22 de enero de 2025

   CENIZA VOLCÁNICA II

Riesgos para la salud de la ceniza volcánica

Por lo general, el tamaño de las partículas suspendidas en el aire, que son inhaladas, se encuentra directamente vinculado con el potencial para provocar problemas de salud. Las pequeñas partículas de menos de 10 micrómetros (µm) de diámetro (fracción llamada PM10) suponen los mayores problemas, ya que pueden alcanzar la profundidad de los pulmones. De ellas, las partículas de tamaño igual o inferior a 2.5 µm (fracción PM2.5) son las más peligrosas porque pueden llegar a los bronquiolos y alvéolos pulmonares. Por esta razón también se llaman fracción respirable . Las partículas igual o inferiores de 0.1 µm pueden incluso llegar al torrente sanguíneo.

La exposición a partículas volcánicas puede afectar tanto a los pulmones como al corazón. Múltiples estudios científicos han vinculado la exposición a la contaminación por partículas a una variedad de problemas de salud, que incluyen muerte prematura en personas con enfermedades cardíacas o pulmonares, infartos de miocardio no mortales, arritmias cardíacas, agravamiento del asma, función pulmonar reducida por las reacciones inflamatorias, síntomas respiratorios aumentados, como irritación a las vías respiratorias, tos o dificultad para respirar (síndrome de silicosis).

Según los riesgos para la salud humana, el material particulado suspendido en el aire (aerosol) se distribuye en tres fracciones:

Fracción inhalable : PM totales que entran el sistema respiratorio. Incluye las otras dos fracciones. Las mayores de 10 µm depositan mayoritariamente en el moco y la saliva de las vías superiores nasofaringeas para ser posteriormente ingeridas. Si las PM son insolubles (caso de la ceniza volcánica) pasan por el sistema digestivo sin mayores consecuencias.

Fracción torácica : Son las PM10. Superan las vías superiores nasofaringeas y llegan al sistema muco-ciliar torácico. Las PM más grandes de esta fracción impactan en las paredes de los conductos respiratorios y son transportadas a las vías superiores por el sistema muco-ciliar. Posteriormente son ingeridas.

Fracción respirable : Son las PM2.5. superan al árbol traqueobronquial y penetran en las vías no ciliadas y los espacios alveolares. Son las más peligrosas porque, al no poder ser expulsadas por el sistema muco-ciliar, pueden inducir una respuesta inflamatoria de cuerpo extraño (granuloma) que puede llegar a comprometer la función respiratoria. La cronificación de la inflamación puede llevar a neumonía, bronquitis crónica o EPOC. Las PM0.1 pueden atravesar la pared alveolar para entrar en la circulación sanguínea, provocando enfermedades cardiovasculares descritas más arriba.


 

Fracciones del material particulado ( Fuente )


 Debe aclararse que el tamaño de las partículas corresponde al llamado diámetro aerodinámico. Éste es un concepto asociado al comportamiento en el aire de objetos de forma no necesariamente esféricas. El diámetro aerodinámico es el diámetro de una hipotética esfera de densidad 1g/cm3 que tenga la misma velocidad final que la partícula, bajo las mismas condiciones de temperatura, presión y humedad relativa.

Éste es un aspecto importante porque la capacidad irritativa de una partícula respirada depende mucho de la forma de esta partícula. Por ejemplo, en la asbestosis (por inhalación de asbesto) la forma de espículas de las partículas hace muy difícil su aislamiento y expulsión por los mecanismos normales, contribuyendo a la gravedad de la enfermedad, a pesar de que el diámetro aerodinámico pueda ser pequeño. Por tanto, en el caso de la ceniza volcánica no sólo es importado el tamaño sino también la forma. La continua inhalación de material cristalino de sílice puede dar reacciones típicas asociadas a la silicosis.

La exposición a la contaminación por partículas tiende a afectar mayoritariamente a personas con enfermedades cardíacas o pulmonares, niños y adultos mayores.

En cuanto a los límites tolerables de contaminación por material particulado, la Organización Mundial de la Salud ( OMS-WHO, 2021 ) revisó en 2021 la evidencia epidemiológica reciente y actualizó los límites de material particulado inhalable.

En el resumen ejecutivo del documento WHO global air quality guidelines , las OMS fija los siguientes límites:

 


Donde AQG ( Air Quality Guideline ) es un nivel para arriba del que existen importantes riesgos para la salud de los humanos. Peer tanto, ese nivel vendría a ser el máximo deseable. Los objetivos intermedios ( Interim Targets ) son niveles provisionales que tienen como finalidad dar información sobre el estado del control de contaminados en un momento y lugar determinados. Estos niveles son aceptados por la UE. La norma mexicana NOMBRE-025-SSA1-2014 fija los siguientes valores límite de PM:

-Partículas menores a 10 micrómetros (PM10): 75 µg/m3, como promedio de 24 horas

-Partículas menores a 2.5 micrómetros (PM2.5): 45 µg/m3, como promedio de 24 horas

Así pues, en cuanto a los niveles de la OMS, los niveles permisibles de la legislación mexicana estarían en el rango 3 de niveles provisionales para PM10, mientras que para PM2.5 estarían en el rango 2.

La legislación mexicana data de 2014. Sería deseable que recogiera los niveles recomendados de la OMS a 2021. Sin embargo, en las proximidades de volcanes como el Popocatépelt será difícil (para no decir imposible) alcanzar los niveles AQG recomendados por la OMS.

20 de enero de 2025

 CENIZA VOLCÁNICA I

Análisis de la ceniza volcánica del Popocatépelt

La ceniza volcánica es una composición de partículas de roca y mineral muy finas (de menos de dos milímetros de diámetro) eyectadas por una abertura volcánica.

Hay tres mecanismos de formación de la ceniza volcánica:

1.-Liberación repentina de gases atrapados que al descomprimir provocan erupciones magmáticas.

2.-Contracción térmica debida a erupciones en agua o hielo.

3.-Eyección de partículas arrastradas durante las erupciones de vapor causando erupciones freáticas.

El mecanismo de emisión de ceniza del volcán Popocatépelt es del tercer tipo: Eyección (exhalación) de partículas de ceniza, arrastradas por gases (SO 2 ) y vapor de agua.

Los aspectos generales de la ceniza volcánica se pueden consultar aquí y aquí .


 -El volcán Popocatépelt

El Popocatépetl es un volcán activo ubicado en el centro de México, específicamente entre los estados de Puebla, Morelos y el Estado de México. Su nombre proviene del náhuatl y significa “montaña que humea” puesto que periódicamente registra emisiones de gases, cenizas y erupciones diversas.

El volcán Popocatépetl se ubica a una distancia de 40 km al oeste de la ciudad de Puebla.


 

Volcán Popocatépelt


 

Situación del Popocatépelt (Google Maps)


 Los patrones de las corrientes de viento y la dirección de propagación de la pluma de contaminación tienen un papel muy importante en la distribución de los productos piroclásticos del volcán, la cual aumenta el alcance de la pluma de contaminación que pudiera afectar a la salud humana y ecosistema . La caída del material particulado se deposita sobre las hojas de las plantas y árboles, provocando la inhibición de la transpiración y disminución de la fotosíntesis, afectando la nutrición de las plantas. En el suelo causa cambios físico-químicos, modificando su composición, incrementando elementos inorgánicos, la conductividad y modifica el pH con tendencia a alcalino, disminuyendo la disposición de nitrógeno y fósforo, alterando sus procesos biológicos ( Santamaría-Juárez et al., 2022 ).


 -Análisis microscópico de la ceniza

La muestra de ceniza analizada fue recogida a mediados de diciembre de 2024.

La ceniza volcánica se compone de dos tipos de fragmentos, los amorfos (cristales) y los cristalinos.

Estudios realizados en ceniza en el período 2016-2019 mostraron que los principales constituyentes químicos de la ceniza eran en un 60% óxidos de silicio.

Plagioclasas : Son estructuras cristalinas de óxido de silicio. La estructura cristalina está formada por tetraedros de SiO 4 donde algunos aniones de Si se sustituyen por cationes de Al. En los huecos entre los tetraedros se ubican los cationes de Na+ y de Ca 2 . Como se verá más abajo, las plagioclasas, por tener estructura cristalina, se ven brillantes con luz polarizada.

Piroxeno : Tienen una estructura común que consiste en cadenas simples de tetraedros de sílice. Su fórmula general es XY(Si, Al) 2 O 6 , donde "X" representa calcio, sodio, hierro2+, manganeso, litio o magnesio, y "Y" representa iones más pequeños como el cromo, aluminio, hierro2+, hierro3+, magnesio, manganeso o titanio. Los piroxenos férricos son negros

Cristobalita : Es un óxido de silicio microcristalino. Su color depende de las impurezas, que pueden ser hierro, calcio, aluminio, potasio, sodio, titanio, manganeso, magnesio y fósforo.

- Cristales amorfos blancos, verdosos o marrones. Son óxidos de silicio sin estructura cristalina. Los colores son dados por las impurezas, como en el caso de la cristobalita.

La ceniza de las muestras recogidas presentan estructura similar a la descrita. La fotomicrografía muestra un detalle de la ceniza a pequeño aumento.

 

Ceniza volcánica a pequeño aumento (40x aprox.)


A pequeño aumento (40x, aprox.), se observan partículas heterogéneas más bien pequeñas, de tamaño igual o inferior a 100 micrometros (0.1 mm o 100 µm). Destacan las partículas de negros grandes, aunque también existen partículas grandes de material blanquecino, probablemente de plagioclasa.   Así pues, el color gris de la ceniza bien dado por material particulado mayoritariamente blanquecino, mezclado con piroxenos negros.

Además, se puede ver cómo el material blanquecino puede ser amorfo o cristalino. El material cristalino (posiblemente plagioclasa) brilla con luz polarizada, presentando a menudo iridescencias (ver imágenes siguientes). Las partículas blanquecinas que no destacan con luz polarizada son posiblemente óxidos de silicio amorfos (cristales). 



   Imagenes con luz normal y con luz polarizada  (200x, aprox.)