|
"La Humanidad necesitó treinta siglos para tomar impulso; le quedan treinta años para frenar antes del abismo" Michel Bosquet |
|
"La Humanidad necesitó treinta siglos para tomar impulso; le quedan treinta años para frenar antes del abismo" Michel Bosquet |
La contaminación atmosférica puede afectar tanto a escala global (macroecológica) como local (microecológica), pudiéndose situar el origen de la misma en la acción del hombre (antropogénico) o simplemente en causas naturales (telúrico). Aunque se desconoce el total de contaminantes en la atmósfera y la forma que éstos tienen de actuar, un buen número de ellos están perfectamente identificados, así como la forma de interferir con el medio y los efectos que producen. La actividad contaminante introduce ciertos desequilibrios en los ciclos biogeoquímicos (agua, carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre, fósforo, ...) lo que puede llegar a provocar reacciones de consecuencias impredecibles para la Biosfera y, por tanto, para el conjunto de nuestro Planeta, amenazando el Desarrollo Sostenible que pueda garantizar la pervivencia, en condiciones adecuadas, a las generaciones futuras.
Las emisiones a la atmósfera tienen lugar en forma de gases, vapores, polvos, partículas sólidas y aerosoles así como de diversas formas de energía (contaminación térmica, radiactiva, fotoquímica, etc.), quedando los contaminantes suspendidos en ella y produciendo la degradación del medio ambiente en su conjunto.
Contaminantes primarios: o emitidos directamente por la fuente, como aerosoles, óxidos de azufre, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos, monóxido de carbono y otros menos frecuentes como halógenos y sus derivados (Cl2, HF, HCl, haluros,...), arsénico y sus derivados, ciertos componentes orgánicos, metales pesados como Pb, Hg, Cu, Zn, etc. y partículas minerales (asbesto y amianto).
Contaminantes secundarios: se forman por reacción de los primarios con los componentes naturales de la atmósfera, existiendo una gran familia de sustancias producidas por reacciones fotoquímicas. Comprende al ozono, aldehidos, cetonas, ácidos, peróxido de hidrógeno, nitrato de peroxiacetilo, radicales libres y otras de diverso origen como sulfatos (del SOx) y nitratos (del NOx), la contaminación radiactiva a partir de radiaciones ionizantes o la contaminación sonora a expensas del ruido.
Aerosoles y partículas (Sistemas Sólido-Aire y Líquido-Aire) .
Constituyen una amplia gama de contaminantes formados por Polvos grueso (Suspensión de partículas de pequeño tamaño, entre 10-3µm y 102µm), Fibras (Cuyo tamaño supera en cinco veces a las anteriores), Hollin (Suspensión de partículas ricas en carbono, procedentes de combustiones incompletas), Humos (Suspensión de partículas de tamaño inferior a 1µm procedentes de la condensación de vapores producidos en procesos industriales o de combustión). Nieblas (Suspensión de gotitas originadas por la condensación de vapor de agua sobre partículas higroscópicas suspendidas en el aire que actúan como núcleos de condensación de tamaños entre 10-2µm y 5.102 µm) y Brumas (Suspensión de gotitas líquidas, originadas por condensación de vapores o por dispersión de agua, visibles a simple vista), Calima Humeda (Formada por pequeñas gotitas o por partículas muy higroscópicas en el aire y que pueden reducir la visibilidad) y Smog ( Combinación de los términos "smoke" y "fog" que es una combinación de bruma natural y humos. Cuando se intensifica por procesos fotoquímicos originados por la radiación solar, se denomina "SMOG" fotoquímico.
Hay partículas que son un componente natural de la atmósfera e incluyen productos de procedencia variada: condensación de procesos naturales (incendios forestales, volcanes), de reacción de trazas de gases (cloruro de amonio, sales de sulfatos y nitratos) y materiales dispersados desde la superficie de la Tierra (sales de los océanos y polvo mineral de los continentes). A todas ellas hay que sumar las introducidas por el hombre como resultado de combustiones y procesos de incineración. El transporte atmosférico de partículas supone una de las mayores fuentes de dispersión de contaminantes, además de por la posible naturaleza de la partícula, sobre todo porque pueden servir de sustrato para la fijación de otras sustancias, describiéndose un intenso efecto sinérgico al proveer una superficie para la oxidación del dióxido de azufre a ácido sulfúrico, el cual puede permanecer absorbido en la misma.
Revisten toxicidad para el hombre interfiriendo frecuentemente los procesos respiratorios, ya sea por el tamaño (cuanto más pequeñas, más afectan al proceso de intercambio de gases en los pulmones), concentración, naturaleza de las mismas o porque estén asociadas a otros tóxicos. Afectan a las plantas formando depósitos sobre las hojas y llegando, a veces, a penetrar en la cadena trófica. Hacen disminuir la visibilidad, la radiación solar total recibida (de un 15 a un 30% menos en zonas urbanas fuertemente polucionadas) y alteran los niveles de precipitaciones. Su abundancia relativa varía según el medio: aire rural (70 mg/m3), urbano (300 mg/m3), fábricas y talleres (1.000 mg/m3) y gases de central térmica (100.000 mg/m3).
Monóxido de carbono (CO).
Gas incoloro, inodoro, de menor densidad que el aire, inflamable, tóxico y muy estable (vida media en la atmósfera, 2-4 meses). Sus emisiones se estiman en más de 2.300 millones de toneladas (GKg) anuales del que un 90% es de origen antropogénico (O'Neill). No afecta a los materiales aunque sí a las plantas si su concentración supera las 100 ppm. En el hombre puede provocar la muerte cuando la concentración supera las 750 ppm, al competir con el O2 por la hemoglobina en la respiración debido a que es 210 veces más afín que éste.
El CO es un producto intermedio en las combustiones, siendo máxima su emisión cuando se utilizan mezclas pobres de O2. Se ha identificado también como resultado de la descomposición a elevada temperatura del CO2 resultante.
Hidrocarburos.
Las emisiones de hidrocarburos "HC" están asociadas a una mala combustión de derivados del petróleo, fundamentalmente. Sabemos que los hidrocarburos aromáticos (resultan cancerígenos). Contribuyen junto a los NOx y la luz UV a la contaminación fotoquímica y al efecto invernadero. Las emisiones de metano y gas natural suponen alrededor de 500 GKg/año (Kirkwood) procedentes de descomposiciones anaerobias, extracciones mineras y escapes de instalaciones industriales y domésticas.
Óxidos de azufre, SOx.
Se forman por la combustión del presente en el carbón y el petróleo, en porcentajes que varían entre un 0,1 y un 5%, obteniéndose SO2 y SO3 en una proporción que va de 40:1 a 80:1, respectivamente. El SO2 es un gas incoloro que resulta irritante si su concentración es superior a 3 ppm. El SO2 puede formar SO3 en la atmósfera por la acción fotoquímica, así como por catálisis de las partículas en suspensión. Los SOx forman con la humedad ambiente entre el 5 y el 20% de los aerosoles urbanos, incrementando el poder corrosivo de la atmósfera, disminuyendo la visibilidad y provocando la lluvia ácida; si, además, la presencia de partículas es significativa, la salud de los seres vivos se ve seriamente amenazada. Se supone que más del 90% de la producción de óxidos de azufre en el hemisferio norte es de origen antropogénico, siendo el total mundial de emisiones anuales 100-1000 GKg, de las cuales entre 120 y 160 lo son por acción del hombre (Kirkwood). Las reacciones observadas son:
S + O2 ® SO2
2SO2 + O2 + [catal] ® 2SO3
2SO2 + 2H2O + O2 + [catal] ® 2H2SO4
SO3 + H2O ® H2SO4
actuando de catalizador en la penúltima de ellas cloruros y sulfatos de Fe y Mn.
Para un buen control de emisiones de los SOx se proponen las siguientes medidas:
Óxidos de nitrógeno, NOx.
Es evidente que en las combustiones que utilizan aire como comburente (Prácticamente todas) no podemos hacer desaparecer el Nitrógeno de este que por otra parte representa el 78,08% en volumen frente al 20,95% del Oxígeno.
De los más de ocho óxidos distintos que forman esta familia, tres son los que están en el aire en cantidades apreciables, N2O (óxido nitroso), NO (óxido nítrico) y NO2. El N2O es un gas inerte de carácter anestésico que contribuye al efecto invernadero (absorbe 200 veces más radiación infrarroja que el CO2) y afecta a la destrucción de la capa de ozono, incrementándose la presencia del mismo en la atmósfera como consecuencia de las emisiones procedentes de la descomposición de materia orgánica nitrogenada (nitrificación/desnitrifación), alcanzando unos niveles en el aire de 0,50 ppm. El NO es un gas incoloro e inodoro, tóxico a altas concentraciones y presente en el aire en menos de 0,50 ppm. Aunque a baja concentración su tolerancia por los seres vivos es aceptable, sin embargo es un precursor del NO2 y por tanto responsable en parte de la contaminación fotoquímica. Su tolerancia biológica es similar al NO aunque se desconocen sus efectos sobre la salud humana.
En torno al 67% de las emisiones de NOx (total emisiones 25-99 GKg/año) son de origen antropogénico (Kirkwood), de las cuales, más del 90% se originan en combustiones a elevadas temperaturas, tanto de fuentes estacionarias como móviles. La mayoría de las reacciones químicas de estos compuestos llevan a la obtención de HNO3 que es vertido como lluvia ácida. Las reacciones entre el nitrógeno (tanto del aire como el que está presente en el combustible) y el oxígeno se resumen en las dos siguientes:
N2 + O2 ® 2NO
NO + ½O2 ® NO2
Mientras en la primera reacción la constante de equilibrio, Kp es muy baja (ésta sube con la temperatura posibilitando la formación de NO en numerosas combustiones), en la segunda el aumento de temperatura favorece la descomposición del NO2, por ello en los procesos donde la temperatura convencional de la llama está entre 1500 y 2250 oK casi todo lo que se forma es NO (90-95%) y muy poco NO2.
Para un efectivo control de emisiones de los NOx se tendrá en cuenta lo siguiente:
De entre todos los métodos para tratar los NOx el más efectivo es la reducción catalítica selectiva (SCR) mediante la cual y en presencia de catalizadores de óxidos metálicos tienen lugar las reacciones que se indican a continuación, en las que los óxidos de nitrógeno son abatidos como N2 atmosférico.
6NO + 4 NH3 ® 5N2 + 6 H2O
6NO2 + 8 N ® 7N2 + 12 H2O
Contaminación fotoquímica.
Un modo de contaminación en las grandes áreas urbanas es el "neblumo" o "smog", el cual se caracteriza por un nivel relativamente alto de oxidantes que irritan ojos y garganta, ataca a las plantas, produce olores y disminuye la visibilidad. Su origen está en la interacción de la luz solar UV de 0,4 a 0,2 mm (energías de 290 a 580 KJ/mol) con algunos componentes de la atmósfera. La disociación fotoquímica se puede considerar como un proceso de dos etapas, cuyo mecanismo se resume en las siguientes ecuaciones:
A + luz UV ® A*
A* ® B + C
Frecuentemente el estado excitado A* es muy inestable por lo que la segunda reacción ocurre rápidamente. Por otro lado, B o C (o ambos) pueden ser altamente reactivos por lo que originarían una cadena de reacciones químicas responsables del neblumo o smog fotoquímico.
En las capas altas de la atmósfera (por encima de los 80 Km) los fotones de alta energía, en torno a 0,2 mm, disocian a las moléculas de O2 y sólo se encuentra O monoatómico (a). A alturas menores, entre 15 y 40 Km, ozonósfera, se observan además las reacciones b) y c):
O2 + luz UV ® 2O (a)
O + O2 + M ® O3 + M (b)
O3 + luz UV ® O2 + O (c)
en las que la radiación entre 0,12 y 0,20 mm propicia la formación de ozono a partir del O2 y la comprendida entre 0,20 y 0,29 mm la destrucción del mismo para formar O2, estableciéndose un equilibrio entre la formación y la destrucción de ozono en el que la máxima concentración de éste resulta ser 0,03 ppm a unos 25 Km de la superficie terrestre, formando un verdadero filtro ante la radiación UV. (M es un sustrato aceptor de energía).
Sustancias susceptibles de ser oxidadas, entre las que se incluyen SO2 y NO, principalmente, e hidrocarburos constituyen junto a la luz solar gran parte de la contaminación fotoquímica de la atmósfera en las capas inferiores (troposfera). Éstas son emitidas por la industria pesada y por las fuentes móviles. El NO emitido se oxida como sigue,
2NO + O2 ® 2NO2 (d)
NO2 + luz UV (0,38 mm) ® NO + O (e)
de modo que si la concentración de NO fuese de 1000 ppm la conversión en NO2 sería casi completa en pocos segundos. Si fuese tan solo de 1 ppm, el 50% de conversión se conseguiría a las 100 horas. A menores concentraciones, aumenta el tiempo de conversión. Por tanto la formación de O monoatómico puede dar lugar a la formación de ozono según la ecuación b). Podemos concluir que en la troposfera la presencia de NO, y su conversión lenta en NO2 serían precursores del O3, aquí ya como contaminante, el cual a su vez reacciona
O3 + NO ® NO2 + O2 (f)
aunque se han sugerido otras reacciones, como es lógico, donde se forman productos intermedios de diversos óxidos de nitrógeno que a su vez pueden reaccionar con otras sustancias presentes en la atmósfera, como el vapor de agua,
4NO2 + 2H2O + O2 ® 4HNO3 (g)
3NO2 + H2O ® 2HNO3 + NO (h)
abatiéndose gran parte del NO2 por formación de gotas de HNO3 que pueden quedar en suspensión aumentando el poder corrosivo de la atmósfera o bien volver a la corteza terrestre como lluvia ácida. No obstante, los niveles de ozono troposférico pueden alcanzar localmente valores de 0,2 a 0,5 ppm para promedios pico de 1 hora, con el consiguiente perjuicio para la salud.
La presencia de hidrocarburos, además del NO, en las capas bajas de la atmósfera propicia la formación de radicales peróxido, RCOO·, capaces de oxidar al NO hasta NO2, dando por resultado un incremento en la producción de O3. Igualmente, la presencia de aldehidos, cetonas, peróxidos y nitratos de acilo promueven en presencia de la luz solar la formación de radicales altamente reactivos y capaces de reaccionar con el O2 para formar radicales peróxido (RCOO·) que convierten al NO en NO2, favoreciendo por tanto la formación de ozono (recordar que el NO2 es precursor del mismo) e inhibiendo la descomposición del mismo según la ecuación f).
Otros contaminantes del aire: compuestos halogenados, plomo, ozono, VOCs, Organoclorados, Ruidos y otros.
Entre los compuestos halogenados es necesario citar al Cl2 , HF, HCl y haluros como contaminantes que afectan a la salud de los seres vivos presentando un cierto carácter acumulativo que puede llegar a ser letal si las concentraciones llegan a ser excesivas.
El plomo emitido por la combustión de gasolina (270 MKg/año), o por emisiones industriales (180 MKg/año), es un metal peligroso y de carácter bioacumulativo. Los datos de las emisiones han sido proporcionados por O'Neill.
El ozono es perjudicial para la salud en concentraciones elevadas y afecta a ciertos materiales como los neumáticos, el hule, los tejidos, etc. Se combate, además de por un control exhaustivo de sus emisiones en la troposfera, evitando la emisión de precursores fotoquímicos del mismo.
Los compuestos orgánicos volátiles, COVNM´s (no metánicos, excluidos CFCs y halones) tienen una procedencia natural considerable (aunque cada día tiene más importancia las emanaciones procedentes de industrias y vertederos de RSU) y contribuyen a la contaminación fotoquímica, sobre todo los Aldehidos de bajo peso molecular, siendo precursores de la formación de NOx y por tanto corresponsables en la producción de lluvia ácida así como de la contaminación fotoquímica, además de contribuir al efecto invernadero. Otros como los derivados de disolventes clorados (ácido tricloroacético, TCA) y toda su familia pueden afectar a la desforestación de amplias zonas.
Hidrocarburos Policíclicos Aromáticos (PAH), como naftaleno, benzopireno, antraceno y heterociclos con N, O y S, procedentes de la pirólisis de combustibles fósiles, motores de combustión interna, etc... Suelen estar presentes en fase vapor y adsorbidos a partículas de aerosoles. Afectan a la salud humana por ser cancerígenos.
Dioxinas y PCB´s. Las dioxinas se forman por pirólisis de compuestos orgánicos en presencia de compuestos clorados. Los PCBs (bifenilos policlorados) al ser poco volátiles, pueden formar aerosoles que al volver a la superficie terrestre por efecto de la lluvia contaminan el medio afectando a la cadena trófica, creando serias disfunciones entre los organismos que los captan.
Radiaciones. Constituyen un tipo particular de contaminación. Abarca todo el espectro, aunque ciertas emisiones son especialmente peligrosas y su estudio y control se realiza desde unidades especiales de contaminación radiactiva.
Ruido. Es una forma particular de contaminación atmosférica especialmente centrada en zonas urbanas e industriales afectando notablemente a la calidad de vida. procedente, mayoritariamente, de la combustión interna y el desplazamiento de los vehículos a motor. Aunque no provoca un daño directo importante, sí que genera desarreglos de conducta y malhumor, empeorando la calidad de vida.
Los árboles y otras plantas fabrican su propio alimento del dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, el agua, la luz solar y
en una pequeña cantidad de elementos del suelo. En este procedo los árboles liberan oxigeno (O2).
Los árboles contribuyen de forma clara y efectiva a atrapar y sostener
partículas en suspensión del ambiente urbano (PM50 y PM10) de contaminantes
(polvo, cenizas, polen, inquemados de los motores de los vehículos, METALES PESADOS, etc.) que son lavados al suelo con la lluvia. Los árboles reducen considerablemente la contaminación atmosférica (Dióxido de
Nitrógeno NO2; Dióxido de Azufre SO2; Monóxido de Carbono CO; Ozono O3 y
Partículas PM-10). Un estudio reciente de la ONU para la ciudad de Chicago estima que los árboles eliminan 5.575 toneladas de contaminantes atmosféricos por año
, lo que supone un "Servicio de Limpieza" de 9 millones de dólares.
