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Evaluación de la composición del material particulado atmosférico en medio urbano y rural en Cantabria

  • Autores: Axel Arruti Fernández
  • Directores de la Tesis: Ángel Irabien Gulías (dir. tes.), Ignacio Fernández Olmo (dir. tes.)
  • Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2011
  • Idioma: español
  • Tribunal Calificador de la Tesis: Inmaculada Ortiz Uribe (presid.), Aurora Garea Vázquez (secret.), Ana Maria Mastral Lamarca (voc.), Xavier Querol Carceller (voc.), Raffaella Pomi (voc.)
  • Materias:
  • Enlaces
    • Tesis en acceso abierto en: TESEO
  • Resumen
    • El material particulado (PM) atmosférico se define como un conjunto de partículas sólidas y/o líquidas, a excepción del agua pura, presentes en la atmósfera. La alteración natural de la atmósfera por la presencia de material particulado, de origen natural o antropogénico, se denomina contaminación atmosférica por material particulado. El estudio de la contaminación atmosférica por PM es de gran interés debido a sus potenciales efectos nocivos sobre la salud, clima, y medio ambiente.

      El estudio que se presenta tiene lugar en la región costera de Cantabria; el material particulado se muestrea en cuatro puntos de dicha región: (i) en la aglomeración de la Bahía de Santander -muestreo de PM10 y PM2.5 durante los años 2008 y 2009-, (ii) en la ciudad costera de Castro Urdiales -muestreo de PM10 durante el año 2008-, (iii) en la ciudad interior de Reinosa -muestreo de PM10 durante el año 2008- y por último (iv) en el pueblo de Los Tojos, ubicado en la reserva natural Saja-Besaya -muestreo de PM10 durante el año 2008-. Se realiza una caracterización química del PM: metales, iones solubles, carbono total. El objetivo general de la presente tesis doctoral es avanzar en el conocimiento de los niveles y fuentes de emisión de contaminantes en el PM de una región costera con una actividad industrial moderada cuyos problemas de contaminación atmosférica son localizados; este conocimiento permite el desarrollo y posterior aplicación de herramientas para facilitar la evaluación de la calidad del aire.

      En los cuatro puntos de muestreo seleccionados, los valores límite/objetivo propuestos en el Real Decreto 112/2011 para el PM10 y PM2.5, y para el As, Cd, Pb y Ni no son superados durante los períodos de muestreo. La Organización Mundial de la Salud propone a su vez valores guía anuales para el el V y el Mn -1000 y 150ng/m3, respectivamente-; en el área de la Bahía de Santander se supera el valor guía propuesto para el Mn en la estación móvil ubicada en 2009 por la Consejería de Medio Ambiente del Gobierno de Cantabria en Alto Maliaño, 1072ng/m3.

      El estudio de la variabilidad espacial en Cantabria se realiza en el caso de (i) los componentes mayoritarios (Na, Ca, K, Mg, Fe, Al, NH4+, SO42-, NO3-, Cl- y TC) y de los (ii) metales traza (As, Ni, Cd, Pb, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Mo, Rh y Hg). La variabilidad espacial de los metales traza -estudiada mediante coeficientes de divergencia- muestra que las fuentes principales de emisión son locales. Los trazadores de las emisiones locales en los puntos de muestreo urbanos estudiados son: Mn en Santander, Cr, Pb y Mo en Reinosa, y V y Ni en Castro Urdiales. Las rosas de polución muestran que los trazadores locales seleccionados están íntimamente ligados a la industria local. El impacto urbano muestra que el transporte a escala regional es significativo únicamente en el caso de la materia crustal -SiO2, Ca, Al2O3, Mg, Fe y K-, mientras que el resto de componentes tienen un origen local/urbano (aerosol secundario inorgánico, carbono total y metales).

      En la aglomeración de la Bahía de Santander se realiza un estudio pormenorizado de las posibles fuentes de emisión mediante modelos orientados al receptor -análisis de componentes principales y factorización matricial por positivación-. Las fuentes de emisión principales para las PM10 en Santander se dividen en: fondo urbano -mezcla de varias contribuciones antropogénicas a escala urbana, resuspensión de polvo y fuentes naturales-, industrial -ligada a la metalurgia y a la fabricación de ferroaleaciones de manganeso- y tráfico. En el caso del PM2.5, las principales fuentes de emisión son: una fuente mixta de combustión y tráfico, y la industria. El período de muestreo en Santander coincide durante algunos meses con el período de mayor intensidad de la crisis económica padecida desde finales del 2008. Se observa que la evolución de los trazadores de la industria local -Pb, Cu y Mn- es muy similar a la de los indicadores económicos estudiados. Sin embargo, la evolución de los trazadores de fondo urbano -Ti, V, Ni y As- así como la de los niveles de PM10 no están relacionada con la de los indicadores económicos.

      La evaluación de la calidad del aire en Cantabria se realiza mediante la determinación experimental de los metales regulados en PM10; sin embargo, debido a que la concentración de dichos metales es menor al umbral inferior de evaluación está permitido el uso de técnicas de modelado y de estimación objetiva. El desarrollo de técnicas de estimación objetiva se realiza mediante (i) regresiones de componentes principales y (ii) regresiones lineales múltiples. La incertidumbre calculada según la metodología propuesta por la legislación en materia de calidad del aire muestra como las estimaciones objetivas desarrolladas mediante regresiones de componentes principales no cumplen siempre los requerimientos mínimos propuestos. Sin embargo, las técnicas de estimación objetiva desarrolladas mediante regresiones lineales múltiples sí lo hacen, por lo que se considera una alternativa válida a la determinación experimental de los niveles de los metales regulados.

      El presente trabajo contribuye a avanzar en el conocimiento de la contaminación por material particulado a una escala regional. La determinación de los distintos trazadores locales urbanos permite focalizar la evaluación de la calidad del aire a dichos metales trazadores y a los metales regulados por la legislación en materia de calidad del aire. Con el objetivo de facilitar dichas tareas de evaluación de la calidad del aire, se desarrollan técnicas de estimación objetiva para los metales regulados en aire ambiente como alternativas permitidas por la legislación a la determinación experimental para su uso por las administraciones locales en materia de medio ambiente.


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