Área de estudio y muestreo

La ciudad de Ensenada, Baja California, se ubica en la costa del Pacífico norte mexicano; tiene una altitud de 20 m, cuenta con un clima seco templado, y los vientos soplan de forma persistente con una dirección predominante hacia el sur-sureste. Las principales actividades económicas son el turismo, la agricultura y la pesca (^{Castro & Martínez, 2010}).

Ochenta y seis muestras de polvo urbano se colectaron sobre cemento, asfalto y suelo en una superficie de 1 m2. Para ello, la ciudad se dividió en una rejilla rectangular y se muestreó en el centro de cada cuadro interno de la rejilla. La cantidad de muestra dependió de la cantidad de polvo urbano encontrada en cada metro cuadrado. Las muestras se depositaron en bolsas de plástico (propileno), se etiquetaron y georreferenciaron con ayuda de un GPS (GARMIN, GPSmap 76, España). Las muestras se secaron durante dos semanas en un almacén a temperatura ambiente y en ausencia de luz; posteriormente, se tamizaron con una malla (2 mm de luz) para eliminar partículas mayores, y se molieron en un mortero de ágata hasta su pulverización (aproximadamente 2 μm).

Análisis químicos

Se elaboraron pastillas a partir de 0.4 g de muestra de polvo urbano. La muestra se colocó en un dado de 5 mm de diámetro y se comprimió a 4,000 psi de presión durante 2 min, sin algún tratamiento químico o aglutinante. Las pastillas se colocaron en portamuestras y se sellaron con una película de Mylar.

Las concentraciones de los metales Cr, Pb, V, Rb, Cu, Zn y Ni se determinaron en un equipo de fluorescencia de rayos X por energía dispersa (FRX-ED) en un espectrómetro (Jordan Valley EX-6600, EUA) equipado con detector de Si (Li), con área activa de 20 mm2 y resolución de 140 eV a 5.9 keV, operado a un máximo de 54 keV y 4,800 μA (^{Beckhoff, Kanngießer, Langhoff, Wedell, & Wolff, 2007}; ^{Fitton, 1997}; ^{Ihl et al., 2015}). Los análisis se realizaron en el laboratorio del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados de la Unidad Mérida en Yucatán. Se utilizaron patrones de estándares geológicos y edáficos (^{Khodeir et al., 2012}; ^{Lozano & Bernal, 2005}) para asegurar la calidad de los datos.

Análisis de datos

Con las concentraciones de Cr, Pb, V, Rb, Cu, Zn y Ni se calcularon la estadística descriptiva y análisis de varianza, para comparar las medianas con el método de ^{Kruskal-Wallis (Kruskal & Wallis, 1952}). El análisis se hizo para cada elemento y para cada tipo de sustrato de donde se obtuvo la muestra.

Una base de datos georreferenciada se creó con los resultados obtenidos de las concentraciones de MP. Los datos geoestadísticos se analizaron con el programa GS+ (^{Gamma Design Software, 2006}); posteriormente, se hizo un análisis exploratorio de datos, una autocorrelación espacial y, por último, se hicieron semivariogramas, a partir de la siguiente ecuación:

γh=12n ∑i=1nZxi-Zxi+h2

Los modelos experimentales se ajustaron a los modelos lineal, exponencial, esférico o Gaussiano, según el caso. Se utilizó krigin ordinario como método de interpolación; los valores de la interpolación se llevaron a un sistema de información geográfica, para la elaboración de los mapas de isolíneas de concentración de Cr, Cu, Zn, Ni, Rb, Pb y V. Para cada metal se definieron cinco clases de concentración; la clase de mayor concentración de cada metal se utilizó para hacer una sobreposición de mapas, con la idea de integrar la información espacialmente. La leyenda del mapa se compone de las intersecciones de las clases de mayor concentración; a mayor número de elementos por clase, mayor prioridad de atención por parte de las autoridades locales responsables. Los mapas se realizaron con el software ArcGIS 10.1 (^{Environmental Systems Research Institute [ESRI], 2004}) con un datum de referencia horizontal y el Sistema Geodésico Mundial 84 (WGS84).

Concentración de metales pesados por sustrato

El Cuadro 1 muestra las concentraciones de MP en los polvos urbanos y algunos valores de referencia establecidos por la Norma Oficial Mexicana NOM-147- SEMARNAT/SSA1-2004 (^{Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales [SEMARNAT], 2007}). La Norma Oficial Mexicana (NOM-147-SEMARNAT/SSA1-2004) toma como base las Normas de la Agencia de Estados Unidos para la Protección del Medio Ambiente (United States Environmental Protection Agency [US-EPA], 2004). Los valores de referencia del Ni (1,600 mg∙kg-1) y Pb (400 mg∙kg-1) son superiores a los valores obtenidos en las muestras de Ensenada. Acorde con los resultados, 36 sitios correspondientes al 41.4 % de las muestras de polvo urbano exceden el valor de referencia del V (78 mg∙kg-1). El V es un contaminante que se encuentra en los derivados del petróleo y en los catalizadores que lo automóviles utilizan para la disminución de la emisión de gases; sin embargo, el metal, al ser inhalado, puede causar afecciones severas en la salud, por lo que es necesario instrumentar medidas de saneamiento.

Las concentraciones de Cr, Cu, Ni, Pb y Zn fueron significativamente diferentes entre los polvos urbanos que se tomaron en los diferentes sustratos (P < 0.01). De acuerdo con la Figura 1, las muestras colectadas sobre cemento tuvieron las concentraciones mayores de Cu y V. Las muestras colectadas sobre asfalto fueron las más contaminadas, pues presentaron las concentraciones mayores de Cr, Ni, Pb y Zn, mientras que las muestras colectadas sobre suelo tuvieron las concentraciones más altas de Rb.

Figura 1 Contenido de metales pesados en polvos urbanos de Ensenada, Baja California. 

Las vialidades principales se encuentran asfaltadas y es donde se encuentra la mayor afluencia vehicular, la cual produce mayor quema de gasolinas, desgastes de motores, balatas, asfalto y emisiones de cenizas, ocasionando que el polvo urbano acumule concentraciones mayores de P. Las zonas residenciales comúnmente cuentan con vialidades secundarias y terciarias que en su mayoria tienen piso de cemento, mientras que las zonas periurbanas y agrícolas concentran vialidades de terracería que en muchos casos son suelos sin recubrimiento y que no cuentan con altas concentraciones de MP.

Distribución espacial de los metales pesados

Se obtuvieron modelos de distribución espacial del tipo exponencial, esférico y gaussiano con valores de r2 de entre 0.63 y 0.96, lo cual indica que hubo un alto grado de ajuste entre los modelos teóricos y los experimentales, principalmente para Pb, Rb y Ni. La explicación de la varianza estructural presentó valores de 79 a 92 % con una varianza al azar nugget (Co) pequeña entre 8 y 21 %, por tanto, los modelos seleccionados fueron adecuados para la interpolación de datos (Cuadro 2; Figura 2).

Figura 2 Modelos de variogramas con kriging ordinario en concentraciones de metales pesados (Pb, Rb, Ni, Cu, Cr, Zn, V) en polvos urbanos de Ensenada, Baja California. 

Los mapas de las Figuras 3 y 4 muestran que la zona suroeste de Ensenada contiene las concentraciones más altas de Pb, Zn, Cu y Ni, específicamente las zonas cercanas al puerto, mientras que las altas concentraciones de Cr se presentan hacia el norte. El V presenta altas concentraciones al norte, noroeste, oeste y en una pequeña área al sur cerca del puerto. La Figura 5 muestra que hay altas concentraciones de Rb al este y norte de la ciudad. Las muestras de polvo urbano presentan altas concentraciones de Pb, Zn, Cr, Cu y Ni en los suelos industrial y comercial, cercanos al puerto y al paso de la carretera transpeninsular (Figuras 3 y 4). El Cuadro 3 reporta que los MP que presentaron altos porcentajes de superficie contaminada, teniendo en cuenta el quintil mayor, son Cr, Zn y Cu.

Figura 3 Distribución espacial de las concentraciones de Plomo, Zinc y Cromo en polvo urbano de Ensenada, Baja California. 

Figura 4 Distribución espacial de las concentraciones de Cobre, Níquel y Vanadio en polvo urbano de Ensenada, Baja California. 

Figura 5 Distribución espacial de las concentraciones del Rubidio en polvo urbano de Ensenada, Baja California. 

En el mapa de la Figura 6 se integran las clases de mayor concentración para cada metal y el Cuadro 4 reporta las superfices de integración con los intervalos de mayor concentración para cada metal pesado. La superficie en la que coinciden cinco elementos ocupa una superficie de solo 1.98 %, posteriormente se formaron tres clases de tres metales pesados con superficies de 5.99, 3.89 y 9.4 %. En total, 21.26 % de la superficie del área de estudio requiere atención a corto plazo para la mitigación de contaminantes.

Figura 6 Mapa en el que se integran las clases de mayor concentración de los metales pesados en el polvo urbano de Ensenada, Baja California. 

Los niveles de contaminación no sobrepasan la NOM- 147 en el caso del Pb y Ni; sin embargo, las autoridades deben estar alertas porque si consideramos las diferencias entre las clases del quintil menor (niveles de fondo o naturales) y el quintil mayor, mostrados en los mapas, se encuentran lugares con concentraciones de MP por arriba de los niveles de fondo ocupando pequeñas superficies.

En cuanto al Cr y Zn no hay un umbral de contaminación en la NOM-147; sin embargo, ambos metales exceden el contenido de fondo. Estos metales ocupan la mayor superficie del área de estudio. El Cr es particularmente peligroso por su alto poder oxidante y destructor de tejido blando (mucosas). En este caso en particular es necesario conocer las concentraciones de las especies de Cr, ya que el Cr VI es la especie química de mayor riesgo para la población (^{Covelo, Vega, & Andrade, 2007}; ^{González-Flores, 2011}).

El V es el metal pesado que ya puede estar causando problemas en la población, debido a que existen pequeñas zonas en las que la concentración excede la NOM-147. Un plan de saneamiento debe instrumentarse para esos lugares, ya que el V es un elemento que si se inhala o ingiere vía oral o por contacto vía dermis, es causal de cáncer, afecta la reproducción y es bioacumulativo (^{Méndez, Báez, & Patricia, 2014}; ^{Rodríguez-Mercado & Altamirano-Lozano, 2006}).

Considerando que la contaminación ambiental es “la presencia en el ambiente de cualquier agente en lugares, formas y concentraciones que pueden ser nocivos para la salud, la seguridad o para el bienestar de la población”, se puede decir que en este trabajo se identificaron agentes nocivos como los metales pesados, lugares y concentraciones; la investigación de las formas químicas de los metales pesados, mediante técnicas de extracción secuencial y de toxicidad en la población, es un estudio pendiente (^{Bautista, 1999}; ^{Covelo et al., 2007}; ^{González-Flores, 2011}).