Seasonal and Diel Patterns of Total Gaseous Mercury Concentration In Atmospheric Air of the Central Valley of Costa Rica

Abstract

Monitoring mercury in atmospheric air near volcanoes is limited with no previous data for Costa Rica. Seasonal and daily patterns of total gaseous mercury (TGM) were observed at our main sampling location at the Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica. The area (lat 10.000230 long -84.109499) is located in the Central Valley of Costa Rica and is 27 km south-east of the Poas volcano (lat 10.199486 long -84.231388). Measurements were made from May 2008 to May 2009 at this location with some additional values obtained at other sites near the Poas volcano including San Luis and Grecia as well as the, Turrialba and Irazu volcanoes. Total gaseous mercury (TGM) was determined in samples collected at a height of 2 m using the Tekran 2537A (Tekran Inc.) gas-phase mercury vapor analyzer. Meteorological data (temperature, relative humidity, wind speed, wind direction, radiation, and precipitation) were obtained from the airport weather station located at Alajuela. Monthly precipitation is typically 85 mm during the dry season (December to April) with winds from the west. The wet season begins in late April and continues to December with monthly rainfall of 328 mm and winds from the north east. The annual mean temperature is 20 degrees C. With the onset of the wet season TGM increased from typical values near 10 to 905 ng m-3. Measurements made within 5 km from the Poas volcano were higher than at Heredia at that time. Diel values measured at the university site increased until midday along with temperature and radiation. Relative humidity showed a reciprocal pattern. We observed that high values of TGM were not related to wind velocity or direction. The strong diel pattern increased with sunrise, peaked at midday and was lowest during the night time. It would seem that elemental mercury from the volcano is oxidized and is deposited to the soils during the dry season when winds are blowing from the volcano. With the onset of heavy rains in April, mercury in the soil is reduced and re-volatilized resulting in the high levels in atmospheric air. Values at other volcano sites were provided. The role of atmospheric pollutants such as hydrogen peroxide and ozone should be included in future studies as they may result in oxidation of reduced mercury. The instability in the air masses may also be a factor and local pollution sources may result in high levels of mercury being circulated to ground level as radiation intensity increases.

El monitoreo de mercurio en el aire atmosférico cerca de volcanes es limitado y no existen datos previos para Costa Rica. Se observaron patrones estacionales y diarios de mercurio gaseoso total (TGM) en nuestra ubicación principal de muestreo en la Universidad Nacional, Heredia, Costa Rica. El área (lat 10.000230 long -84.109499) se localiza en el Valle Central de Costa Rica y está a 27 km al sureste del volcán Poás (lat 10.199486 long -84.231388). Las mediciones se realizaron entre mayo de 2008 y mayo de 2009 en este lugar, con algunos valores adicionales obtenidos en otros sitios cercanos al volcán Poás, incluyendo San Luis y Grecia, así como los volcanes Turrialba e Irazú. El mercurio gaseoso total (TGM) se determinó en muestras recogidas a una altura de 2 m utilizando el analizador de vapor de mercurio en fase gaseosa Tekran 2537A (Tekran Inc.). Los datos meteorológicos (temperatura, humedad relativa, velocidad y dirección del viento, radiación y precipitación) se obtuvieron de la estación meteorológica del aeropuerto de Alajuela. La precipitación mensual suele ser de 85 mm durante la estación seca (diciembre a abril) con vientos del oeste. La estación húmeda comienza a finales de abril y continúa hasta diciembre, con precipitaciones mensuales de 328 mm y vientos del noreste. La temperatura media anual es de 20 grados C. Con el inicio de la estación húmeda, la TGM aumentó desde valores típicos cercanos a 10 hasta 905 ng m-3. Las mediciones realizadas a 5 km del volcán Poás fueron más elevadas que en Heredia en esa época. Los valores diurnos medidos en el sitio universitario aumentaron hasta el mediodía junto con la temperatura y la radiación. La humedad relativa mostró un patrón recíproco. Observamos que los valores altos de TGM no estaban relacionados con la velocidad o dirección del viento. El fuerte patrón diurno aumentó con la salida del sol, alcanzó su punto máximo al mediodía y fue más bajo durante la noche. Parece que el mercurio elemental del volcán se oxida y se deposita en los suelos durante la estación seca, cuando los vientos soplan desde el volcán. Con el inicio de las fuertes lluvias en abril, el mercurio en el suelo se reduce y se vuelve a volatilizar, lo que resulta en los altos niveles en el aire atmosférico. Se facilitaron valores de otros emplazamientos volcánicos. El papel de los contaminantes atmosféricos, como el peróxido de hidrógeno y el ozono, debe incluirse en futuros estudios, ya que pueden provocar la oxidación del mercurio reducido. La inestabilidad de las masas de aire también puede ser un factor y las fuentes locales de contaminación pueden hacer que circulen altos niveles de mercurio a nivel del suelo a medida que aumenta la intensidad de la radiación.