Tema 7 Impactos en la atmósfera

La contaminación en la atmósfera

Según la ley de Protección del Ambiente Atmosférico, la contaminación atmosférica se define como:

“La presencia en el aire de materias o energías que impliquen riesgo, daño o molestia para las personas y bienes de cualquier naturaleza”

Según esta definición, consideraremos que la atmósfera está contaminada cuando existan sustancias o energías, bien ajenas a la atmósfera, o bien naturales pero en una elevada concentración.

La atmósfera dispone de mecanismos para difundir o dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada. Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes:

• Calentamiento global• Efecto invernadero• Destrucción de la capa de ozono• Lluvias ácidas

La contaminación atmosférica es un proceso que se ha agravado últimamente, pero no es nuevo:

• En el siglo XIII, en Londres, la población comenzó a quejarse de la excesiva cantidad de polvo de carbón y de hollín en el aire. Se llegó a prohibir el uso del carbón de piedra.

• En Talavera en 1600 se impusieron una serie de medidas para evitar la contaminación de los hornos de cerámica.

• A partir de la revolución industrial, los episodios de contaminación son más numerosos. Los más más famosos de este siglo sucedieron en Meuse Valley, Bélgica; Donora, Pensilvania; y Londres, Inglaterra.

• La peor contaminación ocurrió en Londres, cuando una densa nube de aire contaminado (combinación de humo y niebla) se formó sobre la ciudad en diciembre de 1952, y permaneció hasta marzo de 1953. En sólo una semana fallecieron más de 4 000 personas, y más de 8 000 personas fallecieron a lo largo de seis meses. Los tres episodios de contaminación del aire

"No había cuerpos en las calles (...) pero las empresas fúnebres se quedaron sin ataúdes y las florerías sin flores", dijo el doctor Robert Waller, que trabajaba en el hospital St. Batholomew's.

El fenómeno se extendió durante cuatro días.

El smog se introdujo en todas partes, la ópera La Traviata fue interrumpida en el primer acto en el teatro Sadler's Wells, se caminaba a ciegas por los pasillos de los hospitales y las escuelas cerraron las aulas.

También se vio afectado el servicio de trenes, en tanto fueron cerrados los aeropuertos.

El actual alcalde de la ciudad, Ken Livingstone, recordó la "buena noticia" de que no tenía que acudir a clases. "La neblina era tan gruesa que se recomendó a los mayores que no se arriesgaran a perder los niños", agregó. "Mis padres salían a la calle con el rostro cubierto por un pañuelo".

Tras los sucesos de 1952, el gobierno alentó la eliminación del carbón como combustible para la calefacción. Actualmente, el aire de Londres es controlado en forma permanente gracias a 80 estaciones de monitoreo repartidas por la capital.

Los expertos aseguran que la lucha hoy es contra las emisiones de los automóviles.

Fuente: BBC Diciembre 6, 2002

Fuentes de contaminación

Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropogénicas. En el primer caso la presencia de contaminantes se debe a causas naturales, mientras que en el segundo tiene su origen en las actividades humanas.

Fuentes de contaminación naturalSe deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.

Geológicos: Erupciones volcánicas (SO2, CO2, H2S, cenizas….)

Emisiones de gases del suelo CH4, NO, …

Fuentes de contaminación natural

Biológicos:

Respiración seres vivosFermentaciones

Incendios forestalesPolinización vegetal

Fuentes de contaminación naturalAtmosféricas:

Descargas eléctricas en las tormentas que liberan

óxidos de nitrógeno

Hidrosfera: Liberación de gases en los

océanos CO, CO2, CH4

Contaminantes Naturales del Aire

Fuente Contaminantes

Volcanes Óxidos de azufre, partículas

Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas

Vendavales Polvo

Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen

Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno

Suelo Virus, polvo

Mar Partículas de sal

Fuentes artificiales o antropogénicas

Procede de las distintas actividades humanas. Destaca especialmente la combustión de combustibles fósiles y sus derivados, bien en la industria como en centrales térmicas o siderometalúrgicas, en el transporte o en el uso doméstico.

Otras fuentes antrópicas son debidas a las actividades agrícolas y ganaderas, como la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la quema de rastrojos, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo). Una fuente de emisión que está creciendo es la incineración de residuos sólidos, esta práctica si no se realiza de manera adecuada puede producir emisiones de N2, CO2, NO, SO3, dioxinas, etc.

uIncineración de residuos

Siderurgia

Tráfico

Quema de rastrojos

Refinerías de petróleo

Agricultura y ganadería

Focos de emisión

Contaminante Antropogénicos%

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

Procesos industriales

Focos fijos

Industriales

Instalaciones fijas de combustión

Domésticos Instalaciones de calefacción

Focos móviles

Vehículos automóviles

Aeronaves

Buques

Focos compuestosAglomeraciones industriales

Áreas urbanas

El conjunto de contaminantes generados en estos procesos tiene menor volumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidos son perores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayor reactividad.

El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera se llama tiempo de residencia y depende del tipo de contaminante y de las condiciones atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…)

Tiempo de residencia

Gases: Depende de su capacidad reactiva

Partículas: Depende de su tamaño

Unidades de medida

Gases: ppm, ppb, cm3/m3

Partículas: μg/m3 o mg/m3

La cantidad máxima de contaminación está regulada por la legislación ambiental de cada pías, que establece unas concentraciones de referencia por encima de las cuales se considera que existe contaminación atmosférica y hay que tomar las medidas adecuadas.

Contaminante Período de referencia Valor límite Observaciones

Partículas (PM10)

Anual 30 µg/m3

24 horas 50 µg/m3Se podrá sobrepasar 25 días

al año

Dióxido de azufre

1 hora 350 µg/m3Se podrá sobrepasar 24

horas al año.

24 horas 125 µg/m3Se podrá sobrepasar 3 días al

año

Dióxido de nitrógeno 1 hora 200 µg/m3

Se podrá sobrepasar 8 horas al año

Anual 40 µg/m3

Plomo Anual 0.5 µg/m3

Tipos de contaminantes

Se pueden hacer distintas clasificaciones:

Radiaciones ionizadasRadiaciones no ionizadas

Contaminación sonora

Gases Partículas

Olores

Sustancias químicas

Formas de energía.

Según la naturaleza del contaminante:

Tipos de contaminantes

Inocuos

NocivosSegún la Toxicidad del contaminante:

Son los contaminantes primarios mas la radiación solar

o el vapor de aguaSecundarios

Primarios

Según la Procedencia del contaminante:

Contaminantes primariosProceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.

Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjunto supone el 90% de los contaminantes del aire.

Su naturaleza física y su composición química es muy variada, si bien podemos agruparlos atendiendo a su peculiaridad más característica tal como su estado físico (caso de partículas y metales), o elemento químico común (caso de los contaminantes gaseosos).

Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran:

• Aerosoles (en los que se incluyen 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 encuentra como más significativos los siguientes:

• Otros derivados del azufre. • Halógenos y sus derivados. • Arsénico y sus derivados. • Componentes orgánicos. • Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc. • Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos. • Sustancias radiactivas.

• Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad:

• Es un gas que retiene rayos infrarrojos y produce el efecto invernadero; y

• Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques

CO2

• Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma de manera natural, en la oxidación de metano (CH4) por reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO2.

• La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo, después del CO2, el contaminante emitido en mayor cantidad a la atmósfera por causas no naturales. Procede, principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en los motores de los vehículos.

CO

SOx

SO2

Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido

de azufre (SO3).

Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie húmedo o seco y el resto se convierte en iones sulfato (SO4

2-).

• NOx (conjunto de NO y NO2)

• Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida. En concentraciones altas produce daños a la salud y a las plantas y corroe tejidos y materiales diversos.

• Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas. Más de la mitad de los gases de este grupo emitidos en España proceden del transporte.

• Óxido nitroso (N2O) • En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 años. Va desapareciendo en

la estratosfera en reacciones fotoquímicas que pueden tener influencia en la destrucción de la capa de ozono. También tiene efecto invernadero.

• Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesos microbiológicos en el suelo y en los océanos) y menos de actividades agrícolas y ganaderas (alrededor del 10% del total).

Oxidos de nitrógeno NOx

• Es un contaminante primario que se forma de manera natural • Desaparece de la atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con

los radicales OH formando, entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero.

Metano (CH4)

Otros hidrocarburos

• En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividades humanas, sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.

• Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño, pero otros afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer p. ej. benceno.

• Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog" fotoquímico.

Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C. Por ejemplo CCl3F (Freón-11) o CCL2F2 (Freón-12). Se han utilizado mucho en los "sprays", frigoríficos, etc.Son los principales responsables de la destrucción de la capa de ozono.

Clorofluorocarburos CFC’s

• En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio)

Partículas y aerosoles

• Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos.

• Partículas se suele llamar a los sólidos que forman parte del aerosol.

• Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micras o más).

Contaminantes secundarios

Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua.

No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante.

Son los responsables de la denominada contaminación fotoquímica.

• El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra, es un importante contaminante secundario. El que se encuentra en la zona más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV). Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.

Ozono troposférico

•En España, como en otros países mediterráneos, durante el verano se dan condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas temperaturas, cielos despejados, elevada insolación y vientos bajos,

• Las dioxinas son compuestos químicos obtenidos a partir de procesos de combustión que implican al cloro. El término se aplica indistintamente a las policlorodibenzofuranos (PCDF) y las policlorodibenzodioxinas (PCDD).

• Son estables químicamente, poco biodegradables y muy solubles en las grasas, tendiendo a acumularse en suelos, sedimentos y tejidos orgánicos, pudiendo penetrar en la cadena alimentaria. Posible efecto cancerígeno.

• Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos maneras:

1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes, desinfectantes o componentes del papel;

2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera.

Dioxinas

Dispersión de los contaminantesHay que distinguir:

EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo de tiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor.

INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera determinada, una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella y a la que están expuestos los seres vivos y los materiales que se encuentran bajo su influencia

Emisiones

Inmisiones

Dispersión de los contaminantes

1. La mayor parte de los contaminantes se difunden en la parte baja de la troposfera, donde interactúan entre sí y con los demás compuestos presentes, antes de su deposición.

3. Otros ascienden a alturas considerables y son transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor.

5. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera.

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