L Contaminación Atmosférica CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA INTRODUCCIÓN El aire: Un bien común en peligro a degradación del medio ambiente debida a la actitud adoptada por los humanos hacia la naturaleza durante el último siglo, en el sentido de que en su actuación tenía licencia para explotar los recursos naturales con una total indiferencia ante todo lo que no repercutiera en beneficio directo del hombre, ha dado lugar a uno de los problemas capitales que la Humanidad tiene planteados en la actualidad, la contaminación. La explotación intensiva de los recursos naturales y el desarrollo de grandes concentraciones industriales y urbanas en determinadas zonas, son fenómenos que, por incontrolados, han dado lugar a la saturación de la capacidad asimiladora y rege- neradora de la Naturaleza y pueden llevar a perturbaciones irreversibles del equilibrio ecológico general, cuyas consecuencias a largo plazo no son fácilmente previsibles. La lucha contra la contaminación del aire, de las aguas continentales y marítimas, del suelo, así como la defensa del pai- saje, la restauración y mejora de las zonas de interés natural y artístico, la protección de la fauna y de la flora, el tratamiento y eliminación de los residuos, la defensa de las zonas verdes y espacios libres, la reinstalación de industrias fuera de las zonas urbanas, la congestión del tráfico urbano, la lucha contra el ruido y tantas otras cuestiones, no son sino aspectos parciales e interrelacionados que han de tenerse en cuenta al abordar acciones o programas de actuación para la defensa del medio am- biente. En estas páginas, abordaremos de una forma general el problema de la contaminación ambiental, aunque sin perder de vista que la Naturaleza actúa como una unidad, que en ella todo es interdependiente, existiendo relaciones múltiples entre el aire, el agua y el suelo, elementos que constituyen el hábitat o lugar donde se desarrolla normalmente el ciclo vital y la bios– fera, sistema que engloba a los elementos anteriores y a todos los seres vivos de nuestro planeta. Se considera el aire como un bien común limitado, indispensable para la vida; por lo tanto, su utilización debe estar sujeta a normas que eviten el deterioro de su calidad por el uso o abuso indebido del mismo, de tal modo que se preserve su pureza como garantía del normal desarrollo de los seres vivos sobre la Tierra y de la conservación del patrimonio natural y artístico de la Humanidad. Todos tenemos el deber de trabajar para lograr un mundo limpio y habitable, sustento de una mejor calidad de vida para las generaciones futuras. Pág. 2
Universidad Néstor Cáceres Velásquez La Atmósfera La atmósfera es una capa gaseosa que rodea el globo terráqueo. Es trans- parente e impalpable, y no resulta fácil señalar exactamente su espesor, ya que no posee una superficie superior defini- da que la limite, sino que se va haciendo menos densa a medida que aumenta la altura, hasta ser imperceptible. La atmósfera está formada por va- rias capas concéntricas: • las capas bajas, que no mantie- nen una altura constante, y a las que se denomina troposfera y estratosfera; • las capas altas, a las que se da el nombre de ionosfera y exosfera. Los gases atmosféricos forman la mezcla que conocemos por aire. En las partes más inferiores de la troposfera, el aire está compuesto principalmente por nitrógeno y oxígeno, aunque tam- bién existen pequeñas cantidades de argón, dióxido de carbono, neón, he- lio, ozono y otros gases. También hay cantidades variables de polvo proce- dentes de la Tierra, y vapor de agua. El oxígeno forma aproximada- mente el 21% de la atmósfera, y es el gas más importante desde el punto de vista biológico. Es utilizado por los seres vivos en la respiración, median- te la cual obtienen la energía necesa- ria para todas las funciones vitales; también interviene en la absorción de las radiaciones ultravioleta del Sol que, de llegar a la Tierra en toda su magnitud, destruirían la vida animal y vegetal. La atmósfera es también la fuente principal de suministro de oxígeno al agua, y entre ambas se es- tablece un intercambio gaseoso con- tinuo. Este proceso de intercambio de oxí- geno en la biosfera recibe el nombre de ciclo del oxígeno y en él intervienen las plantas, como fuentes suministradoras de oxígeno a la atmósfera, y los seres vivos, incluyendo las propias plantas, como utilizadores de este gas. No hay dudas de que la atmósfera constituye un recurso natural indispen- sable para la vida, y se clasifica como un recurso renovable. Sin embargo, su capacidad de renovación es limitada, ya que depende de la actividad fotosintéti- ca de las plantas, por la cual se devuelve el oxígeno a la atmósfera. Por esta ra- zón, es lógico pensar que de resultar da- ñadas las plantas, por la contaminación del aire o por otras acciones de la activi- dad humana, es posible que se presente una reducción del contenido de oxígeno en la atmósfera, con consecuencias ca- tastróficas para todos los seres vivos que lo utilizan. El hombre, en su incesante avance científico-técnico, debe tomar las me- didas adecuadas para que su propio desarrollo no haga a nuestra atmósfera víctima de la contaminación. Solamen- te con una política planificada y con- secuente es posible reducir tan terrible mal, y evitar a las futuras generaciones las peligrosas consecuencias que este puede implicar. El humo procedente de las indus- trias o de la combustión que se lleva a cabo en otros lugares, así como el polvo, son agentes contaminantes de la atmós- fera, los cuales enrarecen el aire y afec- tan la salud del hombre y de los seres vivos en general. Como puede verse, la contamina- ción del aire afecta varios factores del ambiente: • Las plantas pueden ser daña- das por los agentes contaminantes, es- pecialmente el dióxido de azufre (SO2), el cual blanquea las hojas y afecta las cosechas. • Existen evidencias de que la contaminación del aire está asociada con enfermedades de tipo respiratorio, incluyendo bronquitis crónica, asma bronquial, etc. • El aire contaminado corroe los metales, las telas se debilitan y se des- tiñen, el cuero se hace más débil y más brillante, la pintura se decolora, las pie- zas de mármol y otras piedras se enne- grecen y se hacen más frágiles. Otra forma de contaminación del aire son los olores en general, pues aún cuando sean agradables inicialmente, pueden convertirse en molestos e in- convenientes, ocasionando al hombre malestar y dolores de cabeza. Dentro de las principales fuentes de producción de olores, aparte de la acti- vidad industrial y el tráfico automotor, se encuentran: • las aguas albañales y los dese- chos, • los corrales de animales, • las quemas de residuos indus- triales, domésticos, etc., • la descomposición de basuras por acumulación de residuos. Todas las formas de contaminación del aire son producto de fuentes muy variadas que pueden ser estacionarias o móviles: Estacionarias industrias construcción, demolición quemas Móviles transporte La contaminación influye directa- mente sobre la salud del hombre y en el deterioro de sus recursos naturales, por lo que deben aplicarse las medidas necesarias para disminuir los efectos. LOS CONTAMINANTES AT- MOSFÉRICOS Y CLASES Se entiende por contaminación atmosférica la presencia en el aire de sustancias y formas de energía que al- teran la calidad del mismo, de modo que implique riesgos, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza. Todas las actividades humanas, el metabolismo de la materia humana y los fenómenos naturales que se pro- ducen en la superficie o en el interior de la tierra van acompañados de emi- siones de gases, vapores, polvos y ae- rosoles. Estos, al difundirse a la atmós- fera, se integran en los distintos ciclos biogeoquímicos que se desarrollan en la Tierra. De la definición de contaminación atmosférica dada arriba, se desprende que el que una sustancia sea conside- rada contaminante o no dependerá de los efectos que produzca sobre sus re- ceptores. Se consideran contaminantes aquellas sustancias que pueden dar lu- gar a riesgo o daño, para las personas o bienes en determinadas circunstancias. Con frecuencia, los contaminantes naturales ocurren en cantidades mayo- res que los productos de las actividades humanas, los llamados contaminantes antropogénicos. Sin embargo, los con- Pág. 3
Contaminación Atmosférica Pág. 4 taminantes antropogénicos presentan la amenaza más significativa a largo plazo para la biosfera. Contaminantes Naturales del Aire Fuente Contaminantes Volcanes Óxidos de azufre, partículas Fuegos forestales Mo n ó x i d o de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas Vendavales Polvo Plantas (vivas) Hidro car- buros, polen Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno Suelo Virus, polvo Mar Partículas de sal Una primera clasificación de estas sustancias, atendiendo a cómo se for- man, es la que distingue entre conta- minantes primarios y contaminantes secundarios. Contaminantes primarios Entendemos por contaminantes primarios aquellas sustancias contami- nantes que son vertidas directamente a la atmósfera. Los contaminantes prima- rios provienen de muy diversas fuentes dando lugar a la llamada contaminación convencional. Su naturaleza física y su composición química son muy varia- das, si bien podemos agruparlos aten- diendo a su peculiaridad más caracte- rística tal como su estado físico (caso de partículas y metales), o elemento quí- mico común (caso de los contaminantes gaseosos). Entre los contaminantes atmosféri- cos más frecuentes que causan altera- ciones en la atmósfera se encuentran: • Aerosoles (en los que se inclu- yen las partículas sedimentables y en suspensión y los humos). • Óxidos de azufre, SOx. • Monóxido de carbono, CO. • Óxidos de nitrógeno, NOx. • Hidrocarburos, Hn Cm. • Ozono, O3. • Anhídrido carbónico, CO2. Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, se encuen- tra como más significativos los siguien- tes: • Otros derivados del azufre. • Halógenos y sus derivados. • Arsénico y sus derivados. • Componentes orgánicos. • Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, co- bre, zinc. • Partículas de sustancias mine- rales, como el amianto y los asbestos. • Sustancias radiactivas. Contaminantes secundarios Los contaminantes atmosféricos se- cundarios no se vierten directamente a la atmósfera desde los focos emisores, sino que se producen como consecuen- cia de las transformaciones y reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la misma. Las principales alteraciones atmos- féricas producidas por los contaminan- tes secundarios son: • la contaminación fotoquímica; • la acidificación del medio; y • la disminución del espesor de la capa de ozono. CONTAMINANTES PRIMARIOS Los aerosoles El término aerosol o partícula se uti- liza a veces indistintamente, ya que los aerosoles atmosféricos se definen como «dispersiones de sustancias sólidas o lí- quidas en el aire». Las propiedades de los aerosoles que más afectan a los proceso de contami- nación atmosférica son el tamaño de sus partículas, la forma y la composi- ción química. El tamaño de las partícu- las oscila entre 1 y 1000 micras, aunque existen algunas muy especiales fuera de estos límites. En la atmósfera, las partí- culas de tamaño inferior a 1 micra rea- lizan movimientos al azar, produciendo choques entre ellas que dan lugar a agre- gados de mayor tamaño en un proceso denominado coagulación. Las partículas de tamaños com- prendidos entre 1 y 10 micras tienden a formar suspensiones mecánicamente estables en el aire, por lo que reciben el nombre de «materia en suspensión», pudiendo ser trasladados a grandes dis- tancias por la acción de los vientos. Las
Universidad Néstor Cáceres Velásquez partículas mayores de 10 micras per- manecen en suspensión en el aire du- rante periodos de tiempo relativamente cortos por lo que se las conoce como «materia sedimentable»; sus efectos son más acusados en las proximidades de las fuentes que las emiten. El tamaño de las partículas es un factor muy impor- tante en la determinación tanto de los efectos que producen como de las áreas afectadas, ya que establece su tiempo de permanencia en la atmósfera y la faci- lidad con que se introducen en las vías respiratorias profundas. La composición química varía mu- cho de unas partículas a otras, depen- diendo fundamentalmente de su origen. Así las partículas de polvo procedentes del suelo contienen, principalmente, compuestos de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de la combustión del carbón, petróleo, madera y residuos domésticos contiene muchos compues- tos orgánicos, al igual que los insectici- das y algunos productos procedentes de la fabricación de alimentos y de la in- dustria química. En la combustión del carbón y gasolinas se liberan metales pesados que pasan a formar parte de las partículas liberadas a la atmósfera, generalmente en forma de óxidos me- tálicos. Las partículas pueden clasificarse, atendiendo a su tamaño y composición, en: Denominación Composi- ción Núcleos de Aitken Pa r t í c u l a s con menos de 1 micra de diámetro. Partículas medias (en suspensión) Partículas con un diámetro comprendi- do entre 1 y 10 micras. Partículas sedimentables Partículas con diámetro superior a 10 micras. Polvos Partículas sólidas de origen mineral o materia sólida disper- sada por el aire. Humos industriales Pa r t í c u l a s sólidas o líquidas debidas a la volati- zación de metales, seguida o no de su oxidación por el aire o condensación de vapores. Humos de combustión Humos de- bidos a proceso de combustión, cons- tituidos por partículas de carbono y de hidrocarburos no quemados y cenizas volantes. Los óxidos de azufre (SOx) El óxido de azufre que se emite a la atmósfera en mayores cantidades es el anhídrido sulfuroso (SO2), y en menor proporción, que no rebasa el 1 ó el 2 por ciento del anterior, el anhídrido sulfúri- co (SO3). El SO2 es un gas incoloro, de olor picante e irritante en concentraciones superiores a 3 ppm. Es 2.2 veces más pesado que el aire, a pesar de lo cual se desplaza rápidamente en la atmósfera, siendo un gas bastante estable. El SO3 es un gas incoloro y muy reactivo que condensa fácilmente; en condiciones normales, no se encuentra en la atmós- fera, ya que reacciona rápidamente con el agua atmosférica, formando ácido sulfúrico. La combustión de cualquier sus- tancia que contenga azufre produce emisiones de SO2 y SO3; la cantidad de SO3 producida depende de las condi- ciones de la reacción, especialmente de la temperatura, oscilando entre 1 y 10 por ciento de los SOx producidos. Un mecanismo de formación de SOx podría ser: S + O2 —> SO2 2 SO2 + O2 —> 2 SO3 La segunda reacción se produce en pequeña escala y tiene lugar muy lenta- mente, a la temperatura de la atmósfera, siendo favorecida por la acción de cata- lizadores. El efecto neto es que la emi- sión de los SOx se realiza fundamental- mente en forma de SO2. El monóxido de carbono (CO) El monóxido de carbono es el con- taminante del aire más abundante en la capa inferior de la atmósfera, sobre todo en el entorno de las grandes ciudades. Es un gas incoloro, inodoro e insípido y su punto de ebullición es de -192° C. Presenta una densidad del 96.5 por ciento de la del aire, siendo un gas muy ligero que no es apreciablemente soluble en agua. Es inflamable y arde con llama azul, aunque no mantiene la combus- tión. El CO se produce generalmente como resultado de alguno de los si- guientes procesos químicos: • Combustión incompleta del carbono. • Reacción a elevada temperatu- ra entre el CO2 y materiales que tienen carbono. • Disociación del CO2 a altas temperaturas. • Oxidación atmosférica del me- tano (CH4 procedente de la fermenta- ción anaerobia (sin aire) de la materia orgánica. • Proceso de producción y de- gradación de la clorofila en las plantas. Los principales problemas de con- taminación atmosférica por CO son debidos a la combustión incompleta de carburantes en los automóviles. Los óxidos de nitrógeno (NOx) Los contaminantes que poseen en su molécula algún átomo de nitrógeno pueden clasificarse en 3 grupos diferen- tes: formas orgánicas, formas oxidadas y forma reducidas. Se conocen ocho óxidos de nitró- geno distintos, pero normalmente sólo tienen interés como contaminantes dos de ellos, el óxido nítrico (NO) y el dió- xido de nitrógeno (NO2). El resto se encuentra en equilibrio con estos dos, pero en concentraciones tan extraordi- nariamente bajas que carecen de impor- tancia. El óxido nítrico (NO) es un gas in- coloro y no inflamable, pero inodoro y tóxico. El dióxido de nitrógeno (NO2) es un gas pardo-rojizo, no es inflamable pero sí tóxico y se caracteriza por un olor muy asfixiante. Se utiliza normal- mente la notación NOx para represen- tar colectivamente al NO y al NO2 im- plicados en la contaminación del aire. La mayor parte de los óxidos de ni- trógeno se forman por la oxidación del nitrógeno atmosférico durante los pro- cesos de combustión a temperaturas elevadas. El oxígeno y el nitrógeno del aire reaccionan para formar NO, oxi- Pág. 5
Contaminación Atmosférica Pág. 6 dándose este posteriormente a NO2. Las partículas pueden clasificarse, atendiendo a su tamaño y composición, en: N2 + O2 —> 2 NO 2 NO + O2 —> 2 NO2 La mayor parte de los NOx emitidos a la atmósfera lo son en la forma NO. Los hidrocarburos (HC) Son sustancias que contienen hidró- geno y carbono. El estado físico de los hidrocarburos, de los que se conocen decenas de millares, depende de su es- tructura molecular y en particular del número de átomos de carbono que for- man su molécula. Los hidrocarburos que contienen de uno a cuatro átomos de carbono son gases a la temperatura ordinaria, siendo estos los más improtantes desde el pun- to de vista de la contaminación atmos- férica, ya que favorecen la formación de las reacciones fotoquímicas. Ozono (O3) El ozono es una forma alotrópica del oxígeno. Su fórmula química es O3. En condiciones normales es un gas incolo- ro de olor picante característico. Posee un gran poder oxidante y gran tenden- cia a transformarse en oxígeno. Las concentraciones de ozono a ni- vel del suelo son muy pequeñas, incre- mentándose rápidamente con la altura. Su presencia en la parte baja de la at- mósfera se debe, sobre todo, a la acción fotoquímica de las radiaciones solares, en presencia de NOx y HC. Anhídrido carbónico (CO2) El anhídrido carbónico o dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, no tóxico, más denso que el aire, que se presenta en la atmósfera en concentra- ciones que oscilan entre 250 y 400 ppm. En realidad no puede considerarse como contaminante en sentido estricto ya que no es tóxico, y se halla en atmós- feras puras de modo natural. No obstan- te, por los posibles riesgos que entraña su acumulación en la atmósfera, como consecuencia de las alteraciones pro- ducidas en su ciclo por las actividades humanas que pudieran dar lugar a una modificación del clima de la Tierra, lo consideramos como sustancia contami- nante. Compuestos halogenados De entre los productos químicos que contienen halógenos en su molécu- la, son contaminantes de la atmósfera: el cloro, el fluoruro de hidrógeno, el cloru- ro de hidrógeno y ciertos haluros. Entre estos destacamos la acción tóxica del fluor y sus derivados sobre los vegetales. Metales tóxicos Los metales son elementos químicos que generalmente se hallan presentes en la atmósfera en muy bajas concentracio- nes. Una de las consecuencias más gra- ves de la presencia de metales tóxicos en el ambiente es que no son degradados, ni química ni biológicamente, por la na- turaleza, lo que origina su persistencia en ella. Esta persistencia lleva a la am- plificación biológica de los metales en las cadenas tróficas. Como consecuen- cia de este proceso, las concentraciones de metales en los miembros superiores de la cadena pueden alcanzar valores muy superiores a los encontrados en la atmósfera (ver sobre Magnificación bio- lógica). Entre los metales tóxicos más im- portantes por sus efectos sobre la salud del ser humano están el mercurio (Hg) y el plomo (Pb). La cantidad de plomo en el aire ha experimentado un marcado aumento como consecuencia de las acti- vidades humanas, siendo las concentra- ciones de plomo en las áreas urbanas de 5 a 50 veces superiores que en las áreas rurales. Sustancias radiactivas La causa de entender estas sustan- cias como contaminantes radica en que emiten radiaciones ionizantes que pue- den provocar efectos nocivos cuando interacionan con los seres vivos. CONTAMINANTES SECUNDA- RIOS Contaminación fotoquímica La contaminación fotoquímica se produce como consecuencia de la apa- rición en la atmósfera de oxidantes, originados al reaccionar entre sí los óxi- dos de nitrógeno, los hidrocarburos y el oxígeno en presencia de la radiación ultravioleta de los rayos del sol. La for- mación de los oxidantes se ve favoreci- da en situaciones estacionarias de altas presiones (anticiclones) asociados a una fuerte insolación y vientos débiles que dificultan la dispersión de los contami- nantes primarios. El mecanismo de formación de los oxidantes fotoquímicos es complejo, realizándose por etapas a través de una serie de reacciones químicas. El proceso completo puede ser simplificado en las tres etapas siguientes: • Formación de oxidantes a tra- vés del ciclo fotolítico del NO2 NO2 + Radiación ultravioleta — >NO + O O + O2 –> O3 O3 + NO –> NO2 + O2 • Formación de radicales libres activos. La presencia en el aire de hidro- carburos hace que el ciclo fotolítico se desequilibre al reaccionar éstos con el oxígeno atómico y el ozono generado, produciendo radicales libres muy reac- tivos. O3 + 3HC –> 3HCO- • Formación de productos fi- nales. Los radicales libres formados reaccionan con otros radicales, con los contaminantes primarios y con los
Universidad Néstor Cáceres Velásquez constituyentes normales del aire, dando lugar a los contaminantes fotoquímicos según las reacciones: HC-3 + HC –> Aldehídos, ketonas, etc. HCO2 + NO2 –> Nitratos de pe- roxiacilo (PAN) La mezcla resultante de todas estas sustancias da lugar a la denominada contaminación fotoquímica o «smog fotoquímico», tipo Los Angeles, como normalmente se le conoce, debido a que fue en esta ciudad californiana donde se observó por primera vez. Este tipo de contaminación se presenta cada vez con más frecuencia en las grandes ciudades de los países industrializados, siendo muy interesante el estudio de la varia- ción durante el día de la concentración de los contaminantes que intervienen en el mecanismo de formación de los oxidantes fotoquímicos. En las primeras horas de la mañana se produce una intensa emisión de hi- drocarburos (HC) y óxido nítrico (NO) al comenzar la actividad humana en las grandes ciudades (encendido de las ca- lefacciones y tráfico intenso). El óxido nítrico (NO) se oxida a óxido nitroso (NO2) aumentando la concentración de este último en la atmósfera. Las con- centraciones superiores de NO2 unido a que la radiación solar se va haciendo más intensa, ponen en marcha el ciclo fotolítico del NO2, generando oxígeno atómico que al transformarse en ozono conduce a un aumento de la concentra- ción de este elemento y de radicales li- bres de hidrocarburos. Estos, al combi- narse con cantidades apreciables de NO, producen una disminución de este com- puesto en la atmósfera. Este descenso en la concentración de NO impide que se complete el ciclo fotolítico aumentando rápidamente la concentración de ozono (O3). A medida que avanza la mañana la radiación solar favorece la formación de oxidantes fotoquímicos, aumentando su concentración en la atmósfera. Cuando disminuyen las concentraciones de los precursores (NOx y HC) en la atmósfe- ra, cesa la formación de oxidantes y sus concentracciones disminuyen al avan- zar el día. De aquí que la contaminación fotoquímica se manifieste principal- mente por la mañana en las ciudades Acidificación del medio ambiental (lluvias ácidas) Entendemos por acidificación del medio ambiente la pérdida de la capa- cidad neutralizante del suelo y del agua, como consecuencia del retorno a la su- perficie de la tierra en forma de ácidos de los óxidos de azufre y nitrógeno des- cargados a la atmósfera. La acidificación es un ejemplo claro de las interrelaciones entre los distintos factores ambientales, atmósfera, suelo, agua y organismos vivos. Así la conta- minación atmosférica producida por los SOx y NOx afecta directa o indirec- tamente al agua, al suelo y a los ecosis- temas. La amplitud e importancia de la aci- dificación del medio es debida, princi- palmente, a las grandes cantidades de óxidos de azufre y de nitrógeno lanza- dos a la atmósfera, siendo de destacar que del total de las emisiones de SO2 en el globo terrestre, aproximadamente la mitad son emitidas por las actividades humanas (antropogénicas) y que la ma- Pág. 7
Contaminación Atmosférica Pág. 8 yor parte de éstas se producen en las re- giones industrializadas del Hemisferio Norte que ocupan menos del 5% de la superficie terrestre. El proceso de acidificación se origi- na de la siguiente forma: • El azufre se encuentra en un principio en estado elemental, fijado en los combustibles fósiles. • El nitrógeno en forma elemen- tal se encuentra en el aire y también en los combustibles. • Durante el proceso de la com- bustión de los combustibles fósiles se liberan el azufre y el nitrógeno, emi- tiéndose, en su mayor parte por las chi- meneas, a la atmósfera como dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx), respectivamente. • Los óxidos de azufre y nitró- geno sufren una serie de fenómenos tales como transporte a gran distancia, reacciones químicas, precipitación y de- posición. Con el tiempo estos óxidos y los distintos compuestos a que dan lugar retornan a la superficie de la tierra don- de son absorbidos por los suelos, el agua o la vegetación. El proceso de retorno a la tierra pue- de realizarse de dos maneras: a. Deposición seca. Una fracción de los óxidos vertidos a la atmósfera re- tornan a la superficie de la tierra en for- ma gaseosa o de aerosoles. Esto puede ocurrir cerca de las fuentes de emisión de los contaminantes o a distancia de hasta algunos cientos de kilómetros de la misma, en función de las condiciones de dispersión. No obstante, la deposi- ción en seco es predominante en zonas próximas al foco emisor. b. Deposición húmeda. La mayor parte de los SO2 y NOx que permane- cen en el aire sufren un proceso de oxi- dación que da lugar a la formación de ácido sulfúrico (SO4H2) y ácido nítrico (NO3H). Estos ácidos se disuelven en las gotas de agua que forman las nubes y en las gotas de lluvia, retornando al sue- lo con las precipitaciones. Una parte de estos ácidos queda neutralizada por sus- tancias presentes en el aire tales como el amoníaco, formando iones de amonio (NH4-). Los ácidos disueltos consisten en io- nes de sulfato, iones nitrato e iones de hidrógeno. Todos estos iones están pre- sentes en las gotas de lluvia, lo que da lugar a la acidificación de la misma. Rotura de la capa de ozono Uno de los grandes problemas cau- sados por las reacciones que tienen lugar entre los contaminantes de la at- mósfera es el de la disminución de la capa de ozono de la estratosfera como consecuencia de la descarga de determi- nadas sustancias a la atmósfera. El ozono contenido en la estratos- fera se puede descomponer a través de una serie de reacciones cíclicas en las que intervienen radicales que contienen hidrógeno y nitrógeno. El ozono se pue- de descomponer también por absorción de radiación ultravioleta, produciendo oxígeno atómico y molecular. Como consecuencia de estas reac- ciones de producción y destrucción se forma una capa de ozono cuyo espesor varía cíclicamente, tanto diaria como estacionalmente. Se han detectado como potencialmente peligrosas para la capa de ozono, tres tipos de actividades humanas: • Generación de gran cantidad de óxidos de nitrógeno emitidos por los aviones supersónicos como el Concorde y los cohetes espaciales. • Producción de óxidos nitrosos como resultado de la acción desnitrifi- cadora de las bacterias en el suelo. Los óxidos nitrosos son productos relati- vamente estables que pueden persistir en la troposfera, llegando a alcanzar la estratosfera donde se pueden descom- poner en óxido nítrico que es activo en la destrucción del ozono. Esta es proba- blemente la principal fuente del óxido de nitrógeno presente en la estratosfera y el principal agente de destrucción del ozono en el ciclo natural. • Finalmente, los átomos libres de cloro pueden producir la destrucción del ozono a través de una serie de re- acciones. La presencia de estos átomos de cloro en la estratosfera se debe a las
Universidad Néstor Cáceres Velásquez reacciones que sufren los clorofluor- carbonos cuando se dispersan en la at- mósfera. En las últimas décadas dos de estos productos, el CF2Cl2 y el CFCl3 se han utilizado con gran profusión como refrigerantes en la industria y especial- mente como propelentes de las asper- siones (“spray”), debido a su alta esta- bilidad química, baja toxicidad y no ser inflamables. Su estabilidad química es la que permite la migración de estos pro- ductos hasta la estratosfera, en la que se descomponen como consecuencia de la radiación ultravioleta produciendo áto- mos de cloro. 3.- LA CALIDAD DEL AIRE (IN- MISIONES) La exigencia de un aire limpio y puro proviene, en principio, del público en general ante su creciente preocupación por los problemas de contaminación at- mosférica originados como consecuen- cia de la evolución de la tecnología mo- derna y la previsión de que las cada vez mayores emisiones de contaminantes a la atmósfera alteren el equilibrio natural existente entre los distintos ecosistemas, afecten la salud de los humanos y a los bienes materiales o, incluso, provoquen cambios catastróficos en el clima terres- tre. La atmósfera terrestre es finita y su capacidad de autodepuración, aunque todavía no es muy conocida, también parece tener sus límites. La emisión a la atmósfera de sustancias contaminantes en cantidades crecientes como conse- cuencia de la expansión demográfica mundial y el progreso de la industria, han provocado ya concentraciones de estas sustancias a nivel del suelo que han ido acompañadas de aumentos especta- culares de la mortalidad y morbilidad, existiendo pruebas abundantes de que, en general, las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire atentan con- tra la salud de los seres humanos. En la mayoría de los países industria- lizados se han establecido valores máxi- mos de concentración admisible, para los contaminantes atmosféricos más ca- racterísticos. Estos valores se han fijado a partir de estudios teóricos y prácticos de los efectos que sobre la salud tiene la contaminación al nivel actual y los que puede alcanzar en el futuro. Los efectos se basan principalmente en el examen de facttores epidemiológicos. Para la definición de criterios y pautas de salubridad del aire, se pue- den utilizar varios procedimientos. Las técnicas experimentales se basan en el ensayo con animales o en el empleo de muestras de voluntarios en atmósferas controladas. Son muy útiles para el es- tudio de los efectos fisiológicos, bioquí- micos y sobre el comportamiento, pro- ducidos por supuestos contaminantes. Los estudios epidemiológicos permiten investigar los efectos producidos por las fluctuaciones de la contaminación atmosférica sobre la totalidad de la po- blación, o sobre grupos seleccionados y definidos. Determinar los efectos de la conta- minación del aire es sumamente com- plejo, ya que la asociación entre un contaminante y una enfermedad o una defunción puede ser más accidental que causal. Las relaciones existentes entre las enfermedades humanas por la expo- sición a niveles bajos de contaminación durante un periodo largo de tiempo no se conocen en la actualidad con exacti- tud. En la evaluación de riesgos asocia- dos a la contaminación y para la fijación de normas de calidad del aire, lo ideal sería disponer de una serie completa de curvas dosis-respuesta para los distintos contaminantes atmosféricos, para los diferentes efectos y para los distintos ti- pos de población expuesta. De momen- to no se dispone de esta información, para todos los contaminantes atmos- féricos y aún es más difícil que llegue a reunirse para las combinaciones de sustancias que más frecuentemente se encuentran en el aire. Para tratar de evitar las lagunas e imprecisiones con que se conocen las relaciones dosis-respuesta y dado que, generalmente, está aceptado que cier- tas concentraciones de contaminantes atmosféricos provocan efectos nocivos sobre la salud humana, se suele recurrir a la utilización de un coeficiente de se- guridad cuando se fijan las normas so- bre la calidad del aire. La magnitud del coeficiente de seguridad adoptado de- pende de muy diversas consideraciones; puede tratarse de consideraciones polí- ticas en las que se tenga en cuenta, sobre todo, los análisis «coste-beneficio», o de la significación estadística y de la exac- titud de los datos, o del grado de pro- tección que se quiere dar a la población. En la mayoría de los países, las nor- mas de calidad del aire tienen como ob- jetivo inmediato el evitar enfermedades y fallecimientos en aquellos subgrupos de la población más sensibles. Hay que tener en cuenta que el objetivo a largo plazo ha de ser de protección contra todo posible efecto sobre la salud del hombre, incluidas las alteraciones gené- ticas y somáticas. Generalmente, la calidad del aire se evalúa por medio de los denominados niveles de inmisión, que vienen defini- dos como la concentración media de un contaminante presente en el aire duran- te un periodo de tiempo determinado. La unidad en que se expresan normal- mente estos niveles son microgramos de contaminante por metro cúbico de aire, medidos durante un periodo de tiempo determinado. ORIGEN DE LA CONTAMINA- CIÓN ATMOSFÉRICA (EMISIONES) Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropogénicas. En Pág. 9
Contaminación Atmosférica Pág. 10 el primer caso la presencia de contami- nantes se debe a causas naturales, mien- tras que en el segundo tiene su origen en las actividades humanas. Las emisiones primarias origina- das por los focos naturales provienen fundamentalmente de los volcanes, in- cendios forestales y descomposición de la materia orgánica en el suelo y en los océanos. Por su parte, los principales focos antropogénicos de emisiones pri- marias los podemos clasificar en: Focos fijos I n d u s t r i a l e s Procesos industriales Instalaciones fijas de combustión Domésticos Instalacio- nes de calefacción Focos móviles Vehículos automóvi- les Aeronaves Buques Focos compuestos Aglomera- ciones industriales Áreas urbanas Si atendemos a la distribución es- pacial de la emisión de contaminantes, podemos clasificar los focos en: pun- tuales, tales como las chimeneas indus- triales aisladas; lineales, por ejemplo, las calles de una ciudad, las carreteras y autopistas; y planos, las aglomeraciones industriales y las áreas urbanas son los ejemplos más representativos. En el cuadro siguiente se muestra la proporción entre las emisiones prima- rias naturales y antropogénicas para los distintos contaminantes. Focos de emisión ContaminanteAntropogénicos % Naturales % Aerosoles 11.3 88.7 SOx 42.9 57.1 CO 9.4 90.6 NO 11.3 88.7 HC 15.5 84.5 Las cifras anteriores muestran la gran importancia que, en cuanto a emisiones globales, tienen las fuentes naturales de emisión de contaminantes en relación con los antropogénicos, ex- cepto en el caso de las emisiones de an- hídrido sulfuroso en que casi se igualan ambas. Atendiendo a la distribución espa- cial de estas emisiones se observa que en las regiones más industrializadas de Europa y Norteamérica las emisio- nes antropogénicas de SO2 alcanzan proporciones muy superiores a las na- turales. Así en el Norte de Europa las emisiones antropogénicas originan al- rededor del 90% del azufre que está en circulación en la atmósfera. Otra circunstancia a tener en cuenta es que los focos de emisión antropogé- nicos están concentrados, por lo gene- ral, en áreas urbanas e industriales. Este conjunto de circunstancias hacen que la contribución de las emisiones antropo- génicas al problema de la contamina- ción atmosférica a escala regional sea predominante. Focos antropogénicos de emisión Los principales focos de contami- nación atmosférica de origen antropo- génico son las chimeneas de las insta- laciones de combusión para generación de calor y energía elétrica, los tubos de escape de los vehículos automóviles y los procesos industriales. Contaminantes emitidos por los ve- hículos automóviles En las últimas décadas, el automó- vil ha aparecido de forma masiva en las ciudades, contribuyendo a incrementar los problemas de contaminación atmos- férica como consecuencia de los gases contaminantes que se emiten por los tubos de escape. Los principales conta- minantes lanzados por los automóviles son: monóxido de carbono (CO), óxi- dos de nitrógeno (NOx), hidrocarburos no quemados (HC), y compuestos de plomo. No todos los vehículos lanzan los distintos tipos de contaminantes en las mismas proporciones; éstas depende- rán del tipo de motor que se utilice. Los vehículos que emplean gasolina como carburante emiten principalmente mo- nóxido de carbono, óxidos de nitró- geno, hidrocarburos y compuestos de plomo. La emisión de este último tipo de contaminante se debe a la presencia en algunos tipos de gasolina de tetraeti- lo de plomo, aditivo que se añade para aumentar su índice de octano. Los principales contaminantes emi- tidos por los vehículos que utilizan motores de ciclo diésel (camiones y autobuses, por ejemplo) son partículas sólidas en forma de hollín que da lugar a los humos negros, hidrocarburos no quemados, óxidos de nitrógeno y anhí- drido sulfuroso procedente del azufre contenido en el combustible. Calefacciones domésticas Las instalaciones de calefacción domésticas son una de las principales fuentes de contaminación atmosférica de las grandes ciudades. Este tipo de fo- cos puede contribuir con un 20 a 30% de las emisiones totales a la atmósfera en áreas urbanas. Los principales conta- minantes producidos dependen del tipo de combustible empleado. En el caso del carbón los principales contaminantes producidos son: anhí- drido sulfuroso, cenizas volantes, holli- nes, metales pesados y óxidos de nitró- geno. Cuando el combustible empleado es líquido (gasóleo o gasoil), los princi- pales contaminantes emitidos son: SO2, SO3, NOx, hidrocarburos volátiles no quemados y partículas carbonosas.
Universidad Néstor Cáceres Velásquez El gas natural es el combustible más limpio de los actualmente disponibles para calefacción, siendo su producción de contaminantes despreciable respecto a los otros combustibles. A la introduc- ción masiva del gas para calefacciones domésticas, sustituyendo al carbón y al gas oil anteriormente utilizados, se debe en gran parte el éxito del Plan de Des- contaminación Atmosférica de la ciu- dad de Londres (Gran Bretaña). Calderas industriales de generación de calor Entre las distintas fuentes de conta- minación atmosférica de origen indus- trial, la combustión de combustibles fósiles para la generación de calor y electricidad ocupa un lugar preponde- rante, tanto por la cantidad como por los tipos de contaminantes emitidos. Especial atención merecen las centrales térmicas de producción de
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