Observatorio Ambiental Hoja Técnica No. 7 Agosto, 2012 Figura 13. Imagen satelital MODIS (R:1, G:4, B:3) de una tormenta de polvo en el Desierto Chihuahuense durante el 27 de Noviembre del 2005. El ovalo grande muestra el segmento principal de la pluma de polvo (aproximadamente 200 kilómetros de longitud). El circulo pequeño muestra la ubicación de Ciudad Juarez, México y El Paso, EUA. Figura 14. Imagen satelital MODIS (R:1, G:4, B:3) de una tormenta de polvo en el Desierto Chihuahuense durante el 14 de Abril del 2003. El ovalo grande muestra el segmento principal de la pluma de polvo (aproximadamente 500 kilómetros de longitud). El circulo pequeño muestra la ubicación de Ciudad Juarez, México y El Paso, EUA. Bibliografía estilo Harvard: Baddock, M.C., Gill, T.E., Bullard, J.E., Domínguez Acosta, M., & Rivera Rivera, N.I. (2011) Geomorphology of the Chihuahuan Desert based on potential dust emissions. Journal of Maps [Internet], 2011, pp. 249-259. 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(2) ¿De qué están compuestas? El Colegio de Chihuahua De grandes cantidades de partículas suspendidas en el aire, principalmente “aerosoles minerales” o polvos formados por limos y arcillas (<.065 mm). También incorporan elementos biológicos como alérgenos (polen, semillas, etc.) y patógenos (bacterias y virus). DIRECTORIO M.A. Luis Álvaro Moreno Espinoza SECRETARIO GENERAL Dr. Victoriano Garza Almanza SECRETARIO ACADÉMICO DIRECTOR DEL OBSERVATORIO AMBIENTAL 3.1.- Presencia/disponibilidad de materiales erosionables. Partículas menores a los 0.1 mm. Ciudad Juárez, Chih. Colección Hojas Técnicas Ambientales Dr. Victoriano Garza Almanza COORDINADOR EDITORIAL Lic. Karina Romero Reza CUIDADO DE LA EDICIÓN Y CORRECCIÓN Observatorio Ambiental Calle Partido Díaz 4723. Colonia Progresista Ciudad Juárez, Chihuahua. CP 32310 (656)639-0397 www.colech.edu.mx Ciudad Juárez, Chih. El Paso, TX El Paso, TX Cámara Web TCEQ: Ranger Peak El Paso, TX. Marzo 26 2010; izquierda 8:30 hrs y derecha 18:00 hrs. (3) ¿Cómo se forman? Cuando un conjunto de condiciones particulares (tanto del suelo como del viento) se presentan sobre un área o región. Físicamente se presentan cuando la fuerza (velocidad) del viento sobrepasa la fuerza de cohesión de las partículas finas en una superficie. 3.2.- Poca o nula presencia de aspereza superficial. Rocas, bordes, plantas, etc. Fuentes naturales: t Superficies u orillas secas de los lagos. t Sistemas de ríos (áreas de inundación, desembocaduras, paredes, etc.). t Al pie de las montañas (abanicos aluviales, piedemonte, etc.). t Desiertos, campos de dunas y corredores eólicos. Fuentes generadas por los humanos: t Calles sin pavimentar. t Áreas urbanas con poco desarrollo urbano (zonas periféricas). t Lotes baldíos. t Campos deportivos. t Bancos de materiales. t Áreas de inundación urbana. t Campos agrícolas. 3.3.- Superficies planas y alargadas en la dirección del viento. Mayor área para erosión. 3.4.- Disponibilidad de material erosionable en superficie. Partículas sueltas o erosionable. (3.A) Condiciones Particulares (algunas) M.I. Esmeralda Cervantes Rendón COORDINADORA BIBLIOTECA VIRTUAL AMBIENTAL (4) ¿Dónde se forman? (10) ¿Cómo prevenir los efectos? 3.5.- Presencia de vientos fuertes. (5 y 6) ¿Cuándo ocurren y cuánto duran? Temporalidad: t Entre Noviembre y Mayo (con mayor frecuencia de Marzo a Mayo), durante la temporada de sequía. t De Junio a Agosto, a escalas menores y como parte de las tormentas de verano (“haboobs”). Duración: t Desde unos cuantos minutos hasta algunas horas (vistas desde un punto fijo). t De horas a días, si se sigue el trayecto de la tormenta y su carga de partículas. Efectos (7, 8 y 9) 7.- Efectos en la atmosfera: Alteraciones climáticas por: cambios en la temperatura del aire, absorción y dispersión de la radiación solar. Formación de nubes. Aumento de contaminación por PM10 y PM2.5. 8.- Efectos en la salud: Afectaciones a las vías respiratorias por infecciones y acumulación de materia extraña al cuerpo. Alergias, asma, bronquitis, infecciones en los ojos, piel y sofocación, entre otros. 9- Otros efectos: Fertilización de ecosistemas (oceánicos y terrestres. Modificación del albedo. Derretimiento de glaciares, aumento de la salinidad del suelo y expansión de los desiertos. Daños en infraestructura y vías de comunicación, transporte, a vehículos, entre otros. t No exponerse a las tormenta de polvo (de ser posible). t Tomar resguardo mientras pasan. t Cerrar puertas y ventanas. t Si se esta a la intemperie, utilizar ropa protectora, gafas, cubre bocas, etc. t Colocar barreras rompe vientos en los terrenos con potencial de erosión. t No retirar completamente los desechos de las cosechas en los campos agrícolas. Cuando maneje a través de una tormenta: t Salir de la vialidad y estacionarse lo mas lejos posible del camino, manteniendo las luce apagadas. t Si no puede salir, disminuir la velocidad, prender las luces de emergencia, y manejar siguiendo la línea central, sonar el claxon. La Colección de Hojas Técnicas Ambientales consiste en una serie bimestral de publicaciones técnicas monotemáticas, que trata sobre diversos aspectos de la problemática ambiental del Estado de Chihuahua. El propósito de la Colección de Hojas Técnicas es el de presentar información, en un formato breve y sencillo, que sea de utilidad al público en general para comprender el tema que atañe al medio en donde vive. La Colección de Hojas Técnicas Ambientales es editada por el Observatorio Ambiental de El Colegio de Chihuahua. ISBN: 978-968-9225-08-9 El Colegio de Chihuahua Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 3 Tormentas de Arena 1.- ¿Qué son? Las tormentas de polvo son eventos atmosféricos los cuales ocurren principalmente como consecuencia de la erosión de los suelos en ambientes desérticos y semidesérticos donde existe abundancia de sedimentos o partículas (finas) sueltas, baja humedad superficial y planicies extensas con poca o nula vegetación (Goudie y Middleton, 2006). 3.- ¿Cómo se forman? Las tormentas de polvo se originan cuando un conjunto de condiciones particulares (tormenta perfecta) se presentan en un área o región, donde comúnmente ocurren en pequeñas áreas dentro de zonas o áreas de mayor tamaño. Estas áreas se conocen como puntos activos de emisión o "hot spots" por su descripción en ingles (Gillette, 1999). Algunas de las condiciones generales más importantes que influyen en la generación de estas tormentas incluyen (pero no se limitan a): A escalas regionales estas tormentas son causadas por grandes corrientes de viento, las cuales transportan una enorme cantidad de partículas entre las que destacan los llamados "aerosoles minerales", comúnmente conocidos como polvo. A escalas menores (locales) las tormentas de polvo pueden ser propiciadas por actividades humanas (antropogénicas) como el tránsito vehicular en vialidades no pavimentadas, el labrado y arado de los campos de cultivo, la extracción en bancos de materiales para construcción, lotes baldíos, etc. 2.- ¿De qué están compuestas? Las partículas (polvos) suspendidas en la atmosfera se encuentran dentro de las fracciones de limos y arcillas (<.065 mm) y pueden incorporar tanto elementos biológicos, como no biológicos. Dentro del grupo de las partículas no-biológicas predominan las de origen mineral, las cuales en su mayoría están formadas por los sedimentos sueltos de origen geológico/natural. Como parte de las partículas de origen biológico se pueden encontrar alérgenos como el polen, semillas e inclusive algunos patógenos como virus y bacterias (Ridgwell, 2002., Goudie y Middleton, 2006). 4 Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 3.1.- Presencia/disponibilidad de material erosionable en superficie. Generalmente las partículas en tamaños menores a los 100 μm ò 0.1 mm pueden ser levantadas y transportadas por el viento (Zobeck y Van Pelt, 2006). Dentro de estos materiales los de tamaños menores a 0.02 mm tardan un gran tiempo en regresar al suelo, lo que hace que estos sean transportados por grandes distancias en las partes altas de la atmosfera (Gill, et al., 2008., Lee, et al., 2009). Las superficies con potencial para generar tormentas de polvo deberán contar con depósitos de sedimentos con estas características. Figura 1. Fuentes naturales de emisión de polvos a escala regional dentro del Desierto Chihuahuense. En la figura sobresalen las plumas de polvo que causan las tormentas de polvo. En el lado Mexicano, los sedimentos del antiguo Lago Pluvial Palomas forman una de las principales fuentes. Otros lagos emisores son Laguna Babicora en México, Laguna Otero y la “Cuenca Salada” (Salt Basin) en EU. En la parte de Texas en EU, sobresalen las emisiones derivadas de suelos de uso agrícola. Imagen tomada de Lee, J.A., et al., 2009. El Colegio de Chihuahua El Colegio de Chihuahua 3.2.- Superficies con pocos o nulos elementos de aspereza. Estos elementos de aspereza incluyen cualquier material (biológico o no-biológico: plantas, rocas, topografía irregular, etc.) que por su tamaño logren alterar el flujo del viento en niveles cercanos a la superficie, generando una reducción en la fuerza del viento (disminución de la velocidad) y como consecuencia una disminución en el potencial de erosión (Gillette, 1999). Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 5 3.3.- Superficies planas y alargadas en la dirección principal del viento. Un suelo con superficie plana, extensa y en dirección coincidente con la del viento, tendrá un mayor potencial de emisión, ya que el viento tendrá una mayor superficie para erosionar. La erosión eólica (del viento) efectiva de estos tipos de suelos requiere de una extensión mínima de superficie para que se alcance el potencial máximo de erosión (Gillette, 1999., Cahill, et al., 1996). Figura 5. Superficie de un lago seco (Lago Pluvial Palomas, en el Desierto Chihuahuense) del cual surge una tormenta de polvo . Figura 3. Costras de partículas finas (limos y arcillas) en superficies de lagos secos. 3.5.- Presencia de vientos fuertes. La erosión eólica de un suelo comienza cuando la velocidad del viento se encuentra por encima de la "velocidad de fricción del suelo" (Gillette, 1999) la cual está en función de las características de cada superficie. Figura 2. Superficies desérticas, planas y con poca vegetación, son lugares ideales para generar tormentas de polvo. 3.4.- Disponibilidad de sedimentos sueltos en la superficie. Aun cuando el tamaño de los sedimentos o partículas presentes sea el adecuado, estos pueden encontrarse "acorazados" debido a: la formación de costras superficiales (común en suelos arcillosos), formación de agregados (grumos), o por altos contenidos de humedad. Todas estas condiciones disminuyen el potencial de erosión. Por otro lado, la presencia de partículas sueltas en tamaño de arenas ayudan a fomentar la erosión debido al efecto abrasivo de estas partículas causado por el bombardeo de arenas a el suelo (Cahill, et al., 1996., Gill, 1996). De igual forma la modificación humana de estas superficies ayuda a fomentar la erosión (ej. uso agrícola del suelo, superficies utilizadas como vías de transporte o áreas recreativas, ganadería, entre otras). 6 Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 Figura 4. Las actividades relacionadas con los humanos, como la ganadería destruye las superficies naturales acelerando la erosión. Comúnmente estas velocidades del viento son generadas por fuertes ventarrones (Novlan, et al., 2007., Rivera, et al., 2009). Algunos otros factores que fomentan la erosión de una superficie incluyen: las áreas de convergencia de vientos (como los puertos en las montañas), sequias prolongadas, capas gruesas y baja cohesión de sedimentos (disponibilidad y prevalencia de las fuentes). El Colegio de Chihuahua 4.- ¿Dónde se forman? Existen dos principales "mega" fuentes o áreas emisoras a nivel mundial, la depresión de Bodélé y regiones cercanas en el desierto del Sahara en África, y los desiertos del Gobi y Taklamakan en China (Prospero, et al., 2002). A escala Norte América, las principales áreas o fuentes de emisión se encuentran en la región suroeste de EUA (sur de California, Arizona, Llano Estacado en Texas y el sur de Nuevo México principalmente), en distintas regiones del Desierto Chihuahuense incluyendo áreas dentro de San Luis Potosí, Zacatecas, Durango, Coahuila y Chihuahua donde se presentan la mayor presencia de estas fuentes (Prospero, et al., 2002., Lee, et al., 2009., Gill, et al., 2009). En Chihuahua, las fuentes de emisión más activas se encuentran en la zona norte y este del estado, donde existieron grandes sistemas de lagos durante la última era glacial (~12 - 15 mil años, AP) (Castalgia, y Fawcett, 2006). Estas fuentes están presentes en áreas cercanas a algunos de los principales centros urbanos en la región, como Ciudad Juárez, Nuevo Casas Grandes y Villa Ahumada en México, además de El Paso y Las Cruces en EU, entre otros. La mayoría de las fuentes de tormentas de polvo en el norte de Chihuahua están formadas por partículas depositadas en lagos (secos), el lecho de los ríos, al pie de las montanas y en las dunas, siendo El Colegio de Chihuahua las dos primeras fuentes las de mayor aportación (Gill, et al., 2009., Baddock, et al., 2011). Otras de las principales fuentes de tolvaneras en la región están formadas por áreas alteradas por el hombre, ya sea por el paso de vehículos y animales, o por la utilización de estos suelos como áreas de cultivo (Domínguez, 2009). A escala urbana y de mucho menor tamaño, las tolvaneras se pueden formar por la erosión de sedimentos en calles sin pavimentar, en lotes baldíos sin presencia de plantas o escombro, bancos de materiales y áreas periféricas sin desarrollo urbano, siempre y cuando los factores condicionantes se encuentren presentes. Figura 6. Los terrenos y actividades agrícolas pueden incrementar la producción de polvos que forman tormentas de polvo. 5.- ¿Cada cuando ocurren (en que temporadas)? Las tormentas de polvo a gran escala ocurren principalmente durante las esta- Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 7 entrada de los sistemas de tormentas de verano. Estas tormentas forman grandes y espectaculares cortinas de polvo y arena con gran potencial de afectación, aunque son de corta duración y de escala local. Figura 7. Imagen de satélite (GOES) que muestra la entrada de la corriente de chorro del pacifico al norte de México. ciones de mayor sequia y vientos fuertes, lo cual se presenta en el Desierto Chihuahuense durante los meses de Noviembre a Mayo, siendo el periodo de Marzo a Mayo el de mayor frecuencia e intensidad (Gill et al., 2009). En la región norte de Chihuahua la dirección principal del viento es del oeste y suroeste durante la primavera en los meses de Marzo a Mayo. Durante el invierno en los meses de Noviembre a Febrero se presenta una segunda dirección del viento con orientación general de norte a sur (Novlan, et al., 2007). Durante la estación invernal se han presentado algunas de las tormentas registradas de mayor intensidad en la última década (ej. Diciembre 15 de 2003 y Noviembre 27 de 2005, entre otras fechas) (Gill, et al., 2009). Otro tipo especifico de tormentas de polvo a escalas menores pero de gran intensidad, ocurren durante la temporada de lluvias (monzón) la cual se presenta de Junio a Agosto. A este tipo de tormentas se le conoce como "haboob" (vocablo árabe que significa "viento fuerte"), y son causadas por los vientos generados por la 8 Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 6.- ¿Cuánto se extienden y cuánto duran? La extensión y duración de las tormentas de polvo está en función de la disponibilidad y distribución de los sedimentos, además de la dirección e intensidad del viento. Para un observador en un punto fijo en superficie, una tormenta de polvo puede durar desde unos cuantos minutos hasta algunas horas y presentar variabilidad en la intensidad de la tormenta y rango de visibilidad (NOAA, 1982). Tomando en cuenta la trayectoria de un "volumen" de polvo transportado por el viento como consecuencia de una tormenta de polvo, algunos eventos regionales dentro del Desierto Chihuahuense han registrado recorridos ligados a las corrientes atmosféricas que han transportado y depositado sedimentos tan lejos como la región de los Grandes Lagos en EUA y Canadá (Gill, et al., 2008). La permanencia de estos aerosoles minerales (polvo) en la atmosfera dependerá del tamaño de las partículas, la altitud de transporte y la intensidad de las corrientes atmosféricas. En algunas ocasiones las partículas suspendidas pueden durar varios días en transporte, antes de ser depositadas en la superficie (Kellogg y Griffin, 2006), esto ocasiona que algunas masas de polvo en la atmosfera alta puedan viajar alrededor de la Tierra. El Colegio de Chihuahua 00 ~5 km Figura 8. Imagen satelital (MODIS: R:1 G: 4 B:3) de una tormenta de polvo en el desierto Chihuahuense. Febrero 27 de 2011. LA flecha señala la pluma de la tormenta (color rosa), la cual se extiende por mas de 500 kilómetros en dirección Noreste adentrándose en los Estados Unidos. 7.- ¿Cuáles son sus efectos en la atmosfera? Publicaciones científicas como Ridgwell (2002), y Goudie y Middleton (2006) presentan una amplia recopilación de los efectos que los aerosoles minerales generados por tormentas de polvo ocasionan en la atmosfera. Dentro de estos destacan la intricada relación de los aerosoles con el clima. Estos aerosoles pueden modificar la temperatura del aire a través de la absorción y dispersión de la radiación solar. De manera complementaria los aerosoles pueden modificar en el clima a través de la influencia en la producción primaria de los océanos; "existe evidencia de que estos pueden causar enfriamiento en los océanos". Además, los aerosoles pueden influir en los procesos de formación de las nubes con potencial de modificación en los patrones de precipitación. A El Colegio de Chihuahua escala regional las tormentas de polvo pueden causar cambio en el pH de la lluvia y alteración en las radiocomunicaciones entre otros efectos. Figura 9. Imagen de la Tierra, centrada en Norte América y mostrando los sistemas de nubosidad. Fuente:www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/iotd.html Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 9 8.- ¿Cuáles son sus efectos en la salud? Los efectos en la salud causados por las tormenta de polvo están ligados principalmente a problemas en las vías respiratorias, ya sea por infección o la acumulación en el cuerpo de materiales dañinos entre los que se incluyen compuestos orgánicos (como pesticidas y herbicidas), minerales (metales pesados y otros elementos tóxicos), alérgenos (polen y semillas) y patógenos (virus y bacterias). Las partículas suspendidas como consecuencia de estas tormentas generan un marcado deterioro en la calidad del aire, el cual deriva en un incremento de los niveles de PM10 y PM2.5 (materia particulada con diámetro esférico por debajo de los 0.010mm y 0.0025mm respectivamente). bronquitis e infecciones en las vías respiratorias y ojos, además de sofocación animal durante eventos intensos, entre otras afecciones (Ridgwell, 2002., Goudie y Middleton, 2006, Grineski, et al., 2011). Figura 11. Imágenes de materiales arcillosos en un suelo, los cuales forman parte de las tormentas de polvo. Fotografías de un microscopio electrónico de barrido. Fuente: www.smianalytical.co.za/clay-analysis.html Figura 10. Personas en medio de una tormenta de polvo. Fuente: http://www.flickr.com/photos/oxfam/ 6045814002/sizes/m/in/photostream/ El tamaño de estas partículas les permite introducirse profundamente a las vías respiratorias, donde se acumulan y pueden causar daños a la salud. Las personas de edades avanzadas, los infantes y las personas con problemas previos de salud son los más afectados por este deterioro en la calidad del aire. Se ha documentado la relación entre las tormentas de polvo y la incidencia y aumento de riesgo en los casos de asma, 10 Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 9.- ¿Cuáles son algunos de sus otros efectos? Dentro de la gran diversidad de otros efectos relacionados a las tormentas de polvo y sus aerosoles minerales destacan: la fertilización de ecosistemas tanto acuáticos como terrestres; algunos estudios proponen una estrecha relación entre la subsistencia de ecosistemas como el Amazonas y la fertilización (sedimentación de minerales-nutrientes) causada por los aerosoles minerales transportados desde África (Ridgwell, 2002). Otros efectos incluyen la modificación del albedo en distintas áreas; en zonas glaciales el depósito de polvos puede cambiar el color de la superficie y aumentar la absorción de radiación solar, lo que genera un deshiele por aumento de temperatura, afectando el abastecimiento de agua El Colegio de Chihuahua potable de estas fuentes (Ridgwell, 2002). De forma cíclica y por periodos prolongados, el transporte de sedimentos durante las tormentas de polvo puede causar aumento en la salinidad de los suelos y eventualmente incrementar la expansión de los desiertos (Goudie y Middleton, 2006). A escalas locales las tormentas de polvo causan daños en la infraestructura, vías de comunicación y transporte, causan daños en los motores, propician accidentes viales y aéreos, y causan problemas en la transmisión de electricidad en líneas de alta tensión, entre muchos otros (para una lista completa de afectaciones, ver capítulo uno en Goudie y Middleton, 2006). 10.- ¿Cómo podemos prevenir sus efectos? A escala local y personal, las afectaciones de las tormentas de polvo pueden ser aminoradas tomando algunas precauciones como: evitar exponerse a las tormentas de polvo, tomar resguardo durante estos eventos, cerrar todas las entradas de aire a los cuartos durante las tormentas. Si es necesario estar a la intemperie, utilizar lentes y cubre bocas o filtros especiales (especialmente las personas propensas a las enfermedades respirato- rias). Para disminuir el potencial de erosión del suelo durante estos eventos se pueden colocar barreras rompe vientos ya sean naturales como los árboles o arbustos, o artificiales como las mallas o rejas. En los campos de agrícolas se pueden generar elementos de aspereza creando irregularidades topográficas como crestas y surcos, o dejar los cultivos muertos en el suelo después de la cosecha. De encontrarse manejando a través de una tormenta de polvo, es recomendable salir de la vialidad y estacionarse lo más lejos posible de esta, manteniendo las luces del vehículo apagadas. Si no se puede salir de la vialidad, disminuir la velocidad, prender las luces de emergencia y manejar lentamente siguiendo la línea central como guía y haciendo sonar el claxon de manera ocasional (NOAA, 1982). A escala regional y global los efectos y formación de tormentas de polvo se prevén un tanto incontrolables, ya que las fuentes de emisión pueden alcanzar de decenas a cientos o inclusive miles de kilómetros cuadrados de superficie (Baddock, 2011). Dentro del Desierto Chihuahuense una de las fuentes principales, en el sistema del Lago Pluvial Palomas, alcanza una extensión territorial de alrededor de 8000 kilómetros cuadrados (Domínguez, 2009), lo que dificulta prever alguna medida de supresión o mitigación de las fuentes para evitar la formación de las tormentas de polvo. Figura 12. Árboles formando una barrera rompe-vientos que previene la erosión de una parcela de cultivo. Fuente: http://www.codigo07.com/web/index.php?option=com_co ntent&task=view&id=3331&Itemid=30 El Colegio de Chihuahua Hoja Técnica No. 7, Agosto, 2012 11