análisis físico-químico del agua de lluvia en buenos aires y ...

ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICO DEL AGUA DE LLUVIA EN BUENOS AIRES YCONDICIONES METEOROLÓGICAS ASOCIADASPérez C. 1,2 , Gassmann M. 1,2 , Righetti S. 1,2 , Tonti N. 1,2 , Covi M. 1 , Ulke G. 1,3 , Borassi N. 4 , dosSantos Afonso M. 4 , Torres Brizuela M. 1 , Raga G 5 y Baumgardner D. 51. Departamento de Cs. de la Atmósfera y los Océanos, FCEN, UBA Argentina2. Comisión Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)3. Unidad Mixta Internacional (UMI) – Instituto Franco Argentino sobre Estudios de Clima ysus Impactos (IFAECI)/CNRS4. INQUIMAE Y DQIAQF-FCEN-UBA Argentina5. Centro de Cs. de la Atmósfera. UNAM, Méxicoperez@at.fcen.uba.arResumenDurante 2011 se realizaron observaciones continuas de algunos contaminantes en FCEN conequipamiento provisto por la UNAM. Parte del proyecto contempló realizar observaciones dedepósito seco y húmedo y concentración diaria de material particulado (PM10 y PM2.5). Elobjetivo fue cuantificar dicho depósito, determinar sus características físico-químicas y analizarsu relación con el origen de los contaminantes. Se realizaron observaciones en las semanas del14 al 20/08, 24/09 al 01/10 y 27/11 al 03/12 de 2011. Se estudiaron las situacionesmeteorológicas asociadas a cada período de muestreo. En todas las muestras obtenidas sedeterminaron los parámetros fisicoquímicos y los componentes mayoritarios tales como pH (5,9a 6,7), sulfatos (1 a 5 mg l -1 ), nitratos (4,9 a 9,4 mg l -1 ) y fosfatos (0 a 0,07 mg l -1 ). Lasdeterminaciones de concentraciones de núcleos de condensación y componentes aromáticospolicíclicos realizadas a partir de mediciones simultáneas indican al igual que lo determinado enel agua de lluvia que los resultados son similares a los obtenidos para otras ciudades.Palabras clave: atmósfera, material particulado, lluvia, depósito.PHYSICOCHEMICAL ANALYSIS OF THE RAIN IN BUENOS AIRES ANDASSOCIATED WEATHER CONDITIONSAbstractIn 2011 continuous observations of some pollutants in FCEN with equipment provided by theUNAM were made. Part of the project envisaged observations of dry and wet deposition anddaily concentrations of particulate matter (PM10 y PM2.5). The goal was to quantify suchdeposition, determine their physicochemical characteristics and to analyse the origin ofpollutants. Observations were made in the weeks from 14 to 20/08, 24/09 to 01/10 y 27/11 to03/12 of 2011. The weather situations associated with each sampling period were studied.Physicochemical parameters were identified in all samples as well as the largest components.The obtained values of pH ranged between 5.9 - 6.7, sulphates varied from 1 to 5 mg l-1,nitrates from 4.9 to 9.4 mg l-1 and phosphates from 0 to 0.07 mg l-1. The concentrations ofcondensation nuclei and polycyclic aromatic components from simultaneous measurements aswell as the analysis of the rain samples show that the results are similar to those for other cities.1. IntroducciónLos estudios de calidad de aire en megaciudades son, en general, muy costosos, ya quedemandan la observación continua de concentraciones de algunos compuestos químicosgaseosos como el monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx), el dióxido deazufre (SO 2 ), el ozono troposférico (O 3 )y la observación de material particulado en la atmósfera.Estos costos están relacionados con el hecho de que la operación de los equipos necesarios para

esta tarea requiere de personal calificado. La ciudad de Buenos Aires cuenta actualmente con unsistema de observaciones continuas de contaminantes dependiente del Gobierno de la Ciudad,acorde a la normativa vigente (Ley 1356, CABA). Se han publicado algunos trabajos (Bogo yotros, 1999, 2001) con observaciones de campañas realizadas en períodos acotados de tiempo.En ninguno de estos casos se ha estudiado el depósito seco y húmedo de contaminantes, tantoen su magnitud como en su caracterización físico-química.Durante el año 2011 se realizaron observaciones continuas de aerosoles en la ciudad de BuenosAires con equipamiento provisto en calidad de préstamo por la Universidad Nacional deMéxico. El proyecto contempló realizar observaciones intensivas de depósito seco y húmedo decontaminantes y la concentración diaria de material particulado en sus fracciones PM10 YPM2.5 en algunos períodos cortos. En este trabajo se presenta el análisis de las condicionesmeteorológicas asociadas a los períodos observacionales de depósito seco y húmedo en laciudad de Buenos Aires, la caracterización de los aerosoles atmosféricos en la columna de airepor encima de la ciudad y un análisis físico químico de los contaminantes encontrados en lasmuestras observadas.2. Datos y MetodologíaLos instrumentos fueron colocados en la terraza del Pabellón II de la Facultad de Cs. Exactas yNaturales de la UBA, en la Ciudad Universitaria (34.35 S, 58.22 W, 35 m sobre el nivel delsuelo) y a 200 m de la costa del Río de la Plata.Las muestras de depósito seco y húmedo de contaminantes se obtuvieron a través de undispositivo mecánico (Aerochem Metrics) que utiliza dos recipientes plásticos los cuales sonexpuestos al medioambiente acorde a las condiciones meteorológicas. El dispositivo posee unatapa que ocluye uno de los recipientes impidiendo el depósito de contaminantes bajocondiciones de no lluvia, mientras que el otro queda expuesto al medio ambiente (depósitoseco). Al momento de iniciar la lluvia, el dispositivo acciona un motor que obliga a la tapa atrasladarse para cubrir el recipiente que mide el depósito seco y de esta forma se expone elrecipiente que se mantuvo aislado para tomar la muestra de depósito húmedo. Los recipientesfueron remplazados cada 24 hs. La hora de recambio de los muestreadores fue las 11 hs (horalocal, -3 GMT). La concentración de material particulado en la atmósfera (PM10 y PM2.5) fuemedida con dos sensores MiniVol (AirMetrics), que muestrearon un volumen continuo de 5litros de aire por minuto. El aire es forzado a circular atravesando un filtro de 47 mm dediámetro ubicado en un cabezal removible. Los cabezales con sus respectivos filtros fueroncambiados cada 24 hs. Uno de los cabezales tenía un impactador en cascada de una etapa paraeliminar de la observación las partículas con tamaños mayores a 2.5 micrómetros. Se realizaronmediciones de depósito durante tres semanas: del 14 al 20 de agosto, del 25 de septiembre al 1de octubre y del 27 de noviembre a 3 de diciembre de 2011. El análisis químico de las muestrasfue determinado por cromatografía iónica o por métodos espectroscópicos mediante unlaboratorio de campo.Simultáneamente, entre mediados de abril y diciembre de 2011 se realizaron mediciones enforma continua de diversas propiedades ópticas y microfísicas de aerosoles. Entre los equiposen operación se trabajó con un contador de núcleos de condensación (en inglés CondensationNuclei Counter (CNC), TSI3010). Este determina la concentración de número de los núcleoscon diámetro mayor a 20 nm. Utiliza la técnica de saturar con alcohol la muestra que ingresahasta que se alcanza un tamaño que sea detectable por dispersión de un haz de luz. También serealizaron mediciones para obtener la concentración de masa de componentes aromáticospolicíclicos en fase particulada (en inglés: Particle-Bound Polyclic Aromatic Hydrocarbons(PPAH), Ecochem PAS 2000) el cual usa el principio de la fotoionización para determinar lacantidad de PAH absorbida en partículas de carbono pero no realiza la especiación de lamuestra. La toma de muestra de aire que fuera analizada por los instrumentos se realizóingresando la muestra de aire ambiente en una chimenea mediante una bomba con un flujo de18 litros de aire por minuto.

3. Resultados3.1 Descripción de las condiciones meteorológicas sobre la regiónSe registraron en total cinco días con precipitaciones en las tres semanas de observación. Laprimera y tercera semana registraron dos días cada una, mientras que durante la segunda solohubo un día con precipitación. Se discuten aquí las condiciones meteorológicas observadas enlas semanas con mayores precipitaciones.Semana 14-20 de agosto (ver Figura 1): La semana comienza con un sistema de alta presiónubicado sobre la ciudad de Buenos Aires que se desplaza hacia el este. El sistema producevientos débiles y de direcciones variables del sector norte. Durante el día 15 de agosto unsistema de baja presión ubicado en la región centro-norte del país produce viento de direcciónnoreste en superficie sobre el área urbana. Al día siguiente el sistema se intensifica y desplazahacia el este favoreciendo la ocurrencia de viento del SE sobre la ciudad de Buenos Aires.Posteriormente se ubica sobre la región un centro de baja presión que abarca la zona centronortedel país produciendo vientos variables del NO - SO. Con el desplazamiento del sistemahacia el este el viento vuelve a rotar al NE. El 17 de agosto pasa por Buenos Aires un frentefrío, que obliga a rotar al viento al SO. Este frente produce precipitaciones en Buenos Aires el17 y 20 de agosto. En ese período casi todo el país se encuentra dominado por un sistema de altapresión en superficie, mientras que sobre el Atlantico se ubica un centro de baja presión. Elmarcado gradiente de presión produce viento intenso del sector SSO en todo el país y la entradade una masa de aire polar con marcado descenso de temperatura. Esta situación favorece eltransporte de cenizas volcánicas (erupción volcán Puyehue) hacia la ciudad.Figura 1: Altura geopotencial (líneas) y campo de viento (vectores) en el nivel de 1000 hPa yespesores 1000/500 hPa (campo en colores) obtenidos de los reanálisis de NCEP/NCAR(NOAA/ESRL PSD) para los días 15 y 18 de agosto a las 12 Z.Semana 27 de noviembre al 3 de diciembre (ver Figura 2): Al comenzar la semana la situaciónmeteorológica en la región centro del país se encuentra dominada por los sistemas anticiclónicosdel Pacífico y Atlántico. El día 28 y 29 de noviembre se observa sobre la provincia de BuenosAires una zona de baja presión, la cual tiene asociadas intensas advecciones cálidas en losniveles medios de la atmósfera. Esta situación favorece el desarrollo de tormentas en la ciudadque producen precipitaciones a lo largo de ambos días. Al inicio del día 30 de noviembre, estesistema se desplaza hacia el sudeste por el ingreso al continente de un centro anticiclónico ycontinúan condiciones de buen tiempo durante el resto de la semana. La intensidad del viento esdébil a moderada y con direcciones provenientes del sector N.

Figura 2: Altura geopotencial (líneas) y campo de viento (vectores) en el nivel de 1000 hPa yespesores 1000/500 hPa (campo en colores) obtenidos de los reanálisis de NCEP/NCAR(NOAA/ESRL PSD) para el día 28 de noviembre a las 18Z y el 2 de diciembre a las 12Z.3.2 Análisis físico-químico del depósitoEn todas las muestras obtenidas se determinaron los parámetros fisicoquímicos y loscomponentes mayoritarios. Se encontró que el pH de las muestras de agua de lluvia varió entre5.9 a 6.7. En la composición química de las muestras se cuantificó la presencia de sulfatos,nitratos y fosfatos. Se encontró que la concentración de sulfatos varió entre 1 a 5 mg l -1 , la delos nitratos entre 4,9 y 9,4 mg l -1 y la de los fosfatos entre 0 y 0,07 mg l -1 .3.3 Mediciones in-situ de aerosolesDurante la semana de agosto, los valores de núcleos de condensación CN oscilaron entre 349 y30600 cm -3 , con un promedio de 7900 cm -3 . Los niveles de PPAH se encontraron entre 3 y 284ngm -3 con un valor promedio de 38 ngm -3 . Durante la semana de Noviembre, los valores de CNoscilaron entre 841 y 22600 cm -3 , con un promedio de 5500 cm -3 . Los valores de PPAH variaronentre 3 y 272 ngm -3 , con un valor promedio de 25 ngm -3 .4. ConclusionesLos resultados del análisis cuantitativo de contaminantes en el agua de lluvia son similares a losobtenidos para la ciudad de Porto Alegre (Montanari Migliavacca y otros 2009) para todos losparámetros medidos salvo para el nitrato que presenta concentraciones mayores en un factor 13lo que estaría indicando un mayor grado de contaminación. Esta fuerte presencia de nitratos enel agua de lluvia estaría relacionada con las intensas emisiones de óxidos de nitrógeno de laciudad de Buenos Aires (Gassmann, 2007). Las muestras de agua de lluvia colectadascorrespondieron en todos los casos a pasajes de sistemas frontales sobre la ciudad. Asociada aldesplazamiento de algunos frentes se produjo la llegada de cenizas volcánicas del sistemaPuyehue–Cordón Caulle.En ambas semanas se encuentra una buena correlación entre los valores de las concentracionesde núcleos de condensación y los aromáticos policíclicos en fase particulada, lo que indicaríaque provienen de una misma fuente, que sería el tránsito vehicular. Los valores encontrados seencuentran dentro del mismo orden de magnitud que en otras ciudades, algunas con muchamayor población que Buenos Aires. (Baumgardner et al., 2007). En cuanto a la variación en losniveles entre ambos meses, los menores valores durante noviembre estarían vinculados a unamayor capacidad de dilución atmosférica en este último (Ulke, 2004).ReferenciasBaumgardner D., Kok G. L and Raga G. B. 2007. On the diurnal variability of particleproperties related to light absorbing carbon in Mexico City, Atmos. Chem. Phys., 7 2517–2526.

Bogo, H., Gómez, D. R., Reich, S. L., Negri, R. M., San Román, E., 2001. Traffic pollution in adowntown site of Buenos Aires City. Atmospheric Environment 35, 1717–1727.Bogo, H., Negri, R. M., San Román, E., 1999. Continuous measurement of gaseous pollutants inBuenos Aires City. Atmospheric Environment 33, 2587–2598.Gassmann (2007) Estimación de concentraciones medias horarias de ozono en la Ciudad deBuenos Aires. VI Congreso Regional AIDIS, Buenos Aires, 26 al 28 de julio de 2007Montanari Migliavacca, D.M., Teixeira, E.C., Gervasoni, F., Conceição, R.V., Rodriguez,M.T.R., 2009. Characterization of wet precipitation by X-ray diffraction (XRD) and scanningelectron microscopy (SEM) in the metropolitan area of Porto Alegre, Brazil Journal ofHazardous Materials 171, 230-240.Ulke, A.G. 2004. Daytime ventilation conditions in Buenos Aires city, Argentina. International Journal ofEnvironment and Pollution, 22, 4, 379-395.Agradecimientos:Este trabajo fue parcialmente financiado por los proyectos UBACyT X224 y UBACyT20020100101013, ANPCyT PICT08-1739, PIP 11220100100044. Se agradece a la UniversidadNacional Autónoma de México por cubrir los gastos de transporte entre México y Buenos Aires.La Universidad de Buenos Aires cubrió los costos de mantenimiento y seguro de losequipamientos. Los gastos de aduana se cubrieron parcialmente con los proyectos Conacyt-Semarnat 23498 de México y UBACyT de Argentina. Al NCEP (NCAR) por los camposmeteorológicos para el análisis sinóptico de los períodos de estudio.