CENDRA VOLCÀNICA II

Riscos per la salut de la cendra volcànica

En general, la mida de les partícules suspeses a l’aire, que son inhalades, es troba directament vinculada amb el potencial per provocar problemes de salut. Les partícules petites de menys de 10 micròmetres (µm) de diàmetre (fracció anomenada PM10) suposen els majors problemes, ja que poden arribar a la profunditat dels pulmons. D’elles, les partícules de mida igual o inferior a 2.5 µm (fracció PM2.5) , son les més perilloses perquè poden arribar als bronquíols i alvèols pulmonars. Per aquesta raó també s’anomenen fracció respirable. Les partícules igual o inferiors de 0.1 µm poden fins i tot arribar al torrent sanguini.

L'exposició a partícules volcàniques pot afectar tant els pulmons com el cor. Múltiples estudis científics han vincular l'exposició a la contaminació per partícules a una varietat de problemes de salut, que inclouen mort prematura en persones amb malalties cardíaques o pulmonars, infarts de miocardi no mortals, arítmies cardíaques, agreujament de l’asma, funció pulmonar reduïda per les reaccions inflamatòries, símptomes respiratoris augmentats, com irritació a les vies respiratòries, tos o dificultat per respirar (síndrome de silicosi).

Segons els riscos per a la salut humana, el material particulat suspès en l’aire (aerosol) es distribueix en tres fraccions:

-Fracció inhalable: PM totals que entren el sistema respiratori. Inclou les altres dues fraccions. Les més grans de 10 µm depositen majoritàriament en el moc i la saliva de les vies superiors nasofaringeas per a ser posteriorment ingerides. Si les PM son insolubles (cas de la cendra volcànica) passen per el sistema digestiu sense més conseqüències.

-Fracció toràcica: Son les PM10. Superen les vies superiors nasofaringeas i a arriben al sistema muco-ciliar toràcic. Les PM més grans d’aquesta fracció impacten en les paret dels conductes respiratoris i son transportades a les vies superiors per el sistema muco-ciliar. Posteriorment son ingerides.

-Fracció respirable: Son les PM2.5. superen l’arbre traqueobronquial i penetren en les vies no ciliades i els espais alveolars. Son les més perilloses perquè, en no poder ser expulsades per el sistema muco-ciliar, poden induir una resposta inflamatòria de cos estrany (granuloma) que pot a arribar a comprometre la funció respiratòria. La cronificació de la inflamació pot porta a pneumònia, bronquitis crònica o EPOC. Les PM0.1 poden travessar la paret alveolar per entrar en la circulació sanguinea, provocant malalties cardiovasculars descrites més a munt.

 

Fraccions del material particulat (Fuente)

 S’ha d’aclarir que la mida de les partícules correspon al anomenat diàmetre aerodinàmic. Aquest és un concepte associat al comportament en l’aire d’objectes de forma no necessàriament esfèriques. El diàmetre aerodinàmic és el diàmetre d’una esfera hipotètica de densitat 1g/cm3 que tingui la mateixa velocitat final que la partícula, sota les mateixes condicions de temperatura, pressió i humitat relativa.

Aquest és un aspecte important perquè la capacitat irritativa d’una partícula respirada depèn molt de la forma d’aquest partícula. Per exemple, en la asbestosis (per inhalació d’asbest) la forma d’espícules de les partícules fa molt difícil el seu aïllament i expulsió per els mecanismes normals, contribuint a la gravetat de la malaltia, malgrat el diàmetre aerodinàmic pugui ser petit. Per tant, en el cas de la cendra volcànica no només és importat la mida sinó també la forma. La inhalació continuada de material cristal·lí de sílice pot donar reaccions típiques associades a la silicosi.

L'exposició a la contaminació per partícules tendeix a afectar majoritàriament persones amb malalties cardíaques o pulmonars, nens i adults grans.

Pel que fa als límits tolerables de contaminació per material particulat, l’Organització Mundial de la Salut (OMS-WHO, 2021) va revisar al 2021 la evidencia epidemiològica recent i va actualitzar els limits de material particulat inhalable.

En el resum executiu del document WHO global air quality guidelines, las OMS fixa els següents límits:

 

On AQG (Air Quality Guideline) és un nivell per d’amunt del qual hi ha importants riscos per a la salut dels humans. Peer tant, aquest nivell vindria a ser el màxim desitjable. Els objectius intermedis (Interim Targets) son nivells provisionals que tenen com a finalitat donar informació sobre l’estat del control de contaminats en un moment i un lloc determinats. Aquests nivells son acceptats per la UE.

La norma mexicana NOM-025-SSA1-2014 fixa els valors límit de material o particulat (PM) en els següents:

-Partícules menors a 10 micròmetres (PM10): 75 µg/m3, com a mitjana de 24 hores

-Partícules menors a 2.5 micròmetres (PM2.5): 45 µg/m3, com a mitjana de 24 hores

Així doncs, pel que fa als nivells de la OMS, els nivells permissibles de la legislació mexicana estarien en la franja 3 de nivells provisionals per a PM10, mentre que per a PM2.5 estarien en la franja 2.

La legislació mexicana data de 2014. Seria desitjable que recollís els nivells recomanats de la OMS a 2021. Tot i així, en les proximitats de volcans com el Popocatépelt serà difícil (per a no dir impossible) assolir els nivells AQG recomanats per la OMS.

 CENDRA VOLCÀNICA I

Anàlisi de la cendra volcànica del Popocatépelt

La cendra volcànica és una composició de partícules de roca i mineral molt fines (de menys de dos mil·límetres de diàmetre) ejectades per una obertura volcànica.

Hi ha tres mecanismes de formació de la cendra volcànica:

1.-Alliberament sobtat de gasos atrapats que en descomprimir provoquen erupcions magmàtiques.

2.-Contracció tèrmica deguda a erupcions en aigua o gel.

3.-Ejecció de partícules arrossegades durant les erupcions de vapor causant erupcions freàtiques.

El mecanisme d’emissió de cendra del volcà Popocatépelt és del tercer tipus: Ejecció (exhalació) de partícules de cendra, arrossegades per gassos (SO₂) i vapor d’aigua.

Els aspectes generals de la cendra volcànica es poden consultar aquí i aquí.

 -El volcà Popocatépelt

El Popocatépetl és un volcà actiu ubicat al centre de Mèxic, específicament entre els estats de Puebla, Morelos i l'Estat de Mèxic. El seu nom prové del nàhuatl i significa “muntanya que fumeja” ja que periòdicament registra emissions de gasos, cendres i erupcions diverses.

El volcà Popocatépetl es situa a una distància de 40 km a l'oest de la ciutat de Puebla.

 

Volcà Popocatépelt

 

Situació del Popocatépelt (Google Maps)

 Els patrons dels corrents de vent i la direcció de propagació de la ploma de contaminació tenen un paper molt important en la distribució dels productes piroclàstics del volcà, la qual augmenta l'abast de la ploma de contaminació que pogués afectar la salut humana i l'ecosistema . La caiguda del material particulat es diposita sobre les fulles de les plantes i arbres, provocant la inhibició de la transpiració i disminució de la fotosíntesi, afectant la nutrició de les plantes. A terra causa canvis fisicoquímics, modificant la seva composició, incrementant elements inorgànics, la conductivitat i modifica el pH amb tendència a alcalí, disminuint la disposició de nitrogen i fòsfor, alterant els seus processos biològics (Santamaría-Juárez et al., 2022).

 -Anàlisi microscòpica de la cendra

La mostra de cendra analitzada va ser recollida a mitjans de desembre de 2024.

La cendra volcànica es compon de dos tipus de fragments, els amorfs (vidres) i els cristal·lins.

Estudis fets en cendra en el període 2016-2019 van mostrar que els principals constituents químics de la cendra eren en un 60% òxids de silici. Els minerals principals van:

-Plagiòclasis: Son estructures cristal·lines d’òxid de silici. La estructura cristal·lina està formada per tetraedres de SiO₄ on alguns anions de Si se substitueixen per cations d'Al. En els buits entre els tetraedres se situen els cations de Na+ i de Ca₂. Com es veurà més a baix, les plagiòclasis, per tenir estructura cristal·lina, es veuen brillants amb llum polaritzada.

-Piroxè: Tenen una estructura comuna que consisteix en cadenes simples de tetraedres de sílice. La seva fórmula general és XY(Si, Al)₂O₆, on "X" representa calci, sodi, ferro2+, manganès, liti o magnesi, i "Y" representa ions més petits com el crom, alumini, ferro2+, ferro3+, magnesi, manganès o titani. Els piroxens fèrrics son negres

-Cristobalita: És un òxid de silici microcristal·lí. El seu color depèn de les impureses, que poden ser ferro, calci, alumini, potassi, sodi, titani, manganès, magnesi i fòsfor.

-Vidres amorfs blancs, verdosos o marronosos. Son òxids de silici sense estructura cristal·lina. Els colors les donen les impureses, com en el cas de la cristobalita.

La cendra de les mostres recollides presenten estructura semblant a la descrita. La fotomicrografia mostra un detall de la cendra a petit augment.

 

Cendra volcànica a petit augment (40x aprox.)

A petit augment (40x, aprox.), s’observan partícules heterogènies més aviat petites, de mida igual o inferior 100 micrometres (0.1 mm o 100 µm). Destaquen les partícules de negres grans, tot i que també hi a partícules grans de material blanquinós, probablement de plagiòclasi.  Així doncs, el color gris de la cendra be donat per material particulat majoritàriament blanquinós, barrejat amb piroxens negres.

A més augment, es pot veure com el material blanquinós pot ser amorf o cristal·lí. El material cristal·lí (possiblement plagiòclasis) brilla amb llum polaritzada, presentant sovint iridescències (veure imatges següents). Les partícules blanquinoses que no destaquen amb llum polaritzada son possiblement òxids de silici amorfs (vidres). 

  
   Imatge amb llum normal                                      Imatge amb llum polaritzada

Imatges amb llum normal i polaritzada a 200 x (aprox.)