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Distribucion del espacio temporal de particulas suspendidas totales en la zona costera del departamento del Magdalena en el periodo 2006-2009.

Temporary Space Distribution of Total Suspended Particles in the Department of Magdalena Coastline, During the 2006--2009 Period.

1 Introduccion

La ausencia de sistemas de control de emisiones de particulas suspendidas totales en las areas geograficas donde son generadas, propicia una serie de impactos sinergicos que inciden en el campo economico, estetico y de salud publica.

Las particulas pequenas (2,5 micras) ingresan hasta las partes mas finas del sistema respiratorio de los seres humanos (alveolos) donde depositan sustancias altamente toxicas y a veces cancerigenas como metales pesados e hidrocarburos [1]. Diferentes estudios en Latinoamerica registran la tasa de mortalidad basados en las concentraciones de material particulado; por cada aumento en las particulas suspendidas totales se estimo un incremento en la mortalidad infantil [2, 3]. En este contexto, la implementacion en Colombia de los sistemas de vigilancia de calidad del aire permite el monitoreo continuo de numerosos contaminantes y el seguimiento a las concentraciones de particulas suspendidas totales, contribuyendo con ello al control y mejoramiento de la calidad del aire [4].

Entre el distrito de Santa Marta y el municipio de Cienaga (Magdalena), sector donde se encuentra instalada la red de calidad del aire de CORPAMAG, la operacion de tres terminales para la exportacion de carbon y el desarrollo de actividades a nivel industrial pueden influir en la calidad del aire de la zona. Por tanto la presente investigacion pretende analizar los datos arrojados por las estaciones de la red y conocer la distribucion espacial y temporal de Particulas Suspendidas Totales (PST) a lo largo de la zona costera del departamento del Magdalena--ZCDM, identificar las estaciones con mayores registros de concentraciones de particulas y observar la tendencia de aumento o disminucion a traves de los anos evaluados.

Lo anterior permitira obtener informacion valiosa de las tendencias estadisticas de las concentraciones de PST en la zona costera durante los anos 2006-2009, que a futuro cercano se convertira en una base para la elaboracion de estudios continuos en la zona y de medidas correctivas en el caso de las concentraciones que se encuentran por encima de los limites permisibles y por tanto que constituyen algun riesgo para los habitantes de la zona estudiada. Ademas constituye un fundamento para el diseno del Sistema de Vigilancia de Calidad del Aire, la informacion proporcionada por este estudio sobre las concentraciones de PST contribuira con el plan de monitoreo de la ZCDM, y de esta manera sera parte importante de las actividades de seguimiento y vigilancia de la calidad del aire que deben realizarse en la zona, y que estan regidas por la Resolucion 650 de 2010, modificada por la Resolucion 2154 de 2010, en las que se hace enfasis en la adopcion del Protocolo para el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire por todo el territorio nacional. Es conveniente anotar que los resultados mostrados son una continuacion de la publicacion Distribucion espacio temporal de particulas suspendidas totales en la zona costera del departamento del Magdalena periodo 2008 [5].

2 Metodologia

La investigacion se desarrollo en la zona costera del departamento del Magdalena (Figura 5a), especificamente entre el distrito de Santa Marta y el municipio de Cienaga. El clima de la zona es calido, se encuentra afectado por los vientos del Caribe, presenta un porcentaje de humedad relativa comprendido entre 80-90%, temperatura maxima media anual entre 28-32[grados]C, temperatura minima media anual entre 20-24 [grados]C y precipitacion total anual de 500-1000 mm. El periodo de mayores precipitaciones corresponde a los meses pertenecientes al segundo semestre (Figura 1a y Figura 1b); principalmente durante agosto, septiembre y octubre [6, 7]. Prevalecen los vientos provenientes del Noroeste con velocidades superiores a 4 m/s durante la epoca seca mayor que comprende el periodo diciembre-abril [8].

[FIGURA 1A OMITIR]

[FIGURA 1B OMITIR]

El estudio realizado fue de tipo cuantitativo y descriptivo, se analizaron estadisticamente las concentraciones de particulas suspendidas totales de los anos 2006- 2009, a partir de los datos de las concentraciones de particulas proporcionados por ocho estaciones de monitoreo (INVEMAR, Batallon, Centro Ejecutivo, CAJAMAG, Aeropuerto, Don Jaca, Alcatraces y Papare) pertenecientes a la red de calidad del aire de la Corporacion Autonoma Regional del Magdalena--CORPAMAG en puntos criticos de emision. Para la elaboracion de las ANOVAS que permitieron establecer el comportamiento estadistico de los datos se utilizo el programa Statgraphics Centurion XV y para la identificacion de las areas de mayor influencia de particulas suspendidas totales en la ZCDM se empleo el software Golden Surfer Version 9.0, que interpola datos en XYZ irregularmente espacializados, a una cuadricula regularmente espacializada, a traves del metodo Kriging.

Se elaboro un analisis de varianza multifactorial ANOVA [11] con las ocho estaciones divididas en I y II semestre de cada ano con el fin de obtener una aproximacion al comportamiento estadistico de los datos evaluando los efectos estadisticamente significativos de dos factores (mes y ano) sobre la concentracion de PST. Los datos se trabajaron de esta manera para garantizar principalmente la visibilidad en la presentacion de resultados, para cumplir con el supuesto de normalidad de los datos y para aplicar la prueba parametrica--ANOVA. Se utilizo el Statgraphics Centurion XV para la aplicacion del test de normalidad, solo los datos de la estacion de CAJAMAG en el I semestre y la estacion de Alcatraces en el II semestre no cumplieron con el supuesto de normalidad necesario para la realizacion del analisis de varianza.

Las concentraciones de PST registradas en las ocho estaciones de monitoreo de CORPAMAG se presentaron a condiciones locales de temperatura y presion, en consecuencia se ajustaron los valores limite de la Resolucion 610 de 2010 a condiciones locales, para la norma local anual el valor fue de 98,22 [micron]g/[m.sup.3]. Se aplico la siguiente ecuacion plasmada en el anexo 1 de la Resolucion 601 de 2006 del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial:

N. L. = [N. C. R.* (p.b. local/760)] * [298[grados]K* (273 + t[grados]C)]

Donde:

NL: Norma de la calidad del aire local

NCR: Norma de calidad del aire a condiciones de referencia

p.b local: Presion barometrica promedio local en mm de mercurio

t[grados]C: Temperatura ambiente promedio local, en grados centigrados

3 Resultados

Teniendo en cuenta el Manual de Operacion de Sistemas de Vigilancia de la Calidad del Aire del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, para la estimacion de los valores medios de PST se utilizo el promedio geometrico y no el promedio aritmetico [14].

3.1 Medias geometricas mensuales de la concentracion de particulas suspendidas totales en la ZCDM

Debido a que no existe una normativa de calidad de aire que establezca los limites permisibles para concentraciones mensuales de PST se tomo como nivel de referencia el valor de 98,22 [micron]g/[m.sup.3].

Para el primer semestre las medias geometricas mensuales mas altas (Figura 2) se obtuvieron en la estacion Aeropuerto con valores de 205,42 [micron]g/[m.sup.3] y 220,67 [micron]g/[m.sup.3] en enero y febrero de 2007 respectivamente. Las medias geometricas mensuales mas bajas se presentaron en la estacion Aeropuerto y Alcatraces en los meses de junio de 2009 con valores de 31,34 [micron]g/[m.sup.3] y 33,97 [micron]g/[m.sup.3] respectivamente. Para el segundo semestre las medias geometricas mensuales mas altas (Figura 2) se obtuvieron en la estacion de Aeropuerto con valores de 149,76 [micron]g/[m.sup.3] y 187,12 [micron]g/[m.sup.3] en diciembre de 2006 y 2007 respectivamente, mientras que las medias geometricas mensuales mas bajas se presentaron en la estacion Don Jaca y Papare en el mes de noviembre de 2008 con valores de 29,44 [micron]g/[m.sup.3] y 27,08 [micron]g/[m.sup.3] respectivamente.

Teniendo en cuenta los resultados del primer y segundo semestre de los cuatro anos 2006-2009, la estacion que obtuvo mayor numero de medias geometricas mensuales que excedieron los 98,22 [micron]g/[m.sup.3] corresponden a CAJAMAG con un total 26 medias geometricas mensuales que superaron los 98,22 [micron]g/[m.sup.3] (nivel de referencia), seguida por la estacion de Aeropuerto con 23 medias geometricas mensuales, mientras que las estaciones con menor numero de medias geometricas que excedieron los 98,22 [micron]g/[m.sup.3] corresponden a la estacion de Alcatraces y Papare.

3.2 Medias geometricas anuales de la concentracion de PST en la ZCDM

La figura 3 muestra que en los anos 2006 y 2007 en las estaciones de Aeropuerto y CAJAMAG las concentraciones superaron el limite anual para PST de 98,22 [micron]g/[m.sup.3] norma local. Ambas estaciones mostraron niveles criticos de particulas suspendidas totales, especialmente la estacion de Aeropuerto en el ano 2007 con una media geometrica anual de 142,74 [micron]g/[m.sup.3]. Para los anos 2008 y 2009 las medias geometricas anuales de algunas estaciones mostraron un descenso importante visible principalmente en la estacion de Aeropuerto.

3.3 Analisis multifactorial

El analisis multifactorial realizado reporto que las concentraciones de PST presentaron comportamientos similares en la mayoria de las estaciones durante el primer semestre como es el caso de las estaciones de Centro Ejecutivo, CAJAMAG, Aeropuerto, Don Jaca, Alcatraces y Papare, por su parte durante el segundo semestre las estaciones mostraron tendencias muy parecidas en la mayoria de las estaciones agrupadas, es el caso de las estaciones de INVEMAR, Centro Ejecutivo, CAJAMAG, Alcatraces y Papare. Adicionalmente se observaron en la figura 4a y figura 4b concentraciones menores durante el segundo semestre.

3.4 Distribucion espacial

En este estudio se obtuvieron en total 48 isopletas, se selecciono para cada ano el mes con las mas altas concentraciones de Particulas Suspendida Totales y se presentaron los resultados en la figura 5.

Durante el ano 2006 las concentraciones mas altas de PST se obtuvieron en el area cercana a la estacion INVEMAR y a la estacion Aeropuerto durante los meses de enero, febrero, marzo y diciembre. En el ano 2007 las concentraciones mas altas de PST corresponden al area cercana a la estacion CAJAMAG y a la estacion del Aeropuerto, durante los meses de enero, febrero, marzo, abril y diciembre. En el ano 2008 las mas altas concentraciones de PST ocurrieron en la zona cercana a la estacion Aeropuerto, y en menor medida en la zona cercana a las estaciones del Centro Ejecutivo y CAJAMAG durante los meses de enero, febrero y marzo. Por ultimo en el ano 2009 las concentraciones mas altas de PST ocurrieron en el sector cercano a la estacion de INVEMAR durante el mes de febrero y marzo.

4 Discusion de resultados

Los resultados del estudio evidenciaron un incremento en la media geometrica anual durante el ano 2007 en la mayoria de las estaciones analizadas, solo las estaciones del Centro Ejecutivo y de INVEMAR no mostraron este incremento, por otro lado el estudio mostro que los meses que presentaron en la mayoria de las estaciones concentraciones mas altas de PST durante los cuatro anos evaluados corresponden a enero, febrero, marzo y abril y los meses con menores concentraciones corresponden a mayo, agosto y octubre.

El viento es uno de los factores climaticos importantes en la dispersion de PST, con relacion a este factor se observo en general que en cada uno de los meses pertenecientes a cada semestre el comportamiento de las concentraciones de PST estuvo influenciado por la velocidad y direccion del viento.

Teniendo en cuenta el nivel de precipitaciones se observaron claramente diferencias entre el I y II semestre durante los cuatro anos evaluados, obteniendose mayores registros durante el I semestre de cada ano debido basicamente a las bajas precipitaciones documentadas por la mayoria de los meses pertenecientes a este semestre comparadas con los registros de precipitacion pertenecientes al segundo semestre. Por el contrario, si se contrastan los niveles de precipitacion de los doce meses de cada ano evaluado, el segundo semestre de cada ano mostro niveles mas altos que contribuyeron a la disminucion en la dispersion de las particulas y por ende a mostrar registros de concentraciones de PST mas bajos con valores mensuales entre 38-140 [micron]g/[m.sup.3], menores a los presentados en el I Semestre de cada ano.

A nivel climatico lo observado en el presente trabajo es consecuente con los resultados publicados en otros estudios [15], en Mexico el informe realizado para analizar el comportamiento estacional de contaminantes atmosfericos en la Zona Metropolitana del Valle de Mexico, muestra claramente una diferencia entre las epocas climaticas evaluadas, evidenciando una disminucion en las concentraciones de PST durante la epoca de lluvia, en el informe este comportamiento es atribuido al lavado de la atmosfera que caracteriza a esta epoca climatica [16], de igual forma en Venezuela Garcia et al., 2002 y Guajardo et al., 2010, mostraron en sus estudios que durante la epoca climatica seca hubo mayores excedencias de la norma en comparacion con la epoca climatica humeda; por ultimo en Peru en el estudio de Modelamiento de la dispersion de particulas de PM10 generadas por los depositos de origen minero ubicados en el delta del Rio San Juan, exponen claramente la influencia de la epoca climatica en las concentraciones de material particulado [19].

[FIGURA 2 OMITIR]

[FIGURA 3 OMITIR]

[FIGURA 4A OMITIR]

[FIGURA 4B OMITIR]

[FIGURA 5 OMITIR]

Estadisticamente se observo que en la mayoria de las ocho estaciones analizadas durante el 2006-2009, solo en el II semestre se atribuyo en la mayoria de las estaciones al factor mes y al factor ano como los factores que generaron mayor impacto sobre la variable estudiada (concentracion); en el I semestre no sucedio lo mismo debido basicamente a la alta variacion presentada entre cada mes y entre cada ano, motivo por el que solo las estaciones Aeropuerto, Alcatraces y Don Jaca, atribuyeron a ambos factores (mes y ano) la generacion de mayor impacto sobre la concentracion. Para las estaciones restantes en este semestre algunas atribuyeron solo al factor mes, otras atribuyeron solo al factor ano y otras a ningun factor los mayores efectos sobre la concentracion.

En el primer semestre en las estaciones del Aeropuerto, Alcatraces y Don Jaca, el efecto de ambos factores sobre la concentracion hace referencia en el caso del ano, a que la disminucion en las concentraciones en el 2008 y 2009 puede estar influenciada por el aumento de los controles en las empresas ubicadas cerca a las estaciones de monitoreo. Por su parte la influencia del factor mes sobre las concentraciones puede ser atribuida a la ocurrencia de eventos puntuales como el incremento en la actividad portuaria durante algunos meses.

En el primer semestre en la estacion CAJAMAG la afectacion del factor ano sobre las concentraciones, muestra que existe una disminucion sobre las actividades desarrolladas cerca a esta estacion, en particular posiblemente se le puede atribuir a la desaparicion de las construcciones reportadas por el sector en mayo de 2008, como lo explica CORPAMAG en sus informes mensuales [20].

Por su parte en las estaciones del INVEMAR y Papare el factor ano no tuvo un efecto estadisticamente significativo sobre la concentracion de PST con un nivel de confianza del 95%, mientras que el mes si tuvo un efecto estadisticamente significativo. Para el caso de las estaciones del Centro ejecutivo y el Batallon durante el primer semestre, ninguno de los factores afecto la concentracion de PST lo que significa que las actividades generadoras de PST en esa zona durante los cuatro anos evaluados continuan siendo las mismas.

No obstante a diferencia del primer semestre (Figura 4a), en el segundo semestre (Figura 4b) la influencia del factor ano sobre la concentracion mostro un leve incremento en las concentraciones del ano 2009 con relacion a las concentraciones del ano 2008, se debe aclarar que las concentraciones obtenidas en el segundo semestre fueron mucho mas bajas que en el primer semestre. En el caso del efecto del mes, este leve incremento puede ser atribuido a la aparicion de eventos cortos.

La figura 5 muestra que las areas de mayor influencia de PST en el ano 2006 son las comunas 3 y 8 ubicadas cerca a la estacion del INVEMAR y del Aeropuerto, las areas con menor influencia de PST corresponden al area rural de Santa Marta y al sector de Cienaga ubicadas cerca a las estaciones de Alcatraces y Papare.

Tambien muestra que las areas de mayor influencia de PST en el ano 2007 y 2008 son las comunas 2, 4 y 8 ubicadas cerca a la estacion del Centro Ejecutivo, CAJAMAG y del Aeropuerto, las areas con menor influencia de PST corresponden al area rural de Santa Marta y al sector de Cienaga ubicadas cerca a las estaciones de Alcatraces y Papare.

Igualmente muestra que las areas de mayor influencia de PST en el ano 2009 son las comunas 2, 3 y 4 ubicadas cerca a la estacion del Centro Ejecutivo, INVEMAR y CAJAMAG, las areas con menor influencia de PST corresponden al area rural de Santa Marta y al sector de Cienaga ubicadas cerca a las estaciones de Alcatraces y Papare.

Para cada uno de los anos evaluados las concentraciones en su mayoria presentaron una disminucion en direccion Norte a Sur con algunas excepciones como es el caso de las concentraciones registradas durante el primer semestre del ano 2008, que van de oeste a este.

Comparando los resultados obtenidos en el presente estudio con los trabajos desarrollados en la zona por Manjarres etal., 2005, Garcia etal., 2006 y Hurtado y Vergara, 2007, se observaron similitudes; se encontro que las areas ubicadas cerca a las estaciones de monitoreo de INVEMAR y el Centro Ejecutivo, muestran en general concentraciones altas (valores cercanos, iguales o mayores al limite de 98,22 [micron]g/[m.sup.3] tomado como referencia) de particulas suspendidas totales, constituyendose de esta forma en zonas criticas dentro de la ciudad. Un punto importante es que la empresa MOLINOS S.M. fue trasladada en el ano 2010 a un sector cerca de la via alterna, por tanto durante los anos siguientes la zona del perimetro urbano en donde se encontraba ubicada esta empresa dejara de ser influenciada por las actividades desarrolladas en la misma.

Por ultimo es conveniente anotar que para identificar la procedencia de las particulas suspendidas totales es necesario realizar un analisis mineralogico de las mismas que permita identificar sus componentes y relacionarlos directamente con las actividades desarrolladas en la zona, no obstante Manjarres et al., 2005 en su publicacion destaca la presencia de elementos como carbon de combustion (6-12 [my]m), halita (2-7,2 [my]m) y fraccion de arcilla (3-7 [my]m), dentro del material particulado monitoreado en la ciudad de Santa Marta.

5 Conclusiones

El estudio mostro que durante los cuatro anos evaluados las estaciones que obtuvieron mayor numero de medias geometricas mensuales que excedieron los 98,22 [micron]g/[m.sup.3] (valor tomado como referencia) corresponden a CAJAMAG y Aeropuerto, mientras que las estaciones con medias geometricas mensuales que superaron en menor medida los 98,22 [micron]g/[m.sup.3], corresponden a las estaciones de Alcatraces y Papare. Por su parte los meses con medias geometricas mas altas y durante los cuales se excedieron un mayor numero de veces los 98,22 [micron]g/[m.sup.3] durante los cuatro anos evaluados fueron enero, febrero y marzo, mientras que los meses con medias geometricas mas bajas y con menores excedencias fueron mayo, agosto y octubre.

El limite anual para PST fue superado en los anos 2006 y 2007 por las estaciones del Aeropuerto y CAJAMAG, en los dos anos restantes las estaciones analizadas presentaron concentraciones dentro del limite anual permisible por la normativa colombiana, en general durante el ano 2007 todas las estaciones mostraron concentraciones elevadas comparadas con los promedios historicos registrados por cada una, probablemente por incremento de las actividades cerca de la zona, no obstante la carencia de un informe mineralogico impide atribuir directamente el aumento de las concentraciones de PST a una determinada actividad.

En el estudio se evidencio la influencia de la precipitacion en las concentraciones registradas por las ocho estaciones durante los anos 2006-2009, mostrando en general mayores registros en el I semestre, caracterizado por niveles de precipitacion mas bajos con relacion a los presentados en el II semestre, sin embargo es importante anotar que en terminos climaticos cuatro anos no son suficientes para definir patrones, solo proporcionan un acercamiento al comportamiento puntual en la zona

En el I semestre el analisis de varianza multifactorial mostro que en las estaciones del Aeropuerto, Alcatraces y Don Jaca, los dos factores evaluados ano y mes, tuvieron un efecto estadisticamente significativo sobre la variable estudiada es decir PST, con un nivel de confianza del 95%. En el II semestre el analisis de varianza multifactorial mostro que en las estaciones del Aeropuerto, Batallon, Centro Ejecutivo, Don Jaca, INVEMAR y Papare, los dos factores evaluados ano y mes, tuvieron un efecto estadisticamente significativo con un nivel de confianza del 95% sobre la variable estudiada es decir PST, esta diferencia entre el analisis multifactorial de cada semestre fue debida al comportamiento similar mostrado por la mayoria de las ocho estaciones durante el segundo semestre de cada ano.

Las isopletas reportaron que las areas de mayor influencia de PST durante los cuatro anos evaluados corresponden a las comunas 3 y 4 pertenecientes al perimetro urbano y ubicadas cerca de las estaciones de INVEMAR y CAJAMAG, respectivamente, y a la comuna 8 perteneciente a la zona rural ubicada cerca de la estacion de monitoreo del Aeropuerto. Las estaciones de Alcatraces y Don Jaca, pertenecientes tambien a la comuna 8, en general reportaron bajas concentraciones mostrandose de esta manera mayor influencia sobre la comunidades ubicadas cerca a la estacion Aeropuerto. Las isopletas evidenciaron que las areas con menor influencia de PST corresponden al area rural de Santa Marta y al sector de Cienaga especialmente las zonas ubicadas cerca de las estaciones de Alcatraces y Papare.

Por ultimo teniendo en cuenta el protocolo para el diseno del sistema de vigilancia de calidad de aire, en donde se especifica como punto importante la ubicacion de estaciones de monitoreo que permitan identificar el impacto de fuentes significativas sobre la concentracion de PST, y de acuerdo a los resultados obtenidos en el presente estudio, a modo de recomendacion seria pertinente reubicar la estacion del Batallon debido a las bajas concentraciones mostradas y a que no se encuentra influenciada de forma directa por actividades potencialmente generadoras de PST; una opcion podria ser reubicar la estacion del Batallon a la comuna 7, debido a que esta area se encuentra influenciada por actividades que pueden afectar el incremento de PST, razon por la que seria interesante verificar las concentraciones en dicha zona. Por otro lado, a pesar de que la estacion de Papare en la mayoria del periodo de estudio mostro concentraciones bajas, se considera pertinente dejar la estacion en la zona, debido a que el crecimiento industrial esta ocurriendo hacia esa direccion.

Agradecimientos

Los autores agradecen la colaboracion academica del Instituto de Hidrologia, Meteorologia y Estudios Ambientales de Colombia y de la Corporacion Autonoma Regional del Magdalena--CORPAMAG en el marco del desarrollo de la tesis de pregrado Distribucion Espacio Temporal de Particulas Suspendidas Totales en la zona costera del departamento del Magdalena.

Angelica Patricia Garrido Galindo

Yiniva Camargo Caicedo

Universidad del Magdalena

Received: September 11, 2013 Accepted: December 19, 2013

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Direccion de los autores

Angelica Patricia Garrido Galindo

Grupo de Investigacion en Modelacion de Sistemas Ambientales -GIMSA

Universidad del Magdalena, Santa Marta--Colombia

garridogap@gmail.com

Yiniva Camargo Caicedo

Grupo de Investigacion en Modelacion de Sistemas Ambientales -GIMSA

Universidad del Magdalena, Santa Marta--Colombia

ycamargo@unimagdalena.edu.co
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Author:Garrido Galindo, Angelica Patricia; Camargo Caicedo, Yiniva
Publication:Revista de Ciencias
Date:Aug 1, 2014
Words:5166
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