2018.03.02.5 - Revista bionatura

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2018.03.02.5

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INVESTIGATION / RESEARCHS

 
 
Comparación de los Niveles de Concentración de Ozono Troposférico y Dióxido de Nitrógeno en Ecuador y Otras Latitudes
 
Comparison of tropospheric ozone and nitrogen dioxide concentration levels in Ecuador and other latitudes

Manuel A. Andino-Enríquez 1 , Sandra P. Hidalgo-Bonilla1, Luis A. Ladino2,*
Available from: http://dx.doi.org/10.21931/RB/2018.03.02.5


ABSTRACT

 
In recent decades, problems related to anthropogenic activity have generated concern due to the accumulation of pollutants in the air, resulting in changes in the concentrations of greenhouse gases and particulate matter. In Ecuador and the rest of the world, air pollution represents a risk and a threat to health and the environment. To carry out an analysis on this subject, it is necessary to develop a dynamic process, followed by a permanent effort that allows improving the quality of the information. The studies developed in Ecuador on pollutant emissions are carried out since 2010; however, there are no comparisons made on this issue in the global context, which leads to the inability to make a real assessment of the air quality situation in the country, as well as the consequences that may result from not doing it. Thus, the main objective of this project is to analyze the concentration levels of NO2 and O3 tropospheric in Ecuador and make a direct comparison with different cities around the world. Resulting that concentration of study gases varies with the number of the population of a sector in addition to the pollution that it produces.
 
In order to develop this research, the information collected comes from the World Meteorological Organization, belonging to WHO WDCGG DATA SUMMARY (World Meteorological Organization World Data Center for Greenhouse Gases) of the year 2015, while the data of the study cities of Ecuador (Ibarra and Quito) were provided by the municipality of Ibarra and by the Municipality of the Metropolitan District of Quito respectively.

 
Keywords: Anthropogenic pollution, nitrogen dioxide, tropospheric ozone, concentration of atmospheric gases.


RESUMEN

 
En las décadas recientes, los problemas relacionados con la actividad antropogénica han generado preocupación debido a la acumulación de contaminantes en el aire, dando como resultado cambios en las concentraciones de gases de efecto invernadero y el material particulado. En Ecuador y el resto del mundo, la contaminación atmosférica representa un riego y una amenaza para la salud y el medio ambiente. Para realizar un análisis sobre esta temática es necesario realizar un proceso dinámico, seguido de un esfuerzo permanente que permita para mejorar la calidad de la información. Los estudios realizados en Ecuador sobre emisiones de contaminantes se realizan desde 2010; sin embargo, no se ejecutan comparaciones sobre de este tema en el contexto mundial, lo que conduce a que no se pueda realizar una apreciación real de la situación de la calidad del aire en el país, así como las consecuencias que pueden conducir no hacerlo. De esta manera, surge el principal objetivo de este proyecto que es analizar los niveles de concentración de NO2 y O3 en Ecuador y realizar una comparación directa con distintas ciudades alrededor del mundo. Dando como resultado que la concentración de los gases de estudio varía con el número de la población de un sector además de la contaminación que esta produce.
 
Para desarrollar la presente investigación se ha recolectado información que proviene de la Organización Mundial de Meteorología, pertenecientes a WHO WDCGG DATA SUMMARY (World Meterological Organization World Data Centre for Greenhouse Gases) del año 2015, mientras que los datos de las ciudades de estudio de Ecuador (Ibarra y Quito) fueron proporcionados por el municipio de Ibarra y por el Municipio del Distrito Metropolitano de Quito.

 
Palabras Clave: Contaminación antropogénica, dióxido de nitrógeno, ozono troposférico, concentración de gases atmosféricos.



INTRODUCCIÓN

 
 
En las últimas décadas, los problemas de contaminación debido al desarrollo de actividades humanas han conllevado a un incremento en la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera del planeta. La contaminación atmosférica implica cambios en las características físicas, químicas y biológicas de los componentes atmosféricos lo cual puede perjudicar la salud y supervivencia de los seres vivos 1.
 
La superficie de la Tierra ha tenido grandes cambios naturales de temperatura durante los últimos 10000 años, los cuales inclusive superan los valores actuales. Sin embargo, desde la Revolución Industrial (1750) se ha dado un incremento continuo y descontrolado del calentamiento de la superficie de la Tierra debido al alza de la concentración de gases de efecto de invernadero como resultado de la contaminación antropogénica 2
 
El sol es la mayor fuente de radiación que recibe la Tierra, esta es transmitida por ondas electromagnéticas. Cuando la radiación solar entra en contacto con la atmosfera terrestre, parte de esta radicación es absorbida por la superficie terrestre y posteriormente es reemitida como radiación infrarroja (IR). Una fracción de la radiación solar y de la radiación IR es absorbida por los componentes atmosféricos lo que resulta en un incremento de  la temperatura del planeta. De igual manera, parte de la radiación solar es reflejada de regreso al espacio por las nubes, partículas de aerosol, la atmósfera y por la misma superficie terrestre lo que resulta en un enfriamiento de la superficie terrestre 3. Con el fin de mantener una temperatura y clima estable, la Tierra debe tener un equilibrio energético entre la radiación que recibe desde el Sol y la radiación IR que emite hacia el espacio. A este equilibrio se lo conoce como temperatura efectiva 4. Cuando la radiación IR emitida por la Tierra es atrapada (absorbida) por gases de efecto invernadero es irradiada de vuelta a la superficie terrestre, resultando en el calentamiento de  esta. Este fenómeno es conocido como efecto invernadero 4. La captura de radiación terrestre por gases de efecto invernadero es esencial para mantener una temperatura de la superficie terrestre sustentable para la vida, ya que de no ser así la temperatura de la Tierra se encontraría cerca del punto de congelamiento -18° C 4. El problema surge debido a la contaminación antropogénica ya que la emisión descontrolada de gases de efecto invernadero puede inducir a un calentamiento más rápido de la superficie de la Tierra y actualmente, los esfuerzos por reducir su velocidad o su magnitud han dado resultados moderados pero no han conseguido revertir los cambios ambientales adversos 5.
 
Los gases de efecto invernadero más comunes son: Dióxido de carbono (CO2), Ozono troposférico (O3), Vapor de agua, y Metano (CH4). Debido a las actividades humanas, sus concentraciones se han visto incrementadas 6. El ejemplo más tangible lo reporta el CO2 como se ilustra en la Figura 1.

 
                                                       
 
Figura 1. Incremento de la concentración de CO2 con el tiempo 7

 
Dióxido de Nitrógeno (NO2)
 
El dióxido de nitrógeno es un gas tóxico, no inflamable de color rojizo. Es un compuesto químico constituido por dos átomos de oxígeno y un átomo de nitrógeno. El dióxido de nitrógeno no es un gas de efecto invernadero, pero en la atmósfera contribuye a la formación fotoquímica del ozono troposférico, además de ser uno de los mayores enemigos de las ciudades ya que envenena a sus habitantes como se explica a continuación 8. Los óxidos de nitrógeno (NO2 y NO) son creados a partir de rayos, la actividad microbiana del suelo, quema de biomasa (tanto naturales como incendios antropogénicos) al igual que la combustión de derivados de petróleo 9.
 
El NO2 se genera principalmente en el aire quemando combustible a partir de emisiones de automóviles, camiones, autobuses, plantas de energía, entre otros. Junto con otros NOx, el gas NO2 reacciona con otros productos químicos en el aire para formar tanto O3 troposférico y material particulado (PM) 10.
 
Debido a la contaminación humana mencionada anteriormente, se ha producido un incremento de las concentraciones de NO2, principalmente en los sectores urbanos e industriales 11. El ciclo diario del NO2 empieza en las primeras horas del día donde la máxima concentración se observa entre las 8 y 9 de la mañana. Seguidamente, como este gas es un precursor del ozono troposférico, reacciona químicamente en presencia de radiación solar (290 nm < λ < 400 nm) con otros gases, contribuyendo a la formación de O3 troposférico, reduciendo su concentración en la atmósfera. Según vaya disminuyendo la intensidad de la radiación solar, la concentración de O3 troposférico disminuirá y la concentración de NO2 volverá a aumentar (8-9 pm), pero este pico de concentración no es tan elevado como el máximo en las primeras horas de la mañana 12.
 
El dióxido de nitrógeno produce un gran riesgo en el medio ambiente, ya que se oxida fácilmente en el vapor de agua de las nubes formando ácido nítrico (HNO3), uno de los principales constituyentes de la lluvia ácida 11. Las gotas de lluvia que contienen estos ácidos, al precipitarse reaccionan fácilmente con substancias orgánicas e inorgánicas y las modifican, perjudicando o destruyendo el suelo, agua, plantas, animales y edificios 13. La precipitación de lluvia ácida logra sustraer nutrientes esenciales del suelo y liberar aluminio, lo que dificulta la absorción de agua por parte de los árboles. Asimismo, también dañan las agujas de las coníferas y las hojas de los árboles 14.
 
Los efectos perjudiciales del NO2 en la salud humana se centran en el aparato respiratorio. Según la Consejería de Sanidad de la Región de Murcia, se ha comprobado que el NO2 provoca daños al parénquima pulmonar. Además, determina la inhibición de la depuración mucociliar, la fagocitosis y la respuesta inmunológica en el pulmón, produciendo una disminución de la resistencia del pulmón ante las infecciones. Igualmente, incrementa la sensibilidad pulmonar a los broncoconstrictores, afectando, por lo tanto, especialmente a las personas asmáticas 15.
 
La Organización Mundial de la Salud (OMS) estableció el valor guía de 20 ppb (40 μgm-3) perteneciente a la media anual de NO2, todo esto para proteger a la población de los efectos negativos de este gas en la salud (Valor guía: valor numérico relacionado con la concentración de partículas presentes en el aire que indica que, si este es sobrepasado, existe la posibilidad de poseer efectos adversos en la salud). El fundamento de esto es debido a que la mayoría de los métodos de reducción de la concentración son específicos para los NOx (NO2 y NO) y no están concebidos para controlar otros contaminantes que los acompañan aumentando sus emisiones 16.

 
Ozono Troposférico (O3)
 
El ozono es un gas incoloro, cuya fórmula molecular es O3, se encuentra en dos capas de la atmósfera: en la estratósfera y en la tropósfera. El ozono en la estratósfera actúa como una capa protectora contra los efectos negativos en la salud y el medio ambiente, ya que es capaz de absorber la radiación ultravioleta emanada del Sol evitando así que llegue a la superficie terrestre 17. De la concentración total de ozono presente en la atmósfera, en la tropósfera se encuentra menos del 10%. Sin embargo, el ozono troposférico juega un rol importante en el ambiente debido a su participación en diferentes procesos químicos. Entre el espacio geográfico comprendido por el Trópico de Cáncer (20° N) y el Círculo Polar Ártico (60° N), el ozono troposférico fue el mayor contribuyente del calentamiento global durante el siglo XX 2.
 
El ozono troposférico es un contaminante secundario, esto significa que no se emite directamente a la atmósfera, sino que es el resultado de reacciones químicas, en condiciones adecuadas de radiación solar acompañada de otros contaminantes primarios como: compuestos orgánicos volátiles (COV), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), y en menor medida de metano (CH4). Uno de los mecanismos de formación es a través de la interacción entre la radiación solar λ < 400 y NO2 producen. Esta interacción produce O-, el mismo que actúa como intermedio en la reacción. Esta especie química reacciona con O2 y produce O3   troposférico 18. De igual manera es su destrucción, el O3 troposférico reacciona con NO formando O2 y NO2 bajando la concentración de O3 en la atmósfera 19.
 
NO2 + hv (λ < 400 nm) → O- + NO
 
O- + O2 → O3
 
NO + O3 → O2 + NO2
 
El ciclo diario de este contaminante comienza durante las primeras horas de la mañana, en las que comienzan las actividades antropogénicas, emitiendo principalmente: NOx, CH4 y CO2. Seguidamente, mientras el planeta recibe radiación solar, la concentración de ozono va aumentando según la presencia de los compuestos que lo forman. Ya en horas de la tarde, la radiación solar no es tan intensa provocando que la concentración de ozono troposférico disminuya hasta regresar a su concentración base 12.
 
El ozono troposférico se origina principalmente en las áreas urbanas por varias fuentes de emisión (automóviles y la industria). Las concentraciones elevadas de ozono troposférico provocan que este gas reaccione rápidamente destruyendo o alterando otras moléculas y posteriormente actúa como un contaminante tóxico, causando muchos problemas para la salud humana (daños respiratorios y pulmonares, dolores de pecho, etc.) 12
 
La exposición al ozono se ha relacionado con la mortalidad prematura y una gama de cuestiones de morbilidad y síntomas de asma 20. La OMS estableció el valor guía de niveles de concentración de ozono en 100 μgm-3 para un promedio diario de ocho horas; sin embargo, los datos recolectados no son suficientes para recomendar un valor guía anual. La unidad de medida que se utiliza en este trabajo de investigación es ppb (partes por billón), el valor guía presentado equivaldría a 50 ppb 16.

 
Recopilación de datos
 
La Global Atmosphere Watch (GAW) es un programa de la Organización Meteorológica Mundial (WMO) que posee un centro de datos que archiva y proporciona observaciones de la composición química de la atmósfera, su cambio natural y antropogénico gracias a las más de 400 estaciones de monitoreo alrededor de todo el mundo 21.
 
Ibarra es la capital de la provincia de Imbabura. Está ubicada al norte de Ecuador, específicamente a 115 km al noroeste de Quito, a 125 km al sur de la ciudad de Tulcán, con una altitud de 2225 m.s.n.m. Según el censo nacional de población realizado en el 2010, Ibarra posee una población aproximada de 181175 habitantes. Posee una variedad de climas con un promedio de temperatura de 18° C, estos van desde el frío de las elevaciones andinas, pasando por el cálido húmedo de la zona de Lita y la Carolina, hasta el tropical seco del valle del Chota 22.
 
La ciudad de Ibarra se encuentra dentro de dos subcuencas hidrográficas: Río Chorlaví y Río Tahuando. La topografía de su suelo corresponde a pendientes que oscilan entre el 5 y el 15% en las estribaciones del cerro Imbabura 22. La actividad industrial de la ciudad de Ibarra está conformado por: la industria manufacturera, la construcción, la minera, y la energética. Esta última se centra en la producción de electricidad, de gas y de agua 23. En relación a la actividad vehicular, cada año se da un incremento de el 8% hasta 11% de el número de vehículos de circulan la ciudad 24.
 
Quito es la capital política de la Republica de Ecuador, actualmente cuenta con 2644145 habitantes, se encuentra a 2700 m.s.n.m. La ciudad se encuentra ubicada principalmente sobre el valle de Quito, formando parte de la Hoya de Guayllabamba. Su clima corresponde al clima subtropical de tierras altas, van desde climas áridos y templados hasta húmedos y fríos. Quito se divide en 3 zonas: sur, centro, y norte; donde el sur es el lugar más frío de la ciudad ya que es la zona más alta, el centro es caliente; donde se dan siempre las temperaturas más altas, y el norte es templado. Quito, siendo la capital de la República del Ecuador, alberga la mayor cantidad de industrias del país, constituyéndose en una de las principales fuentes de desarrollo del país. Esto ha provocado serios impactos ambientales en la ciudad y consecuentemente problemas en la salud de sus habitantes 25. En el año 2014, el parque automotor de la ciudad de Quito fue de 468777 vehículos. Los niveles de ocupación de los vehículos han disminuido de 1.7 personas en el 2013 a 1.2 personas en el año 2014, lo que representa un incremento en la congestión vehicular de la ciudad 26. En este momento, existen 10450 empresas instaladas en la capital ecuatoriana, de las cuales 372 son industrias y se encuentran ubicadas en zonas urbanas. Debido a este problema, se está realizando reordenamiento de parques y zonas industriales, con el objetivo de que las empresas se ubiquen en un sector específico, mediante la creación de tres parques industriales. Las industrias en la ciudad de Quito se relacionan con productos estructurales, maquinaria pesada para el sector eléctrico, el sector agrícola, la construcción, los textiles, industrias metalmecánicas, etc. 27

 
MATERIALES Y MÉTODOS

 
La WHO WDCGG (World Metereological Organization World Data Centre for Greenhouse Gases) DATA SUMMARY del año 2015 pertenecientes a la Organización Mundial de Meteorología (WMO), proporcionó los datos de las concentraciones de NO2 y O3 de las diferentes estaciones que posee, con el fin de ayudar al desarrollo de este trabajo de investigación. Además, el Municipio de la ciudad de Ibarra y la Secretaria de Ambiente del Municipio del Distrito Metropolitano de Quito  facilitaron los datos de sus respectivas ciudades.
 
La selección de las estaciones de la GAW se realizó con la finalidad de poder elaborar una comparación directa de la concentración de NO2 y O3 de las estaciones ecuatorianas con distintas ciudades de alrededor del mundo cubriendo diferentes latitudes y longitudes.
 
Se realizó una selección del tiempo de estudio mediante una revisión de los datos proporcionados por las diferentes instituciones, verificando que en el tiempo seleccionado existan datos de Ecuador, de las ciudades de estudio (no todas las estaciones pertenecientes a la (WMO) poseen datos recientes de concentraciones de gases de efecto invernadero) y que posea el mayor tiempo de duración posible. Lo anterior dio como resultado que el tiempo de estudio sea desde enero del 2013 hasta diciembre del mismo año para el NO2, mientras que para O3   troposférico el periodo de estudio fue entre abril del 2013 y septiembre del 2014. Una vez obtenidas las ciudades de estudio y los datos de concentraciones de gases de interés, se procedió a recopilar información acerca de su población con la finalidad de poseer una visión más general de la capacidad de emisión de contaminantes atmosféricos. Mediante la formulación de hipótesis, finalmente se realizó la comparación de la concentración de los gases de estudio y la población de las ciudades de estudio, obteniendo así los siguientes resultados.


 
         
 
Figura 2. Mapa de las estaciones de O3troposférico en Ibarra

 
La Figura 2 muestra la ubicación de las estaciones en la ciudad de Ibarra, ellas están ubicadas en las afueras y en el centro de la ciudad. La distancia más corta entre estaciones es de aproximadamente 2 km, mientras que la distancia más lejana es de 4 km aproximadamente. Lamentablemente los datos proporcionados por el Municipio de Ibarra no detallan los equipos utilizados para la toma de datos de O3   troposférico.

 
RESULTADOS

 
Dióxido de Nitrógeno

 
         
 
Figura 3. Estaciones de NO2 seleccionadas 2

 
La Figura 3 muestra las estaciones seleccionadas para el dióxido de nitrógeno. Las marcas en rojo representan todas las estaciones disponibles de NO2 de la WDCGG (World Data Centre for Greenhouse Gases). De estas estaciones se seleccionaron las estaciones para el estudio de este gas (marcas en azul). Con la excepción de que la estación de Ecuador (Quito e Ibarra) que no es parte de la WDCGG. Las hipótesis planteadas fueron:
 
·         Las corrientes de aire influencian la concentración de dióxido de nitrógeno de una ciudad/región.
 
·         La concentración de dióxido de nitrógeno es proporcional al aumento de la población de una ciudad/región.
 
Como se puede apreciar en la Figura 3, Entre estas estaciones escogidas, se encuentran las de ciudades de los siguientes países: Latvia, Suiza, Polonia, Hungría, República Checa, Eslovenia, Malta y Ecuador

 
         
 
Figura 4. Población en las ciudades de estudio para NO2 28


 
         
 
Figura 5. Comparación de la concentración de NO2 en las estaciones seleccionadas



 
Tabla 1. Desviación estándar de la concentración de NO2 y O3 en cada estación de estudio
 
         

       
 
Tal como se puede apreciar en la Figura 4, la ciudad de Quito posee la densidad de población más elevada de las ciudades de estudio, en concordancia con los niveles de NO2, los cuales son los más altos (Figura 5 y Tabla 1). Uno de los principales motivos de este nivel de concentración es debido a la densidad poblacional que existe en esta ciudad y por la contaminación que produce (contaminación vehicular e industrial principalmente), como también se lo puede apreciar en las diferentes ciudades en donde la densidad poblacional es alta (ciudad de Guayaquil, en 2017 estimó una población de 2644891 habitantes) 29. Esto indica que la densidad poblacional es directamente proporcional al nivel de concentración de NO2.
 
Otro factor que influye en la concentración de este gas son las corrientes de viento. Las corrientes de aire influyen en la dispersión de los contaminantes, específicamente la dirección y velocidad del viento. La concentración de contaminantes es inversamente proporcional a la velocidad del viento. La dispersión de contaminantes en la atmósfera está influenciada por la dirección del viento. Si la dirección del viento es constante, la misma área estará́ continuamente expuesta a niveles relativamente altos de contaminación. Si la dirección del viento varia, las concentraciones resultarán relativamente menores debido a que los contaminantes serán dispersados sobre un área mayor 30. Debido a estos motivos, las concentraciones de un contaminante pueden variar por: densidad poblacional, corrientes de aire, topografía, altitud, radiación solar, altura de la capa de la mezcla 30.

 
         
 
Figura 6. Comparación de niveles de NO2 en Ecuador con otras latitudes, año 2013

 
La Figura 6 muestra que, durante el tiempo de estudio, los niveles de dióxido de nitrógeno para la ciudad de Quito fueron superiores durante la mayoría de meses frente a las diferentes ciudades de estudio, quedando en evidencia que, la población de dicha ciudad produce una excesiva emisión de este gas lo cual es muy preocupante. De igual manera, la Figura 6 muestra la línea de tendencia de cada ciudad de estudio, presentando los valores mensuales de concentración de NO2   Si la línea de tendencia a lo largo del tiempo de estudio es alta, la ciudad de estudio produce una considerable emisión de NO2 independientemente del número de habitantes que esta posee, como por ejemplo la ciudad de Kosetice (República Checa) que tiene poca densidad de población (Figura 4) pero produce una alta cantidad de NO2   que emana a la atmósfera. La línea de tendencia de la ciudad de Quito muestra valores más bajos a mitad de año y los valores más altos al final e inicio de año. Esto es debido a que a mitad de año existe más radiación en Ecuador por lo que, el NO2 con la radiación solar forman O3 troposférico, bajando la concentración de NO2 presente en la ciudad de Quito. Por lo contrario, a final e inicio de año, la radiación solar no es tan intensa en comparación a los meses de mitad de año, lo que permite que no se produzca tanto O3 troposférico, subiendo la concentración de NO2  
 
Según la OMS, los niveles permitidos de concentración de dióxido de nitrógeno corresponden a 40 μgm-3 (21.27 ppb), por lo que la concentración de dióxido de nitrógeno en la ciudad de Quito está por debajo del valor límite según los estándares de la OMS. Sin embargo, según los datos obtenidos, la concentración de este gas en la ciudad de Quito es la más alta de todas, por lo que se recomienda reducir la quema de biomasa (tanto naturales como incendios antropogénicos) al igual que la quema de combustibles ya que estas actividades son muy probablemente las principales responsables del nivel de concentración de este gas.

 
Ozono troposférico
 
Al igual que durante el análisis de la concentración de NO2, primeramente, se presentará las estaciones seleccionadas para el análisis de este gas de efecto invernadero.

 
         
 
Figura 7. Estaciones de O3 troposférico seleccionadas

 
A diferencia del dióxido de nitrógeno, para el análisis del de ozono troposférico se contó con una estación adicional en Ecuador, la estación de Ibarra.
 
Igual que en la Figura 3, en la Figura 7 las marcas en azul son las estaciones que se utilizaron para el análisis de ozono troposférico. Las hipótesis planteadas para este gas son las siguientes:
 
·         Mientras la población de una ciudad/región aumente, incrementará la concentración de Ozono Troposférico.
 
·         La concentración de Ozono Troposférico será más alta en una ciudad/región si esta recibe una mayor radiación solar.

 
         
 
Figura 8. Poblaciones en las diferentes ciudades de estudio 28


 
         
 
Figura 9. Promedio de Concentración O3 de troposférico en las ciudades de estudio


Tabla 2. Desviación estándar de la concentración de O3 troposférico en cada estación de estudio
 
         

       
 
Se puede observar en la Figura 8 que la población de El Cairo supera por mucho a las demás ciudades. La Figura 9 y Tabla 2 muestra que las concentraciones de ozono troposférico de El Cairo son mucho menores a lo esperado, tomando en cuenta su población (muy alta) y su posición geográfica (propensa a una alta radiación solar). La concentración de este gas en Ecuador es la más baja de todas las ciudades de estudio a pesar de que, sumando la población de las dos estaciones ecuatorianas, son la segunda más alta población entre las ciudades de estudio (Figura 8).

 
         
 
Figura 10. Comparación de niveles de concentración de O3 troposférico en Ecuador y las ciudades de estudio, año 2013

 
La Figura 10 muestra las mediciones mensuales de este gas de efecto invernadero de las estaciones escogidas durante el tiempo de estudio. Sin embargo, algunas estaciones no cuentan con datos a partir del mes de febrero debido a que en esa fecha suspendieron sus actividades. Las tendencias de concentración de O3 troposférico de las estaciones ecuatorianas muestran los valores más bajos de las diferentes ciudades analizadas. Esto es algo sorpresivo dada la su ubicación geográfica. Ecuador recibe altos niveles de radiación solar con muy pocas fluctuaciones a los largo del año debido a su Latitud. Sin embargo, la radiación solar no es el único componente necesario para la formación de O3 troposférico. De estos datos se puede concluir que la concentración de precursores de O3 (COVs, NOx, y aerosoles orgánicos secundarios o SOA) es muy baja o que es mucho menor que en las otras ciudades estudiantes. Respecto a las diferentes estaciones estudiadas, no existe una clara tendencia anual del O3. Esto debido a que las ciudades de estudio se encuentran ubicadas a diferentes Latitudes, donde dependiendo de la época del año reciben más o menos radiación. En el caso de Ecuador se observa una concentración cuasi constante de 10 ppb.

 
Tendencias de O3 en Ibarra
 
         
 

Figura 11. Mediciones de O3 troposférico en la ciudad de Ibarra

 
La Figura 11 representa a la concentración de O3   troposférico de la ciudad de Ibarra donde cada línea representa una estación de dicha ciudad. La tendencia de todas líneas de concentración de O3 troposférico están muy relacionadas entre sí, aunque se puede notar algunas diferencias entre ellas, las cuales pueden ser debido a un incremento en la actividad antropogénica en el sector donde se encuentra la estación de estudio. En el mes de agosto de 2013 y en el mes de agosto del 2014 se encuentra un incremento en la concentración del gas de estudio probablemente debido a un aumento en la radiación solar en la ciudad de Ibarra, lo que explica que las líneas de tendencia de todas las estaciones poseen un ascenso en su valor durante los meses mencionados.
 
Debido a que las estaciones de la ciudad de Ibarra no se realizan la medición de radiación solar, se usaron los datos de radiación solar de la ciudad de Quito asumiendo que este valor no varía mucho entre ambas ciudades. Sin embargo, cabe notar que las dos ciudades se encuentran separadas por una distancia de 116 km y que la altura de Ibarra y Quito son 2215 y 2700 m.s.n.m., respectivamente. El r2 (0.0032) encontrado en este análisis indica que la radiación solar no es el factor determinante en la formación de O3 troposférico en Ibarra. Esto debido a que sus valores son relativamente constantes a lo largo del año, día tras día. Es muy probable que quienes controlen la formación y concentración de O3 son sus precursores. Desafortunadamente, el único precursor que se mide en Ibarra es el NO2 el cual tampoco muestra una buena correlación con O3 troposférico (r2 = 0.0136).
 
La Oscilación Madden-Julian (MJO, por sus siglas en inglés) consiste en patrones a gran escala acoplados en la circulación atmosférica y la convección profunda. Estas se propagan lentamente hacia el este (~5 m s-1) a través de la porción de los océanos Índico y Pacífico donde la superficie del mar es cálida. La MJO interactúa constantemente con el océano subyacente e influye en muchos sistemas meteorológicos y climáticos 31. Las concentraciones de ozono troposférico se pueden ver disminuidas o aumentadas por la MJO; sin embargo, dada la falta de estudios en esta dirección en Ecuador, no se puede afirmar que la MJO tiene un efecto directo en los niveles de O3 en Ibarra.

 
Tendencias de O3 en Quito
 
Como se mencionó anteriormente, la cantidad de radiación solar puede afectar la concentración de ozono troposférico, por lo que las siguientes ilustraciones se basarán en la relación de estos dos factores. Para el caso de Quito el r2 (0.4793) encontrado muestra que la radiación solar posee relación en la formación de O3 troposférico en esta ciudad. La cantidad de radiación solar se adapta de una manera adecuada con la concentración de O3   troposférico, generando una posible tendencia. Al igual que en Ibarra se encontró que el dióxido de nitrógeno a pesar de ser un precursor de ozono troposférico no es un factor que influye de gran medida ya que su r2 (0.0045) es muy bajo.
 
Según la OMS, existe un valor fijo en las directrices de ozono troposférico de 100 μgm/m3 de media en 8h equivalente a 50 ppb, lamentablemente no existe un valor anual reportado por la OMS para este gas 32. A pesar de la ausencia de este dato, varias instituciones otorgan valores aproximados en el cual 60 ppb de valor objetivo año no debe ser superado para la protección de la salud humana 33.
 
Siguiendo este dato y la Figura 9, la concentración de ozono troposférico de las dos estaciones en Ecuador (Quito e Ibarra) se encuentra bajo el valor permitido. Sin embargo, se recomienda que, no solo las autoridades ayuden a reducir la concentración de este gas, sino a la comunidad en general debido a que, por más que se encuentre bajo el valor autorizado, puede ser perjudicial para la salud humana.

 
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

 
Con estas consideraciones se concluye en el presente trabajo de investigación que quienes controlan la formación y concentración de O3 son sus precursores. Desafortunadamente, el único precursor que se mide en Ibarra y Quito es el NO2 el cual no muestra una buena correlación con O3 troposférico. La cantidad de radiación solar también es un factor que influye en la concentración de ozono troposférico; sin embargo, aunque se encontró una buena correlación con los niveles de O3 en Quito, este no parece ser quien controle los niveles de O3. Es necesario poder medir los demás precursores del O3 para poder entender sus fuentes y la influencia de estos en la calidad del aire local.
 
Los niveles de concentración de dióxido de nitrógeno y ozono troposférico en las dos estaciones de Ecuador (Quito – Ibarra) poseen valores por debajo a los permitidos según la Organización Mundial de la Salud y la Dirección General de Sostenibilidad y Control Ambiental respectivamente, por lo que, la calidad de aire de Ecuador cuenta con valores adecuados en concentración de NO2 y ozono troposférico en comparación de las diferentes ciudades tomadas en cuenta para este estudio.
 
Según los resultados obtenidos en la presente investigación, para la concentración de NO2 sí existe una influencia del número de habitantes de la ciudad/región ya que una población mayor producirá un aumento de contaminación. Tomando el mismo factor (número de habitantes), la concentración de O3 troposférico no se ve influenciada por la población de un sector, ya que el principal factor de influencia en la concentración de este gas es la cantidad de radiación solar reportada. Por último, las concentraciones de ambos gases se pueden ver alteradas por densidad poblacional,  corrientes de aire, topografía, altitud, radiación solar, altura de la capa de la mezcla. 30.
 
A pesar de que, como ya se mencionó, las concentraciones de NO2 y ozono troposférico se encuentran por debajo de los permitidos según la ONU, se recomienda que las industrias y la sociedad en general tomen conciencia sobre la gran problemática de la contaminación atmosférica ya que está en nuestras manos que las siguientes generaciones puedan gozar de un aire limpio y consecuentemente una calidad de vida digna como todos nos merecemos. De igual manera, se recomienda que los municipios y los gobiernos propongan mejoren el monitoreo tanto de gases como de partículas atmosféricas para tener una mejor incertidumbre sobre la calidad del aire que respiramos y de esta manera generar leyes que permitan reducir la emisión de estos contaminantes.

 
AGRADECIMIENTOS

 
Los autores agradecen a la Global Atmosphere Watch por proveer gran parte de los datos que fueron usados en este estudio. De igual manera se agradece el apoyo económico por parte de la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) de la UNAM a través del proyecto PAPIIT IA108417.

 
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Recibido: 20 febrero 2018
 
Aprobado: 21 mayo 2018
 
 
Manuel A. Andino-Enríquez 1 orcid.org/0000-0003-0493-9077
 
Sandra P. Hidalgo-Bonilla1 orcid.org/0000-0001-8905-8716
 
Luis A. Ladino2,* orcid.org/0000-0002-4941-7945
 
1Escuela de Ciencias Químicas e Ingeniería, Universidad de Investigación de Tecnología Experimental YachayTech, Urcuquí, Ecuador
 
2Centro de Ciencias de la Atmósfera, Universidad Nacional Autónoma de México, México City, México
 
*Corresponding author: Luis A. Ladino, luis.ladino@atmosfera.unam.mx

 Como citar: Manuel A. Andino-Enríquez, Sandra P. Hidalgo-Bonilla, Luis A. Ladino, Comparación de los Niveles de Concentración de Ozono Troposférico y Dióxido de Nitrógeno en Ecuador y Otras Latitudes. Bionatura, 3(2), (2018). doi: 10.21931/RB/2018.03.02.5
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