IMPORTANCIA DE LA REGION TROPICAL EN LA CONTAMINACION DE LA ATMÓSFERA

IMPORTANCIA DE LA IMPORTANCIA DE LA REGION TROPICAL REGION TROPICAL

EN LA EN LA CONTAMINACION DE CONTAMINACION DE

LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERA

Luis Suárez, Ana Contreras y GEAIREdoctorozono@yahoo.comdoctorozono@yahoo.com

Escuela de Ingeniería Ambiental de la Universidad Alas Peruanas Escuela de Ingeniería Ambiental de la Universidad Alas Peruanas Filial HuancayoFilial Huancayo

Departamento de Ciencias de la Atmósfera del INSTITUTO DE Departamento de Ciencias de la Atmósfera del INSTITUTO DE INVESTIGACION PARA EL DESARROLLO TECNOLOGICO - INVESTIGACION PARA EL DESARROLLO TECNOLOGICO -

ININDETECININDETEC

Huancayo - PerúHuancayo - Perú

INTRODUCCION1. MOTIVACION

2. Conceptos básicos

3. Temas de investigación globales• Capa de ozono: agujeros de ozono???

• Radiación UV: fotoquímica de la región tropical.

• Lluvias ácidas.

• Cambio climático y efecto invernadero.

• Transporte transfronterizo: ozono troposférico y aerosoles.

4. El sistema terrestre.

5. Mensaje final.

MOTIVACION

• El fin primordial de la investigación en contaminación de la atmósfera es la de contribuir a la solución de necesidades de la sociedad: suministro de agua, producción de alimentos, y salud humana y de los ecosistemas.

• Esto es hecho a través de un entendimiento mejorado de los mecanismos que controlan los procesos atmosféricos y la composición química de la atmósfera y el desarrollo de la capacidad de predicción.

LA ATMOSFERA• La delgada capa de aire que nos protege.

COMPOSICION QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA

• Menos del 1% es reactivo

PROCESOS QUIMICOS Y FISICOS EN LA ATMÓSFERA

LA REGION TROPICALLos trópicos:

23.5ºN

23.5ºS

LA REGION TROPICAL

• Cubren cerca de la mitad de la superficie terrestre.

• Contienen los bosques tropicales, que son los ecosistemas mas

productivos de la Tierra.

• Reciben un máximo de radiación solar visible y,

especialmente, radiación ultravioleta, activa

fotoquímicamente.

• La atmósfera tropical contiene 3 veces más agua.

• Se estan produciendo los mayores cambios: crecimiento

poblacional, industrialización, deforestación, etc.

Los trópicos:

ILUMINACIÓN PERPENDICULAR

ILUMINACIÓN TANGENCIAL

ILUMINACIÓN TANGENCIAL

REGION TROPICAL

Cortesía: H. Guillen

METEOROLOGIA

Enfriamiento radiativo

Enfriamiento radiativo

Aire caliente y seco

Aire caliente y seco

Aire Húmedo

Nubes

Calo

r

Calorlatenteemitido

sd

Aire frio y seco

CELDAS DE HADLEY

• La mayor absorción de energía solar en los trópicos producirá una mayor evaporación y esto causará el movimiento de masas de aire .

• Los trópicos son el motor del clima terrestre.

METEOROLOGIA• La mayor absorción

de energía solar en los trópicos producirá una mayor evaporación y esto causará el movimiento de masas de aire .

• Los trópicos son el motor del clima terrestre.

O3 + hv O* + O2

(λ<420 nm)

O* + H2O 2OH

El detergente natural de la El detergente natural de la atmósferaatmósfera!!!!

• Concentración máxima Concentración máxima en los trópicosen los trópicos,, de solo un de solo un radical OH por 10radical OH por 101313 moléculas de aire.moléculas de aire.

REGION TROPICAL

(en 106 moléculas cm-) )

Crutzen y Andreae, 1990

IMPORTANCIA• El ciclo hidrológico

IMPORTANCIA• Balance radiativo terrestre

CAPA DE OZONO

…nuestro escudo protector de la radiación ultravioleta (UV) solar

• Mediciones de la capa de ozono total desde 1964 (Station # 110)

CAPA DE OZONO

•El registro de más largo del Hemisferio Sur.

MEDICIONES DE OZONO TOTAL OBTENIDAS EN EL OBSERVATORIO DE HUANCAYO, PERU (1964-1992)

Espectrofotometro Dobson

UD

CAPA DE OZONO

• Mapa de ozono mundial del programa TOMS/NASA que muestra las mínimos valores de ozono en la región peruana

AGUJERO DE OZONO EN SUDAMERICA??

AGUJERO DE OZONO EN SUDAMERICA??

Los datos de Huancayo confirman la poca variabilidad de la capa de ozono, a excepción de la anomalía ocasionada por los restos de la explosión del volcán Pinatubo en Filipinas en 1991

Año

• Quién lo origina? EL SER HUMANO.EL SER HUMANO.

• Con qué? Compuestos clorados, CFCs, halones, Compuestos clorados, CFCs, halones, bromuro de metilo, etc.bromuro de metilo, etc.

• Porqué Los CFCs son insolubles y estables, y Los CFCs son insolubles y estables, y llegan hasta la estratósfera.llegan hasta la estratósfera.

• Porqué en los polos? Por los vientos dominantes.Por los vientos dominantes.

• Cuándo se presenta? Al inicio de la primaveraAl inicio de la primavera.

• Cuando termina? Con la llegada del verano.Con la llegada del verano.

EL AGUJERO DE OZONO

Cl + O3 ClO + O2

ClO + O Cl + O2 Resultado O3 + O O2 + O2

EL AGUJERO DE OZONOEl principal mecanismo de destrucción del ozono:

Tomado de (Crutzen, 2001)

EL AGUJERO DE OZONO

• Reacciones con: X = Halógenos, OH,NO X + O3 X.O + O2

X.O + O X + O2

Rx. Neta: O3 + O 2O2

• Reacción propuesta por (Molina y Molina, 1987)

ClO + ClO Cl2O2 + MCl2O2 + hv ClOO + Cl

ClOO + M Cl + O2 + M2(Cl + O3 ClO + O2)

Rx. Neta: 2O3 3O2

EL AGUJERO DE OZONO• La máxima extensión del agujero de ozono sobre la

Antártica el 2009 (24 millones km2, 17 September)

NASA Ozone Watch

EL AGUJERO DE OZONO• Hay cierto indicio de recuperación.

RADIACION UV

De niveles extremos en la región tropical

RADIACION UV

Cósmicos - Cósmicos - - x - x

Rayos

• Radiación solar recibida en la superficie de la Tierra.

RADIACION UV

• La radiación UV es solo el 0.5%0.5% de la radiación solar

– UV-C: 220 a 280 nm. Alta carga energética.

• Absorbida por la atmósfera (oxígeno, ozono).

– UV-B: 280 a 320 nm. Considerable carga energética.

• Relación estrecha con el ozono.

– UV-A: 320 a 340 nm. Baja carga energética.• Llega casi totalmente a la Tierra, da el color a la piel.

Mapa mundial de radiación UV

Radiación UV en el Perú

• La radiación UV de efecto en la piel recibida en Huancayo comparado con otras latitudes

Locación Latitud Flujo UV eritémico máximo diario (W.m-2)

Penang (Malasia)

Natal (Brasil)

Huancayo (Perú)

Estocolmo (Suecia)

Punta Arenas (Chile)

5.3ºN

6.0ºS

12.0ºS

59.4ºN

53.0ºS

0.30

0.30

0.35

0.14

0.07

RADIACION UV

En Punta Arenas, valor de 0,18 Wm-2 durante el agujero de ozono en Octubre 1992. Este valor es solo la mitad del flujo recibido en la región ecuatorial.

RADIACION UV EN HUANCAYO

• Debido a:– Ubicación ecuatorial 12ºS.– Altura de más de 3000

metros.– Poca protección de ozono.– Máxima irradiancia solar.

SIENDO DE LAS MAS ALTAS DEL MUNDO!!

• Consecuencias: – Conjuntivitis, catarata ocular.– Eritemas en la piel, quemaduras severas.– Altera el sistema inmunológico de las personas.– Destrucción de células genéticas!!!.– Aumento en el riesgo de cáncer (melanomas).– Disminución de la fotosíntesis en las plantas.– Impide el crecimiento del fitoplancton en los océanos.– Deterioro de materiales: plásticos, papeles, pinturas, etc.– Reacciones fotoquímicas: promueve el “smog”

RADIACION UV

RADIACION UV

EXTREMO

MUY ALTO

ALTO

MODERADO

BAJO

• Modelización del Indice UV (que permite calcular el tiempo de exposición máxima al Sol y no sufrir quemaduras)

ESTUDIOS PREVIOS RADIACION UV

• Alta intensidad (de las más altas del mundo)

• Aumento en el riesgo de sufrir cáncer de piel y cataratas ocular.

• REDUCIR EL TIEMPO DE EXPOSICION AL SOL!!!!

INDICE UV

RADIACION UV• Dosis mensual de radiación UV eritemica en Huancayo

LLUVIAS ACIDAS

LLUVIAS ACIDAS

• Reacciones básicas para formar:– Acido sulfúrico:

• SO2 + OH SO3 + H

• SO3+ H2O +H2SO4

– Acido nítrico:• Diurno: NO2 + OH HNO3

• Nocturno: NO2 + NO3 N2O5 + H2O 2HNO3

•La lluvia tiene una acidez “natural” de cerca de 5.6, debido a la presencia del acido carbónico (CO2 disuelto), sin embargo, valores menores son causados, principalmente, por los acido sulfúrico y nítrico.

• Mediciones en el Observatorio de Huancayo desde Oct. 1989 a Dec. 1992

• Posible influencia de la planta metalúrgica de La Oroya y de actividades de quema de vegetación.

LLUVIAS ACIDAS

Frecuencia de lluvias acidas 2000. (Tazza y col., 2002)

LLUVIAS ACIDAS

Tesis de grado FIQ – UNCP (Tapara y Quijada, 2004)

Dispersión de SO2 en La Oroya

LLUVIAS ACIDAS

(Carmichael, y col., 2003)

Frente a esta gran contaminación, por actividades

metalúrgicas, por SO2; cual será su cual será su

efecto en el efecto en el clima, cuando clima, cuando los sulfatos los sulfatos

(SO(SO44==) son los ) son los

principales principales núcleos de núcleos de

condensación condensación para la para la

formación de formación de nubes???nubes???

(Carn et al., 2008)

SO2 EN JUNIN

• La gran emisión de SO2 de La Oroya ocasiona cambios en zonas aledañas, cuáles son las más afectadas?

Uni

dade

s D

obso

n (D

U)

CAMBIO CLIMATICO

… es, principalmente, debido al cambio en la composición química

de la atmósfera

CAMBIO CLIMATICOLa autoridad más autorizada en el tema, el Panel Intergubernamental de cambio climático IPCC, en su cuarto informe de evaluación del 2007, dice:

– La temperatura media mundial de la superficie ha aumentado de 0,6°C aproximadamente en el siglo XX.

– El nivel medio del mar en todo el mundo ha subido y el contenido de calor de los océanos ha aumentado.

– La extensión del hielo y de la capa de nieve han disminuido.Concluyendo que:– Es muy probable (90%) que el hombre haya sido el culpable del

calentamiento de los últimos 50 años.Pero notando la diferencia del Tercer informe de evaluación 2001 (TIE):Hay nuevas pruebas más fehacientes de que la mayor parte del

calentamiento observado en los últimos 50 años se debe a las actividades humanas.

Pero notando la diferencia del Segundo informe de evaluación 1995 (SIE):“El balance de las pruebas indica una influencia humana apreciable en el clima

mundial”.

CAMBIO CLIMATICO• Asumiendo equilibrio térmico y que la energía solo se intercambia por

radiación Ein = Eout– Flujo de radiativo de onda corta proveniente del Sol sobre la Tierra:

• S0 = 1368 W/m2 = Constante solar• A = 0.3 = Albedo de la Tierra• Re = 6740 Km = Radio de la Tierra

– Flujo de energía de onda larga saliente emitido desde la Tierra:

• ε ~ 0.9 …1.0 = Constante solar• σSB = 5,67x10-8 Wm-2K-4 = Albedo de la Tierra• Te = Temperatura en la superficies de la Tierra sin

atmósfera

• Dando como resultado Te = 255 k = -18 ºC pero nuestra temperatura promedio es ~ 15 ºC. Este es el efecto invernadero natural!!

Perforaciones hasta 3,5000 metros de profundidad en Vostok y Dome C (Antarctica):

(Petit et al., 1999)

CAMBIO CLIMATICO

T = f(CO2) o CO2 = f(T) ?

CAMBIO CLIMATICO• Variaciones de la temperatura de la superficie de la

Tierra en:

(IPCC, 2001)

CAMBIO CLIMATICO

(NASA, GISS, 2002)

•Variaciones de la temperatura en la región tropical:

CAMBIO CLIMATICO

• Cambios acelerados en la composición química de la atmósfera.

(IPCC, 2001)

• Variaciones de la composición química de la atmósfera: de los gases de efecto invernadero.

CAMBIO CLIMATICO

(IPCC, 2007)

•Existen muchos factores que alteran el clima y también mucha incertidumbre

CAMBIO CLIMATICO: vulnerabilidad

EL NIÑO 97-98 FRIAJES 2002

El Niño es el principal factor de alteración de la costa peruana y

produce severos desastres durante su aparición.

Una severa disminución de la temperatura del aire, la cual produce muchas pérdidas,

especialmente en las regiones del sur Andino

Parque Central, Puno, Julio 10 2002.

Reducción de nieve y cubierta de hielo en el Nevado del Huaytapallana desde 1962 a 1997 en 41,8%. (CONAM, 1999).

Incremento de temperatura??

CAMBIO CLIMATICO: mediciones

(CMDEI, Japón)

EVALUACION: VALLE DEL MANTARO

CAMBIO CLIMATICO: mediciones

• Datos de Huayao: ~1.3°C en los últimos 50 años.• Posible reducción de heladas: menos daño agrícola??, menos daño agrícola??,

menos mortalidad infantil por frío??menos mortalidad infantil por frío??• Reducción de Huaytapallana: 530 Ha y “subió” 54 m.• Aun no claro efecto en las lluvias, pero menos agua por pero menos agua por

mala gestión o por el clima??mala gestión o por el clima??• No hay evidencia sobre incremento de plagas o

enfermedades tipo vector: p.ej., malaria.• Que nos espera frente a ello?? Leer Estrategia regionalEstrategia regional

URGE ADAPTARNOS!!!

Escala local, regional y global

EFECTOS DEL FUEGO EN LA COMPOSICIÓN

QUÍMICA DE LA ATMÓSFERA

Foto: Dr. Meinrat Andreae

Quema de vegetación

QUEMA DE VEGETACION• Severa alteración de la calidad del aire

Foto: Dr. Schwela,OMS)

QUE EMITE LA QUEMA DE VEGETACION?

• CO2 – (de importancia climatica solo cuando no hay

nuevo crecimiento - .p.ej., deforestación)

• NOx, CO, CH4, otros hidrocarburos– Ingredientes del smog fotoquímico (ozono smog fotoquímico (ozono

troposférico)troposférico) así como gases de efecto invernadero

• Hidrocarburos halogenados (p.ej. CH3Br)– Afectan la capa de ozono

• Aerosoles (material particulado)– Dispersan y absorben la luz, son nucleos de nucleos de

condensacion de nubescondensacion de nubes

• Y muchos mas!!

INCENDIOS PERU VS. BRASIL VS BOLIVIA

Importante cantidad de contaminación producida por la quema de vegetación principalmente en Brasil.

Pixeles de fuego obtenidos con el satélite NOAA de 1999 a 2008 (de DSA/INPE)Notar escala logarítmica!!!

TRANSPORTE REGIONALTRANSPORTE REGIONAL

Campos de viento a 700 hPa del análisis global de NCEP global para un día típico con vientos en

dirección oeste.

OZONO TROPOSFERICO• Alteración de la atmósfera tropical debido a la quema

de vegetación amazónica Satelite MOPITT

OZONO TROPOSFERICO• Variación mensual de ozono troposférico (en Unidades Dobson, UD) en la Amazonia

y quemas de vegetación en Brasil (focos de calor detectados por satélite)

2003

2002

2004

Incendios en Brasil

(Castillo y Granda, 2005)

Un

ida

de

s D

bs

on

(U

D)

Variación latitudinal de la concentración

de ozono troposférico en

la región peruana

AEROSOLES (material particulado)

Nucleación, condensación, crecimiento Generación mecánica

Partículas ultrafinas

Partículas finas

Partículas gruesas

AEROSOLES (material particulado)

• Comparación de tamaños: aerosoles (CCN), gotas de nube y gota de lluvia

AEROSOLES Y CAMBIO CLIMATICO

(IPCC, 2007)

•Existen muchos factores que alteran el clima y también mucha incertidumbre

AEROSOLES EN LOS ANDES

(Marín y Carrillo, 2006)

VARIACIÓN ESPACIAL DE AEROSOLES

No solo hay transporte

de contaminaci

ón desde Brasil

Incendios en Bolivia

(Septiembre 2005)

TRAYECTORIA DE VIENTOS

• Fuerte influencia de las quemas ocasionadas en la region de Brasil y Bolivia

GESTION AMBIENTAL

MEDICIONES EN LA ANTARTICA• Monitoreando capa de ozono, radiación UV y aerosoles

en la Estación Antártica Peruana, 2008. Machu Picchu

… EL PROBLEMA ES QUE…

¿¿¿Es el hombre piloto de la nave Tierra, o a la fuerza

(sin saber manejar) está tomando el control????!!

BIOSFERA - CLIMAEl gran reactor de la región tropical: natural

BIOSFERA - CLIMAEl gran reactor de la región tropical: alterado

Modelos conceptuales de deforestación en Modelos conceptuales de deforestación en la precipitación - Avissar et al, 2002la precipitación - Avissar et al, 2002

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

0 20 40 60 80 100Def orestation (%)

Rel

ativ

e Pr

ecip

itat

ion

Bosque Pastos

Caatinga

Cerrado

CerradoOceano

Atlântico

Pacífic Ocean

P pasture - P forest ( annual, in mm)

EFECTOS A GRAN ESCALA DE LA DEFORESTACION

Rocha, 2001.

Resumen de simulaciones numéricas de la deforestación• 1 a 2.5 C incremento de temperatura de superficie (verificado por observaciones! )• 15% a 30% disminución de evapotranspiración (verificado por observaciones! )• 5% to 20% disminución de lluvias (observaciones inconclusas!)

PERSPECTIVAS• Estrategia regional para el cambio climático y Grupo

Técnico: en procesoen proceso• Acuerdo internacional con la NASA para instalación

de fotómetro solar (red AERONET) en el Observatorio de Huancayo. Aprobado.Aprobado.

• Estudios de la composición física y química de los aerosoles. Rol en el clima: en proceso.en proceso.

• Medición de la emision de compuestos naturales, compuestos orgánicos volátiles, (BVOCs): en procesoen proceso

• Continuación de las investigación de la atmósfera en la Estación Antártica Peruana: en procesoen proceso

MENSAJE FINAL

“ “ Debido a la escasa Debido a la escasa información y a los rápidos información y a los rápidos cambios que suceden en la cambios que suceden en la región tropical, es muy región tropical, es muy importante que los importante que los esfuerzos de investigación esfuerzos de investigación se intensifiquen. se intensifiquen. Particularmente importante Particularmente importante será la participación de será la participación de científicos de estas científicos de estas regiones”regiones” Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2001. 29: 17-45

•Dr. Paul Crutzen, Nobel 1995:

PRINCIPALES PRINCIPALES PROBLEMAS DE PROBLEMAS DE

CONTAMINACION DE CONTAMINACION DE LA ATMÓSFERALA ATMÓSFERA

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