Polvo del Sahara en Cuba: Su impacto en el tiempo, el clima y la salud

Características de un fenómeno poco conocido pero con incidencias ambientales y para la salud humana.

Archivo IPS Cuba

Estas tormentas juegan un papel fundamental en la incorporación a la atmósfera de enormes cantidades de biopartículas y otros compuestos.

Las nubes de polvo del Sahara viajan miles de kilómetros e impactan el clima, el tiempo, el medioambiente y la salud de los seres humanos, así como los animales, las plantas y ecosistemas completos, marítimos y terrestres, de los territorios bajo su influencia, incluida Cuba, a la que afectan solamente de marzo a octubre. Producen, además, una gran dispersión biogeográfica de patógenos.

Las tormentas de polvo del Sahara incorporan a la atmósfera millones de toneladas de polvo que se desplazan sobre el Atlántico de forma diferente, dependiendo de la época del año. Esas nubes viajan miles de kilómetros y dan lugar a eventos transcontinentales y transoceánicos que enlazan puntos muy distantes del planeta.

Constituidas por material paniculado de diferentes compuestos minerales, estas tormentas juegan un papel fundamental en la incorporación a la atmósfera de enormes cantidades de biopartículas y otros compuestos, así como su transportación, por lo que estos eventos contribuyen a la dispersión a grandes distancias de microorganismos y a la expansión biogeográfica de patógenos. De ese modo se establece un puente entre continentes mediante el cual la microbiota contenida en un determinado punto geográfico puede impactar a ecosistemas situados a miles de kilómetros a sotavento de las regiones fuentes, con la consecuente afección a la salud. Entonces la dispersión biogeográfica de patógenos cobra una nueva dimensión: estos grandes eventos de polvo impactan el clima, el tiempo, el medioambiente y la salud de los seres humanos, los animales, las plantas y ecosistemas completos, marítimos y terrestres.

Es posible que los microorganismos transportados en el polvo africano se vinculen con algunos brotes epidémicos en el Caribe y puedan afectar la agricultura y la ganadería. Las epifitias por hongos que, por ejemplo, dañan la caña de azúcar y el plátano a escala comercial, pueden aparecer en la región caribeña varios días después de la irrupción del polvo, lo que sugiere que las esporas podían haber viajado con este. De igual forma, en nubes de polvo del Sahara llegadas al Caribe se han identificado bacterias patógenas del arroz, los frijoles, las frutas y algunas especies de árboles, así como bacterias que pueden infestar a cerdos, aves y ganado1.

Entre los microorganismos presentes en el polvo transportado, muchos son patógenos lo suficientemente agresivos como para producir epidemias. Se estima que 30 por ciento de las bacterias aisladas en el polvo son conocidos patógenos.

Conformadas por una gran mezcla de componentes biológicos y polvo mineral, estas nubes contienen hongos, virus, bacterias, estafilococos, componentes fecales, ácaros, detritos de todo tipo, polen, elementos y compuestos minerales que incluyen metales pesados como el mercurio, así como contaminantes orgánicos persistentes, entre ellos insecticidas, pesticidas y herbicidas. Entre sus partículas minerales ocupan un lugar relevante las de diámetros menores de 10 y 2,5 micrones y las superfinas, por su impacto, principalmente, en las enfermedades respiratorias y cardiovasculares, ya que dado su diámetro se encuentran en el rango de las partículas respirables. Debe tenerse en cuenta que, en las nubes de polvo que arriban a Barbados y Miami, de un tercio a la mitad de la masa total presenta un diámetro aerodinámico menor de 2 o 2,5 micrones2

Los efectos del polvo sobre el tiempo y el clima son de trascendental importancia en el destino del planeta. En primera instancia se afecta el clima, al producir un forzamiento radiactivo, que puede ser directo e indirecto. El directo se produce por medio de la dispersión y la absorción de la radiación solar incidente, que impide a gran parte de la radiación solar llegar a la superficie de la Tierra. Es importante valorar que en este proceso también se produce la interacción entre el polvo y la radiación infrarroja terrestre.
El forzamiento radiactivo indirecto se vincula a la microfísica de las nubes, pues altera su ciclo de vida y la producción de lluvia. En ambos casos, el forzamiento radiactivo es negativo, por lo que contribuye al enfriamiento del planeta. Esto hace que, dadas las enormes cantidades de polvo que se incorporan anualmente a la atmósfera, se haga absolutamente necesaria su incorporación a los modelos de predicción del clima en su más amplio espectro. Ello implica, además, el desarrollo de modelos complejos que incluyan no solamente la presencia o cantidades de polvo, sino su composición, tamaño de sus partículas, estratificación vertical y transformaciones, entre otros aspectos. Solo así se podrá tener una visión más clara del balance de radiación del planeta, lo que equivale a calentamiento o enfriamiento, y hacer una valoración real de su impacto en el cambio climático.

Estas nubes de polvo modulan la ciclogenésis y la evolución de los ciclones tropicales en el Atlántico Norte, al producir una marcada inversión de temperatura en los niveles bajos de la atmósfera, incrementar la estabilidad, aumentar la cizalladura vertical del viento y contribuir al descenso de la temperatura superficial del mar. En cuanto a la evolución de los ciclones tropicales, es conocido que tanto las condiciones del ambiente externo al ciclón como los cambios en su estructura y energética interna condicionan su evolución futura (viento, precipitaciones). Este proceso de interacción entre el polvo y el ciclón es complejo, pero el efecto final es el debilitamiento del organismo, que podría llegar a su destrucción total, según han planteado diferentes autores3.

En las zonas que permanecen bajo su influencia, estas nubes de polvo imponen sus condiciones; al influir los parámetros de la atmósfera, modulan el régimen de lluvia. Estudios recientes desarrollados en La Habana confirman el efecto de estas nubes de polvo sobre las áreas de tormentas, en las cuales pueden estimular un gran aparato eléctrico, la disminución marcada de precipitaciones y contribuyendo así a la sequía. Este efecto debe tenerse en cuenta en las regiones donde las precipitaciones producidas por las tormentas de verano tienen un peso significativo en los totales de lluvia.

El auge de esta temática ha sido posible, en primera instancia, por el desarrollo de satélites altamente especializados que han permitido, en primer plano, una visión global y a escala regional y local de la ocurrencia de las tormentas y del transporte de polvo, así como un acercamiento a la amplia esfera de efectos trascendentales que este polvo del desierto tiene para el medioambiente, el tiempo, el clima y la salud de los seres humanos, animales y plantas, incluidos los ecosistemas marítimos y terrestres vitales para el planeta, al punto de alcanzar en ocasiones la categoría de desastres.

Para un país como Cuba, situado en el Mar Caribe, a sotavento del Sahara –principal fuente de polvo del planeta–, y afectado frecuentemente por los ciclones tropicales, se hace absolutamente necesario el desarrollo de investigaciones encaminadas a esclarecer las afectaciones provocadas por las nubes de polvo del Sahara en diferentes escalas de espacio temporal, caracterizar su comportamiento, medir su concentración, composición química y clasificar sus componentes biológicos. En la isla caribeña, donde las lluvias de verano están vinculadas estrechamente a las tormentas eléctricas y determinan en gran medida los recursos hídricos vitales del país, durante la primavera y el verano son frecuentes las afecciones por las nubes de polvo del Sahara, que depositan enormes cantidades de polvo, con su heterogénea carga de partículas minerales, compuestos biológicos, muchos de ellos patógenos y algunos suficientemente agresivos como para producir epidemias, epizootias y epifitas.

El presente trabajo caracteriza la presencia de las nubes de polvo del Sahara sobre el territorio nacional entre 1998 y 2009, en diferentes escalas de espacio temporal (país y provincias, días, meses y años), atendiendo a elementos tales como presencia o no del polvo, porcentaje y cantidad de días con polvo, días consecutivos con presencia de polvo y valor del índice de aerosol (AI).

Materiales y métodos

En este análisis se trabaja en diferentes escalas espaciotemporales que contemplan días, semanas, meses y años; en la espacial: el territorio nacional (el todo) y el provincial (las partes), de acuerdo con la división política administrativa vigente en el momento en que se comenzó la elaboración de las bases de datos del proyecto.

Como herramientas básicas se tomaron las imágenes de diferentes tipos de satélites, sensores y canales espectrales. Los satélites son: Earth Probe, AURA, GOES y METEOSAT. Las imágenes se emplean con diferentes niveles de prioridad, según el área de estudio y el fenómeno específico de que se trate; sin embargo, el trabajo se basará, fundamentalmente, en las imágenes TOMS Earth Probe, OMI AURA y GOES – METEOSAT Split Windows. El procesamiento de estas imágenes es manual y se realiza colocando un mapa de Cuba con la división política administrativa sobre la imagen de análisis, para determinar la presencia o no del polvo sobre el área de estudio, la cual se puede ratificar mediante el valor del índice de aerosol, determinado con el Software TaiSat. Todo el procesamiento de los datos se realiza mediante técnicas de la estadística multivariada.

Polvo del Sahara en Cuba de 1998 a 2009

Las primeras nubes de polvo procedentes del Sahara arriban a la isla en marzo, principalmente, aunque pueden presentarse en abril. Los porcentajes máximos de días se registran, sobre todo, en julio y junio, aunque se han recogido también en mayo y agosto. Las últimas nubes de la temporada se observan en el territorio nacional, generalmente, en septiembre y octubre.
El valor máximo del Índice de Aerosol reportado es de cuatro, en julio.

Cuando se analiza la curva de porcentaje de días con polvo entre 1998 y 2009, se puede observar que los años 1998 y 1999 se mantienen próximos al 70 por ciento, dato que se eleva considerablemente en 2000, hasta 97 por ciento de días con polvo, para luego experimentar una caída muy brusca de 54 por ciento en 2001.

A partir de aquí se intensifica rápidamente el transporte de polvo, condición que se mantiene entre 2002 y 2004 con la totalidad de días con polvo durante varios meses.

A continuación se produce un descenso continuo de la llegada del polvo, con el valor mínimo en 2006: 32 por ciento. Luego comienza un discreto ascenso, que se mantiene hasta 2009 en 81 por ciento de días. En la fig. 1, se observa un comportamiento cíclico en cuanto a la llegada del polvo.

Aunque el periodo de estudio es relativamente corto y no permite una caracterización rigurosa, el transporte de polvo parece estar representado por ciclos de aproximadamente cinco años, lo que pudiera establecer un comportamiento cíclico, tanto en la ocurrencia de las tormentas como en su transporte. Este hecho aparece reflejado en la gráfica de porcentaje de días con polvo, anualmente, y es de gran trascendencia por la repercusión que puede tener en el comportamiento de determinados patrones del tiempo y el clima en la región, así como en el transporte de patógenos y otros compuestos perjudiciales para la salud, como los contaminantes orgánicos persistentes y los metales pesados.

Fig. 1- Ciclo de la llegada del polvo a Cuba

El Índice de Aerosol tiene su registro más alto en los años correspondientes al periodo de máxima llegada de polvo: 2002 y 2003, cuando se reporta un AI de cuatro. Otro valor notable (3,5) se reporta en 1999, 2000 y 2004.

Entre 1998 y 2009, fue 2002 el año de mayor porcentaje de días con polvo por meses, pues gran parte de la primavera y el verano registró la totalidad de esos días, en abril, mayo, junio y julio, lo que indica que durante esos meses el territorio nacional fue afectado, diariamente, por nubes de polvo procedentes del Sahara.

El índice de Aerosol mantuvo valores muy altos durante casi toda la temporada, con el mayor registro, de cuatro, en julio, y 3,5 en abril, junio y agosto, seguidos de 2004 con la totalidad de los días con polvo durante mayo, junio y julio, así como 2003 con el ciento por ciento de los días con polvo en junio y julio. Los niveles más bajos del período corresponden a 2006 (32 % de los días en julio y agosto) y 2005 (35 % en julio). A partir de 2006 se observa una tendencia al aumento de los niveles de polvo, con 48 por ciento en agosto de 2007, 43 por ciento en junio 2008 y 84 por ciento en julio 2009. En los años correspondientes a la década del noventa y en 2000 se observan los niveles siguientes: 74 por ciento, 71 por ciento, 97 por ciento en 1998, 1999 y 2000, respectivamente.

Indicadores vinculados a la afectación de las nubes de polvo

Para poder comprender el comportamiento de las nubes de polvo, sistematizar sus aplicaciones a diferentes esferas económicas, sociales, científicas y poder valorar la interrelación existente entre el país y las provincias, y entre estas últimas entre sí, se hace necesario definir un conjunto de indicadores que nos permitan, de forma muy sintética y homogénea, valorar la presencia y efectos potenciales vinculados a las características del comportamiento diario, mensual y estacional (acumulativo) del transporte de polvo sobre procesos como las tormentas eléctricas, sequías, ecosistemas como los arrecifes coralinos, espejos de aguas internos o en la esfera de la salud, como puede ser el asma bronquial y las infecciones respiratorias agudas en los seres humanos, o la diarrea en el ganado. Estas nubes pueden arribar como grandes eventos de polvo que abarcan miles de kilómetros cuadrados y afectar todo el territorio nacional (ver fig.2).

Fig.2. Imagen IR GOES-Meteosat 16 Jul. 2009 0600z muestra una extensa nube de polvo sobre la región Oriental  de Cuba

Temporada de polvo: Se define como el arribo de polvo al territorio nacional, que se produce entre marzo y octubre, vinculado directamente al transporte de las nubes de polvo del Sahara y que no implica, necesariamente, el establecimiento de la Capa de Aire del Sahara (SAL por sus siglas en inglés/ Sahara Air Layer), tal como está definida. Este transporte está vinculado generalmente a los vientos alisios, pero puede producirse por las ondas del Este y otros fenómenos meteorológicos4.
El polvo presente en menor grado en el territorio cubano, en noviembre y en los meses de invierno, es considerado procedente de otras fuentes, principalmente del oeste, y se estudia de forma independiente.

Actividad Mensual (AM): Se define directamente como la cantidad de días polvo correspondiente al mes, expresada en porcentajes5. Presenta cinco categorías: muy débil (0 – 19), débil (20 – 39), moderada (40 – 59), fuerte (60 – 89) e intensa (90 – 100).

Intensidad de la Temporada de Polvo (ITP): Es el porcentaje promedio de días polvo en los meses de la temporada de polvo. Este indicador puede ser nacional y provincial6, y presenta cuatro categorías: débil (0 – 14), moderada (15 – 29), fuerte (30- 54) y muy fuerte (55 – 100). Esta definición nos permite hacer una valoración rápida y precisa del comportamiento anual del polvo, tanto sobre el territorio nacional como para cada provincia, individualmente, así como su comparación.

Índice de Afectación (IA): Se define como la razón del ITP provincial (ITPp) y el ITP nacional (ITPt)

Intensidad de las temporadas de polvo de 1998 a 2009

El análisis de la intensidad potencial de la temporada nos convoca a una manera diferente de pensar. No vemos aquí un mes o una semana de mucho polvo, con su efecto directo sobre un proceso específico, como puede ser el asma bronquial; sino el efecto total de una temporada de polvo, con sus consecuencias sobre sistemas como los arrecifes coralinos, los acuíferos terrestres, la floración de algas tóxicas marinas, bosques, los seres humanos y los animales.

Analizar las temporadas sobre la base de estos principios revela el comportamiento estacional de las nubes de polvo del Sahara en el territorio nacional, como un todo –tal como aparece en la fig. 3– y en sus componentes integrales, las provincias (ver fig.4). Los mapas de polvo obtenidos a partir de las imágenes EP-TOMS y OMI Aura nos muestran diferentes escenarios, que se explican a continuación.

Comportamiento del ITPt

El análisis del período de estudio muestra a 1998 con niveles elevados de intensidad, que alcanzan hasta 50 por ciento y disminuyen al año siguiente a un acumulado de 45 por ciento. Ese descenso prosigue y topa en 2000 hasta 40 por ciento, para producirse una brusca caída en 2001, cuando llega hasta 20 por ciento.
Los años 2002, 2003 y 2004 establecen record de intensidad potencial. Encabezados por 2002, que presenta los valores más altos, esos años registran niveles de más del 55 por ciento. El año 2005 representa una brusca caída de la intensidad potencial, hasta 20 por ciento, que marca un declive de la presencia del polvo en la región, lo que puede tener una marcada influencia en la intensa actividad ciclónica en esta temporada. Durante 2006 el ITPt asciende con respecto al año precedente; sin embargo, conjuntamente con 2007, 2008 y 2009, se mantiene una cuenca de afectación por polvo que no rebasa un ITPt del 30 por ciento. La fig.3 (a, b y c), muestra los mapas ITPt para 1998, 2002 y 2009.

Fig.3 (a,b,c). Muestra los mapas de ITPt correspondientes a 1998, 2002 y 2009, respectivamente.

Comportamiento del ITPt provincial

El análisis comparativo de las provincias para el periodo de estudio muestra diferentes niveles del ITPp a lo largo del territorio nacional, para cada año, y los cambios en los años de estudio, para cada provincia (ver fig.4 a, b y c). Además, muestra los mapas de ATP correspondientes a los años 1998, 2002 y 2009.

En la década del noventa aparecen niveles bajos del ITPp,, caracterizados por los colores claros que tienen como límite superior el verde (ver fig. 4a). En tanto, el año 2000 exhibe niveles superiores del ITPp, con el valor más alto en Guantánamo (34,8 %); 2001 acumula los niveles más bajos de intensidad, sobre todo el territorio (2 % y 2,1 % en Granma y Cienfuegos, respectivamente). En contraste, 2002 lleva los colores más oscuros, en correspondencia con los valores máximos de la intensidad, al ser este el año de mayor ITPp del período de estudio (63 % en Guantánamo). Los años 2003 y 2004 cuentan con grados de intensidad de débiles a moderados, con 2003 para los valores más altos en Guantánamo y Pinar del Río (72 %y 57 %). En 2004, la cifra más alta de la temporada corresponde a la provincia de Guantánamo (52,8 %). El 2005, considerado un año con actividad mensual moderada en algunos meses, presenta un ITPp bajo que se corresponde con los colores blanco y azul, que recuerdan a 2001, aunque no llega a niveles tan bajos como este y se aleja ostensiblemente de los años precedentes. Por ello puede ser considerado como el inicio de un período de declive de la intensidad potencial.

Los años 2006, 2007, 2008 y 2009 se encuentran en una cuenca o periodo de declive del IPTp, lo que se manifiesta en los tonos claros de los mapas anuales (ver fig.4c). Durante esos años el valor máximo de ITPp se mantiene en Villa Clara (12,25 %), compartido con Sancti Spíritus en 2008.

Fig.4 a, b, c. Muestra los mapas de IPTp correspondientes a los años 1998, 2002 y2009 respectivamenteEl Índice de Afectación (IA) ofrece una valoración cuantitativa de la relación existente entre el país y la provincia, entre el todo y las partes, y permite establecer una comparación entre los niveles de afectación de las diferentes provincias.
El análisis de la matriz de índice de Afectación (tabla 1) para el periodo de estudio nos muestra que el valor más alto corresponde a la provincia de Guantánamo, en 2002, con 0,83, y el más bajo le toca a Granma en 2006, con 0,10. Mientras, el promedio más alto del periodo le corresponde a Villa Clara con 0,52, seguida de Guantánamo con 0,50. Este indicador nos permite ubicar cada una de las provincias en correspondencia con el efecto acumulativo total del polvo y compararlas entre sí para valorar dónde puede haber una mayor incidencia, dentro del territorio nacional, de los efectos de la temporada.

Tabla 1

Conclusiones

• Las nubes de polvo procedentes del Sahara solamente afectan al territorio nacional de marzo a octubre. Este criterio fundamentó la definición de “temporada de polvo en Cuba”
• El análisis de la curva de distribución de porcentajes máximos de días con polvo para el período de estudio, de 1998 a 2009, muestra un comportamiento cíclico, representado aproximadamente por ciclos de cinco años. Este criterio puede ser de gran interés, tanto para el estudio de la ocurrencia de las tormentas de polvo como para el transporte de las nubes, su arribo e impacto en el Caribe.
• Los máximos de días con polvo para el territorio nacional se registran, principalmente, en verano, en los meses de julio o junio.
• El análisis comparativo de los mapas de ITPt muestra una marcada variabilidad anual en el comportamiento de este indicador, lo que establece también que los efectos totales de cada una de las temporadas son diferentes.
• El análisis comparativo de los mapas de ITPp para una temporada específica muestra una gran variabilidad del comportamiento de este indicador entre las provincias, mientras que la comparación de los mapas para el período de estudio indica también una marcada variabilidad para cada una de las provincias, lo que implica que la Intensidad total de una temporada de polvo se manifiesta de forma diferenciada en cada una de las provincias. Esto es también variable en el tiempo y se debe, en gran medida, a las particularidades del transporte de polvo.
• El Índice de Afectación establece la relación del comportamiento estacional entre las provincias y la nación, además de que permite la comparación cuantitativa entre las diferentes provincias, lo que lo convierte en una herramienta básica de trabajo.

Notas

1- U.S. Geological Survey, USGS Open-File Report 03–028, January, 2003.

2- Michele A. Monteil: Saharan dust clouds and human health in the English-speaking Caribbean: what we know and don’t know, Environ Geochem Health, pp.30:339–343, 2008; Prospero, J. M.: Long-range transport of mineral dust in the atmosphere: Impact of African dust on the environment of the southeastern United States. Proceedings of the National, 1999.

3- Jason p. Dunion and Christopher s. Velden: The impact of the Saharan air layer on Atlantic tropical cyclone activity, American Meteorological Society March 353, 2004; Mojena E. y otros:Las tormentas de polvo del Sahara. Su impacto sobre la ciclogénesis y la evolución de los ciclones Tropicales en el Atlántico Norte. Congreso de Meteorología, La Habana, noviembre de 2011.

4- Atlántico, el Caribe, el Golfo de México y Cuba”, Insmet, 2012.

5- Ibid.

6- Ibid.

(2013)

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