Propiedades físico-químicas de los aerosoles atmosféricos en áreas urbanas y rurales en el sur de Europa

Resumen

Esta tesis tiene como objetivo caracterizar los principales componentes químicos del aerosol atmosférico y su evolución temporal relacionada con las distintas fuentes de aerosoles y condiciones meteorológicas. Se han estudiado diferentes escenarios geográficos y de emisión en una estación de fondo urbano y una estación de tráfico localizadas en Madrid y una estación situada en una zona rural del sur de España. Una importante contribución de esta tesis es la aproximación experimental y las técnicas instrumentales utilizadas para caracterizar la composición de los aerosoles, que representan el estado del arte actual a nivel mundial en estudios de aerosoles. Estas técnicas se basan en el uso de un Aerosol Chemical Speciation Monitor (ACSM) y un Aethalometro. El ACSM ha medido por primera vez en Madrid durante un periodo de aproximadamente 15 meses, con el objetivo de identificar variaciones estacionales, semanales e intradiarias y el impacto de diferentes escenarios atmosféricos sobre la composición química del aerosol submicrométrico. En promedio, el aerosol orgánico fue el principal constituyente en PM1 (48%), seguido de black carbon equivalente (eBC, 24%) medido con el Aethalometro, nitrato (12%), sulfato (10%), y amonio (6%). Las concentraciones de PM1 en masa y de componentes químicos mostraron una dependencia estacional. La variación estacional se atribuye a los cambios de las fuentes de emisión, los procesos fotoquímicos, la circulación sinóptica, la evolución de la altura de la capa límite planetaria durante todo el año y de otros factores meteorológicos. La variación diurna de los aerosoles submicrométricos mostró ciclos diurnos menos pronunciados en los meses más cálidos que durante otras estaciones del año, a excepción del eBC que presentó un máximo pronunciado a primera hora de la mañana. Además, el PM10 eBC se midió simultáneamente durante un año en tres lugares diferentes de España con diferentes características de fuentes de eBC mediante tres Aethalometros. El modelo del Aethalometro se utilizó para analizar la contribución de fuentes de eBC, basado en la diferencia en la dependencia espectral de absorción de las emisiones de combustión de biomasa (bb) y combustibles fósiles (ff). En este trabajo utilizamos un rango de valores del exponente de Ångström de absorción (AAE) obtenido experimentalmente asociado a combustible fósil (AAEff) y combustión de biomasa (AAEbb) a partir de las medidas disponibles. Se realizó un análisis de sensibilidad del AAE específico de cada fuente para determinar los valores de AAE más apropiados. Por lo tanto, en esta tesis presentamos una metodología novedosa para la determinación de los rangos de AAEbb y AAEff mediante la evaluación de las correlaciones entre la contribución de fuentes de eBC y los cuatro trazadores de combustión de biomasa medidos. La mejor combinación fue AAEbb = [1.63-1.74] y AAEff = [0.97-1.12], estos valores están de acuerdo con la literatura. Las concentraciones horarias promedio de eBCff y eBCbb variaron de 0 a 51 µg¿m-3 en los tres sitios, mostrando distintos patrones estacionales y diarios. La combustión de combustibles fósiles fue la fuente dominante de eBC en las zonas urbanas, la combustión de biomasa predominó durante la estación fría (88% de eBC) en el área rural, mostrando valores muy elevados. El análisis de trazadores de combustión de biomasa junto con carbono orgánico (OC) y elemental (EC) en el área rural indicó que la combustión de biomasa es la fuente principal, mientras que OC y EC mostraron una menor influencia de esta fuente en la zona urbana. Parece evidente que la combustión de biomasa es la principal fuente de combustión en esta área rural, su uso en invierno está asociado principalmente al uso de leña para calefacción doméstica, creando además un grave impacto en la calidad del aire. Estos resultados podrían ser extrapolables a otras zonas rurales del Sur de Europa.