secundario 9.8%; Refinería 8.4%; Central eléctrica e influencia local 8.1% y Fábrica local de producción de zinc electrolítico 2.0%. c) Para PM10 en Mompeán: NO3 - secundario 34.5%; SO4 2- secundario 15.4%; Marino 12.5%; Tráfico 11.1%; Intrusión y otros crustales 11.0%; Refinería 8.1%; Central eléctrica e influencia local 7.4% y Fábrica local de producción de zinc electrolítico 0.0%. d) PM2.5 en Santa Ana: NO3 - secundario 27.2%; SO4 2- secundario 26.5%; Marino 14.6%; Tráfico 7.3%; Influencia de la construcción 7.0%; Refinería 6.2%; Intrusión y otros crustales 5.8% y Fábrica local de producción de zinc electrolítico 5.3%. e) PM2.5 en Mompeán: SO4 2- secundario 26.4%; NO3 - secundario 26.1%; Intrusión y otros crustales 13.1%; Central eléctrica e influencia local 9.5%; Marino 8.1%; Refinería 6.5%; Fábrica local de producción de zinc electrolítico 6.2% y Tráfico 4.0%. Se señala la complementariedad de los dos modelos de receptor aplicados, que han permitido obtener una visión coherente de los aportes al material particulado tanto de origen natural como antropogénico. A medio plazo, los planes de gestión ambiental para el casco urbano de Cartagena, deberán centrar su atención en el tráfico, ya que es previsible que llegue a ser la fuente antropogénica de mayor relevancia. KW - Contaminación atmosférica KW - Polvo africano KW - Material particulado suspensión KW - Sudeste Península Ibérica KW - Airborne particulate KW - Southeast of the Iberian Peninsula KW - Dust outbreaks LA - spa PB - Luis Negral Álvarez ER -