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  1. Guia sobre gases volcanicos
  2. Dióxido de azufre (SO2)

Dióxido de azufre (SO2)

El dióxido de azufre es uno de los gases mas comunmente liberados durante erupciones volcánicas (después de agua y dióxido carbónico), y es preocupante a escala global, debido a su potencial influencia en el clima. A escala global SO2 es peligroso para los humanos en su forma gaseosa y también porque se oxida formando sulfato aerosol.

Propiedades
Efectos por exposición
Lineamientos existentes
Ejemplos volcánicos e incidentes
Referencias

Propiedades

El dióxido de azufre (SO2) es un gas incoloro con un olor irritante característico. Este olor es perceptible a diferentes niveles, dependiendo de la sensibilidad individual, pero generalmente se percibe entre 0.3-1.4 ppm y es fácilmente notable a 3 ppm (Baxter, 2000; Wellburn, 1994). SO2 no es inflamable, no es explosivo y es relativamente estable. Su densidad es más del doble que la del aire ambiental (2.62 g L?¹ a 25°C y 1 atm (Lide, 2003), y es altamente soluble en agua [85 g L?¹ (Gangolli, 1999)]. En contacto con membranas húmedas SO2  forma ácido sulfúrico (H2SO4), que es responsable de fuertes irritaciones en los ojos, membranas mucosas y piel (Komarnisky et al, 2003).

Típicamente, la concentración de SO2 en  fumarolas volcánicas diluidas es < 10 ppm, tan poco  como 10 km con viento a favor desde su origen, comparado con el antecedente troposférico de 0.00001-0.07 ppm (Brimblecombe, 1996; Oppenheimer et al., 1998). Suponiendo que el gas tuviese media vida de 6 a 24 horas, entonces solo el 5% del gas emitido está presente en la atmósfera baja después de 1 a 4 dias (Brimblecombe, 1996; Finlayson-Pitts and Pitts, 1986; Porter et al., 2002).
 

Efectos por exposición

El dióxido de azufre es irritante a los ojos, garganta y vías respiratorias. La sobre exposición en el corto tiempo causa inflamación e irritación, provocando ardor en los ojos, tos, dificultades respiratorias y sensación de tensión en el pecho. Las personas asmáticas son especialmente sensibles al SO2 (Baxter, 2000) y pueden reaccionar ante concentraciones tan bajas como 0.2 a 0.5 ppm. Los vulcanólogos que sufren de asma pueden advertir efectos adversos a concentraciones sustancialmente más bajas de las que afectan a los demás colegas. Una exposición prolongada o repetida a concentraciones bajas (1-5 ppm) puede ser peligrosa para personas con enfermedades cardíacas o pulmonares previas.  Mientras los efectos sobre la salud de variadas concentraciones han sido documentados por diferentes investigadores y organizaciones, una  muestra de los umbrales por efectos a la salud se describen en la tabla siguiente.

Efectos sobre la salud por exposición respiratoria al dióxido de azufre
(Baxter, 2000; Nemery, 2001; NIOSH 1981; Wellburn, 1994)

Límite de exposición (ppm) Efectos sobre la salud
1-5 Umbral de respuesta respiratoria al ejercicio o respiración profunda en individuos sanos
3-5 El gas es fácilmente detectable . Caída de la función respiratoria en reposo y resistencia a la corriente de aire
5 Aumento de la resistencia en individuos sanos
6 Inmediata irritación  en ojos nariz y garganta
10 Empeora la irritación en ojos, nariz y garganta
10-15 Umbral de toxicidad por exposición prolongada
20+ Parálisis o muerte después de exposición prolongada
150 Máxima concentración que puede ser resistida durante algunos minutos por individuos sanos

Se ha demostrado que la presencia de altos niveles de SO2 en el ambiente puede causar diversos problemas de salud en niños (Ware et al., 1986). Aún así, los estudios realizados en el Mt. Sakurajima no indican una correlación entre la prevalencia de asma en niños y la exposición  prolongada a los gases volcánicos (Uda et al., 1999).
 

Lineamientos existentes

En 1971, el USA EPA fijó los niveles de SO2 que pueden causar daños significativos a la salud de las personas, estableciendolos en 2620µg m¯³ (1ppm) (promedio de 24 horas). Cuando las partículas de material u otras huellas de componentes están también presentes, este nivel baja. Los lineamientos de SO2 para el ambiente y las ocupaciones internacionales, que cambian significantemente en países diferentes, aparecen en la tabla que sigue.

Lineamientos de SO2 para calidad de la atmósfera
Los valores entre paréntesis son conversiones aproximadas a lineamientos ya publicados

Pais/Institución Nivel (ppm) Nivel (µg m-3) Tiempo promedio Tipo de linea-miento Fecha de implementación Ley de soporte Notas Ref.
Argentina 1 2620 1 hora   16 April 1973 Ley 20.284   a
0.3 780 8 horas   16 April 1973 Ley 20.284   a
(0.027) 70 1 month   16 April 1973 Ley 20.284   a
Chile 0.096 250 24 horas Primario 6 March 2003 D.S. Nº 113/02 1 b
0.031 80 Anual Primario 6 March 2003 D.S. Nº 113/02 1 b
China (0.057),
(0.191),
(0.267)		 150 (i),
500 (ii),
700 (iii)		 1 hora   January 1996 GB 3095-1996 2 a
0.019),
(0.057),
(0.095)		 50 (i),
150 (ii),
250 (iii)		 24 horas   January 1996 GB 3095-1996 2 a
(0.008),
(0.023),
(0.038)		 20 (i),
60 (ii),
100 (iii)		 Anual   January 1996 GB 3095-1996 2 a
Colombia (0.573) 1500 3 horas No más de una vez al año 11 January 1982 Decreto No. 2   a
(0.153) 400 24 horas No más de una vez al año 11 January 1982 Decreto No. 2   a
(0.038) 100 Anual   11 January 1982 Decreto No. 2   a
Costa Rica (0.573) 1500 3 horas No más de una vez al año   Reglamento sobre inmisión de contami- 
nantes atmosféricos		   a
(0.139) 365 24 horas No más de una vez al año   Reglamento sobre inmisión de contami- 
nantes atmosféricos		   a
(0.031) 80 Anual     Reglamento sobre inmisión de contami- 
nantes atmosféricos		   a
Ecuador (0.573) 1500 3 horas No más de una vez al año 15 July 1991 Registro Oficial No. 726   a
(0.153) 400 24 horas No más de una vez al año 15 July 1991 Registro Oficial No. 726   a
(0.031) 80 Anual   15 July 1991 Registro Oficial No. 726   a
Unión Europea (0.134) 350 1 hora not to be exceeded more than 24 times in a calendar year 1 January 2005 COUNCIL DIRECTIVE 1999/30/EC 3 c
(0.048) 125 24 horas not to be exceeded more than 3 times in a calendar year 1 January 2005 COUNCIL DIRECTIVE 1999/30/EC 3 c
(0.008) 20 Anual   19 July 2001 COUNCIL DIRECTIVE 1999/30/EC 3 c
Japón 0.1 260 1 hora   16 May 1973     d
0.04 110 24 horas   16 May 1973     d
México (0.130) 341 24 horas No más de una vez al año 23 December 1994 NOM-022- 
SSA1-1993		   a
(0.030) 79 Anual   23 December 1994     a
Nueva Zelandia (0.134) 350 1 hora   May 2002   4 e
(0.046) 120 24 horas   May 2002   4 e
Reino Unido (0.102) 266 15 min. No pasar de 35 veces al año 31 December 2004 Regulaciones para la calidad del aire en Inglaterra 2000   f
(0.134) 350 1 hora No pasar de 24 veces al año 31 December 2004 Regulaciones para la calidad del aire en Inglaterra 2000   f
(0.048) 125 24 horas No pasar de 3 veces al año 31 December 2004 Regulaciones para la calidad del aire en Inglaterra 2000   f
EEUU 0.14 365 24 horas Primario 1990 NAAQS   g
0.50 1300 3 horas Secondary 1990 NAAQS   g
0.030 80 Anual Primario 1990 NAAQS   g
WHO 0.175 500 10 min.   2000 WHO 2000 5 h
(0.048) 125 24 horas   2000 WHO 2000   h
(0.019) 50 Anual   2000 WHO 2000   h
  1. La condición normal corresponde a la presión de una atmósfera (1 atm.) y temperatura de 25°
  2. (¡) áreas sensitivas de protección especial (¡¡)áreas típicamente urbanas o rurales (¡¡¡)áreas industriales especiales
  3. Deben ser standarizadas a 293 K y 101.3 kPa
  4. Medido a 0° y  presión 1 atm. Esto no aplica a ácido de azufre
  5. Basado en evidencias de estudios epidemiológicos.
  1. http://www.cepis.ops-oms.org/bvsci/e/fulltext/normas/normas.html
  2. http://www.conama.cl/portal/1255/propertyvalue-10316.html
  3. European Commission Guidelines Website
  4. http://www.env.go.jp/en/lar/regulation/aq.html
  5. http://www.mfe.govt.nz/publications/air/ambient-air-quality-may02/index.html
  6. http://www.defra.gov.uk/environment/airquality/airqual/index.htm
  7. http://www.epa.gov/air/criteria.html
  8. WHO, 2000. Guidelines for Air Quality, World Health Organisation, Geneva.

Sumario de lineamientos ambientales

La tabla de lineamientos ambientales para SO2 anterior demuestra la amplísima variedad de lineamientos internacionales existentes. La diferencia de un país a otro se puede explicar por la antigüedad de los lineamientos, el logro práctico de un standard basado en niveles de contaminación alcanzado, actuales y predecidos, o los datos sobre los que se estableció el Standard (por ejemplo, un estudio epidemiológico vs niveles de contaminación reales). El tiempo promedio en esos lineamientos va de 10 minutos (WHO) a anual. La tabla a continuación resume la amplitud de valores de los lineamientos por cada período promedio.
 

Resumen de la amplitud de niveles de SO2 ambiental

Tiempo promedio Min (ppm) Max (ppm)
10-15 min 0.102 0.175
1 hora 0.057 1
24 horas 0.019 0.153
Anual 0.008 0.038

Lineamientos ocupacionales para SO2
Los valores entre paréntesis son conversiones aproximadas de lineamientos publicados

País/
Institución		 Nivel
(ppm)		 Nivel
(µg m-3)		 Tiempo promedio Tipo de lineamiento Fecha Ley de soporte Notas Ref.
UK 5 13000 15 min MEL       a
2 5300 8 hour TWA MEL       a
USA 5 13000 15 min STEL 1994 NIOSH/ ACGIH 2 c
5 13000 8 hour TWA PEL   OSHA Regulations (Standards - 29 CFR) 1 b
2 5000 8 hour TWA   1994 NIOSH/ ACGIH 2 c
0.3 (800) 1 hour ERPG-1 1989 Emergency Response Planning Guideline   d
3 (7900) 1 hour ERPG-2 1989 Emergency Response Planning Guideline   d
15 (39300) 1 hour ERPG-3 1989 Emergency Response Planning Guideline   d
  1. ppm por volumen a 25° y 760 torr.
  2. http://www.cdc.gov/niosh/nmam/
  1. HSE, 2002. Occupational Exposure Limits 2002. HSE Books, Sudbury.
  2. OSHA Guidelines Website
  3. NIOSH Manual of Analytical Methods (NMAM®), 1994, Cassinelli, M.E. and O'Connor, P.F. (Eds.). DHHS (NIOSH) Publication 94-113, 4th ed. and/or http://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_268500.html
  4. AIHA Emergency Response Planning Guidelines Committee, 2002. Emergency Response Planning Guidelines 2002 Complete Set, American Industrial Hygiene Association, Fairfax.

A number of volcano observatories have implemented their own SO2 guidelines. At Mt. Aso crater, Japan, for example, visitors are evacuated when SO2 levels exceed 0.2 ppm continuously for 1 minute or instantaneous levels exceed 5.0 ppm. These levels were reduced from >5 ppm for 5 minutes following gas related fatalities in the 1990's (Ng'Walali et al., 1999). In 2000, Hawaii Volcanoes National Park in collaboration with the USGS Hawaiian Volcano Observatory introduced a set of SO2 advisories to protect staff and visitors to the park (below).

Una cantidad de observatorios vulcanológicos han implementado sus propias guías. En el cráter del Monte Aso, Japón, por ejemplo, los visitantes son evacuados cuando los niveles de SO2 exceden los 0.2 ppm continuamente durante un minuto, o simultáneos niveles qu8e exceden 5.0 ppm. Estos niveles fueron reducidos de > 5ppm durante 5 minutos después de fatalidades vinculadas al gas en los 90’s (Ng’Walali et al, 1999). En 2000 El Parque Nacional de los Volcanes en Hawai, en colaboración con  USGS Observatorio Vulcanológico Hawaiano, introdujo un conjunto de advertencias sobre SO2 para proteger al personal y visitantes del parque (ver abajo).

Tabla de advertencia sobre SO2 del Parque Nacional de los Volcanes de Hawai y Observatorio Vulcanológico Hawaiano
 

Tabla de advertencia sobre SO2 del Parque Nacional de los Volcanes de Hawai y Observatorio Vulcanológico Hawaiano
USGS Plan de Respuesta en los Volcanes Hawaiianos
Condición Respuesta
VERDE
(bueno)
SO2< 300ppb 15 min. promedio		 Actividad normal
AMARILLO
(moderado)
SO2 >300 ppb 30 min. promedio		 Acciones protectoras básicas
  • Se alerta al personal
  • Se informa a los visitantes
NARANJA
Insalubre para grupos sensibles
SO2 >500 ppb 15 min promedio		 Acciones protectoras moderadas
  • Relocalizar/cancelar caminatas y trabajos al aire libre
ROJO
Insalubre
SO2 >1000ppb 15 min promedio		 Acciones protectoras amplias
  • Considerar el cierre de las entradas a la estación y centro de visitantes


 

Ejemplos volcánicos e incidentes

Las concentraciones del dióxido de sulfuro (SO2) peligrosas para la salud humana han sido registradas con viento a favor en muchos volcanes. Las más altas concentraciones se ven con mas frecuencia en las inmediaciones de volcanes con degasificación persistente.

  • Kilahuea, Hawai: concentraciones ambientales de SO2 en un estacionamiento turístico durante un episodio de actividad creciente en 1996, alcanzó los 4.0 ppm (BGVN 21:01), casi 10 veces más alto que en las guías de concentración para 3 horas en los EEUU. Desde 1987 a 2001, la concentración del SO2 ambiental excedió mas de 85 veces los standares para 24 horas de salud primaria de USA en los instalaciones del Parque Nacional de los Volcanes de Hawaii (Elias, 2002). Estas mediciones en un famoso lugar turístico provocaron la introducción de guías de SO2 para el parque.
  • Masaya, Nicaragua: Degasificación normal activa, y en los períodos de Marzo-Abril de 1998 y Febrero-Marzo de 1999 concentraciones medias de SO2 medidas con viento a favor hasta 44 km de distancia dieron una dispersión de  <0.002 – 0.23 ppm (~5-600 µg m?³) (Demelle et al., 2002). Cerca del 30% de estas mediciones estuvieron por encima de la guía de la Organización Mundial de la Salud (WHO) para 24 horas. Las máximas concentraciones se midieron en la cordillera de Llano Payaca, a 14 km de distancia, fueron de 0.6 ppm (Horrocks, 2001). En mayo 2001, la mayor cantidad de SO2 fue registrada en la fumarola del Masaya, al borde del cráter Santiago y fue de 3.1 ppm (7950 µg m?³).(Allen et al., 2002). Estas concentraciones indican el alto potencial de riesgos a la salud para la población local, quienes han manifestado sensibilidad e inflamación ocular, bronquitis, irritación de garganta y dolores de cabeza. Se estima que ~50,000 personas están en riesgo por el SO2, y contaminación de agua en la región Masaya.
  • Poas, Costa Rica: Residentes y científicos de la región del volcán se han quejado de irritación en ojos y garganta. Mediciones con viento a favor  de SO2 a largo plazo en zonas pobladas muestran concentraciones medias  de hasta ~0.28 ppm (730 µg m?³), con mediciones a corto plazo de hasta 0.3-0.5 ppm (Nicholson et al., 1996) estos niveles, observados en 1991 y 1992, exceden los valores de los lineamientos de WHO para 24 horas y en algunas localidades exceden los niveles para 15 minutos. El más alto nivel de SO2 tomado en el borde del cráter del  Poas, con ~35 ppm, sustancialmente por encima de los niveles de los lineamientos.
  • Villarrica, Chile: Las mediciones de concentración de  SO2 realizadas a la orilla del cráter excedieron frecuentemente 13 ppm (equivalente al límite ocupacional de NIOSH 15 min) (Witter y Delmelle, 2004). En el pico de la temporada turistica veraniega, diariamente subieron unos 100 turistas, de los cuales un gran número se expuso al gas nocivo.
  • White Island, New Zealand: Un estudio de salud piloto reporto mediciones en tiempo promedio de exposición personal al SO2, durante 20 minutos de fumarolas con viento a favor de ~6-75ppm (Durand et al., 2004). Estas concentraciones excedieron el límite de exposición ocupacional a corto plazo, en hasta 15 veces.

Las poblaciones y las ciudades pueden ser muy afectadas por las emisiones de SO2 durante una actividad volcánica más explosiva:

  • Soufriere, Guadalupe: Durante la erupción de 1976 la gente se quejo de dolores de cabeza asociado con fuerte olor a SO2 (Le Guern et al., 1980).
  • Popocatepetl, México: En la ciudad de México, con vientos bajando directamente desde el persistentemente activo volcán, las concentraciones de SO2 excedieron los 0.08 ppm (160 µg m?³) debido a las emisiones volcánicas (Raga et al., 1999). Esto es más de cuatro veces mayor que el promedio mensual típico de la ciudad, y por encima de lo reconocido en los lineamientos de exposición anual y para 24 horas.
  • Sakurajima, Japón: Este volcán ha estado muy activo en los últimos tiempos, con emisiones que alcanzan una vasta región con viento a favor. Los niveles máximos de SO2 por hora en la ciudad de de Sakurajami (~5km desde el volcán del mismo nombre) fueron de 0.84 ppm en 1980, excediendo los standares de calidad del aire de Japón (Yano et al., 1986). Desde Septiembre de 1985 hasta Febrero de 1986 la concentración mensual de SO2, medidas en la base del Sakurajima, variaron de 0.015 ppm a 0.138 ppm  con un promedio de 0.079 ppm en ese período (Kawaratani y Fujita, 1990). Investigaciones epidemiológicas en la región que rodea el volcán muestran asociación positiva entre concentraciones de SO2 y mortalidad en adultos, causada por bronquitis y mortalidad neonatal (Shinkuro et al., 1999; wakisaka et al., 1988).
  • Miyakejima, Japon: en otoño de 2000 vientos del sud y del sudeste trajerongases emitidos por el volcán Mayakejima a la isla principal y causaron gran concentración de SO2 en muchas estaciones  de superficie  con 100 a 400 km de viento a favor (po ejemplo Naoe et al., 2003). A 88 km de distancia, un máximo de ~0.114 ppm de SO2 a nivel de superficie, comparado con 0.0028 en la misma época del año anterior (An et al., 2003). A 4.5 km, la concentración máxima por hora  fue de 0.945 ppm. Esto es nueve veces mayor que el valor por hora de calidad del aire japonés. La erupción impactó la calidad del aire del área metropolitana de Tokio que tiene más de 30 millones de residentes, algunos de los cuales reportaron gases mal olientes en la ciudad  (Fujita et al., 2003). Desde Agosto a Noviembre de 2000, los niveles de SO2 en 623 estaciones de monitoreo de aire a lo largo de Japón, reportaron excesos en los valores de calidad del aire por hora  (Fujita et al., 2003).

Otros ejemplos de concentraciones de SO2 y sus efectos a diversas distancias:

  • Concepción, Nicaragua: Emisiones de SO2 del cráter en 1986 y 1993 medidas con viento a favor fueron suficientes para causar un efecto de rocío en áreas pobladas (SEAN 11:05; BGVN 18:03).
  • Cerro Hudson, Chile: Vapores sulfurosos el 11 de octubre de 1991 fueron tan intensas en el Valle de Huemules, en el costado occidental del volcán, que algunos habitantes se enfermaron, con vómitos y pérdida de conciencia (BGVN 16:09). (No está claro cuál fue la composición de dichas emanaciones; pudo haber sido aerosol de sulfato y/o sulfuro de hidrógeno).
  • St. Augustine, Alaska: El vapor de la erupción del 1 de febrero de 1976 contuvo concentraciones de azufre gaseoso (los investigadores asumieron que se trataba de dióxido de azufre), hasta de 10 ppm en las cercanías del volcán, y 1 ppm con vientos a favor de 10 km, causando irritación en la garganta (Stith et al., 1978).
  • Yasur, Vanuatu: Niveles peligrosos de SO2 se encontraron en los vapores, en el borde del cráter. En Septiembre de 1988 se encontraron concentraciones entre 3 y 9 ppm (SEAN 13:12) en los vapores, excediendo muchos de los standares de calidad del aire ocupacional.
  • Telica, Nicaragua: En marzzo de 1994, un vapor rico en azufre bajó del cráter del volcán y llenó el valle con altas concentraciones de SO2. Se reportó también olor a azufre en la ladera del noreste (BGVN 19:07).
  • Taal, Filipinas: Fuerte olor a SO2 se registró durante la erupción de 1911, y se ha pensado (Baxter, 1990) que eso contribuyó a la alta mortalidad causada por esa erupción.

En otras regiones, la gente que vive o trabaja cerca de volcanes que emiten SO2, puede estar desprevenida con relación al riesgo de los gases. Por ejemplo, niveles medios de SO2 en el Lago Furnas, en Azores, en la caldera del volcán activo, dan mediciones de 0.115 ppm. Fue registrado en un área donde los turistas y los habitantes locales utilizan las fumarolas para cocinar, y es varias veces más alto que cualquier lineamiento anual conocido, y más alto que la mayoría de los lineamientos de nivel para 1 – 24 horas. Los niveles en el centro de la Villa Furnas (y tambien en la caldera) tienen un rango de 0.070 – 0.085 ppm (Baxter et al., 1999), también más alto que cualquier lineamiento de nivel anual.

La mayoría de los incidentes conocidos relacionados con SO2 venenoso ocurrieron en el Volcán Aso, en Japon (ver tabla). Aquí, 7 personas murieron en los últimos 15 años, y 59 fueron hospitalizadas por inhalación de gas volcánico de SO2, entre Enero de 1980 y Octubre de 1995.  Más de la mitad de los muertos tuvieron antecedentes asmáticos. Siguiendio sus autopsias, se redujeron los criterios de niveles de SO2 para evacuación, y se dieron alarmas estrictas sobre los riesgos de exposición  a los visitantes, para proteger a los asmáticos y con enfermedades respirtorias (Ng’Walali et al., 1999).

Incidentes de mortalidad y morbilidad asociados con las emisiones de SO2 volcánico en el Siglo Veinte
(Siguiendo BGVN 16:09; Hayakawa, 1999; Ng'Walali et al., 1999)

Volcán Fecha Morbi-mortalidad Datos adicionales
Aso, Japón 12/02/1989 1 muerto Turista varón de 66 años
Aso, Japón 26/03/1990 1 muerto Turista
Aso, Japón 18/04/1990 1 muerto Turista varón de 78 años
Aso, Japón 19/10/1990 1 muerto Turista mujer de 54 años
Hudson, Chile 11/10/1991 Algunos habitantes se enfermaron con vómitos y pérdida de conciencia Vapores azufrados en el valle
Kilauea, Hawaii 1993 1 muerto Turista con sensibilidad al azufre murió en el estacionamiento del cráter del Halemaumau
Aso, Japón 29/05/1994 1 muerto Turista mujer de 69 años
  Aso, Japón 23/11/1997 2 muertos Turistas varones de 62 y 51 años. Antes de su muerte hubo nivel 5 ppm

Referencias

Allen, A.G., Oppenheimer, C., Ferm, M., Baxter, P.J., Horrocks, L.A., Galle, B., McGonigle, A.J.S. and Duffell, H.J., 2002. Primary sulfate aerosol and associated emissions from Masaya Volcano, Nicaragua. Journal of Geophysical Research, 107(D23).

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