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Contaminación atmosférica, Percepción Remota y Radiación Solar

Contaminación atmosférica, Percepción Remota y Radiación Solar

Integrantes: Adriana Ipiña y Rubén D Piacentini

En esta línea se llevan a cabo investigaciones sobre los procesos atmosféricos, la contaminación ambiental (gases y partículas) proveniente de actividades humanas y los efectos de la radiación solar en sistemas biológicos. Esta línea se extiende a temas interdisciplinarios mediados por la interacción Tierra-Atmósfera, utilizando múltiples aplicaciones computacionales y desarrollos propios. El monitoreo ambiental, la modelización de la radiación solar, el análisis de la cobertura terrestre, así como el procesamiento de datos medidos in situ y obtenidos de manera remota, son algunas de las herramientas que permiten abordar estos estudios.

Nuestros estudios se proveen fundamentalmente de mediciones de redes de Monitoreo Ambiental y de tres organismos internacionales: Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio de EE.UU. (NASA), Agencia Espacial Europea (ESA) e Instituto Meteorológico de Holanda (KNMI). Se aplican modelos de transferencia radiativa, como los modelos TUV, SMARTS y QDOAS para determinar concentraciones de gases y aerosoles en distintos lugares geográficos. Además, se emplean mediciones de radiación solar espectral con la técnica DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) para obtener concentraciones de las columnas verticales de gases de O3, NO2 y SO2. La combinación de diversas metodologías permite derivar otros contaminantes criterio (que afectan a la salud humana) y caracterizar su evolución espacio-temporal.


- Contaminación Atmosférica
El deterioro de la calidad del aire es un problema cada vez más acentuado en las grandes ciudades. Los gases y partículas contaminantes tienen diferentes orígenes, que van desde emisiones industriales que usan combustibles fósiles, vehículos y erupciones volcánicas, hasta la quema indiscriminada de pastizales y bosques (Figura 1).  En esta área se realizan los siguientes estudios: 


    • Desarrollo de un código de detección de focos de incendio en el delta del río Paraná, a partir de mediciones satelitales y su relación con altas concentraciones de PM10 (material particulado ≤ 10µm).

    • Determinación de la columna vertical de NO2 obtenida con la técnica DOAS y mediciones de  radiación solar empleando un espectroradiómetro Avantes.

    • Análisis regional de las fuentes de emisión de aerosoles en el Área Metropolitana de Monterrey (México) utilizando el modelo SMARTS, mediciones in situ y satelitales.

Figura 1. Número de focos de incendios (puntos rojos) contabilizados en julio 2020 con datos VIIRS-NASA/NOAA (izquierda). Concentraciones de NO2 en la región Rosario-Buenos Aires el 24 de julio 2020 y promedio histórico en el periodo 2015-2019, registrado por OMI/NASA (derecha).

- Percepción Remota

En esta temática se emplean principalmente mediciones de manera indirecta e imágenes satelitales. Entre las aplicaciones se encuentran la caracterización de la composición atmosférica, seguimiento de actividades humanas, fenómenos naturales, cambios en la vegetación y cobertura del suelo (Figura 1). Derivar patrones de expansión urbana, deforestación o desmonte, considerando la estación del año y climatología. Incluso es posible investigar regiones que han sido campos de exterminio y/o fosas clandestinas. En esta área se tienen en curso los siguientes estudios: 

    • Cuantificación de la superficie quemada por los incendios ocurridos en el periodo Junio-Septiembre 2020, en las islas del delta del río Paraná, frente a la ciudad de Rosario.

    • Detección de campos de exterminio y fosas clandestinas en el Noreste de México en el periodo 2006-2017 (Figura 2).

Figura 2. Imágenes satelitales de Google Earth (izquierda) y Filtro Sobel (derecha) de campos de exterminio en el Noreste de México. 

- Radiación solar

Los efectos biológicos de la radiación solar pueden ser cuantificados a través de los espectros de acción. En particular, está línea se centra en aquellos que tienen efectos en la piel humana: Carcinogénico, Eritémico y producción de Pre-vitamina D3. En ese sentido, mediante las colaboraciones con Grupos de investigación dentro y fuera del país, se han logrado establecer los mecanismos de acción basados en los espectros de absorbancia de una sustancia asociada a un material biológico. Los ensayos han sido llevados a cabo con fuentes artificiales y al aire libre bajo exposición solar, ambas en condiciones controladas. Actualmente se han extendido estos estudios a la aplicación de helioterapia como tratamiento de ciertas enfermedades dermatológicas, tales como Psoriasis y Vitiligo, típicamente atendidas con fuentes artificiales UV. Estos estudios también se extienden a fuentes o lámparas de uso comercial que son empleadas para diversos propósitos. En síntesis, en esta línea se investiga el comportamiento espectral de la radiación solar o artificial de uso médico. Estudios en curso: 

    • Desarrollo de una plataforma para la determinación de la dosis UVA solar en diferentes condiciones de cielo, que alcanzan las dosis recomendadas en el tratamiento de Psoriasis (Figura 3).

    • Estimación de los tiempos de exposición solar para producir las dosis mínimas de Pre-vitamina D3 a través de la piel humana, en la ciudad de Rosario.

Figura 3. Plataforma TES (Tiempos de Exposición Solar) aplicada en el tratamiento de Psoriasis.

Instrumentación y equipamiento disponible

Espectrorradiómetro Optronic doble monocromador con fibra óptica que mide en el rango 250-800nm, esfera integradora, lámpara de referencia y lámpara de calibración.

Medición de radiación solar con instrumento portátil Solarmeter UV (izquierda) y medición de lámparas UV en laboratorio (derecha).

                           
Estación Meteorológica Davis, Biómetros YES, Solarímetro KIP&ZONEN, Radiómetros UVA y UVB EKO y KIP&ZONEN CM 121 medidor de radiación global difusa con Anillo sombreador. Además, se observa el captor de aerosoles Lanzoni.

Publicaciones 
    1. Laborde M A y Piacentini R D. Energía y calidad de aire en las grandes ciudades. Artículo del libro Pandemia. Los múltiples desafíos que el presente le plantea al porvenir, publicado por las Inter-Academias nacionales de Argentina, como parte de la contribución de la Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales al análisis del tema COVID 19 y su impacto. Ed. PROSA, Buenos Aires (2020) 158-165.

    2. Russo J P, Ipiña A, Palazzolo J F, Cannavó A B, Piacentini R D y Niklasson B. Dermatitis por contacto fotoalérgica a protectores solares con oxibenzona en La Plata, Argentina. Actas Dermo-Sifiliográficas 112 (2018) 521-528.

    3. Martin M V, Ipiña A, Villabrille P I, Rosso J A. Combination of sunlight, oxidants, and Ce-doped TiO2 for phenol degradation. Environmental Science and Pollution Research. Springer (2016) 1-9.

    4. Miñán A, Lorente C, Ipiña A, Thomas A H, Fernández Lorenzo de Mele M & Schilardi P L. Photodynamic inactivation induced by carboxypterin: a novel non-toxic bactericidal strategy against planktonic cells and biofilms of Staphylococcus aureus. Biofouling: The Journal of Bioadhesion and Biofilm Research, 31 (2015) 459-468.

    5. Albarracín V H, Kurth D, Ordoñez O F, Belfiore C, Luccini E, Salum G, Piacentini R D and Farias M A. “High-up: a remote reservoir of microbial extremophiles at Central Andean Wetlands”. Frontiers in Microbiology,  6 (2015) 1404-1420.

 

-Proyecto Iluminación energía solar