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Humberto Bravo A., Rodolfo Sosa E. y Ricardo Torres J.
     
               
               

La Ciudad de México conurbada en extensión con algunos municipios del estado de México, constituye la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM), la cual se localiza en la parte suroeste de una cuenca cerrada a 19°35’ de latitud norte, 99°40’ de longitud oeste, y a una altitud de 2240 metros sobre el nivel del mar. Se encuentra rodeada de montañas, lo que propicia una circulación de vientos provenientes del noroeste-noreste (figura 1). Tiene una alta incidencia de calmas e inversiones térmicas todo el año.1 El número de días despejados está entre los 100 y los 200 al año y la incidencia de radiación solar es entre 450 y 475 cal/cm2/días.2 Además de las condiciones geográficas, se conjuntan emisiones de contaminantes atmosféricos, producidos por las actividades propias de una población urbana de 18 millares de habitantes, situada en una zona en la que circulan más de 2.3 millones de vehículos y en la que se concentra el 25% de las industrias de todo el país, con su correspondiente cantidad de emisiones de contaminantes atmosféricos.

 
Figura 1. Cuenca del Valle de México y el patrón regular del flujo de viento dominante. 

Su situación geográfica y las emisiones de contaminantes atmosféricos (tabla 1), conforman los elementos de un gran contenedor natural, en el que ocurren complejas reacciones fotoquímicas que dan lugar a compuestos oxidantes como el ozono, PAN y otros,3 así como la formación de ácido sulfúrico y ácido nítrico que constituyen el fenómeno de lluvia ácida.

MECANISMOS DE FORMACIÓN DE LOS CONTAMINANTES

Contaminantes fotoquímicos

La contaminación atmosférica fotoquímica, conocida comúnmente como smog, es una mezcla de varios compuestos químicos: óxidos de nitrógeno (NO), hidrocarburos reactivos (NMHC) y ozono (O3), principalmente. El ozono es un contaminante secundario formado en la atmósfera a través de una compleja serie de reacciones químicas de los contaminantes primarios, conocidos como precursores. De estos últimos, los más importantes son los NOX y los NMHC.

Las fuentes de emisión de precursores antropogénicos son, en primer lugar, los automóviles (NOX, NMHC); industria ligera y pesada (NOX, NMHC), y expendios de gasolina (NMHC), así como todas las actividades en las que se emplean solventes orgánicos: pintura, limpieza, etcétera.

La situación geográfica contribuye a agravar el problema, dado que la formación del ozono depende en gran parte de la radiación solar. Cuanto más cerca se está del Ecuador mayor es el potencial energético que se recibe. Uno de los precursores, el dióxido de nitrógeno (NO2), es un absorbedor muy eficiente de la energía ultravioleta solar que llega a la superficie de la Tierra. Esta interacción genera lo que se conoce como reacción fotolítica; la molécula NO2 se rompe en dos: NO y O, con la cual se inicia el mecanismo de formación del ozono4 (figura 2). El ciclo descrito explica la formación inicial de ozono en las atmósferas contaminadas, pero no aclara el por qué de niveles tan altos en algunos ambientes urbanos. De acuerdo al ciclo fotolítico el O2 y el NO deberían destruirse en las mismas cantidades, pero no sucede así debido a que intervienen ciertos hidrocarburos que provocan una serie de reacciones mucho más extensas5 (figura 3).

Tabla 1. Emisiones de contaminantes estimados para la ZMCM (1985)
 Contaminante  Fuentes fijas ton/año  Fuentes móviles ton/año Total ton/año 
Partículas 141000  12800  153800
Monóxido de carbono 120000  3600000  3720000
Hidrocarburos 140000 385000 525000
Dióxido de azufre 400000 11000 411000
Óxidos de nitrógeno 93000 39000    132000
Total 894000 4047800 4942800
 
 
Figura 2. Ciclo fotolítico del dióxido de nitrógeno. (Tomado del Air Quality Criteria for Photochemical Oxidants, NAPCA, 1970).
 
 
Figura 3. Interacción de los hidrocarburos con el ciclo fotolítico del dióxido de nitrógeno. (Tomado del Air Quality Criteria for Photochemical Oxidants, NAPCA, 1970).

Lluvia ácida

Se ha asignado el nombre de “lluvia ácida” a aquello que presenta valores de pH menores a 5.6, tomando en cuenta que este valor corresponde al agua que esta en equilibrio con el CO2 de la atmósfera, lo que provoca que se cree un ácido débil, carbónico.6 Cuando se tiene un pH menor a 5.6, esta acidez se debe a la presencia de ácidos fuertes, como el sulfúrico y el ácido nítrico que tienen como principales precursores, óxidos de azufre (SOX) y óxidos de nitrógeno (NOX) respectivamente junto con la humedad de la atmósfera (H2O). Lo anterior se explica en forma general por las siguientes reacciones:7

2SO2 + O3 → 2SO3
SO3 + H2O → H2SO4
2NO + O2 → 2NO2
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Las causas a las que se le han atribuido el origen de este fenómeno, son las emisiones atmosféricas por el uso de combustibles fósiles en las operaciones industriales, transporte, agricultura y calefacción domestica; la utilización de fertilizantes y otros productos químicos en la agricultura, y la combustión de desechos industriales, urbanos y agrícolas. La lluvia ácida puede causar daños en diversos materiales, así como alteraciones, tanto del crecimiento y desarrollo de la vegetación terrestre, como alteraciones químicas y biológicas en los sistemas acuáticos.7, 8

Esta descripción se puede aplicar también al fenómeno de deposición ácida,9 que incluye deposición seca y deposición húmeda (lluvia), en el cual interaccionan diferentes compuestos como nitratos y sulfatos principalmente (figura 4).

 
Figura 4. Adaptación de la figura aparecida en “The Acid Precipitation Problem” (Llorvalis, Oregon U.S. EPA Environmental Research Laboratory, 1979).
 
 
Figura 5. Promedio trimestral (noviembre-diciembre-enero) del contenido de plomo en PST para las estaciones “Museo" y “La Villa” de la SEDUE.

NIVELES DE CONTAMINACIÓN

Del plomo al ozono

En el decreto del ejecutivo federal publicado el 14 de febrero de 1986 en el Diario Oficial de la Federación, se dan a conocer 21 medidas, cuya aplicación tiene como finalidad el mejorar la calidad del ambiente en la Ciudad de México. La medida 17 tiene como objetivo el que se abastezca gasolina con bajo contenido de plomo a la Zona Metropolitana de la Ciudad de México (ZMCM) y la medida 18, en el mismo contexto, contempla incluir aditivos premezclados en las gasolinas. La fecha que se marca para cumplir con estas medidas, fue del mes de junio de 1986, y la dependencia responsable de llevar a cabo tales acciones fue la Secretaria de Energía, Minas e Industria Paraestatal (SEMIP) a través de Petróleos Mexicanos. Para el 31 de agosto de 1986 el avance en estas acciones fue del 100% (SEDUE 1986).    

La nueva gasolina producida (nova-plus) tiene un contenido promedio de 0.64 ml de tetraetilo de plomo por galón (IMP 1987). La reducción del contenido de tetraetilo de plomo en las gasolinas nacionales ha sido progresiva, ya que la gasolina nova, que se produjo entre 1973 y 1980 contenía 3.5 ml/galón; en 1981 se redujo a 3.0, en 1982 a 2.19, en 1983 a 2.0, de 1984-1985 a 1.0 (PEMEX 1981), hasta que en 1986, se logró que, la reducción llegara hasta el 0.64 ml/galón.     

Del plomo total emitido en la República Mexicana aproximadamente el 30% se emite en la ZMCM, lo que arroja una cantidad aproximada de 28424 toneladas de plomo emitidas en 16 años (1970-1985) (PEMEX 1986) o sea, un equivalente a 1776 ton/año promedio; esto, lógicamente, ha sido causa de gran preocupación en el medio académico.    

Diversos programas de monitoreo de plomo en la atmósfera realizada por instituciones como el Centro de Ciencias de la Atmósfera (UNAM), la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (IPN), la Universidad Autónoma Metropolitana, el Instituto de Geofísica (UNAM) y la propia SEDUE, demostraron, que en años anteriores la problemática de la contaminación atmosférica por plomo, se había incrementado notablemente (Bravo et al. 1970, Espinoza 1978, Bravo y Rodríguez 1981, Salazar et al., 1991, Grana 1983, López 1985, Velázquez 1986, Saborío 1986, Díaz 1986 y SEDUE 1987). Este incremento se le atribuyó a la emisión de los vehículos automotores.

Petróleos Mexicanos ha establecido programas de reducción gradual del contenido de tetraetilo de plomo en las gasolinas, como medida para mejorar la calidad del aire (tabla 2) (PEMEX 1986). En cuanto al plomo, la calidad del aire en la ZMCM, ha mejorado considerablemente, ya que se observan concentraciones por abajo de la norma recomendada de calidad del aire y que es de 1.5 µg/m3 promedio trimestral. La figura 5 presenta el contenido de plomo en partículas suspendidas totales para las estaciones de monitoreo “Museo” y “La Villa” de la SEDUE (SEDUE 1987). El uso de gasolinas con un menor contenido de tetraetileno de plomo, como la magna sin, traerá como consecuencia una disminución del plomo en el aire, sin embargo estas medidas deberán ser respaldada por estudios científicos con el fin de poder detectar los efectos colaterales negativos.

Tabla 2. Contenido de tetraetilo de plomo en gasolinas mexicanas.
   1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985
 M  3.0 3.0  3.0  3.0  3.0  3.0  3.0                  
 S  2.7 2.7 2.7 2.7                        
 G  2.8 2.8 2.8 2.8                        
 P  3.9 3.9 3.9 3.9                        
 E       3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 0.083  0.083  0.083  0.083  0.083  0.083  0.05
 N       3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5  3.0  2.19  2.0  1.0  1.0
 T  2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0  2.0  2.0  2.0  2.0  2.0  0.5 0.5 0.5 0.5
M: Mexolina     N:Nova
  
Supermexolina
T: Tractogás   
G: Gasolmex      P: PEMEX 100     E: Extra    
Fuente: PEMEX (1986), Aspectos generales del plomo y su comportamiento en el Medio Ambiente. GPTA-E-003.

Sin embargo, al mismo tiempo, las continuas medidas que se han efectuado en la estación de monitoreo del Centro de Ciencias de la Atmósfera (OCA), indican que, a partir del mes de septiembre de 1986, las concentraciones de O3 se incrementaron con respecto a los años anteriores (Bravo et al. 1987, 1988).    

El valor más alto de las concentraciones máximas de O3, detectadas en el OCA antes de septiembre de 1986, fue de 0.15 ppm y el promedio de tales concentraciones, fue de 0.063, mientras que después se tuvieron valores de 0.355 y 0.147 respectivamente. Como era de esperarse las concentraciones de sus precursores NMHC y NOX también se incrementaron (tabla 3). 

Las figuras 6, 7 y 8 presentan, respectivamente, los promedios mensuales de las concentraciones máximas de O3, el número de días al mes en los que se rebasa su norma nacional de calidad del aire (0.11 ppm promedio horario máximo), y el número de violaciones por mes a dicha norma. El periodo de tiempo que se analiza abarca de enero de 1984 hasta mayo de 1988.   

Tabla 4. Número de violaciones a la norma mexicana de calidad del aire para ozono durante 1987. Estación Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM
Horas del día
Mes 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Total
Enero                    3  8  9 10  9  8  7  0 2    56
Febrero                    4  6  8  4  4  4  2  1      33
Marzo                  3  6  8  8  4  4  4  2  1      35
Abril                  1  4  6  5  2  2  1          21
Mayo                1  3  12  14  13  5              48
Junio                    2  6  13  14  8  3          46
Julio                      4  8  11  6  2          31
Agosto                    3  13  23  22  14  9  3  1      88
Septiembre                    1  14  21  21  18  13  8  2  1    99
Octubre                    3  16  24  23  20  14  10  5  1    116
Noviembre                    1  8  14  17  16  10  4  1      71
Diciembre                      6 15  18  16  16  14  9      96
Total                  1  17  96  106  169  124  84  54  28  5  2  740

En la actualidad el ozono es un problema grave de contaminación atmosférica en la ZMCM. Las tablas 4, 5 y 6 confirman esta aseveración, ya que, y esto es importante hacerlo notar, la norma de calidad del aire en los Estados Unidos de América señala 0.12 ppm. (promedio horario máximo), no más de una vez al año y en la estación de monitoreo del CCA de la UNAM, se registraron en 1987, 740 horas arriba de la norma mexicana de calidad del aire, cifra que se incrementó en 1988 a 959 violaciones (horas), y a 1224 en 1989.   

 
Tabla 5. Número de violaciones a la norma mexicana de calidad del aire para ozono durante 1988. Estación Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM  
Horas del día  
Mes 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20  Total
Enero               1 2 7 9 11 9 5 3 1     48
Febrero               2 10 17 16 17 13 10 6 1     92
Marzo               1 6 9 8 6 4 3 1 0 1   39
Abril               8 15 13 9 7 6 3 2 1     64
Mayo               5 14 19 13 13 8 3 2 0     77
Junio               6 12 13 11 6 3           51
Julio               5 15 21 23 18 9 2         93
Agosto               5 15 16 13 8 6 3         66
Septiembre               5 15 21 22 20 13 6 2       104
Octubre               4 12 21 23 21 16 9 4 1     111
Noviembre               1 8 16 22 22 15 12 7       104
Diciembre               1 9 18 20 20  8 14 8 2     110
Total               44 133  192 189 169 120 70 35 6 1   959
 
Tabla 6. Número de horas en las que la concentración de ozono rebasó la norma mexicana de calidad del aire en la estación del CCA UNAM durante 1989
Horas del día
Mes 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 Total
Enero       1 14 16 16 13 9 7 1   77
Febrero       5 11 12 11 10 4 3 1   57
Marzo       10 14 10 10 8 6 3 3 1 65
Abril     12 22 26 23 16 8 4 2     113
Mayo     18 26 31 28 17 13 8 3     144
Junio   1 17 24 24 21 16 14 10 6     133
Julio     3 18 23 21 16 8 4       93
Agosto     1 17 23 24 20 12 3       100
Septiembre       5 13 13 13 7 3       54
Octubre     8 22 25 25 24 19 11 3     139
Noviembre     3 19 25 24 24 22 18 10     145
Diciembre     1 10 18 19 16 17 10 9 3 1 104
Total   1  63 179 247 236 199 151 90 48 8 2 1224
 
 
Figura 9. Representación esquemática teórica de isolíneas de concentración máxima de O3 en ppm en la ZMCM, 29/70/86 (de acuerdo con datos de monitoreo del Centro de Ciencias de la Atmósfera y SEDUE).

Como consecuencia del transporte de contaminantes emitidos en la parte norte y centro de la ZMCM, por la acción de los vientre, y por la radiación solar que pudieran recibir, se registran altos niveles de ozono en la parte sur y, por ende, mala calidad del aire en esta zona. En la figura 9 se presenta un ejemplo de esta situación, basado en la información de valores máximos horarios registrados por el CCA y la SEDUE.

 
Figura 6. Promedios mensuales de concentraciones máximas de O3 en la estación del OCA de 1984 a 1988.
 
 
Tabla 3. Concentraciones de O3, NMHC y NOX en la estación del CCA
Concentración ppm Antes del cambio de gasolina Después del cambio de gasolina
NMHC (Promedio 6-9 horas) 1.80 2.0
NOX (Promedio 6-9 horas) 0.08 0.20
NMHC/NOX 22.5 10.0
03 Máxima detectada 0.15 (6/diciembre/1985) 0.35 (30/enero/1987) 0.355 (26/febrero/1988)
03 Promedio de los máximos 0.063 0.147

 

 
Figura 7. Número de días al mes en que se rebasa la norma de calidad del aire para O3 en la estación del CCA de 1984 a 1988.
 
Figura 8. Número de violaciones al mes a la norma de calidad del aire para O3 en la estación del CCA de 1984 a 1988.

LLUVIA ÁCIDA

En la tabla 7, se presentan los valores de pH, sulfatos (S054), nitratos (NO3) y conductividad para 15 sitios de muestreo en la ZMCM. Estas medidas fueron realizadas, casi en su totalidad, colectando en la misma muestra tanto precipitación húmeda como seca y, por ser el suelo alcalino, esto trae como consecuencia cierta neutralización. La metodología se fue afinando y, desde 1984, en la estación Ciudad Universitaria se lleva a cabo la colección de deposición húmeda y seca por separado.13, 14, 1

CONCLUSIONES

Los niveles de ozono a los cuales nos enfrentamos en la actualidad en la ZMCM (1000 violaciones/año 1988) demuestran que es prioritario tomar medida inmediatas para resolver este problema, ya que lo que esta en juego es la salud de sus habitantes, salud que ya ha sido afectada.    

Al definir claramente que los niveles de ozono se incrementaron, a partir del cambio de gasolina realizado por PEMEX, en el segundo semestre de 1986, y que esta afirmación no se basa solamente en la simple coincidencia, sino en estudios y experiencias de otros países al realizar una disminución del contenido de plomo en las gasolinas, así como en conocimientos de química atmosférica y en un análisis de las tendencias de ozono desde 1984, en forma continua, es necesario, como medida inmediata para reducir la contaminación atmosférica por ozono:

– Cambiar la formulación de la gasolina.
– Programar la reducción del contenido de tetraetilo de plomo en las gasolinas, vigilando la calidad del aire con interés especial en plomo, precursores de ozono, y ozono.
– Proporcionar gasolina sin plomo en una fase compatible con el uso de sistemas de conversión catalítica en vehículos.
– Implementar estrategias a mediano y largo plazo como: control de fugas de hidrocarburos en tanques de almacenamiento, válvulas y ductos; control de emisiones de hidrocarburos en el transporte, almacenamiento y servicio de gasolina; regulación del contenido de hidrocarburos en pinturas y otras fuentes misceláneas, así como inspección-mantenimiento de vehículos.

En la Ciudad de México, por tenerse grandes emisiones de precursores (SO, y NOX) existe el llamado fenómeno de lluvia ácida y aunque no se ha demostrado que afecte directamente a la salud, sí tiene efectos negativos sobre materiales, vegetación y ecosistemas acuáticos, además de ser un buen indicador del grado de contaminación existente de sus precursores.

Para mejorar la calidad del aire en la ZMCM es necesario unir esfuerzos entre las distintas dependencias gubernamentales encargadas del problema ambiental, instituciones de investigación y el sector industrial.

Tabla 7. Valores ponderados de pH, S0=4, NO-3, y conductividad
Estaciones de muestreo  Ao  pH  S0=4 mg/lt N0-3 mg/lt     Conductividad
Cuautepec (1)   80 6.4 12.52 4.23  
   81        
  82 6.78  9.44 4.38  
  83 6.16  16.86  2.64  
  84 6.74  13.79  2.71  
  85 6.44  12.07  2.46 62.74
           
Tacuba (2) 80 5.9 10.30 2.74  
  81        
  82 5.44 6.84  1.00  
  83 5.47 8.03  1.01  
  84 4.89 10.17  3.30  
  85 4.33 9.13  7.83 41.70
           
Chapultepec (3) 80        
  81        
  82        
  83 6.66 9.02 2.79  
  84  6.16  12.54  4.36  
  85  6.22  10.95  4.50 60.75
           
Moctezuma (4) 80  5.71 12.63 1.43  
   81        
   82 6.74 13.80  2.41  
   83  4.92  10.82  2.72  
   84  5.20  8.77  2.20  
  85  5.55  9.65  2.94  45.07
           
Aeropuerto (5) 80  5.95 12.27 1.17  
   81  5.86  9.10  2.13  
   82  5.56  0.10  6.09  
   83  5.24  5.06  2.91  
   84  6.42  18.00  2.45  
  85 6.44 10.25 3.01 75.04
           
Tacubaya (6) 80 5.78  11.78 2.57  
  81 5.47  10.25  2.01  
  82 5.64  7.33  2.42  
  83 5.14  9.59  3.01  
  84 5.16  7.42  3.14  
  85 5.12  7.66  2.67 47.48
           
Cincel (7) 80 5.20 14.19 1.91  
  81        
  82 5.44 7.29 1.99  
  83 5.32 8.67 2.41  
  84 5.00 9.14 2.41  
  85 6.15 9.45 2.76 43.01
           
La Venta (8) 80        
  81        
  82 5.07 5.99 2.24  
  83 6.88 7.39 2.07  
  84 6.82 6.62 2.04  
  85 5.93 7.43 2.73 39.74

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al personal de apoyo de la Sección de Contaminación Ambiental: Biol. Rosaura Camacho C. Fís. François Penin G., Quím. Ma. I. Saavedra, Biol. Guillermo Torres J., Srita. Leticia Valdez B. y Sr, Calixto Cuevas S., por su colaboración en la realización de este estudio.

 

 articulos
 
     

 Referencias Bibliográficas

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12. Bravo, A. H., F. Perrin G., R. Sosa E., R. Torres J., Gasoline’s Lead Reduction in Mexico City-It's Effects in the Air Quality, SAE Technical Paper Series 890584, International Congress and Deposition, Detroit, Michigan, February 27-March 3, 1989.
13. Aguilar, A. S., H. Bravo A., R. Magaña Z., M. L. Saavedra R., R. Tones J., Estudio preliminar de la lluvia ácida en la Cuenca del Valle de México, Unión Geofísica Mexicana, Manzanillo, Col., mayo 1981.
14. Aguilar, A. S., H. Bravo A., M. L. Saavedra R., R. Tones J., Acid precipitation in the Mexico City Basin, Conferencia técnica sobre climatología urbana y sus aplicaciones con especial referencia a las zonas tropicales, México, D. F., 26-30 noviembre, 1984.
15. Bravo, A. H., R. Camacho C., F. Perrin G., M. I. Saavedra R., R. Sosa E., R. Tones J., Contaminación atmosférica en la Ciudad de México, Tercer Encuentro Nacional de Conservadores del Patrimonio Cultural, México, D. F., 19-23 octubre, 1987.

     
____________________________________________________________
     

Humberto Bravo A., Rodolfo Sosa E, Ricardo Torres J.
Sección de Contaminación Ambiental, Centro de Ciencias de la Atmósfera, UNAM.

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