Introducción y objetivos

Durante el período de confinamiento obligatorio por la pandemia de COVID-19, se registró una reducción sustancial en las emisiones de contaminantes atmosféricos en el área metropolitana de la ciudad de México (AMCM), un fenómeno que fue reportado en muchas otras ciudades en todo el mundo. Los datos recogidos entre el 1 de marzo y el 31 de mayo por el sistema RAMA (Red Automática de Monitoreo Atmosférico) mostraron una clara disminución en las concentraciones horarias de óxidos de nitrógeno (NOx) y de dióxido de nitrógeno (NO₂), coincidente con la reducción de las actividades urbanas. No se registró, sin embargo, reducción en las concentraciones de ozono, y no fue posible estimar los cambios en la concentración de compuestos orgánicos volátiles (COV), debido a que no fueron medidas en forma sistemática.

La contaminación atmosférica predispone a las infecciones respiratorias. Se calcula que el 95% de la población mundial respira aire insalubre. Se ha reconocido que el contenido de ozono en el AMCM es sensible a las concentraciones de COV, que a su vez influyen las de NOx y de NO₂.

El coronavirus SARS-CoV-2 apareció en China en diciembre de 2019, se expandió rápidamente a escala mundial y fue declarado pandemia global por la OMS unos meses después. México tomó medidas de aislamiento preventivo y de restricción de la circulación de personas y de vehículos, lo que modificó el patrón de emisión de gases en el AMCM. Se detectó reducción en las concentraciones atmosféricas de SO₂, CO, NOx y COV relacionadas con la emisión de gases del transporte automotor, mientras que las emisiones relacionadas con la energía domiciliaria aumentaron. Los datos satelitales sobre la densidad del formaldehído (HCHO) y del NO₂ han sido empleados como indicadores de las emisiones regionales de COV. La formación del ozono se lleva a cabo a través de procesos fotoquímicos no lineales complejos, controlados en gran parte por las emisiones de COV y de NOx. Las acciones para reducir la emisión de NOx provenientes de las fuentes principales disminuyen las concentraciones de ozono troposférico en áreas limitadas por los NOx, pero las incrementan en las áreas limitadas por los COV. Por otro lado, las estrategias de control de la emisión de COV tienen el efecto opuesto sobre las concentraciones de ozono (disminuyen en las áreas limitadas por COV, aumentan en las áreas limitadas por NOx).

En este estudio naturalista observacional, los investigadores analizaron los cambios en las emisiones de contaminantes detectados en la ciudad de México durante el aislamiento preventivo por la pandemia de COVID-19, y trataron de generar una explicación para la ausencia de disminución del ozono durante ese mismo período.

Métodos

El sistema de monitoreo RAMA tiene en México 22 estaciones que proveen información horaria sobre distintos datos atmosféricos (velocidad y dirección del viento, humedad relativa, presión atmosférica, temperatura, nivel de rayos ultravioletas). Los datos generados por el sistema RAMA durante el período de confinamiento (1 de marzo a 31 de mayo de 2020) fueron comparados con los datos de 2018 y 2019. Se compararon además las concentraciones horarias promedio de NOx, NO₂, CO y ozono.

La hipótesis nula de los investigadores fue que no había diferencias entre las medias de las medianas de los indicadores seleccionados, entre ese período de 2020 y los años 2018 y 2019. La hipótesis alternativa fue que las medias de los indicadores eran diferentes. Los indicadores seleccionados fueron las concentraciones de ozono y de NOx. Se realizó una prueba de la t bilateral, con la introducción de varianzas iguales o no iguales, según el resultado de la prueba de la F; se fijó un valor de p = 0.05.

Los datos satelitales fueron tomados del sistema TROPOMI, instalado a bordo del satélite Sentinel-5 Precursor, que orbita alrededor de la Tierra y provee cobertura global. Los datos poblacionales fueron obtenidos del censo de 2010 y extrapolados con los registros de contaminantes atmosféricos.

Resultados

Se registró una reducción de alrededor del 9% en el pico de NOx entre 2019 y 2018 (p = NS); el pico para 2020 fue 30% menor que los valores promedio de los dos años previos (p < 0.05). El perfil del ozono, sin embargo, no mostró diferencias entre 2018 y 2020, excepto un pequeño aumento nocturno, atribuido a la menor emisión de NOx durante la noche (p = NS).

El porcentaje de cambio para las medianas de CO y de NOx en 2020 fue significativamente mayor que el observado en los años previos. La diferencia para los NOx fue mayor que para el CO. Dado que se asumió que la presencia de CO podía considerarse un criterio indirecto de la emisión de COV, el pequeño cambio en el CO ambiental puede ser interpretado como que no hubo incremento importante en la combustión incompleta en el AMCM durante el período estudiado.

Además de los NOx y del CO, fueron analizados otros contaminantes atmosféricos. El promedio del pico de concentración de partículas de materia de 2.5 μ (PM_2.5) durante 2018 y 2019 fue de 32 μg/m³, mientras que el promedio equivalente para el año 2020 fue de 25 μg/m³, lo que representa un descenso de 13 por ciento. En 2020 se observaron también disminuciones de las concentraciones de SO₂ (3.7 ppb frente a 2.9 ppb), y se registró una reducción del 7% en la emisión de HCHO, considerada un criterio indirecto de emisión de COV.

Discusión y conclusiones

El AMCM está entre los diez conglomerados urbanos más grandes del mundo. Sus habitantes están expuestos diariamente a alta contaminación atmosférica al aire libre. El AMCM está localizada en una región tropical (19° Norte) y a una altura de 2240 metros sobre el nivel del mar, lo que genera condiciones de alta radiación y lleva a la formación fotoquímica de ozono. Una de las reacciones clave en la formación de ozono en la troposfera es la fotodisociación del NO₂. La frecuencia de la fotólisis depende del flujo actínico solar, que a su vez depende de las condiciones ópticas locales, sobre las cuales influyen los gases y las partículas presentes en el aire.

La pandemia de COVID-19 brindó la ocasión de un estudio naturalista de observación a gran escala, en el cual pudieron estimarse los cambios en la emisión de gases en una gran metrópoli, así como las modificaciones producidas en la contaminación atmosférica.

Los autores postulan que las condiciones creadas por el confinamiento preventivo en el AMCM, con suspensión de actividades no esenciales y prohibición de circulación de vehículos, desplazó la relación COV/NOx por disminución en la emisión de COV. La química de la formación del ozono sigue el diagrama de isopletas propuesto por el sistema EKMA (empirical kinetic modeling approach), que se construye de acuerdo con la densidad urbana y las horas del día. Se asume que durante el confinamiento el uso doméstico de energía para la preparación de alimentos aumentó, pero no en la magnitud necesaria para compensar la disminución global de la emisión de otras fuentes, especialmente los COV provenientes de la combustión de la gasolina.

Los autores opinan que para desarrollar estrategias efectivas para la reducción del ozono atmosférico se deben entender las complejas relaciones entre el ozono, los COV y los NOx en las emisiones urbanas y rurales. La falta de datos precisos sobre los COV en el aire ambiente del AMCM y en áreas circundantes, así como la escasez de equipos estandarizados para medición de COV, son barreras para definir políticas de intervención focalizadas en la calidad del aire ambiente. La mayor parte de la ciudad de México vive en un sistema limitado por la emisión de COV, es decir, la formación de ozono es un régimen sensible a los COV, donde un incremento en los COV lleva a un aumento en la concentración de ozono, mientras que un incremento en los NOx se manifiesta por una disminución en las concentraciones de ozono. El régimen de ozono limitado por los COV tiene lugar con frecuencia en atmósferas sobre áreas urbanas densamente pobladas.

En conclusión, las altas concentraciones usuales de ozono en la ciudad de México no pueden ser atribuidas completamente solo al transporte ni al tipo de gasolina utilizada, sino que proviene de otras fuentes que deben ser tenidas en cuenta para las políticas de control de emisión de gases.