Spatio-temporal assessment of PM2.5 and PM10 pollution in core and peripheral municipalities of the Kathmandu valley using regulatory and low-cost sensor data

El aire que respiramos es una mezcla compleja de gases invisibles y diminutas partículas sólidas. Entre estas, las más peligrosas son las finas motas de polvo y hollín, lo suficientemente pequeñas como para deslizarse profundamente en nuestros pulmones e incluso entrar en nuestro torrente sanguíneo. Los científicos llaman a esto materia particulada. Cuando estas partículas miden menos de 2,5 micrómetros de ancho, se les etiqueta como PM2,5; cuando son ligeramente más grandes, hasta 10 micrómetros, son PM10. Aunque estas mediciones puedan sonar técnicas, la realidad es simple: cuantas más de estas partículas floten en el aire, mayor será el riesgo para la salud humana, provocando desde tos y asma hasta enfermedades cardíacas y pulmonares graves. En muchas partes del mundo, especialmente en ciudades de rápido crecimiento situadas en valles, el aire se vuelve espeso con estos contaminantes. El desafío para los científicos no es solo medir el aire en un punto, sino comprender cómo la contaminación se mueve y cambia a través de toda una ciudad, desde el centro bullicioso hasta los bordes más tranquilos, y cómo la forma de la tierra y el clima atrapan o limpian estas motas dañinas.

En el valle de Katmandú, en Nepal, una cuenca con forma de tazón rodeada de montañas, la calidad del aire se ha convertido en una grave crisis de salud pública. La forma misma de este valle, con sus paredes empinadas y su suelo plano, actúa como la tapa de una olla, atrapando el aire y evitando que fluya hacia afuera. Este trampa natural es especialmente efectiva durante el invierno, cuando el aire frío se asienta cerca del suelo y detiene el viento que mezcla la atmósfera. Durante años, los investigadores han sabido que el centro de la ciudad está contaminado, pero carecían de una imagen clara de cómo difiere la calidad del aire en los pueblos circundantes y cómo la contaminación cambia de estación en estación. Las estaciones de monitoreo de aire tradicionales son costosas y requieren un mantenimiento significativo, por lo que suelen ser escasas, dejando grandes brechas en nuestro conocimiento. Para llenar estos vacíos, un equipo de investigadores de la Universidad de Tribhuvan combinó datos de monitores oficiales del gobierno con una nueva red de sensores económicos de bajo costo. Al colocar estos sensores tanto en el núcleo urbano denso como en los municipios periféricos en rápido desarrollo, crearon un mapa detallado y de alta resolución del aire del valle.

El estudio, que analizó datos diarios de calidad del aire de 2023 a 2024, reveló un problema crónico y persistente. El aire en el centro de la ciudad es consistentemente peor que en las áreas circundantes. En promedio, el núcleo urbano registró concentraciones de PM2,5 de 40,71 microgramos por metro cúbico, mientras que las áreas periféricas midieron 27,22 microgramos por metro cúbico. Esta diferencia no es solo una pequeña fluctuación; representa una desigualdad significativa en la exposición. Durante las estaciones secas, específicamente el invierno y el periodo antes de las lluvias del monzón, la contaminación en el centro de la ciudad puede ser hasta 1,6 veces mayor que en las afueras. Los investigadores encontraron que el centro de la ciudad es un punto crítico donde las fuentes locales, como el tráfico pesado, el polvo de construcción y las emisiones industriales, se acumulan sobre la contaminación de fondo que afecta a todo el valle. En contraste, las zonas exteriores, aunque siguen estando contaminadas, se benefician de una mezcla de aire ligeramente mejor y de menos fuentes locales concentradas.

El momento de la contaminación cuenta una historia igualmente importante. El aire está más limpio durante la temporada de monzones, cuando las lluvias intensas lavan el polvo y el hollín del cielo. Sin embargo, incluso durante este tiempo más húmedo, el centro de la ciudad todavía lucha por cumplir con las directrices de seguridad. A medida que las lluvias cesan y comienza la estación seca, la calidad del aire se deteriora rápidamente. Los peores meses son enero y abril, cuando la combinación de aire frío y estancado y las condiciones secas permite que los contaminantes se acumulen a niveles peligrosos. Durante estos períodos secos, el centro de la ciudad excede los límites de seguridad de la Organización Mundial de la Salud casi todos los días. El estudio mostró que en las estaciones de invierno y pre-monzón, el centro de la ciudad tuvo cero días en los que el aire cumpliera con los estrictos estándares internacionales de seguridad. Esto es muy lejos de un día limpio ocasional; es un estado de exposición crónica y diaria a un aire peligroso.

Uno de los hallazgos más reveladores fue cómo cambia el tipo de contaminación dependiendo de dónde te encuentres. En el centro de la ciudad, el aire está lleno de una mezcla de partículas finas y polvo más grueso, probablemente levantado por vehículos y trabajos de construcción. En las áreas periféricas, la contaminación está dominada por partículas más finas, que a menudo provienen de la quema de biomasa para cocinar o calentar. Los investigadores también observaron si los patrones de contaminación cambiaban entre los días de semana y los fines de semana. Encontraron casi ninguna diferencia. El aire seguía siendo tan contaminado los sábados y domingos como lo era los lunes. Esto sugiere que los principales motores de la contaminación en el valle no son solo el tráfico diario de los desplazadores, que podría disminuir los fines de semana, sino fuentes continuas como los hornos de ladrillos y las operaciones industriales que funcionan los siete días de la semana. Estas instalaciones mantienen alto el nivel de contaminación de fondo, independientemente del día.

El estudio también investigó de dónde proviene la contaminación durante los episodios más graves. Al rastrear la trayectoria de las masas de aire, los investigadores descubrieron que durante los eventos de contaminación extrema, los vientos suelen soplar desde el oeste, transportando polvo y humo desde las vastas llanuras de la India a través de la frontera y hacia el valle de Katmandú. Esto significa que la calidad del aire de la ciudad no es solo un problema local, sino que está fuertemente influenciada por los patrones climáticos regionales y las emisiones de países vecinos. Cuando el viento sopla desde el oeste, trae una nueva carga de contaminantes que queda atrapada en el tazón del valle, agravando las emisiones locales. Este transporte transfronterizo explica por qué los picos de contaminación pueden ocurrir incluso cuando las condiciones locales parecen manejables.

Los investigadores concluyeron que confiar en unas pocas estaciones de monitoreo oficiales no es suficiente para comprender la verdadera naturaleza de la contaminación del aire en una ciudad compleja como Katmandú. El uso de sensores de bajo costo demostró ser esencial para capturar las marcadas diferencias en la calidad del aire entre el centro de la ciudad y las afueras, revelando un nivel de detalle que antes faltaba. Los datos muestran que, si bien todo el valle sufre una mala calidad del aire, la carga no se distribuye de manera equitativa. Las personas que viven en el núcleo urbano enfrentan un riesgo mucho mayor, respirando un aire que es significativamente más tóxico que el de sus vecinos en los municipios periféricos. El estudio enfatiza que gestionar esta crisis requiere comprender estas diferencias locales y las fuerzas regionales que las impulsan. Sin abordar tanto las fuentes locales, como el tráfico y los hornos de ladrillos, como el transporte regional de contaminantes, es probable que el aire en Katmandú siga siendo inseguro en el futuro cercano. Los hallazgos proporcionan una base clara y basada en evidencia para crear estrategias dirigidas a proteger la salud pública, asegurando que la gestión de la calidad del aire llegue no solo al centro de la ciudad, sino a todo el valle.