tesis: estudio fisicoquÍmico del agua de lluvia (depÓsito total) y su empleo como indicador para...

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

“ESTUDIO FISICOQUÍMICO DEL AGUA DE LLUVIA (DEPÓSITO TOTAL) Y SU

EMPLEO COMO INDICADOR PARA EVALUAR LA CALIDAD DEL AIRE EN EL

AREA METROPOLITANA DE MONTERREY”

Tesis presentada como requisito para obtener el grado de

Químico Farmacéutico Biólogo

Sustentada por:

MIGUEL ANGEL CAHUICH LÓPEZ

Director de tesis: DRA. EVANGELINA RAMÍREZ LARA

San Nicolás de los Garza, N.L., México, a Abril de 2008

i

Dedicatoria

Esta investigación está dedicada a mi amado Padre, el ser humano que me

enseñó el significado y valor del sacrificio.

ii

Agradecimientos

A la Dra. Evangelina Ramírez Lara

Por su comprensión y apoyo; por los fundamentos científicos y su vocación

que hicieron posible la planeación, el desarrollo y la culminación de este

proyecto.

Al personal del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental (SIMA) de la

Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos Naturales del Estado

de Nuevo León

Por su apoyo y colaboración para la realización del muestreo y la proporción

de datos meteorológicos y de la calidad del aire.

A mis jefes y compañeros de trabajo

Por su comprensión para con mi persona; por proporcionarme flexibilidad en

mis responsabilidades laborales para cumplir cabalmente con la

investigación.

A mi familia

Por darme sustento para poder desenvolver esta investigación.

A mi alma mater la Universidad Autónoma de Nuevo León

Por haberme brindado el espacio y las instalaciones necesarias para la

realización del proyecto; por haberme dado esta profesión, la cual ejerceré

de manera responsable y tenaz.

iii

Comité de tesis

________________________________________________

MC. Evangelina Ramírez Lara

Presidente

________________________________________________

Dr. Ulrico Javier López Chuken

Secretario

________________________________________________

M.C. Graciela Garza Peña

Vocal

iv

Contenido

Página

1. Introducción .......................................................................................... 1

1.1 Generalidades ..................................................................................... 1

1.2 Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios: origen y dispersión ................................................................................................... 2

1.2.1 Partículas ..................................................................................... 3 1.2.2 Óxidos de azufre .......................................................................... 3 1.2.3 Óxidos de nitrógeno ..................................................................... 4

1.3 Mecanismos de formación de la deposición ácida. ............................. 4 1.3.1 Reacciones de oxidación del SO2 a SO4ˉ² ................................... 5 1.3.2 Reacciones de oxidación del NO2 a NO3ˉ .................................... 6

1.4 Contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey ... 6 1.4.1 Descripción física y meteorológica del AMM ................................ 6

1.4.1.1 Geología ............................................................................... 7 1.4.1.2 Edafología ............................................................................. 7

1.4.2 Fuentes de contaminación atmosférica en el AMM ..................... 8 1.4.3 Contaminación atmosférica por zona en el AMM ......................... 9

2. Antecedentes ...................................................................................... 12

3. Hipótesis .............................................................................................. 14

3.1 Justificación ....................................................................................... 14

4. Objetivos ............................................................................................. 15

4.1 Objetivo general ................................................................................ 15

4.2 Objetivos específicos ........................................................................ 15

5. Materiales y métodos ......................................................................... 16

5.1 Muestreo ........................................................................................... 16

5.2 Análisis fisicoquímico de las muestras .............................................. 18 5.2.1 Determinación del volumen total ................................................ 18 5.2.2 Determinación del valor pH y conductividad electrolítica (NMX-AA-008-SCFI-2000 y NMX-AA-093-SCFI-2000) ............... 18 5.2.3 Determinación de acidez o alcalinidad (NMX-AA-036-SCFI-2001) .......................................................... 19

5.2.3.1 Acidez total ......................................................................... 19 5.2.4 Determinación de sólidos totales (NMX-AA-20-1980) ............... 19 5.2.5 Cálculo de valores ponderados .................................................. 19

5.3 Estudios meteorológicos ................................................................... 20 5.3.1 Medición de precipitación pluvial ............................................... 20 5.3.2 Elaboración de la rosa de los vientos......................................... 20

5.4 Análisis estadístico ............................................................................ 21

5.5 Materiales y equipos ......................................................................... 21

v

5.5.1 Reactivos químicos .................................................................... 21 5.5.2 Material de laboratorio ............................................................... 21 5.5.3 Equipo ........................................................................................ 21

6. Resultados y análisis ......................................................................... 22

6.1 Análisis fisicoquímicos ...................................................................... 22 6.1.1 Volumen total ............................................................................. 22 6.1.2 Potencial de hidrógeno (pH) ...................................................... 23

6.1.2.1 Distribución espacial ........................................................... 25 6.1.3 Conductividad electrolítica ......................................................... 28 6.1.4 Acidez total ................................................................................ 28 6.1.5 Sólidos totales ............................................................................ 29

6.2 Análisis meteorológico ...................................................................... 31 6.2.1 Precipitación pluvial ................................................................... 31 6.2.2 Dirección y velocidad del viento prevalecientes durante el período de muestreo .......................................................................................... 31

6.3 Estadística descriptiva de datos obtenidos ....................................... 39

7. Discusión ............................................................................................. 40

7.1 Análisis de períodos de mayor acidez ............................................... 41 7.1.1 Análisis de valores mensuales por estación .............................. 41 7.1.2 Análisis de valores promedio por estación ................................. 43 7.1.3 Análisis de valores promedio por mes ....................................... 44

7.2 Análisis de períodos que corresponden a deposiciones de muestras de ligeramente ácidas a alcalinas ............................................................ 45

7.2.1 Análisis de valores mensuales por estación .............................. 45 7.2.2 Análisis de valores promedio por estación ................................. 46 7.2.3 Análisis de valores promedio por mes ....................................... 48

8. Conclusiones ...................................................................................... 49

9. Recomendaciones .............................................................................. 50

10. Bibliografía .......................................................................................... 51

vi

Índice de tablas

Página Tabla 1. Principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios. .. 2

Tabla 2. Geología del AMM. .......................................................................... 7

Tabla 3. Tipos de suelo en el AMM, según clasificación FAO-UNESCO. ...... 8

Tabla 4. Promedios de concentraciones de PM10 (ppm) por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ............................. 9

Tabla 5. Promedios de concentraciones de dióxido de azufre (ppm) por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ......... 10

Tabla 6. Ubicación de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM. ... 17

Tabla 7. Dirección predominante del viento y su frecuencia mensual por estación en el AMM. ............................................................................. 32

Tabla 8. Velocidad promedio mensual del viento (m/s) por estación en el AMM. .................................................................................................... 32

Tabla 9. Frecuencia mensual de vientos en calma (%) por estación en el AMM. .................................................................................................... 32

Tabla 10. Vector resultante, dirección promedio del viento, promedio de velocidad del viento y porcentaje de viento en calma de cada estación durante el período total de muestreo. ................................................... 34

Tabla 11. Estadística descriptiva de los parámetros fisicoquímicos y meteorológicos obtenidos durante el período de estudio. .................... 39

Tabla 12. Parámetros fisicoquímos determinados de las muestras de depósito total recolectadas en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ..................................................................... 40

Tabla 13. Parámetros meteorológicos determinados en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ........................................... 40

Tabla 14. Contaminantes atmosféricos monitoreados por SIMA en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007. ........................... 41

vii

Índice de gráficas

Página Gráfica 1. Distribución de los contaminantes en el AMM por fuente de

emisión. .................................................................................................. 8

Gráfica 2. Promedios de concentraciones de dióxido de nitrógeno por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ......... 11

Gráfica 3. Promedios de concentraciones de ozono por zona en el AMM durante los meses de enero a octubre del año 2007. ........................... 11

Gráfica 4. Distribución de las muestras por volumen total entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ....................................... 23

Gráfica 5. Distribución del pH ponderado mensual según su intervalo entre los meses de mayo a septiembre del año 2007 en el AMM.................. 24

Gráfica 6. Valor pH ponderado mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................... 25

Gráfica 7. Conductividad electrolítica ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ........................... 28

Gráfica 8. Acidez total ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................... 29

Gráfica 9. Concentración mensual ponderada de sólidos totales por zona, entre los meses junio a septiembre del año 2007 en el AMM. .............. 30

Gráfica 10. Precipitación pluvial mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM (SIMA 2007). .............................. 31

Gráfica 11. Promedio de velocidad mensual del viento entre los meses mayo a septiembre del año 2007 en el AMM. ................................................ 34

viii

Índice de figuras

Página

Figura 1. Colector convencional de depósito total. ...................................... 16

Figura 2. Distribución espacial de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM. .................................................................................................... 17

Figura 3. Colector convencional de depósito total ubicado sobre el techo de la estación meteorológica centro "Obispado". ...................................... 22

Figura 4. Plano de distribución espacial del pH ponderado promedio por estación del depósito total según su intervalo en el AMM. ................... 27

Figura 5. Rosas de los vientos por cada estación durante el período total de muestreo. .............................................................................................. 33

Figura 6. Direcciones promedio del viento sobre plano de desarrollo urbano del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. ..................... 36

Figura 7. Direcciones promedio del viento sobre plano geológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. .................................... 37

Figura 8. Direcciones promedio del viento sobre plano edafológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007. .................................... 38

ix

Siglas y abreviaturas

Area Metropolitana de Monterrey AMM

Compuestos organicos volátiles COV´s

Estación de monitoreo centro CE

Estación de monitoreo noreste NE

Estación de monitoreo noroeste NO

Estación de monitoreo sureste SE

Estación de monitoreo suroeste SO

Micrometros μm

Microsiemens μS

Minutos min

Oxidos de azufre SOx

Oxidos de nitrógeno NOx

Partículas menores a 10 μm PM10

Potencial de hidrogeno

pH

Registro de Emisiones y Transferencia de Contaminantes RETC

Sistema Integral de Monitoreo Ambiental SIMA

1

1. Introducción

1.1 Generalidades

Uno de los problemas ambientales mas graves que en la actualidad afecta a

muchas regiones del mundo es la lluvia ácida. Este fenómeno se refiere a la

precipitación que es significativamente mas ácida que la lluvia “natural” (es

decir, no contaminada), la cual es a su vez algo ácida (pH=5.6) debido a la

presencia en ella de dióxido de carbono atmosférico, el cual forma ácido

carbónico. Solo la lluvia que tenga un pH menor a 5, es considerada

realmente como lluvia “ácida”, esto por la presencia de cantidades traza de

ácidos fuertes. Los dos ácidos predominantes en la lluvia ácida son el ácido

sulfúrico y el ácido nítrico, los cuales son formados por la oxidación

atmosférica de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno.1

En un sentido más general, la deposición ácida se refiere al depósito por

efecto de la gravedad en la superficie de la tierra de ácidos acuosos, gases

ácidos (como SO2) y sales ácidas (como NH4HSO4). Según esta definición,

la deposición en forma de solución es la precipitación ácida (deposición

húmeda) y la deposición de gases secos y compuestos sólidos es la

deposición seca.2

Para fines de recolección de muestras, se define como deposición total, a la

mezcla de depósito húmedo y seco que ha sido recolectado en conjunto

dentro de un mismo recipiente.3

Las emisiones de operaciones industriales y la quema de combustibles

fósiles son las mayores fuentes de gases formadores de ácidos, sin

embargo, se ha encontrado lluvia ácida en áreas lejanas a tales fuentes,

esto debido a que estos tienden a dispersarse sobre áreas de varios

centenares o varios miles de kilómetros. Es por ello que la lluvia ácida se

considera un problema de contaminación atmosférica regional.2

Existe una amplia evidencia de los efectos perjudiciales de la lluvia ácida.

Los mayores efectos documentados son los siguientes:

2

Fitotoxicidad directa de las plantas por concentraciones ácidas

excesivas.

Destrucción de áreas de bosques sensibles.

Efectos respiratorios en los seres humanos y otros animales.

Acidificación del agua de los lagos con efectos tóxicos a la flora y

fauna lacustres.

Corrosión de estructuras expuestas, relevadores eléctricos, equipos y

materiales ornamentales.

1.2 Contaminantes atmosféricos primarios y secundarios: origen y

dispersión

Los contaminantes primarios en la atmósfera son aquellos que se emiten

directamente por las fuentes que los generan. De importancia mayor en la

mayoría de los casos son los contaminantes secundarios, que se forman por

medio de los procesos químicos atmosféricos sobre los contaminantes

primarios.2 En la tabla 1 se presentan los principales contaminantes

atmosféricos primarios y secundarios.4

Tabla 1. Principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios.a

Contaminantes atmosféricos primarios

Origen Contaminantes atmosféricos secundarios

Origen

Partículas Sus fuentes antropogénicas son los automóviles, calentadores domésticos, termoeléctricas, etc., y sus fuentes naturales incluyen los incendios y la suspensión del polvo.

Ozono (O3) Ocurre naturalmente en la capa de ozono estratosférica (15 a 20 km sobre nivel del mar). En la troposfera, el ozono se forma cuando los compuestos orgánicos volátiles (COV´s) y los óxidos de nitrógeno (NOx) que vienen principalmente de emisiones vehiculares, reaccionan en presencia de luz solar.

Óxidos de azufre (SOx) Se forman durante la quema de combustibles que contienen azufre.

Ácido sulfúrico (H2SO4) Oxidación de SOx mediante reacciones químicas atmosféricas y en disolución acuosa.

Óxidos de Nitrógeno (NOx) Sus principales fuentes de emisión son los automóviles, la industria y las plantas de generación de energía.

Ácido nítrico (HNO3) Oxidación de NOx mediante reacciones químicas atmosféricas y en disolución acuosa.

Fuente: Reporte del estado de la calidad del aire en el AMM 2006, SIMA.

a Se describen los principales contaminantes atmosféricos primarios y secundarios relacionados con la

deposición acida.

3

A continuación se describirá la química atmosférica y principales

características de contaminantes primarios:

1.2.1 Partículas

Las partículas pueden ser aerosoles líquidos, sólidos secos o sólidos con

superficies delicuescentes, exhibiendo amplias variaciones en diámetro, área

superficial y composición química. Se clasifican como gruesas o finas si su

tamaño es mayor o menor a 2.5 µm, respectivamente. Las partículas

gruesas resultan principalmente de la ruptura de otras más grandes, las

finas, se forman básicamente de reacciones químicas y de la coagulación de

otras más pequeñas, incluyendo moléculas en estado de vapor.1

Los contaminantes minerales constituyen una fuente importante de

partículas gruesas en el aire. Muchas de las grandes partículas en el polvo

atmosférico tienen su origen en el suelo o en las rocas, y consecuentemente,

su composición elemental es similar a la corteza de la tierra: elevadas

concentraciones de Al, Ca, Si y O. Otras fuentes de partículas gruesas son

las antropogénicas: triturado de piedras en canteras, agricultura y tránsito de

vehículos por caminos sin pavimentar, lo que da lugar a que las partículas de

la parte superficial del suelo y las rocas sean dispersadas por el viento. Por

otra parte, las partículas finas pueden provenir de fuentes tales como la

combustión incompleta de combustibles a base de carbono (carbón,

petróleo, gasolina y diesel). Consecuentemente, una de las fuentes de

partículas atmosféricas carbonosas, tanto finas como gruesas, son los gases

de escape de vehículos, en especial aquellos que funcionan con diesel.1

1.2.2 Óxidos de azufre

La combustión de cualquier sustancia que contenga azufre produce

emisiones de dióxido y trióxido de azufre, los principales SOx. El azufre es

un componente de todos los petróleos y carbones naturales, por lo que la

emisión total de SOx varía considerablemente con la naturaleza y origen de

los combustibles fósiles. Uno de los problemas de la contaminación con el

dióxido de azufre, es su importante capacidad para reaccionar fotoquímica o

catalíticamente con otros contaminantes atmosféricos (óxidos metálicos,

4

partículas u óxidos de nitrógeno), en la formación de trióxido de azufre, ácido

sulfúrico y diversas sales del ácido sulfúrico.5

1.2.3 Óxidos de nitrógeno

El principal efecto dañino provocado por los NOx, es que estos son factores

de iniciación para la formación de smog fotoquímico y deposición ácida. Los

NOx se producen durante procesos de combustión al reaccionar a altas

temperaturas el oxígeno y el nitrógeno presentes en el aire, o bien, al

oxidarse el nitrógeno presente en los combustibles, por tanto, en los

ambientes urbanos los motores de combustión interna de los automóviles

son la principal fuente emisora de estos gases. Se conocen ocho NOx

distintos, pero normalmente sólo tienen interés como contaminantes dos de

ellos, el óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno. El resto se encuentra en

equilibrio con estos dos, pero en concentraciones tan extraordinariamente

bajas que carecen de importancia.5

1.3 Mecanismos de formación de la deposición ácida.

Los contaminantes emitidos a la atmósfera van a ser dispersados por los

vientos en dirección viento debajo de las fuentes contaminantes. Estos vas a

ser eliminados de la atmósfera por la deposición húmeda y/o la deposición

seca.2

La deposición húmeda consiste en la eliminación de contaminantes

atmosféricos por la lluvia, granizo o nieve, ya sea por la incorporación de los

contaminantes durante los procesos de condensación del vapor de agua en

las nubes (aquí los contaminantes forman parte de los núcleos de

condensación), o por la incorporación de los contaminantes en las gotas de

lluvia durante el trayecto de estas al caer de la nube al suelo.6

La deposición seca consiste en la adsorción de los gases sobre las

superficies de las partículas, en la deposición por gravedad de las partículas

más grandes y en la retención por impactación tanto de partículas grandes

como pequeñas al pasar el viento entre áreas con extensa vegetación que

actúan como filtros.2

5

Como se ha mencionado con anterioridad, los principales precursores de la

deposición ácida son los SOx y los NOx, que sufren reacciones de oxidación

en la atmósfera. A continuación se describirán los principales mecanismos

mediante los cuales se forman las principales especies ácidas:

1.3.1 Reacciones de oxidación del SO2 a SO4ˉ²

Puesto que el dióxido de azufre es un agente reductor y el ozono es un

agente oxidante se esperaría la siguiente reacción:

(1) SO2 + O3 ---> SO3ˉ² + O2

Según experimentos realizados esta reacción solo se realiza en ambientes

húmedos. Otra forma en que el dióxido de azufre se oxida es cuando

reacciona con el dióxido de nitrógeno:

(2) SO2 + NO2 ---> SO3ˉ² + NO

Al igual que el caso anterior, esta reacción es muy lenta en fase gaseosa,

pero cuando el dióxido de azufre, el dióxido de nitrógeno y el ozono están

presentes, las siguientes reacciones son posibles:

(3) NO2 + O3 ---> NO3ˉ + O2

(4) NO3ˉ + SO2 ---> NO2 + SO3ˉ2

(5) N2O5 + SO2 ---> SO3ˉ2 + 2NO2

(6) SO3ˉ2 + H2O ---> H2SO4

El producto final de estas reacciones es el ácido sulfúrico, el cual se deposita

en la superficie terrestre en forma de aerosol o en el agua de lluvia.5

6

1.3.2 Reacciones de oxidación del NO2 a NO3ˉ

Cuando existen cantidades apreciables de ozono las siguientes reacciones

son posibles:

(7) NO2 + O3 ---> NO3ˉ + O2

(8) NO3ˉ + NO ---> 2NO2

(9) NO3ˉ + H2O ---> HNO3 + OHˉ

(10) NO3ˉ + NO2 ---> N2O5

(11) N2O5 + H2O ---> 2HNO3

Estas reacciones explican la rápida desaparición del dióxido de nitrógeno,

mediante su transformación en ácido nítrico.5

1.4 Contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey

1.4.1 Descripción física y meteorológica del AMM

El Área Metropolitana de Monterrey (AMM) es una zona industrial, comercial

y habitacional. Se encuentra integrada por los municipios de Apodaca,

Cadereyta, García, General Escobedo, Guadalupe, Juárez, Monterrey, San

Nicolás de los Garza, San Pedro Garza García, Santiago y Santa Catarina,

en el Estado de Nuevo León, México. Está situada en el pie del monte

septentrional de la Sierra Madre Oriental. Monterrey, cabecera del Área

Metropolitana de Monterrey, se localiza en el paralelo 25°40´ de latitud norte

y 100°18´ de meridiano oeste, a 537 metros sobre el nivel del mar. El clima

es extremoso. La temperatura media anual es de 23°C, la mínima absoluta

de 8°C y la máxima de 43°C. Los meses más calurosos son junio, julio y

agosto. El ciclo de lluvias es de julio a septiembre, con precipitación pluvial

media anual de 640.3 mm. Los vientos dominantes provienen del este y del

sureste; estos últimos del cañón del Huajuco. En el invierno predominan los

del norte, que en febrero y marzo soplan con mayor fuerza.7

7

1.4.1.1 Geología

Las sierras del AMM se encuentran generalmente erosionadas, lo que

ocasiona el depósito de materiales en los valles. Las rocas que afloran en la

zona son sedimentarias; destacan las rocas calizas, la asociación caliza-

lutita, lutita y asociaciones lutita-arenisca. Las primeras caracterizan la

mayor parte del macizo montañoso de la Sierra Madre Oriental y las sierras

aisladas de la misma, como El Fraile, Las Mitras, Sierra de La Silla y cerro El

Topo, entre otros. En el AMM, el aluvión formado por el depósito de

materiales sueltos (gravas y arenas) se extiende en todas la partes llanas,

en los sitios bajos entre las sierras y ocupa una gran extensión, superior al

30% de la superficie total. En este suelo aluvial se asientan las zonas

urbanas, la infraestructura de comunicaciones y la planta industrial.7

Tabla 2. Geología del AMM.

Era geológica

Período Roca o suelo

Unidad litológica

Componentes principales

Mesozoica Cretácico Inferior

Sedimentaria Caliza Calcita (CaCO3) Dolomita (Ca,Mg(CO3))

Mesozoica Cretácico Superior

Sedimentaria Caliza Lutita Calcita (CaCO3) Dolomita (Ca,Mg(CO3)) Arcilla (Silicato de aluminio hidratado Al2O3· 2SiO2· H2O)

Cenozoico Cuaternario Suelo Aluvial Arena (SiO2) Arcilla (Silicato de aluminio hidratado Al2O3· 2SiO2· H2O) Grava (CaCO3)

Cenozoico Cuaternario Sedimentaria Conglomerado Grava (CaCO3)

Cenozoico Terciario Sedimentaria Conglomerado Grava (CaCO3)

Fuente: Estadísticas de medio ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.

1.4.1.2 Edafología

Según el sistema de clasificación FAO-UNESCO, en el AMM se hacen

presentes diez tipos de suelo, siendo cinco los principales, los cuales se

resumen en la tabla 3.7

8

Tabla 3. Tipos de suelo en el AMM, según clasificación FAO-UNESCO.

Tipo de suelo

Descripción

Litosoles Predominan en el AMM formando parte del relieve accidentado de sierras, lomeríos y laderas de los valles intermontanos. En la región se asocian a suelos denominados Rendzinas.

Rendzinas Este tipo de suelos, al igual que los litosoles, se encuentra en sierras, lomeríos y bajadas de la región. Se encuentran por encima de rocas duras ricas en cal; la capa superficial es algo gruesa, oscura y rica en materia orgánica y nutrientes

Xerosoles Son típicos de zonas semiáridas y se distribuyen por lo general en las partes bajas o con ligera pendiente. Generalmente son neutros o alcalinos y pueden tener acumulaciones importantes de arcilla o cal; en algunos casos pueden presentar una excesiva salinidad o sodicidad, sobre todo en áreas destinadas a la agricultura de riego.

Regosoles Son suelos jóvenes o muy poco desarrollados en su estructura. El subtipo más común en el AMM es el Regosol calcárico con acumulaciones considerables de calcio a menos de 50 cm de profundidad

Vertisoles Los subtipos presentes son el Vertisol Pélico y el Vertisol Crómico. Generalmente, son suelos profundos pero en algunos sitios se ve limitada dicha profundidad, por capas de roca o presencia de grava.

Fuente: Estadísticas de medio ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.

1.4.2 Fuentes de contaminación atmosférica en el AMM

Con el objetivo de evaluar los contaminantes en el AMM por fuente de

emisión, se presentan en la grafica 1 los datos obtenidos del primer

Inventario de emisiones de los estados de la frontera norte de México, y en

el cual se incluye el AMM.8

Gráfica 1. Distribución de los contaminantes en el AMM por fuente de emisión.

Fuente: Inventario de emisiones de los estados de la frontera norte de México 1999, INE.

Fuentes fijasFuentes por área

Fuentes móviles en carretera

Fuentes móviles fuera de ruta

400,000

350,000

300,000

250,000

200,000

150,000

100,000

50,000

0

Emisiones (Ton/año)

NOx SOx COV́ s CO PM10 PM2.5 NH3

Em

isio

ne

s (

To

n/a

ño

)

9

En la gráfica anterior se puede observar que la principal fuente emisora de

NOx son las fuentes móviles (vehículos automotores), la principal fuente

emisora de SOx son las fuentes fijas (industria) y que la principal fuente

emisora de PM10 son las fuentes por área (servicios, transito de vehículos

por caminos no pavimentados, etc.).

1.4.3 Contaminación atmosférica por zona en el AMM

La predominancia de las PM10 es uno de los problemas que aquejan al AMM

sobre todo durante los meses de invierno cuando se presentan los mayores

índices de contaminación. En la zona suroeste (SO) se hace presente un

mayor número de excedencias a las normas de estos contaminantes, debido

a que las concentraciones son mayores en el oeste, debido a que la

dirección predominante del viento es de este a oeste, lo que genera que los

contaminantes producidos en el AMM sean arrastrados hacia la zona SO.

Los valores de las mediciones de partículas se elevan durante los meses de

invierno debido a que las condiciones climatológicas son poco favorables

para la dispersión de contaminantes.4

En la tabla 4 se muestra el comportamiento de las concentraciones de

partículas en el AMM durante el año 2007.9

Tabla 4. Promedios de concentraciones de PM10 (ppm) por zona en el AMM durante los meses

de enero a octubre del año 2007.

Fuente: Concentración de contaminantes por zona en el año 2007, SIMA.

Así mismo, se ha observado que se incrementan las lecturas de PM10

cuando la dirección del viento cambia de la dirección habitual, que es del

este, a una predominante del noroeste. La causa del aumento en las

10

concentraciones al cambiar la dirección del viento es probablemente a la

poca cobertura vegetal como también fuentes generadoras de material

particulado presentes al poniente del AMM.4

En cuanto al dióxido de azufre, el horario en el que comúnmente está

presente es de 07:00 a 16:00 horas, coincidiendo con el período en el cual

se registra una mayor actividad industrial y tráfico vehicular.4

En la tabla 5 se muestra el comportamiento de las concentraciones del

dióxido de de azufre mensual en el AMM durante el año 2007. Se puede

observar que durante los meses de marzo a junio se mantiene similar su

concentración atmosférica. Este contaminante se manifiesta

predominantemente en la zona SO y la máxima concentración alcanzada por

este contaminante fue de 0.001 ppm en el mes de enero.9

Tabla 5. Promedios de concentraciones de dióxido de azufre (ppm) por zona en el AMM

durante los meses de enero a octubre del año 2007.


Las mediciones máximas de dióxido de nitrógeno se presentan durante la

mañana y disminuyen hacia el mediodía, volviendo a incrementarse al llegar

la noche. Éste es un comportamiento inverso al de la temperatura y sigue el

patrón del tráfico vehicular. Los meses fríos son los que registran las

mayores concentraciones de este contaminante, debido a que las

condiciones meteorológicas favorecen la acumulación de los gases en el

AMM, principalmente en la zona SO – Santa Catarina.4

11

En la gráfica 2 se observa que los meses donde existe una mayor

concentración de este contaminante son enero y febrero mientras que los

meses de agosto y septiembre presentan el menor índice de contaminación.9

Gráfica 2. Promedios de concentraciones de dióxido de nitrógeno por zona en el AMM durante

los meses de enero a octubre del año 2007.


De forma rutinaria el ozono muestra una concentración elevada después del

mediodía, que es cuando se presenta la mayor radiación solar. La formación

de ozono se ve afectada por un gran número de parámetros meteorológicos,

especialmente por la temperatura y la estabilidad atmosférica.4

En la gráfica 3 se muestra el comportamiento de las concentraciones del

ozono en el AMM durante el 2007. En el gráfico se observa que los meses

donde existe una mayor concentración de este gas son de abril a junio,

mientras que el mes de enero presenta el menor índice de contaminación.

En cuanto a las zonas, la zona SE es la que presenta los mayores niveles de

ozono.9

Gráfica 3. Promedios de concentraciones de ozono por zona en el AMM durante los meses de

enero a octubre del año 2007.


12

2. Antecedentes

Larssen y Carmichael determinaron en el año 1999, que la deposición ácida

(húmeda y seca) en el norte de China se encontraba fuertemente

influenciada y modificada por el polvo proveniente del suelo natural de áreas

desérticas y semidesérticas. En ese mismo estudio se mencionó que la

capacidad de neutralización del polvo era mayormente debida al mineral

calcita (CaCO3) contenido en el suelo de la región.10

Samara et al., determinaron en el año 1999, en Thessaloniki, Grecia, que

bajas cantidades de precipitación pluvial tienen como resultado una menor

dilución de los contaminantes atmosféricos en el agua de lluvia, mientras

que altas cantidades de precipitación pluvial tienen el efecto contrario. En

esta misma investigación se concluyó que las altas concentraciones de

sulfato y calcio que fueron determinadas, sugerían que la neutralización era

la mayor causa de la baja acidez determinada en la mayoría de las

muestras.11

Según el Informe anual de 1999 del programa de precipitación ácida de la

Zona Metropolitana de la Ciudad de México, el 11% de las muestras

colectadas de depósito húmedo fue de carácter ácido, siendo el principal

responsable de esto el ion nitrato cuya concentración aumentó notoriamente

respecto a años anteriores en la mayoría de los sitios de monitoreo. También

se encontró un aumento en la conductancia específica y en las

concentraciones de cationes (calcio, potasio, magnesio y sodio). Estos

cationes mostraron una buena correlación entre si debido a su

comportamiento químico similar y su origen común a partir de suelos

erosionados, áreas no pavimentadas y superficies carentes de vegetación.12

La concentración de sulfato en el agua de lluvia de la Ciudad de México

disminuyo en el periodo 1994-2000, como resultado de la disminución de

emisiones de dióxido de azufre y del reemplazo de aceite combustible por

gas natural en las plantas de energía termoeléctrica.13

13

Bravo et al. reportaron en el año 2000, que las precipitaciones en Puerto

Morelos, Yucatán, México, tuvieron un valor de pH de 5.35, siendo el ácido

sulfúrico el principal contribuyente. Se encontró un amplio rango de

correlación Na+/Clˉ, lo que indicó que estos iones son de origen marino.14

En la Conferencia Mundial sobre Lluvia Ácida del año 2000, llevada a cabo

en Tsukuba, Japón, se mencionó que la deposición de contaminantes

acidificantes en Europa y Norteamérica ha sido un serio problema que

incluye el deterioro de suelos y monumentos en muchas regiones. En esta

misma se concluyó que la deposición de contaminantes acidificantes en

China e India, se ha incrementado a una rápida velocidad.15

En Turquía se reportó en el año 2002, que se presentaron concentraciones

elevadas de ion amonio en el agua de lluvia debido a las actividades de

agricultura que se realizan en la región, además de encontrar bajas

concentraciones de ion hidronio, lo que sugirió que los ácidos nítrico y

sulfúrico eran neutralizados por el calcio (CaCO3) presente en partículas

alcalinas de la atmósfera.16

En India reportaron en el año 2003, precipitaciones con un valor de pH de

6.4, siendo el ion calcio el encontrado en mayor concentración debido a la

influencia de partículas calcáreas en la atmósfera de esa región.17

En Venezuela se ha estudiado la presencia de ácidos dicarboxilicos en el

agua de lluvia. Se reportó en el año 2005, que la principal especie

encontrada en las precipitaciones corresponde al ácido oxálico, el cual

proviene de la foto-oxidación de compuestos aromáticos provenientes de

emisiones de automóviles.18

Han sido reportados valores de pH en el rango de 4.2 a 4.9 para Nueva

York, Europa, Sur de China, Japón, Corea y Ciudad de México.13

14

3. Hipótesis

Es posible utilizar las características fisicoquímicas de la deposición total

como un indicador de la calidad del aire en el Área Metropolitana de

Monterrey.

3.1 Justificación

Social: La realización de este proyecto forma parte de una serie de estudios

pioneros en su tipo en el estado de Nuevo León, por lo que los resultados y

conclusiones derivados de este servirán como precedente para la realización

de estudios posteriores que contribuyan al conocimiento y mejoramiento del

desarrollo ecológico y la salud ambiental de la región.

Económica: Los resultados arrojados por el estudio servirán de base para

evaluar las estrategias implementadas para la prevención y control de la

contaminación atmosférica en el Área Metropolitana de Monterrey.

Científica: Es importante conocer las características fisicoquímicas de las

deposiciones, ya que estas podrían ser de utilidad para evaluar los procesos

de auto-purificación atmosférica de la zona en estudio.

15

4. Objetivos

4.1 Objetivo general

Evaluar los parámetros fisicoquímicos de la deposición total en cinco puntos

del Área Metropolitana de Monterrey y correlacionarlos con algunos

parámetros meteorológicos para evaluar la calidad del aire en la zona en

estudio.

4.2 Objetivos específicos

1. Obtener muestras de deposición total de diferentes zonas del Área

Metropolitana de Monterrey de mayo a septiembre del año 2007.

2. Realizar mediciones de la cantidad de precipitación pluvial en las

zonas de muestreo.

3. Realizar mediciones de dirección y velocidad del viento en las

zonas de muestreo durante el período de estudio para elaborar la

rosa de los vientos.

4. Determinar el volumen total, valor de pH, conductividad

electrolítica, acidez o alcalinidad y concentración de sólidos totales

en las muestras recolectadas.

5. Realizar el análisis estadístico descriptivo de los datos obtenidos.

16

5. Materiales y métodos

La presente investigación se realizó en campo y en el Laboratorio de

Investigación en Ciencias de los Alimentos y Ambientales, de la Facultad de

Ciencias Químicas, de la Universidad Autónoma de Nuevo León. La

obtención de muestras y datos meteorológicos se llevó a cabo en

coordinación con personal del Sistema Integral de Monitoreo Ambiental

(SIMA) de la Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos Naturales

del Estado de Nuevo León. El financiamiento del proyecto lo realizó la

Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de Nuevo León.

5.1 Muestreo

El período de muestreo comprendió de los meses de mayo a septiembre del

año 2007, ubicándose en las estaciones climáticas de primavera y verano.

Para realizar el muestreo se realizaron los pasos descritos a continuación.

Es importante mencionar que solamente se recolectaron muestras de

depósito total.

a. Se colocó simultáneamente sobre el techo de cada una de las cinco

estaciones de monitoreo de SIMA, un colector convencional de

depósito total, que consiste en una botella de polietileno de 1 galón de

capacidad, un embudo de polietileno de 20 cm Ø y un soporte

metálico, como se indica en la figura 1.

Botella

de polietileno

(1 galón)

Embudo de

polietileno

(20 cm Ø)

Soporte

Techo de estación

meteorológica

Figura 1. Colector convencional de depósito total.

17

Las cinco estaciones de monitoreo se ubican en el sureste, noreste,

centro, noroeste y suroeste del AMM (tabla 6), así mismo, en la figura

2 se muestra la distribución de las estaciones de sobre el AMM.

Tabla 6. Ubicación de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM.

Estación de monitoreo

Nombre/ubicación Coordenadas geográficas

Municipio

Sureste (SE) Parque La Pastora 25°40´ 06” Norte 100°14´ 54” Oeste

Guadalupe

Noreste (NE) Colonia Unidad Laboral 25°44´ 42” Norte 100°15´ 17” Oeste

San Nicolás de los Garza

Centro (CE) Patios de la empresa Servicios de Agua y Drenaje de Monterrey I.P.D., Colonia Obispado

25°40´ 32” Norte 100°20´ 18” Oeste

Monterrey

Noroeste (NO) Talleres de Metrorrey, Colonia San Bernabé

25°45´ 11” Norte 100°22´ 11” Oeste

Monterrey

Suroeste (SO) Centro Santa Catarina 25°40´30” Norte 100°27´ 30” Oeste

Santa Catarina

Figura 2. Distribución espacial de las estaciones de monitoreo de SIMA en el AMM.

b. Cuando se suscitaron eventos de precipitación, las muestras de

depósito total colectadas se trasvasaron de los colectores a

recipientes de polietileno de 1 L de capacidad, para posteriormente

ser etiquetados con las fechas del período de recolección. En este

punto se hizo el cambio de colectores para efectos de evitar la

contaminación de posteriores muestras.

18

c. Las muestras trasvasadas y etiquetadas se conservaron en

refrigeración a una temperatura de 4oC, para su posterior análisis

fisicoquímico.

5.2 Análisis fisicoquímico de las muestras

Para llevar a cabo los análisis fisicoquímicos se siguieron los protocolos

basados en los métodos de prueba descritos por las Normas Mexicanas

(NMX). Es importante mencionar que para cada prueba las muestras se

trabajaron por duplicado para tener una mayor fiabilidad de los resultados

obtenidos.

5.2.1 Determinación del volumen total

a. Las muestras se trasvasaron a probetas graduadas con capacidad de

3500 mL.

b. Se registraron los volúmenes medidos para cada muestra.

5.2.2 Determinación del valor pH y conductividad electrolítica (NMX-AA-008-

SCFI-2000 y NMX-AA-093-SCFI-2000)

a. Se enjuagó cuidadosamente el electrodo del pHímetro con agua

desionizada y se transfirió una porción de la muestra a un recipiente

limpio de tamaño apropiado.

b. Se determinó la temperatura de la muestra, para verificar que se

encontrara a 25 °C. En caso contrario se ajustó la muestra hasta esta

temperatura.

c. Se sumergió el electrodo en una porción de la muestra problema

durante 1 min para acondicionarlo. Se retiró el electrodo de la

disolución y se secó con papel absorbente sin enjuagarlo y ni tallar.

d. El electrodo se sumergió en una porción fresca de la muestra

problema y se seleccionó el parámetro conductividad. Una vez

estabilizada la lectura se registró el valor de conductividad.

e. Se seleccionó el parámetro pH en el equipo, y se esperó a que la

lectura de pH se estabilizara (variación de lectura menor que 0,02

unidad de pH en un lapso no mayor de 1 min). Se registró el valor de

pH.

19

f. Después de cada determinación se repitieron los pasos anteriores.19,

20

5.2.3 Determinación de acidez o alcalinidad (NMX-AA-036-SCFI-2001)

Se transfirieron 100 mL de muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 mL y

se adicionaron 2 gotas de disolución indicadora de fenolftaleína. En este

punto se observó que todas las muestras no presentaron coloración alguna,

por lo que se decidió determinar la acidez total para todas las muestras.

5.2.3.1 Acidez total

a. Se tituló con disolución de hidróxido de sodio valorada hasta el vire

del indicador, de incoloro a rosa (acidez total).

b. Se registró el volumen empleado en la titulación y se calculó la acidez

tomando en cuenta el vire del indicador.21

5.2.4 Determinación de sólidos totales (NMX-AA-20-1980)

a. En una cápsula de porcelana previamente tarada, se vertieron 50 mL

de muestra y se evaporó casi a sequedad.

b. La cápsula con la muestra se sometió a sequedad en una estufa

eléctrica a 376 K - 388 K (103°C - 115°C), durante 30 minutos.

c. Se llevó a peso constante y por diferencia de peso entre la cápsula

con la muestra evaporada y el peso original de la cápsula, se

determinó el contenido de los sólidos totales por unidad de volumen.22

5.2.5 Cálculo de valores ponderados

Una vez obtenidos los resultados del análisis fisicoquímico, se procedió en

los casos del pH, conductividad electrolítica, acidez total y sólidos totales, a

calcular su valor ponderado mensual. Para realizar esto, se multiplicaron los

datos obtenidos por el volumen total correspondiente a la muestra, y se

dividió entre el valor de precipitación pluvial correspondiente al mes de

muestreo. Una vez hecho esto, se calculó el promedio de los valores

ponderados obtenidos en el mes correspondiente y según la estación.

Del mismo modo, se calcularon los valores ponderados promedio para cada

estación y los valores ponderados promedio por mes. Para la realización del

primero se tomaron en cuenta los cinco valores ponderados mensuales

20

(mayo-septiembre) obtenidos en una estación dada, de modo que se

obtuvieron valores para las estaciones sureste, noreste, centro, noroeste y

suroeste, y para el caso del segundo, se tomaron en cuenta los cinco valores

ponderados mensuales obtenidos de cada estación en un mes dado,

obteniéndose valores para los meses de mayo, junio, julio, agosto y

septiembre. Así pues, para el análisis de los resultados se calcularon por

parámetro fisicoquímico tres clases de valores ponderados:

Valor ponderado mensual (1 estación/1 mes)

Valor ponderado promedio por estación (1 estación/5 meses)

Valor ponderado promedio por mes (5 estaciones/1 mes)

5.3 Estudios meteorológicos

5.3.1 Medición de precipitación pluvial

Se emplearon las mediciones de precipitación pluvial realizadas por las

estaciones de monitoreo de SIMA, sin embargo, es importante mencionar

que en la estación NE no se realizó la medición de este parámetro, por lo

que para efectos de calcular los valores ponderados de pH, conductividad

electrolítica, acidez total y sólidos totales de las muestras recolectadas en

esa estación, se asumió el valor de precipitación pluvial de la estación SE

debido a su cercanía geográfica.

5.3.2 Elaboración de la rosa de los vientos

Se emplearon los parámetros meteorológicos dirección y velocidad del

viento, proporcionados por las cinco estaciones de monitoreo de SIMA, para

elaborar las gráficas de la rosa de los vientos utilizando el software

WRPLOT-VIEW de Likes Environmental. Se elaboraron dos clases de rosas

de los vientos:

Rosa de los vientos mensual por cada estación

Rosa de los vientos por cada estación durante el período total de

muestreo

Esto se realizó para evaluar la dispersión de los contaminantes en las zonas

de estudio y correlacionarlos con los parámetros fisicoquímicos

determinados en las muestras de depósito total.

21

5.4 Análisis estadístico

Se realizó el tratamiento estadístico de los datos empleando estadística

descriptiva; medidas de tendencia central y medidas de dispersión.

5.5 Materiales y equipos

5.5.1 Reactivos químicos

Ácido sulfúrico Biftalato de potasio Buffer de fosfatos

Fenolftaleína Carbonato de sodio Nitrato de plata

Naranja de metilo Cromato de potasio Hidróxido de sodio

Carbonato de sodio Hidróxido de aluminio Nitrato de potasio

Agua destilada libre de CO2

5.5.2 Material de laboratorio

Bureta de 50 mL

Soporte universal

Pinzas para soporte

Matraces Erlenmeyer de 250 mL

Matraces de aforación de 1 L

Vasos de precipitados de 250 mL

Pipetas serológicas de 1, 5 y 10 mL

Pipetas volumétricas de 5 y 10 mL

Cápsulas de porcelana con capacidad de 50 cm³

Desecador

5.5.3 Equipo

Colectores convencionales de depósito total (5).

Estaciones de monitoreo de SIMA (5).

Potenciómetro-conductimetro marca Hanna modelo HI-9143

Mufla eléctrica

Balanza analítica

Computadora personal hp Pavillion dv6220la

22

6. Resultados y análisis

Se obtuvieron un total de cuarenta y cinco muestras de depósito total

durante los meses de mayo a septiembre en los cinco puntos de muestreo,

realizándose su recolección en un intervalo máximo y mínimo de quince y

tres días, respectivamente. A continuación se describen por parámetro, los

resultados obtenidos del las pruebas fisicoquímicas.

Figura 3. Colector convencional de depósito total ubicado sobre el techo de la estación

meteorológica centro "Obispado".

6.1 Análisis fisicoquímicos

6.1.1 Volumen total

La distribución de las muestras por volumen de agua recolectado, se

representa en la gráfica 4. Se establecieron ocho rangos de volumen total,

ubicándose el mayor número de muestras (26.7%) en el rango de >500-1000

mL, mientras que el menor número de muestras (4.4%) se ubicó entre los

rangos de >2500-3000 y >3000-3500 mL. Se obtuvo un volumen total

promedio de 1303.8 mL, el cual se ubicó en el tercer intervalo (>1000-1500

mL).

El máximo volumen de 3800 mL, fue captado en la estación NO (del 31 de

agosto al 3 de septiembre), mientras que el mínimo de 90 mL se recolectó

en la estación SO (del 18 al 21 de mayo).

23

En cuanto a los puntos de muestreo, la estación NE registró el mayor

volumen promedio con 1588.3 mL, mientras que la estación SO fue la del

menor con 857.8 mL.

En lo que respecta a los meses de recolección, septiembre alcanzó el mayor

volumen promedio con 2068 mL., mientras que el menor fue para el mes de

julio con 703 mL.

Gráfica 4. Distribución de las muestras por volumen total entre los meses mayo a septiembre del

año 2007 en el AMM.

6.1.2 Potencial de hidrógeno (pH)

Se determinó el pH para cada una de las 45 muestras recolectadas, sin

embargo como se mencionó con anterioridad, para evaluar este parámetro

fisicoquímico fue necesario calcular el pH ponderado mensual por cada

estación, obteniéndose un total de 25 datos.

La gráfica 5 agrupa los tres intervalos de pH que fueron establecidos. El

primer intervalo, de 4.4 a 5.0, agrupó a las muestras con pH que caracteriza

la presencia de lluvias ácidas (pH < 5.0). El segundo intervalo, de 5.1 a 5.6,

24

integró a las muestras de precipitaciones con pH “natural” y el tercer

intervalo, de 5.7 a 7.2, a las muestras con valor de pH de ligeramente ácido

o alcalino.12

La distribución del número de muestras según su intervalo de pH es el

siguiente: 20% con pH característico de las lluvias ácidas, 20% con valor de

pH “natural” y 60% con valores de pH de ligeramente ácidos a alcalinos.

Gráfica 5. Distribución del pH ponderado mensual según su intervalo entre los meses de mayo a

septiembre del año 2007 en el AMM.

La distribución del pH ponderado mensual por estación se observa en la

gráfica 6. De esta gráfica se pueden observar los valores obtenidos con pH

característico de las lluvias ácidas. Estos son los siguientes:

pH 4.4, estación SE, mes de junio

pH 4.5, estación CE, mes de mayo

pH 4.7. estación NE, mes de mayo

pH 5.0, estación CE, mes de agosto

pH 5.0, estación NO, mes de septiembre

El valor máximo de pH fue de 7.2, y se registró en la estación SO en el mes

de julio. En cuanto a los valores promedio por estación, el máximo

25

corresponde a la SO con 6.4, y el mínimo a la CE con 5.4. En este punto se

observa que la estación suroeste fue la que registró los máximos valores de

pH ponderado mensual y pH ponderado promedio por estación.

En cuanto al pH ponderado promedio por mes, el máximo y mínimo

corresponden a julio (6.4) y mayo (5.2), respectivamente.

Gráfica 6. Valor pH ponderado mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año

2007 en el AMM.

6.1.2.1 Distribución espacial

En la figura 4 se observa sobre un plano del AMM la distribución de las

deposiciones según el rango de pH en el cual se ubicaron. Es importante

mencionar que esta distribución se realizó tomando en cuenta el pH

ponderado promedio por estación. De igual forma, es necesario aclarar que

la distribución espacial representada en el plano se realizó según el

municipio del AMM en el cual se localizaron las estaciones de monitoreo y

los colectores de depósito total, sin embargo, debido a que en el caso del

municipio de Monterrey se localizan 2 estaciones (NO y CE), se consideró

representar en el plano los valores de pH promedio obtenidos de cada una

de estas; no se tomó en cuenta la superficie del sur del municipio debido a

que se considera necesaria la instalación de un colector y una estación de

monitoreo sobre esta área para obtener datos que sean representativos de

la calidad del aire de la zona. Este mismo criterio se empleo para no

considerar otros municipios del AMM, como los son: Apodaca, Cadereyta,

García, General Escobedo, Juárez, San Pedro Garza García y Santiago.

26

Como se ha mencionado con anterioridad, las deposiciones con valor

característico de lluvia ácida (4.4-5.0) correspondieron a solo 5 eventos, sin

embargo, ninguna estación se ubicó dentro de este intervalo tomando en

cuenta su pH ponderado promedio.

En el intervalo de pH de 5.1-5.6, que corresponde a precipitaciones con pH

“natural”, se ubicaron las zonas NE, CE y SE.

Por otra parte, en el intervalo de pH de 5.7-7.2, que corresponde a

precipitaciones con valor de ligeramente ácido a alcalino, se ubicaron las

zonas NO y SO.

27

SO CE

Intervalos de pH

4.4-5.0

5.1-5.6

5.7-7.2

SE

N

NO NE

Simbología

Puntos de muestreo

CE

Figura 4. Plano de distribución espacial del pH ponderado promedio por estación del depósito total según su intervalo en el AMM.

28

6.1.3 Conductividad electrolítica

Se calculó la conductividad electrolítica ponderada mensual por cada

estación, obteniéndose un total de 25 datos. La gráfica 7 muestra la

distribución de la conductividad electrolítica ponderada mensual por cada

estación. Los valores máximo y mínimo de 1645.32 (junio) y 92.17 µS

(septiembre), respectivamente, fueron registrados en la estación NE. En

cuanto al promedio ponderado por estación, la estaciones que registraron los

valores máximo y mínimo de conductividad fueron la CE y SO, con 544 y

299.1 µS.

Los promedios ponderados mensuales máximo y mínimo, corresponden a

los meses de junio (768.2 µS) y septiembre (230.2 µS), respectivamente.

Gráfica 7. Conductividad electrolítica ponderada mensual por zona entre los meses mayo a


6.1.4 Acidez total

Se realizó la prueba de acidez total para las 45 muestras y posteriormente

se procedió a determinar la concentración ponderada mensual de acidez

total por cada estación, obteniéndose un total de 25 datos.

29

La gráfica 8 muestra la distribución de la concentración ponderada mensual

de acidez total por cada estación. Los valores máximo y mínimo de acidez

total fueron registrados en las estaciones NE en el mes de junio (323.1 mg/L

de CaCO3), y SO en el mes de julio (16.5 mg/L de CaCO3). En cuanto a los

valores promedio por estación, el máximo corresponde a la NE (152.6 mg/L

de CaCO3) y el mínimo a la SO (38.3 mg/L de CaCO3). En este punto se

observa que las estaciones NE y SO registraron los valores máximo y

mínimo de concentración ponderada mensual y concentración ponderada

promedio por estación.

En cuanto al promedio ponderado por mes, el máximo y mínimo

corresponden a mayo (133.8 mg/L de CaCO3) y julio (40.2 mg/L de CaCO3),

respectivamente.

Gráfica 8. Acidez total ponderada mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año

2007 en el AMM.

6.1.5 Sólidos totales

Se realizó la prueba de sólidos totales para las 45 muestras recolectadas y

se procedió a calcular la concentración ponderada mensual por estación. En

este punto se determinó no considerar los valores obtenidos para el mes de

mayo, debido a que estos fueron demasiado elevados en todas las

30

estaciones. Se sugiere que una posible contaminación de las muestras fue la

causa del error. Por lo tanto, para el caso de los sólidos totales se obtuvieron

solamente 20 datos correspondientes a los meses de junio a septiembre.

La gráfica 9 muestra la distribución de la concentración ponderada mensual

de sólidos totales por estación. Los valores máximo y mínimo fueron

registrados en las estaciones NE en el mes de junio (5743.8 mg/L), y NO en

el mes de julio (170.69 mg/L). En cuanto a los valores promedio por

estación, el máximo corresponde a la NE (2367.26 mg/L) y el mínimo a la

SO (435.15 mg/L). En este punto se observa que la estación NE registró el

máximo valor de concentración ponderada mensual y concentración

ponderada promedio por estación.

En cuanto a la concentración ponderada promedio por mes, el máximo y

mínimo corresponden a junio (1835.02 mg/L) y julio (902.78 mg/L),

respectivamente.

Gráfica 9. Concentración mensual ponderada de sólidos totales por zona, entre los meses junio a


31

6.2 Análisis meteorológico

6.2.1 Precipitación pluvial

En la grafica 10 se observa la precipitación pluvial mensual obtenida por

zona. La estación que registró la máxima precipitación pluvial fue la SO en el

mes de junio (275.75 mm), así como el mayor valor promedio entre los cinco

meses de muestreo (143.3 mm). De manera contraria, la estación que

registró la mínima precipitación pluvial fue la SE en el mes de junio (50.75

mm), y el menor valor promedio correspondió a la CE con 109.7 mm.

En cuanto a los meses de recolección, junio alcanzó el mayor valor promedio

con 175.4 mm., mientras que el menor valor fue para el mes de mayo con

78.7 mm.

Gráfica 10. Precipitación pluvial mensual por zona entre los meses mayo a septiembre del año

2007 en el AMM (SIMA 2007).

6.2.2 Dirección y velocidad del viento prevalecientes durante el período de

muestreo

Se construyeron las rosas de los vientos mensuales para todas las

estaciones. Se obtuvieron un total de 25 rosas de viento, de las cuales a

continuación se presenta la tabla 7, indicando la dirección predominante del

viento y su frecuencia por estación de muestreo.

32

Tabla 7. Dirección predominante del viento y su frecuencia mensual por estación en el AMM.

Estación Mes de muestreo

Mayo Junio Julio Agosto Septiembre

Sureste Este (38%)

Este (28%)

Este-noreste (30%)

Este (30%)

Este (26%)

Noreste Este-sureste (36%)

Este-sureste (33%)

Este-sureste (24%)

Este-sureste (33%)

Este-sureste (30%)

Centro Noreste (20%)

Noreste (20%)

Noreste (22%)

Noreste (21%)

Noreste (19%)

Noroeste Este-sureste (40.5%)

Este-sureste (36%)

Este-sureste (32%)

Este-sureste (39%)

Este-sureste (38%)

Suroeste Este (31.5%)

Este (30%)

Este (27%)

Este (36%)

Este-sureste (29%)

En cuanto a la velocidad del viento, en la tabla 8 se presenta la velocidad

promedio mensual del viento por estación.

Tabla 8. Velocidad promedio mensual del viento (m/s) por estación en el AMM.



Sureste 2.52 2.36 1.94 2.36 1.97

Noreste 2.25 2.17 1.93 2.23 1.9

Centro 1.98 1.78 1.63 1.82 1.51

Noroeste 3.24 2.91 2.63 3.13 2.66

Suroeste 2.59 2.33 2.1 2.51 2.22

Así mismo, en la tabla 9 se presenta la frecuencia mensual de vientos en

calma por estación.

Tabla 9. Frecuencia mensual de vientos en calma (%) por estación en el AMM.



Sureste 1.08 2.84 3.1 3.24 3.31

Noreste 0.41 0.71 0.41 0.27 1

Centro 2.91 5.49 3.88 6.78 9.94

Noroeste 0.13 0.28 0 0 0.7

Suroeste 5.52 7.51 6.07 3.52 7.09

Por otra parte, se construyeron las rosas de los vientos por cada estación

durante el período total de muestreo, obteniéndose un total de 5. Estas se

presentan a continuación:

33

Figura 5. Rosas de los vientos por cada estación durante el período total de muestreo.

VELOCIDAD DEL VIENTO

(m/s)

≥11.1

8.8-11.1

5.7-8.8

3.6-5.7

2.1-3.6

0.5-2.1

34

En base a estas rosas de los vientos, se presenta en la gráfica 11 el

promedio de la velocidad mensual del viento, en donde se observa que

mayo fue el mes que registró la mayor velocidad del viento con un promedio

de 2.52 m/s, mientras que los que registraron las menores velocidades

fueron julio y septiembre con 2.05 m/s.

0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.802.002.202.402.602.803.003.203.403.603.804.00


Velocidad del viento (m/s)

Mes

Gráfica 11. Promedio de velocidad mensual del viento entre los meses mayo a septiembre del

año 2007 en el AMM.

Así mismo, la figura 5 muestra los vectores resultantes de las direcciones

promedio del viento, las velocidades promedio del viento y los períodos de

viento en calma. Los resultados obtenidos se resumen en la tabla 10.

Tabla 10. Vector resultante, dirección promedio del viento, promedio de velocidad del viento y

porcentaje de viento en calma de cada estación durante el período total de muestreo.

Estación Vector resultante de dirección del viento

(° Azimut)

Dirección promedio del viento

Promedio velocidad del viento

(m/s)

Porcentaje viento en calma

Sureste 78 Este-noreste 2.23 2.7%

Noreste 85 Este-noreste 2.10 0.61%

Centro 57 Este-noreste 1.74 5.81%

Noroeste 113 Este-sureste 2.91 0.22%

Suroeste 108 Este-sureste 2.35 5.92%

De la tabla anterior se observa que la dirección predominante del viento en

el AMM durante el período de muestreo es del este-noreste y este-sureste.

También se observa que en la estación CE los contaminantes atmosféricos

35

pueden tardar mas en disolverse y transportarse de esa zona debido a que

la velocidad promedio de viento allegado es la mas baja de las 5 estaciones

(1.74 m/s), además que en esta zona, junto con la SO, se registraron los

mayores períodos de viento en calma.

De manera contraria, en la zona NO los contaminantes pueden permanecer

por menor tiempo debido a que se presenta la mayor velocidad promedio de

viento (2.91 m/s) y los menores períodos de viento en calma (0.22%).

De modo general, se puede observar en la figura 6 que las direcciones

promedio del viento sobre la mancha urbana del AMM, van a tener como

receptor final el municipio de Santa Catarina. Así mismo se puede apreciar la

distribución casi homogénea de componentes urbanos, como lo son zonas

industriales, equipamientos, vialidades y lotes baldíos, y la casi nula

existencia de áreas verdes dentro del grueso de la mancha urbana. Esto es

de suma importancia debido a que los contaminantes emitidos,

específicamente las partículas, pueden tener una escasa resistencia para su

dispersión. 23

Por otra parte en las figuras 7 y 8, se representan en los planos de geología

y edafología del AMM las direcciones promedio del viento. Como ya se ha

mencionado con anterioridad, el calcio en sus diferentes formas es el

componente predominante del suelo y rocas de la región (ver tabla 2 y 3), y

este puede levantarse del suelo por la acción del viento y dispersarse hacia

la dirección oeste del AMM, sin embargo, vale la pena recalcar del plano de

geología, que el componente principal de las sierras y cerros es piedra

caliza, la cual es rica en el mineral calcita (CaCO3). Esto es de suma

importancia debido a que en algunos cerros de la región, y en particular en la

sierra Las Mitras, se realiza la extracción de piedra caliza para la elaboración

de cemento. El desarrollo de esta actividad en los municipios de Santa

Catarina y García conlleva la emisión de cantidades considerables de

partículas hacia la atmósfera.7

36

SOCE SE

NONE

Estación Vector

resultante de

dirección del

viento

(° Azimut)

Dirección de

vientos

dominantes

Promedio

velocidad del

viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Estación Vector

resultante de

dirección del

viento

(° Azimut)

Dirección de

vientos

dominantes

Promedio

velocidad del

viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Simbología

Dirección promedio

del viento

Punto de muestreo

CE

Figura 6. Direcciones promedio del viento sobre plano de desarrollo urbano del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.

Fuente: Plan metropolitano 2021 de desarrollo urbano de la zona conurbada de Monterrey, APDUNL.

37

Área Urbana

Limite estatal

Limite ZMM

Limite municipal

Falla

Jurasico Superior Caliza

Jurasico Superior Caliza-Lutita

Jurasico Superior Lutita-Arenisca

Jurasico Superior Yeso

Cretácico Inferior Caliza

Cretácico Inferior Caliza-Lutita

Cretácico Superior Caliza-Lutita

Cretácico Superior Lutita

Cretácico Superior Lutita Arenisca

Cuaternario Aluvial

Cuaternario Conglomerado

Terciario Conglomerado

Terciario Brecha Sedimentaria

SO CE SE

NO NE

Estación de

muestreo

Vector

resultante

de dirección

del viento

(° Azimut)

Dirección Promedio

velocidad

del viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Estación de

muestreo

Vector

resultante

de dirección

del viento

(° Azimut)

Dirección Promedio

velocidad

del viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Simbología

Dirección promedio

del viento

Punto de muestreo

CE

Figura 7. Direcciones promedio del viento sobre plano geológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.

Fuente: Estadísticas de Medio Ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.

38

Área Urbana

Limite estatal

Limite ZMM

Limite municipal

Castañozem calcárico

Castañozem haplico

Castañozem luvico

Feozem calcáricoFeozem luvicoFeozem calcáricoLitosolLuvisol órticoRegosol calcárico

RendzinaVertisol crómicoVertisol pélico

Xerosol calcáricoXerosol haplicoXerosol luvico

Termosol haplico

SO CE SE

NO NE

Estación de

muestreo

Vector

resultante de

dirección del

viento

(° Azimut)

Dirección Promedio

velocidad del

viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Estación de

muestreo

Vector

resultante de

dirección del

viento

(° Azimut)

Dirección Promedio

velocidad del

viento

(m/s)

Porcentaje

viento en

calma






Simbología

Dirección promedio

del viento

Punto de muestreo

CE

Figura 8. Direcciones promedio del viento sobre plano edafológico del AMM durante el período mayo-septiembre del 2007.

Fuente: Estadísticas de Medio Ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey 2001, INEGI.

39

6.3 Estadística descriptiva de datos obtenidos

En la tabla 11 se presenta un resumen de los datos obtenidos después del

tratamiento estadístico (estadística descriptiva): rango, media aritmética,

desviación estándar, varianza y coeficiente de variación, calculados para

cada parámetro fisicoquímico de las muestras de depósito total analizadas,

así como para los parámetros meteorológicos precipitación pluvial y

velocidad del viento.

Tabla 11. Estadística descriptiva de los parámetros fisicoquímicos y meteorológicos obtenidos

durante el período de estudio.

Parámetro No. de datos

Rango Mínimo Máximo Media arit.

Desv. Est.

Varianza Coef. De var.

Volumen total (mL)

45 3710.00 90.00 3800.00 1303.80 1063.76 1131580.94 81.59

pH 25 2.80 4.40 7.20 5.75 55.94 3129.77 12.62

Conductividad electrolítica (µS)

25 1553.15 92.17 1645.32 423.17 0.73 0.53 76.15

Acidez total (mg/L de CaCO3)

25 306.62 16.48 323.10 86.65 322.24 103838.27 92.31

Sólidos totales (mg/L)

20 5573.15 170.69 5743.84 1364.31 79.98 6396.79 94.38

Precipitación pluvial (mm)

20 225.00 50.75 275.75 124.21 1287.66 1658066.18 45.04

Velocidad del viento (m/s)

25 1.73 1.51 3.24 2.27 0.44 0.19 19.36

De modo general se observa en cuanto a las medias aritméticas, que el pH

promedio para el total de las muestras recolectadas en el AMM es de 5.75,

que corresponde a precipitaciones con pH de ligeramente ácido a alcalino, y

que la velocidad promedio del viento es de 2.27 m/s.

En cuanto a la variabilidad que presentan los datos obtenidos (medidas de

dispersión), se observa que los mayores rangos se presentan para los

parámetros volumen total, conductividad electrolítica y sólidos totales. Así

mismo, se observa que los parámetros pH y velocidad del viento presentan

una baja desviación estándar y varianza de sus medias aritméticas.

40

7. Discusión

En las siguientes tablas se resumen los resultados obtenidos del análisis

fisicoquímico a las muestras de depósito total y los resultados de los

estudios meteorológicos, así como las concentraciones de contaminantes

atmosféricos monitoreados por SIMA.

Tabla 12. Parámetros fisicoquímos determinados de las muestras de depósito total recolectadas

en el AMM durante el período mayo a septiembre del año 2007.

Parámetro fisicoquímico determinado

Estación/mes

Valor ponderado

mensual máximo

Valor ponderado

mensual mínimo

Valor ponderado promedio

por estación máximo

Valor ponderado promedio

por estación mínimo

Valor ponderado promedio mensual máximo

Valor ponderado promedio mensual mínimo

Volumen totala NO (31Agosto-3 Septiembre)

SO (18-21 Agosto)

NE SO Septiembre Julio

pH SO (Julio)

SE (Junio)

SO

CE

Julio Mayo

Conductividad electrolítica

NE (Junio)

NE (Septiembre)

CE SO Junio Septiembre

Acidez total NE (Junio)

SO (Julio)

NE SO Mayo Julio

Sólidos totales NE (Junio)

NO (Julio)

NE SO Junio Julio

Tabla 13. Parámetros meteorológicos determinados en el AMM durante el período mayo a

septiembre del año 2007.

Parámetro meteorológico determinado

Estación/mes

Valor mensual máximo

Valor mensual mínimo

Valor promedio por

estación máximo

Valor promedio por

estación mínimo

Valor promedio mensual máximo

Valor promedio mensual mínimo

Precipitación pluvial SO (Junio)

SE (Junio)

SO CE Junio Mayo

Velocidad del viento NO (Mayo)

CE (Septiembre)

NO

CE

Mayo Julio-Septiembre

Períodos de viento en calma

CE (Septiembre)

NO (Julio-

Agosto)

SO NO Septiembre Mayo

a Para este parámetro no se calculo el valor ponderado.

41

Tabla 14. Contaminantes atmosféricos monitoreados por SIMA en el AMM durante el período

mayo a septiembre del año 2007.

Contaminante atmosférico

Estación/mes

Valor mensual máximo

Valor mensual mínimo

Valor promedio por estación

máximo

Valor promedio por estación

mínimo

Valor promedio mensual máximo

Valor promedio mensual mínimo

PM10 SO (Julio)

SE (Septiembre)

SO SE Julio Septiembre

Dióxido de azufre SO (Septiembre)

NO (Julio)

SO NO Mayo Julio

Dióxido de nitrógeno

SO (Mayo)

SE (Agosto)

SO SE Junio Agosto

Ozono SE (Mayo)

NE (Septiembre)

SE NE Mayo Septiembre


7.1 Análisis de períodos de mayor acidez

7.1.1 Análisis de valores mensuales por estación

El pH ponderado mensual mas bajo encontrado en el AMM fue de 4.4 en la

estación SE en el mes de junio, siendo este valor corresponde a

precipitaciones ácidas. Observando los valores ponderados de conductividad

electrolítica se identifica que se determinaron valores considerablemente

altos en el mes de junio, siendo solamente superados por los obtenidos en la

estación NE. Esto sugiere la presencia de altas concentraciones de iones.

Para el caso de la acidez total también se observan concentraciones

elevadas para esta estación durante este mes siendo nuevamente

superados por los obtenidos en la estación NE; esto indicaría una alta

concentración de especies ácidas. Un factor que se considera importante

para que en la estación SE en el mes de junio se obtuviera el valor mas bajo

de pH durante el período total de muestreo, fue que durante ese mes en esa

estación se registró la menor cantidad de precipitación pluvial durante el

período total de muestreo, por lo que en el depósito total que fue colectado

en esa zona, se pudieron encontrar en mayor concentración los compuestos

acidificantes ya que hubo un menor efecto de dilución. En ese mismo

sentido, otro factor de importancia fue que en el mes de junio (después de

septiembre) se registró la mayor frecuencia de vientos en calma (3.37%). Al

encontrase mayores frecuencias de viento en calma las especies

42

contaminantes pudieron permanecer durante mayor tiempo en las zonas

desde las cuales fueron emitidos.

Por otra parte, durante el mes de junio en esa estación no se registraron

(según datos de SIMA) las concentraciones más elevadas de dióxido de

azufre y/o dióxido de nitrógeno, y en cambio, en la estación SO se

registraron las concentraciones más elevadas de dióxido de azufre y de

nitrógeno durante el mismo mes. Observando los valores de PM10 en ambas

zonas se identifica que en la estación SE se monitoreo durante ese mes la

menor concentración de PM10 en el AMM, siendo esto de manera contraria

en la estación SO donde se monitorearon las mayores concentraciones. Esto

indica la posible contribución de las partículas calcáreas presentes en la

atmósfera de la zona SO para neutralizar a los compuestos acidificantes,

siendo este efecto menor en la zona SE ya que como se mencionó, en esta

se registraron durante el mes de junio las menores concentraciones. Así

mismo, es importante mencionar que durante el mes de junio se detecto en

el AMM la mayor concentración de dióxido de nitrógeno, y uno de los meses

en los cuales predominó una alta concentración de ozono en el AMM. Con la

presencia de estos contaminantes en la atmósfera es posible que se

pudieran llevar a cabo con mayor frecuencia las reacciones de oxidación del

dióxido de nitrógeno hasta ácido nítrico. En este mismo sentido, el mes de

junio fue uno de los periodos donde se registraron las mayores

concentraciones de dióxido de azufre en el AMM. Lo anterior es importante

debido a que el dióxido de nitrógeno y el ozono intervienen en la serie de

reacciones de oxidación del dióxido de azufre hasta ácido sulfúrico. Así

mismo, al relacionar todo esto con la cantidad considerable de vientos en

calma en la estación SE, se esperaría que los contaminantes permanecieran

por mayor tiempo dentro de esta, depositándose en el suelo cercano ya sea

como depósito seco o húmedo.

En resumen, al relacionar todos los factores anteriores con la baja cantidad

de precipitación pluvial, los períodos de viento en calma considerables y la

menor concentración de PM10 que se obtuvieron en la estación SE durante el

mes de junio, se presume que en las muestras de depósito total

43

recolectadas en la zona se encontrarán mayores concentraciones de

compuestos acidificantes, así como una disminución en el efecto

neutralizante por parte de partículas calcáreas, siendo esto determinante

para explicar porque durante el mes de junio se obtuvo el valor de pH

ponderado mas bajo en el AMM.

7.1.2 Análisis de valores promedio por estación

La estación CE registró el pH ponderado promedio mas bajo, el cual fue de

5.4 y corresponde a precipitaciones con pH “natural”. Al observar los valores

de conductividad electrolítica, se identifica que en esta estación se determinó

el mayor valor ponderado promedio de conductividad electrolítica, lo que

indica una mayor concentración de iones como lo pueden ser el sulfato y

nitrato, derivados de sus respectivos ácidos. Para el caso de la acidez total

también se observan valores elevados para esta estación solamente siendo

superados por los obtenidos en la estación NE; esto indicaría una gran

concentración de especies ácidas. Un factor que se considera importante

para obtener en la estación CE el valor mas bajo de pH ponderado

promedio, fue que esa estación registró la menor cantidad de precipitación

pluvial promedio, por lo que en el depósito total que fue colectado en esa

zona, se pudieron encontrar en mayor concentración los compuestos

acidificantes ya que hubo un menor efecto de dilución. En ese mismo

sentido, se considera que otro factor que influyó fue que en esa zona se

registró la menor velocidad promedio del viento y, después de la estación

SO, los mayores períodos de viento en calma en el AMM. Esto influiría para

que los contaminantes emitidos en la zona permanecieran por mayor tiempo

en la misma, depositándose en el suelo cercano ya sea como depósito seco

o húmedo.

Por otra parte, se identificó que en la estación SO se registraron las mayores

concentraciones promedio por estación de dióxido de azufre y de nitrógeno,

por lo que se esperaría determinar en esa zona el pH ponderado promedio

por estación mas bajo, sin embargo, en esa misma estación se registró la

mayor velocidad promedio del viento, lo que pudo contribuir a una mayor

dispersión de los contaminantes y a que se levantara una gran cantidad de

44

partículas provenientes del suelo y rocas de naturaleza cálcica. Esto se

comprueba al identificar que en esta zona (SO) se registró la mayor

concentración promedio de PM10 (de acuerdo a datos de SIMA). Al

establecer que en la atmósfera de la zona se encontraron cantidades

considerables de partículas calcáreas se esperaría un fuerte efecto de

neutralización sobre las especies ácidas. Otro factor que se considera de

importancia para que los compuestos acidificantes no influyeran para

determinar en la estación SO el pH ponderado promedio mas bajo, fue que

en esta zona se recibió la mayor cantidad de precipitación pluvial, lo que

pudo diluir en mayor grado a los compuestos acidificantes. Como

consecuencia de todos los factores citados anteriormente, se tiene que en la

estación SO se determinó el pH ponderado promedio mas alto en el AMM,

tal y como se explicará en el punto 7.2.2.

7.1.3 Análisis de valores promedio por mes

El mes de mayo registró el pH ponderado promedio por mes mas bajo, el

cual fue de 5.4 y corresponde a precipitaciones con pH “natural”. Se

considera que esto fue debido a que durante el mes de mayo el AMM recibió

la menor cantidad de precipitación pluvial durante el período de muestreo,

por lo que se tendría como consecuencia una menor dilución de los

compuestos acidificantes, y por tanto, que se obtuviera en este mes el pH

ponderado promedio mas bajo durante el período total de muestreo. Todo lo

anterior explica el por que se obtuvo durante este mismo mes, el mayor valor

ponderado promedio de acidez total. En cuanto a la conductividad

electrolítica, se identifica que en este mes se determinó uno de los mayores

valores ponderados promedio, lo que indica una concentración considerable

de iones.

Por otra parte, observando las concentraciones promedio mensuales de

dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y ozono reportadas por SIMA, se

observa que para el caso del primero y del tercero, se registraron en el mes

de mayo las mayores concentraciones promedio. Para el caso del dióxido de

nitrógeno, se monitorearon en mayo una de las mayores concentraciones

45

promedio del contaminante. Al estar presentes estos contaminantes en

mayor proporción es posible una mayor formación de ácido sulfúrico y nítrico

durante ese período, lo que tendría como resultado que se determinara para

el depósito seco de ese período el pH ponderado promedio mas bajo.

En cuanto a la velocidad del viento y períodos de viento en calma, los

valores promedio para el mes de mayo fueron los más elevados para el

primero y los de menor frecuencia para el segundo. Con la suma de estos

dos factores se esperaría una mayor dispersión de los contaminantes, de

modo que existieran menores concentraciones de contaminantes primarios

y/o secundarios, sin embargo, se considera que otros fenómenos que no

fueron analizados en este estudio pudieron influir para que aun con esas

condiciones, se monitorearan las mayores concentraciones de

contaminantes acidificantes y que esto se viera reflejado en el depósito total,

tal como lo son inversiones térmicas, ya que aumenta la actividad

fotoquímica, o una mayor cantidad de emisiones por parte de fuentes fijas

y/o móviles durante ese período.

7.2 Análisis de períodos que corresponden a deposiciones de

muestras de ligeramente ácidas a alcalinas

7.2.1 Análisis de valores mensuales por estación

El pH ponderado mensual más alto determinado en el AMM fue de 7.2 en la

estación SO en el mes de julio, siendo el valor correspondiente a

precipitaciones de ligeramente ácidas a alcalinas. Esto explica por que

durante el mes de julio en la estación SO se determinara el menor valor

ponderado de acidez total. En cuanto a la precipitación pluvial, se observa

que esa estación durante ese mes se recibió una cantidad considerable de

precipitación pluvial. Este factor contribuiría a una mayor dilución de las

especies acidificantes. Por otra parte, al considerar que la estación SO

recibió durante el mes de julio la mayor parte de sus vientos del este (como

lo fue mayor parte del período de muestreo), se entiende que las partículas,

o de manera especifica el polvo proveniente de suelos y rocas de naturaleza

calcárea del AMM, sea “arrastrado” por el viento hasta el municipio de Santa

46

Catarina. Aunado ha esto, la estación SO registró durante este mes los

mayores períodos de viento en calma, lo que tendría como consecuencia no

solo la permanencia durante un mayor lapso de tiempo de las partículas o

polvo alcalino “arrastrado” hasta la zona, si no del mismo generado en esta.

Observando el promedio de la concentración de PM10 registrada en la

estación SO el mes de julio, se identifica que esta fue la mas elevada en el

AMM (de acuerdo a datos de SIMA). Así mismo en el mes de julio se

registraron en el AMM las mayores concentraciones de PM10 y las menores

concentraciones de dióxido de azufre. Esto es de gran importancia debido a

que indica que durante el mes de julio hubo una menor concentración de

especies ácidas y un mayor efecto neutralizante por parte de las partículas

calcáreas posiblemente presentes en mayor concentración durante ese

período.

7.2.2 Análisis de valores promedio por estación

La estación SO registró el pH ponderado promedio mas alto, el cual fue de

6.4 y corresponde a precipitaciones de ligeramente ácidas a alcalinas.

Observando el valor ponderado promedio de acidez total por estación, se

identifica que en la estación SO se determinó el valor mas bajo del AMM, lo

cual es concordante con el valor de pH ligeramente ácido que se obtuvo en

la zona. En cuanto a la conductividad electrolítica y sólidos totales, se

identifica que los valores ponderados promedio determinados fueron los mas

bajos de las 5 estaciones de monitoreo. Se considera que la explicación a

esto esta en que en la estación SO se recolecto el promedio mas elevado de

precipitación pluvial, lo que tendría como consecuencia un mayor efecto de

dilución sobre los compuestos acidificantes y las partículas que están

presentes en esta zona. Así mismo, en la estación SO se obtuvo el menor

valor promedio de volumen total aun cuando en esta estación se registró el

mayor valor promedio de precipitación pluvial. Se considera que el hecho de

que en esta zona se registre la mayor velocidad promedio del viento, puede

influir, junto a cambios repentinos de dirección del mismo, para que en los

colectores de depósito total se hayan colectado volúmenes menores. Por

47

otra parte, en esta estación se registró la mayor frecuencia de vientos en

calma y, después de la estación NO, la mayor velocidad promedio del viento.

El primero ayuda a entender que los contaminantes en la atmósfera de la

zona, y en particular, las partículas, permanecen por mayor tiempo, y, en el

caso del segundo, que el viento puede contribuir en mayor medida a levantar

partículas del suelo. En este punto se explica que no solo la dirección de los

vientos dominantes provenientes del este contribuyen a la mayor

concentración atmosférica de contaminantes en la zona SO, si no que los

períodos de viento en calma y la velocidad del viento en la zona, contribuyen

a que haya mayores cantidades de partículas. Ahora bien, al analizar los

planos de desarrollo urbano, de edafología y de geología de las figuras 6, 7 y

8, respectivamente, se observa que en el municipio de Santa Catarina hay

una cantidad considerable de lotes baldíos, los cuales se presume en la

mayoría de los casos cuentan con nula vegetación, y que el tipo de suelo

que predomina es rendzina y xerosol, los cuales son ricos en carbonato de

calcio. Así mismo, y como ya se ha mencionado con anterioridad, en el

municipio se desarrolla la extracción de piedra caliza en la sierra de Las

Mitras, el cual también tiene como componente principal carbonato de calcio.

En cuanto a los contaminantes atmosféricos, se identifica que en la estación

SO se encontró la mayor concentración promedio de PM10; lo mismo sucedió

para el caso de contaminantes como dióxido de azufre y dióxido de

nitrógeno (de acuerdo a datos de SIMA). En el caso del ozono, en esta

estación (después de la SE) se registró la mayor concentración promedio.

Lo anterior explica que en el municipio de Santa Catarina hay una gran

cantidad de carbonato de calcio suspendido en el aire producto de diversas

actividades y condiciones ambientales, teniendo este un fuerte efecto

neutralizante sobre las especies ácidas formados. Esto justifica que aunque

haya concentraciones elevadas de sus gases precursores, el pH ponderado

promedio resultante sea de carácter básico y el mas elevado en el AMM.

48

7.2.3 Análisis de valores promedio por mes

El mes de julio registró el pH ponderado promedio por mes mas alto, el cual

fue de 6.4 y corresponde a precipitaciones con pH de ligeramente ácido a

alcalino. Esto explica por que para este mes se determinara la concentración

ponderada promedio mas baja de acidez total. Así mismo, se observa que

durante este mes se determinó la menor concentración ponderada promedio

de sólidos totales. Se considera que esto fue debido a que durante este

período se tuvo una baja frecuencia de vientos en calma. Esto sugiere que

los contaminantes o en especial las partículas, que fueron emitidas durante

este período, fueron “arrastradas” hacia otras áreas, independientemente de

la velocidad del viento. Esto traería como consecuencia que en el depósito

total colectado se encontrase una menor cantidad de partículas y por lo

tanto, que se determinara la menor concentración ponderada promedio de

sólidos totales para este mes.

Por otra parte, se observa que durante este mes se tuvo la concentración

promedio mas elevada de PM10 (de acuerdo a datos de SIMA), al mismo

tiempo que la menor concentración promedio de dióxido de azufre. Estos

dos factores indican que durante este período pudo haber una menor

formación de especies ácidas combinada con una mayor concentración

atmosférica de partículas calcáreas.

49

8. Conclusiones

(1) Se identifica que las características fisicoquímicas determinadas en las

muestras de depósito total, indican por efecto de algunos parámetros

meteorológicos, la calidad del aire existente en las zonas de estudio del

AMM.

(2) Se observó que bajas/altas cantidades de precipitación pluvial, pueden

tener como resultado una menor/mayor dilución de los contaminantes

atmosféricos en el agua de lluvia, respectivamente.

(3) Se identificó que en las zonas donde se presentan cantidades elevadas

de PM10, los valores determinados de pH son de ligeramente ácidos a

alcalinos, sugiriendo esto que debido a las características geológicas y

edafológicas de la región, cantidades considerables de carbonato de calcio

podrían encontrase suspendidas en la atmósfera teniendo un efecto

neutralizante sobre las especies ácidas.

(4) Se considera que debido a la dirección de los vientos dominantes del

este-noreste y este-sureste, la estación SO y en general el municipio de

Santa Catarina, son los receptores finales de los contaminantes precursores

de la deposición ácida y las partículas generadas en el AMM.

(5) El pH ponderado promedio del AMM fue de 5.75, que corresponde a

precipitaciones con pH de ligeramente ácido a alcalino.

50

9. Recomendaciones

En el alcance de este estudio no se planteó la cuantificación y evaluación de

otros parámetros fisicoquímicos de gran ayuda para tratar de entender de

una manera mas especifica la composición y calidad del aire, como lo son

los iones calcio, magnesio, sodio, potasio, sulfato, nitrato y amonio. Por tanto

se recomienda en posteriores estudios que se cuantifiquen estas especies

químicas. En cuanto al muestreo, se plantea instalar colectores

convencionales en los demás municipios que componen el total del AMM, y

que no fueron considerados para la realización de este estudio. También se

establece la necesidad de instalar estaciones de monitoreo en municipios

que no cuenten con estas, con la finalidad de monitorear las condiciones

meteorológicas y la calidad del aire existentes.

Por otra parte, para la realización de estudios posteriores se puede

considerar muestrear y evaluar el depósito seco y húmedo por separado,

para entender de una mejor forma la contribución del lavado atmosférico por

parte de las precipitaciones, y considerar el empleo de otros parámetros

meteorológicos que también influyen sobre la química atmosférica, como lo

son la radiación solar y la humedad relativa. Como se ha mencionado con

anterioridad, la contaminación atmosférica y la deposición ácida generada

por esta, son problemas de carácter regional por el transporte de los

contaminantes hacia otras zonas distantes por la acción del viento, por lo

que se recomienda instalar colectores y estaciones de monitoreo en áreas

distantes del AMM, para evaluar el impacto sobre otras regiones de los

contaminantes generados en esta zona. Así mismo, se recomienda

determinar el pH del suelo cercano a los equipos de muestreo, para

establecer la relación aire-agua-suelo de los contaminares atmosféricos, y

estimar los posibles impactos ambientales sobre el suelo.

Finalmente, se recomienda identificar los contaminantes atmosféricos

emitidos por fuentes fijas y que están sujetos al Registro de Emisiones y

Transferencia de Contaminantes (RETC), para evaluar metodologías que

permitan determinarlos en el depósito seco, húmedo o total. Esto es de

importancia debido a que gran parte de estos compuestos son altamente

tóxicos. Ejemplos de estos lo son: mercurio, pesticidas y dioxinas.

51

10. Bibliografía

1. Baird C. (2001), Química ambiental, Editorial reverte, España, ISBN 84-

291-702-X.

2. Manahan S. (2007), Introducción a la química ambiental, Editorial

reverte, México, ISBN 968-36-67074.

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Methods to Monitor Atmospheric Deposition at Non Urban Locations.

4. Reporte del estado de la calidad del aire en el Área Metropolitana de

Monterrey 2006, Agencia de Protección al Medio Ambiente y Recursos

Naturales del Estado de Nuevo León, Sistema Integral de Monitoreo

Ambiental (SIMA).

5. Wark K. y Warner C.F. (2000), Contaminación del aire, origen y control,

Editorial Limusa, México, ISBN 968-18-1954-3.

6. Informe anual 1997 del programa de precipitación ácida de la Zona

Metropolitana de la Ciudad de México, Secretaria de Medio Ambiente

del Distrito Federal, Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA).

7. Estadísticas de medio ambiente de la Zona Metropolitana de Monterrey

2001, Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática

(INEGI), 2002, México, ISBN 970-13-4050-7.

8. Inventario de emisiones de los estados de la frontera norte de México

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tesis: estudio fisicoquÍmico del agua de lluvia (depÓsito total) y su empleo como indicador para...

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