CTM. Ud. 10.- CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA. DETECCIÓN, PREVENCIÓN, CORRECCIÓN.

1.- Definición: la contaminación del aire es cualquier condición atmosférica en la que ciertas sustancias o formas de energía alcanzan concentraciones tan elevadas sobre su nivel ambiental normal que producen un efecto nocivo para los seres humanos, la vegetación o los animales.

2.- Naturaleza: los contaminantes pueden ser naturales o artificiales, permanecer en la atmósfera un tiempo determinado o indeterminado; pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

3.- Análisis de la contaminación.

Para estudiar la contaminación debemos conocer:

a)     Las fuentes de emisión (quién emite contaminantes).

b)     Analizar el comportamiento de ese contaminante en la atmósfera.

c)      Estudiar los efectos que produce.

3.1.- Fuentes de emisión.

Ø  Contaminantes primarios: proceden directamente de la fuente de emisión.

Ø  Contaminantes secundarios: se forman por interacción de los primarios con otros contaminantes o con otros componentes de la atmósfera.

GASES	TIPOS	CONTAMINANTES PRIMARIOS	CONTAMINANTES SECUNDARIOS	FUENTES DE EMISIÓN
	Compuestos de Azufre	SO2                    H2S	SO3             H2SO4 SO4 =	Combustión de carburantes que contienen Azufre
	Compuestos de Nitrógeno	NO              NH3	NO2                          NO3	Combustión de N2 y O2 a alta temperatura
	Compuestos de Carbono	De C1 y C3	Aldehídos, cetonas, ácidos	Combustión de carburantes de petróleo; uso de disolventes
	Óxidos de Carbono	CO2                        CO	Ninguno	Combustión
	Compuestos de gases Halógenos	HF                  HCl	Ninguno	Industrias metalúrgicas
	Oxígeno y oxidantes		O3	Instalaciones eléctricas de alta tensión, vehículos automóviles.

PARTÍCULAS	Polvos	Partículas sólidas procedentes de la trituración de las rocas, de cenizas volcánicas o de partículas arrastradas por el viento.
	Humos	Pequeñas partículas originadas por combustión.
	Nieblas	Suspensiones de líquidos en forma de gotas que se condensan a partir de un gas evaporado
	Aerosoles	Nubes de partículas líquidas microscópicas o submicroscópicas suspendidas en el aire.

FORMAS DE ENERGÍA	Radiaciones ionizantes (, , , X)	Desprendidas en procesos de transformación de materiales radiactivos natural o artificialmente, escapes nucleares, radiaciones cósmicas.
	Isótopos radiactivos	Presentes de forma natural o desprendidos por actividad de las centrales nucleares.
	Radiaciones no ionizantes (U.V., infrarrojos, ondas de radio, ondas microondas)	Proceden del Sol o de actividades humanas (cables y aparatos eléctricos).
	Ruido	Producido por actividades humanas.

3.2.- Comportamiento de los contaminantes en la atmósfera.

PARTÍCULAS	Son muy variadas y su permanencia en la atmósfera es diversa. En algunos casos llegan hasta la Estratosfera, pero generalmente son retenidas y arrastradas por las lluvias.
HIDROCARBUROS	Son muy variados y se producen en muchas y diferentes circunstancias. En la atmósfera reaccionan en cadenas, y permanecen ahí desde varios días a varios meses.
COMPUESTOS DE CARBONO	El CO se produce por combustión incompleta del CO2, es muy abundante en la atmósfera. Se eliminará al convertirse en CO2 de nuevo cuando llega a la Estratosfera o cuando se incorpora al suelo. CO2 provoca EFECTO INVERNAD.
COMPUESTOS DE AZUFRE	Son SO2, SO3, SH2, H2SO4, sales y sulfatos. Se forman por combustión de petróleo y carbón, descomposición y combustión de materia orgánica, aerosoles procedentes de la sal marina, emanaciones volcánicas. Se eliminan por el agua de lluvia, por difusión en el suelo o en la vegetación o por sedimentación en forma de sulfatos. Son los responsables de la LLUVIA ÁCIDA.
COMPUESTOS DE NITRÓGENO	El NO y NO2 proceden de fuentes naturales o de combustión de carburantes a altas temperaturas. En las ciudades son emitidos por el humo de los coches. El NO2 también procede de la oxidación del NO. El NH3 procede de la descomposición biológica. En la atmósfera se transforman en nitratos y nitritos que son arrastrados por las lluvias. Provocan un aumento del EFECTO INVERNADERO.

3.3.- Efectos de los contaminantes atmosféricos.

TIPOS DE CONTAMINANTES	DAÑOS A LA SALUD	DAÑOS A LA VEGETACIÓN	DAÑOS A LOS MATERIALES
Partículas	- Irritación de las membranas internas en las vías respiratorias. - Disminución de la capacidad respiratoria.	- Obstrucción de los estomas. - Reducción de la fotosíntesis. - Necrosis y caída de hojas.	- Erosión por abrasión en edificios. - Deposición sobre edificios.
Compuestos de azufre: SO2, SO3, H2S	- El SO2 produce irritación en las mucosas y en los ojos. - El H2S produce malos olores.	- El SO2 produce pérdidas de color en las hojas (clorosis) y necrosis. - Reduce el crecimiento.	- El SO2 en la caliza provoca su demolición. En los metales corrosión. En el papel, amarilleo.
Compuestos orgánicos: COV, PCB, dioxinas y furanos	- Irritación de los ojos y las vías respiratorias. - PCB y dioxinas alteran la reproducción. - Dioxinas y furanos causan cáncer.
Óxidos de nitrógeno: NO2, NO, N2O	Irritación ocular, de garganta, cefaleas. Agravan el asma.	Anulan el crecimiento de algunos vegetales.	Pérdida de color en los tejidos de la ropa.
Óxidos de carbono: CO, CO2	El CO es tóxico, impide el transporte de O2 a las células.
Compuestos halogenados (HCl, HF, CFC)	- El cloro es tóxico, irrita las mucosas. - El HF se acumula en los huesos.	- El HF se acumula en la hierba, pasando al resto de cadenas tróficas. - Clorosis en hojas.
Metales pesados	- El plomo: insuficiencia respiratoria, alteraciones renales y neurológicas. - El cadmio: problemas respiratorios y corazón. - El Hg: daños en SNC y riñones.
Oxidantes fotoquímicos: Ozono y PAN.	El O3: irritaciones en nariz y garganta, fatiga y falta de coordinación.	El O3 y los PAN producen manchas blancas en las plantas.	Desintegran el caucho y corroen los metales.
Radiaciones ionizantes e isótopos radiactivos	Ionizan los átomos, afectando a los genes: mutaciones y cáncer.
Radiaciones no ionizantes	Alteraciones del SN: estrés, ansiedad, cefalea, insomnio, etc.
Ruido	Daños en la audición

4.- Dispersión de los contaminantes.

Emisión: cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un determinado tiempo. En la atmósfera reaccionarán entre sí y se transformarán en contaminantes secundarios.

Inmisión: cantidad de contaminantes presentes en una atmósfera determinada, una vez emitidos, difundidos, mezclados y habiendo reaccionado algunos en ella.

5.- Factores que intensifican la contaminación.

5.1.- Condiciones atmosféricas.

Ø  Las situaciones anticiclónicas dificultan la dispersión de los contaminantes.

Ø  Las borrascas facilitan la dispersión de los contaminantes.

Ø  La temperatura del aire y sus variaciones con la altura (GVT) determinan los movimientos de las masas de aire y por tanto las condiciones de estabilidad e inestabilidad. Asimismo estas variaciones dan lugar a inversiones térmicas que dificultan la dispersión de contaminantes.

Ø  En función de las características, dirección, velocidad y turbulencia de los vientos sabremos la dirección en que se desplaza el contaminante, su velocidad de dispersión, y su acumulación en caso de que haya turbulencias.

Ø  Las precipitaciones producen un efecto de lavado que favorece la dispersión.

Ø  La insolación favorece las reacciones de oxidación fotoquímica, aumentando la concentración de contaminantes.

5.2.- Características geográficas y topográficas.

Ø  En las zonas costeras se originan brisas que durante el día desplazan los contaminantes hacia el interior, mientras que durante la noche al invertirse la circulación de las brisas, desplazan la contaminación hacia el mar. Proceso diario y cíclico. 

Ø  En los valles fluviales y laderas: durante el día las laderas se calientan y se genera una corriente ascendente de aire caliente, mientras que en el fondo del valle se acumula una masa de aire frío originando una situación de inversión térmica que impedirá el movimiento de las masas de aire y dificultará la dispersión de los contaminantes. Durante la noche el suelo cede calor a las masas de aire en contacto y asciende, por lo que el hueco es ocupado de nuevo por aire frío, repitiéndose la inversión térmica. Luego las laderas de las montañas impiden la circulación del aire y favorecen la acumulación de contaminantes.

Ø  La presencia de masas vegetales frena la velocidad del viento, facilita la deposición de partículas en las hojas, que absorben el CO₂ por fotosíntesis, por tanto es un factor que disminuye la contaminación.

Ø  La presencia de núcleos urbanos (ciudades) influye en el movimiento de las masas de aire, ya que disminuyen y frenan su velocidad, formando turbulencias. Aparece el efecto “Isla de Calor” debido a la combustión de automóviles, calefacciones, calor desprendido por el pavimento y edificios. Todo esto favorece la aparición de brisas urbanas, circulación cíclica que dificulta la dispersión de contaminantes. Aparecen cúpulas de contaminantes que se ven incrementadas por los anticiclones.

6.- Efectos locales: formación del smog.

            El “smog” es una especie de niebla de contaminantes que se produce en algunas ciudades. Existen dos tipos de smog:

6.1.- Smog sulfuroso o clásico.

            Se forma por la concentración en núcleos urbanos de partículas en suspensión (hollín, humos) y SO₂ procedente de la combustión en vehículos, calefacciones, industrias, etc. que se combinan con nieblas en situaciones en que la atmósfera posee una elevada humedad, vientos en calma y situaciones anticiclónicas.

            Es una neblina de color pardo gris sobre la ciudad que produce afecciones respiratorias y agrava los procesos asmáticos.

6.2.- Smog fotoquímico.

            Se produce por la presencia en la atmósfera de oxidantes fotoquímicos (O₃, PAN, aldehídos) producidos en reacciones entre óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y oxígeno con la radiación solar ultravioleta.            

            Este proceso se ve favorecido por las situaciones anticiclónicas, fuerte insolación y vientos débiles que dificultan la dispersión de los contaminantes.

            Es una especie de bruma de color marrón rojizo que produce irritación ocular, daños en la vegetación y materiales como el cuero y las fibras sintéticas, además favorece la formación de ozono.

            Las reacciones fotoquímicas se pueden resumir en el esquema:

6.3.- Otros efectos locales.

Ø  La reducción de visibilidad, ya  que los contaminantes absorben o desvían determinadas ondas de la luz visible.

Ø  La reducción de la radiación solar por absorción o desviación de la luz visible e infrarroja.

Ø  Efecto sobre rocas calizas: CaCO₃ + H₂SO₄ + H₂O à CO₂ + CaSO₄ . H₂O (sulfato cálcico hidratado = yeso). Esta reacción es similar a la que produce el ácido carbónico en la naturaleza en el modelado kárstico. El aumento de CO₂ en la atmósfera aumenta este efecto.

7.- Efectos regionales: lluvia ácida.

Se producen debido a la disolución de sustancias contaminantes en las partículas de agua de las nubes. El resultado es la precipitación de lluvia o nieblas con un alto contenido en ácidos. Se considera lluvia ácida cuando el pH es menor de 5.

Los principales agentes contaminantes son el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NO_x). Otros contaminantes son el ácido clorhídrico HCl y el amoniaco. Éstos reaccionan con el agua, el oxígeno y se forma ácido sulfúrico (H₂SO₄) y ácido nítrico (HNO₃).

7.1.- Origen de los contaminantes en la lluvia ácida.

En algunas ocasiones las emisiones son de origen natural. Es el caso de:

Las erupciones volcánicas que emiten óxidos de azufre.
Los procesos de descomposición biológica, que también producen óxidos de azufre.
La acción de las bacterias en el suelo producen óxidos de N.
Las reacciones en las capas altas de la atmósfera producen también óxidos de N.

La propia lluvia sin contaminar tiene una cierta acidez. Su pH es de aproximadamente 5,6. Esto se debe a la presencia de CO₂, que reacciona con el agua formando ácido carbónico.

En algunas zonas de Europa central se suelen producir lluvias con una acidez de 4,2. En otros países como por ejemplo España, a veces la lluvia se alcaliniza, llegando a pHs > 7. Esto es debido a la presencia de polvo con partículas de sales de calcio procedentes del Sahara.

El 90% de las emisiones de azufre y el 95% de las emisiones de nitrógeno son producidas por la actividad humana:

Una de las principales fuentes es la quema de carbón a gran escala para la producción de electricidad. Muchos carbones contienen azufre, por lo que al quemarlos producen dióxido de azufre.
 También producen este contaminante el refinado de aceites y algunos pozos de gas natural.
En cuanto a los óxidos nitrosos los principales agentes son la combustión a altas temperaturas en automóviles, autobuses, camiones... (un 40%); en generación de electricidad (un 25%) y en combustión industrial (35%). 

7.2.- Efectos de la lluvia ácida.

Disuelven los nutrientes y los minerales útiles del suelo, que son arrastrados por el agua de escorrentía.
Los bosques de montaña sufren nieblas ácidas que atacan a la capa cerosa de las hojas, esto produce unas manchas de color castaño muy característico. El resultado es la disminución de la fotosíntesis y, por tanto, del desarrollo.
En ecosistemas acuáticos alteran la reproducción de algunos peces y anfibios, pues si el pH del agua está por debajo de 5,5 no pueden vivir.
La lluvia ácida puede dañar también las cosechas agrícolas y para solucionarlo hay que añadir caliza al suelo para neutralizar.
La lluvia ácida provoca la corrosión de metales y construcciones.

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8.- Los grandes impactos globales.

8.1.- El aumento de CO₂ en la atmósfera y su influencia en el efecto invernadero.

            En los últimos 100 años la población mundial se ha triplicado, la economía se ha multiplicado por 20, el consumo de combustibles fósiles se ha multiplicado por 30 y la expansión industrial por 50.

            Por el contrario, desde el siglo XVIII se han talado 6 millones de km² de árboles, lo que supone una superficie similar a Europa.

            Todo esto provoca una acumulación de gases en la atmósfera que pueden provocar un calentamiento del planeta, si bien aún no ha sido demostrado fehacientemente.

           

            Como ya hemos visto, el CO₂, el vapor de H₂O y otros gases absorben toda la radiación infrarroja procedente del Sol y el 88% de la emitida por la Tierra.

            Este efecto es similar al que se produce en un invernadero en el que los cristales o plásticos dejan pasar los rayos solares y éstos al reflejarse pierden energía y quedan atrapados. Gracias al efecto invernadero la Tierra tiene una Tª que permite la vida, alrededor de los 15 ºC de media, en lugar de los – 18º C que debería tener por su situación en el Sistema Solar.

            La actividad industrial y especialmente la quema de combustibles fósiles han aumentado el contenido de gases de efecto invernadero en la atmósfera: CO₂, vapor de H₂O, CH₄, NO₂, NO₃, O₃, CFC, etc.

            Los científicos no se ponen de acuerdo acerca de los efectos del llamado cambio climático. Para algunos el problema no será muy grave ya que la propia atmósfera regulará los cambios, de manera que aunque la contaminación aumenta el efecto invernadero, también impide la penetración de radiaciones solares, existiendo así un equilibrio.

            Sin embargo, según los informes científicos del IPCC (Panel Intergubernamental para Cambio Climático), las temperaturas medias globales se elevarían entre 1 y 3,5 grados en los próximos 100 años, lo que supondría una elevación del nivel del mar entre 15 y 95 cm.

            Variará el régimen de lluvias, se producirá un desplazamiento de las franjas climáticas hacia el norte en las latitudes medias, con lo que España se desertizaría, y el Norte de Europa tendría un clima más templado. Se producirán más ciclones y algunas islas del Pacífico o países como Bangladesh desaparecerán.

            En 1997 se elaboró el Protocolo de Kyoto, en el que se acordaron plazos para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a partir de 2005 o 2010. 84 países firmaron el acuerdo. Posteriormente ha habido otras cumbres, como la de La Haya en el 2000. Sin embargo no todos los países se ponen de acuerdo en reducir sus emisiones y esto está acabando con muchos de los acuerdos adoptados, incluso los países que ratificaron el acuerdo buscan la manera de saltárselo sin incumplirlo, por ejemplo, “comprando” las emisiones a otro país que no emita por encima del límite permitido.

            EEUU es el responsable del 24,5% de las emisiones, mientras que España ha aumentado al menos un 10% sus emisiones desde 1990.

En la actualidad tiende a aumentar. 8.2.- La alteración de la capa de ozono y sus consecuencias.             Como hemos visto, la mayor parte del ozono que existe se forma por la acción de la radiación ultravioleta sobre el oxígeno. El Ozono estratosférico se encuentra entre los 12 y los 40 km de altitud en la Estratosfera.             Las reacciones de formación del ozono son las siguientes: O2 + U.V. à 2 O                 O + O2 à O3 + calor               O3 + U.V. à O2 + O             Entre los productos químicos que dañan el ozono están los CFC (clorofluorocarbonados), los agentes de extinción de incendios (halones, CFBr), los HFC (hidrofluorocarbonados), el bromuro de metilo, el metilcloroformo y el tetracloruro de carbono.             Todos ellos se encuentran presentes en los líquidos refrigerantes de frigoríficos y aires acondicionados, aerosoles, líquidos de extinción de incendios y espumas plásticas.             Los CFC y los halones son muy estables y su vida media puede alcanzar los 100 años, lo que les permite llegar intactos hasta la estratosfera. Una vez allí, al ser irradiados por la luz U.V., se descomponen rápidamente liberando átomos de cloro y bromo que producen reacciones fotoquímicas que terminan por destruir el ozono.             Se calcula que cada átomo de cloro destruye unas 100.000 moléculas de ozono antes de ser neutralizado. Al destruirse el ozono, la luz U.V. puede atravesar la atmósfera sin quedar retenida, por lo que aumenta la probabilidad de enfermedades como el cáncer de piel, cataratas, debilitamiento del sistema inmune, etc.             Una disminución del 1% de la capa de ozono produce una penetración de un 2% más de luz U.V., lo que supone un aumento de entre un 4 a un 6% del cáncer de piel.             La radiación U.V. afecta al ADN y a los procesos de crecimiento y reproducción de muchas especies. También provoca cambios en la biodiversidad y en la producción. 9.- Medidas de corrección de la contaminación atmosférica. 9.1.- Medidas preventivas. ü  Programas I + D para la búsqueda de nuevas fuentes de energía o menos contaminantes. ü  Medidas de carácter social: uso más racional, educación, ahorro. ü  Planificación de usos del suelo mediante planes de ordenación del territorio, de manera que las industrias se sitúen en lugares idóneos para las poblaciones, animales, vegetales y seres humanos. ü  Evaluación del impacto ambiental para conocer los efectos y establecer las medidas correctoras pertinentes para la minimización del impacto. ü  Empleo de tecnologías de baja o nula emisión de residuos en su origen. 9.2.- Medidas correctoras. ü  Concentración y retención de partículas con equipos adecuados, separadores de gravedad, filtros de tejido, precipitadores electrostáticos, absorbentes húmedos. Estos métodos recogen contaminantes de la atmósfera, pero hay que prever qué se hará con ellos después. ü  Sistemas de depuración de gases: absorción en líquidos o sólidos, procesos de combustión de gases, procesos de reducción catalítica (transformación en compuestos no tóxicos por reacciones de reducción). ü  Otras medidas pueden ser locales, como por ejemplo: usar chimeneas adecuadas, evitando concentraciones a nivel del suelo, aunque esto no evita la contaminación general.