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TEMA 10
CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
Contaminación atmosférica.
Definición (Ley 34/2007):
Presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que impliquen molestia grave, riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas, el medio ambiente y demás bienes de cualquier naturaleza.
Definición (OMS):
Hay contaminación del aire cuando en su composición aparecen una o varias sustancias extrañas, en determinadas cantidades y durante períodos de tiempo que pueden resultar nocivas para el hombre, animales, plantas o tierras, así como perturbar el bienestar o el uso de los bienes.
Según esta definición, consideraremos que la atmósfera estácontaminada cuando existan sustancias o energías, bien ajenas a laatmósfera, o bien naturales pero en una elevada concentración.
La atmósfera dispone de mecanismos para difundir o dispersar oeliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada.
Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes:
• Calentamiento global o incremento del efecto invernadero• Destrucción de la capa de ozono• Lluvias ácidas• Smog
Acontecimientos importantes relacionados con la contaminación atmosférica en el siglo XX
1970Se crea en Estados Unidos la EPA (Environmental Protection Agency) y pone en
marcha las primeras medidas para lograr un aire limpio de la CAA (Clean Air Acta)
1972 Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente en Estocolmo
1970-75 Se detectan los daños causados por la lluvia ácida
1972 La Comunidad Europea decida adoptar una política medioambiental
1976 Escape de dioxina en Sveso (Italia)
1984Mueren más de 2000 personas en el accidente de la planta de Union Carbide en
Bhopal (India) en el que se produce un escape de gas tóxico.
1985-86 Se confirma la existencia del "agujero" de ozono en la Antártida
1985-90Alerta sobre el posible cambio climático provocado por gases con efecto
invernadero
1986 Comienza a comercializarse la gasolina sin plomo en Gran Bretaña
1987 Protocolo de Montreal para limitar la producción de CFC
Fuentes de contaminación
Naturales Antropogénicas
Fuentes de contaminación natural
Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.
Geológicos: Erupciones volcánicas (SO2, CO2,
H2S, cenizas….)
Fuentes de contaminación natural
Biológicos:
Respiración seres vivosFermentaciones
Incendios forestalesPolinización
Fuentes de contaminación naturalAtmosféricas:
Descargas eléctricas en las tormentas que liberan óxidos de nitrógeno
Hidrosfera: Liberación de PARTICULAS
SALINAS
Vientos
Fuentes artificiales o antropogénicas
ACTIVIDADES HUMANAS
Quema de combustibles
fósiles
Industria
Transporte
uso doméstico
Actividades agrícolas y ganaderas
Quema de bosques
Quema de rastrojos
fertilizantes -N2
Ganado - CH4
incineración de residuos sólidos
Incineración de residuos Siderurgia
Tráfico
Refinerías de petróleo
Agricultura y ganadería
Quema de rastrojos
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
El conjunto de contaminantes generados por el hombre tiene menorvolumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidosson peores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayorreactividad y a que están concentrados en lugares determinados.
El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera se llamatiempo de residencia y depende del tipo de contaminante y de lascondiciones atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…)
Tiempo de residencia
Gases: Depende de su capacidad reactiva
Partículas: Depende de su tamaño
La cantidad máxima de contaminación está regulada por la legislación ambiental decada pías, que establece unas concentraciones de referencia por encima de lascuales se considera que existe contaminación atmosférica y hay que tomar lasmedidas 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
Red de estaciones de vigilancia de la calidad
del aire en Madrid
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
Nocivos
Según 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 sucomposición química es muyvariada.Se pueden agrupar por supeculiaridad más característica:
Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran:
• Particulas (sólidos y líquidos de diferente naturaleza).De diferente origen: extracciones, combustiones, volcanes, incendios)
• Compuestos de azufre, SOx; SO2, SO3 ; H2SSOx, combustión de combustibles fósilesH2S, refinerías, escapes de gas, metabolismo anaerobio. Olor desagradable
• Óxidos de nitrógeno, NOx : NO y NO2 toxicos y N2OProcesos naturales: erupciones volcánicas, fermentaciones anaerobiasProcesos antrópicos: combustión combustibles fósiles
• Óxidos de carbono, CO2 y COCO: Combustiones incompletas, refinerías, vehículos, tóxicoCO2 : Origen natural y antropico, efecto invernadero
• Compuestos orgánicos: hidrocarburos : refinerias, vehículos,etcMetano: zonas pantanosas, arrozales, ganadopoliclorobifenilos (PCB): tratamientos de productos químicos cloradosDioxinas y furanos : Incineradoras
• Ozono, O3.
Compuestos halogenados: con Cl y F ;Cl2, HCl, HF, CFC
F: Marino, antropogénicoCl: antropogénico, tóxico e irritanteCFC: destruye la capa de O3
Metales pesados: Elementos tóxicos, no biodegradables, bioacumulativosPb: GasolinasCd: mineríaHg: Minería y actividades agricolas
Olores : Producidos por partículas en el aire, vertederos, aguas contaminadas, industrias del papel (H2S)
• En la atmósfera permanecen suspendidas sustancias 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).
SOx
SO2
Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el
trióxido de azufre (SO3).
Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 12
horas a 6 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en
la superficie húmedo o seco y el resto se convierte en
iones sulfato (SO42-).
• NOx (conjunto de NO y NO2)
• Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato deperoxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formación ydestrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, asícomo en el fenómeno de la lluvia ácida.
• En concentraciones altas produce daños a la salud y a las plantas ycorroe tejidos y materiales diversos.
• Las actividades humanas que los producen son, principalmente, lascombustiones realizadas a altas temperaturas.
Oxidos de nitrógeno NOx
Óxido nitroso (N2O)
• En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 años. Vadesapareciendo en la estratosfera en reacciones fotoquímicasque pueden tener influencia en la destrucción de la capa deozono. También tiene efecto invernadero.
• Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesosmicrobiológicos en el suelo y en los océanos) y menos deactividades agrícolas y ganaderas (alrededor del 10% del total).
Oxidos de nitrógeno NOx
• Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta detoxicidad, no deberíamos considerarlo una sustanciaque contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacenun contaminante de gran importancia en la actualidad:
1. Es un gas que retiene rayos infrarrojos y produce el efecto invernadero.
2. Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y la desaparición de grandes extensiones de bosques
CO2
• Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma demanera natural, en la oxidación de metano (CH4) por reaccionesfotoquímicas. 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 ala atmósfera por causas no naturales. Procede, principalmente,de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en losmotores de los vehículos.
CO
• Es un contaminante primario que se forma de manera natural.
• La ganadería intensiva y zonas pantanosas (por la acción de bacterias anaerobias metanógenas )también generan cantidades importantes de este gas.
• Desaparece de la atmósfera a consecuencia de la reaccióncon 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)
Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C. Sonlos también llamados “freones”. Se han utilizado mucho en los"sprays", frigoríficos, etc. Son los principales responsables de ladestrucción de la capa de ozono.
Clorofluorocarbonos CFC’s
Dioxinas y furanos
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(PVC) ,
papel o madera.
Contaminantes secundarios
No provienen directamente de losfocos emisores y poseen un granpoder oxidante.
Son los responsables de lacontaminación fotoquímica.
Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiaciónsolar o el vapor de agua.
Contaminantes secundarios.
SO2 SO3 : Incoloro. Se condensa rápidamente y reacciona con agua para dar H2SO4, que junto con el HNO3 es responsable de la lluvia ácida.
NO2 (oxidación por O3) NO3 : Responsable de la formación del smog fotoquímico.
PAN: Nitratos de peroxiacetilo. Formados a partir de hidrocarburos por reacciones fotoquímicas.
O3 (troposférico): Fuerte oxidante. Componente del smog fotoquímico. – Natural: por intrusiones estratosféricas, volcanes, tormentas.– Humano: por reacciones fotoquímicas de contaminantes
primarios del tráfico (NO2 e HC).
• Es el ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de laTierra.
• Se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan,principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes enel aire (COV).
• Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa dañosimportantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena elcrecimiento de las plantas y los árboles.
Ozono troposférico
Formación del 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 flojos
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Efectos nocivos
Animales (humanos)
Irritación mucosas
Problemas respiratorios
Dolores de cabeza
Vegetales
Disminución capacidad biológica
Pérdida de producción
FORMAS DE ENERGÍA
1. Radiaciones ionizantes.Pueden ionizar átomos y moléculas. Hay 4
tipos:• Radiación alfa partículas cargadas
eléctricamente. Bajo poder de penetración (por ejemplo el papel las detiene).
• Radiación beta partículas cargadas eléctricamente. Mayor poder de penetración (por ejemplo una lámina de aluminio las detiene).
• Rayos x ondas electromagnéticas. Alto poder de penetración, de hasta decímetros.
• Rayos gamma ondas electromagnéticas. Altísimo poder de penetración, de hasta metros.
El origen de estas radiaciones puede ser:- Natural: desintegración espontanea de
núcleos atómicos, radiaciones cósmicas.
- Humano: medicina, centrales nucleares, investigación.
Los efectos dependen de: la energía absorbida, el tipo de radiación, el tiempo y la parte afectada. Afectan a los procesos biológicos y al ADN.
FORMAS DE ENERGÍA
2. Radiaciones no ionizantes.
Incluyen: ultravioleta, infrarrojos, microondas.
No modifican la estructura de la materia (no ionizan átomos).
El origen puede ser:
– Natural: sol, superficie de la Tierra.
– Humano: cables eléctricos, aparatos eléctricos.
Sus efectos dependen de la intensidad del campo electromagnético y el tiempo. Producen alteraciones del sistema nervioso, hormonal e inmunológico.
3. Ruido y contaminación lumínica.
Dispersión de los contaminantes
EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo detiempo 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 expuestoslos seres vivos y los materiales que se encuentran bajo su influencia, mide lacalidad del aire
Emisiones
Inmisiones
Dispersión de los contaminantes
1. La mayor parte de loscontaminantes se difunden en laparte baja de la troposfera, dondeinteractúan entre sí y con losdemás compuestos presentes,antes de su deposición.
2. Otros ascienden a alturasconsiderables y son transportadoshasta lugares muy alejados delfoco emisor.
3. Un tercer grupo, más reducido,puede llegar a traspasar latropopausa e introducirse en laestratosfera.(CFC)
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Mezcla de contaminantes
Procesos químicos y fotoquímicos
Deposición
Los contaminantes que se difunden en la parte baja de la troposfera presentan unciclo de emisión-deposición que se puede resumir en tres etapas:
En general, se considera que en las áreas continentales se encuentran
los focos emisores, mientras que los océanos, por su extensión, son los
principales depósitos de retorno.
Este retorno sucede por:
Deposición húmeda: los contaminantes retornan a través de la lluvia,
la nieve la niebla o el rocío
Deposición seca: Tiene lugar en menor medida y es debida a
fenómenos gravitacionales y de adsorción (fijación a una superficie)
Dispersión de los contaminantes
TransporteIndustrias
Medio Urbano
EmisiónMezcla
Transporte
Sol Vapor de agua
Transformación
Deposición
Seca Húmeda
Inmisión
Dispersión de los contaminantes
Inmisión: cantidad de contaminantes presentes en una zona determinada
de la atmósfera, una vez que han sido transportados, difundidos y
mezclados, esto afecta a diferentes grupos de seres vivos
• Seres humanos
• Animales
• Vegetales
• Hongos
Estos niveles de inmisión van a depender de una serie de factores:
Características de las emisiones
Condiciones meteorológicas y climáticas
Características geográficas y topográficas
Características de las emisiones
Naturaleza de los
contaminantes
Gases Partículas
TemperaturaVelocidad de
emisión Altura de la
emisión
Condiciones meteorológicas
Estratificación del aire
Inversiones
Vientos
Humedad relativa del aire
Precipitaciones
Insolación
Condiciones meteorológicas y climáticas
Estratificación del aire.
Temperatura ºC
Altitud (
m)
GVTGAS
Temperatura ºC
Altitud (
m)
GVT
GAS
Temperatura ºC
Altitud (
m) GVT
GAS
GVT < GAS GVT > GAS GVT = GAS
Estable Inestable Indiferente
La Tª del aire contaminado
es inferior a la del aire que
le rodea. Es más densa, no
puede subir e incluso baja
La Tª del aire contaminado es
superior a la del aire que le rodea.
Se favorecen los movimientos
verticales y la dispersión de los
contaminantes
Las Tª son similares y su
variación con la altura es la
misma. No se favorece
ningún movimiento
Condiciones meteorológicas y climáticas
Inversiones térmicas
Son situaciones en las que se impide la circulación vertical del
aire y por lo tanto los contaminantes se acumulan en las capas
inferiores de la atmósfera.
Es la peor situación para la dispersión de contaminantes.
Condiciones meteorológicas y climáticas
Inversiones térmicas
Normalmente, el aire caliente de la superficie terrestre asciende y el aire de
la parte superior de la atmósfera (más frío) cae, con lo cual se crea una
circulación natural que dispersa los contaminantes superficiales del aire.
Una inversión ocurre cuando las capas de aire de la atmósfera inferior son
más frías que las superiores. La circulación natural sufre una interrupción y
tanto el aire superficial acumulado como los contaminantes del aire se
concentran alrededor de sus fuentes
El humo de las calefacciones o chimeneas no puede ascender debido a la
inversión térmica
Vientos
Tienen una gran importancia en la dispersión de los
contaminantes en función de sus características:
• Dirección
• Velocidad
• Turbulencias
El viento aleja los contaminantes
de la zona de emisión
Viento
Precipitaciones
Tienen un efecto de lavado,
arrastrando contaminantes hacia el
suelo. También pueden ayudar a
disolver algunos gases
Insolación
Favorece la formación de contaminantes secundarios mediante
reacciones de oxidación fotoquímica
Factores topográficos y geográficos
La topografía influye mucho sobre los movimientos atmosféricos y por lo
tanto en la dispersión de los contaminantes.
a) Zonas costeras
b) Valles fluviales y laderas
c) Zonas urbanas
d) Presencia de masas vegetales
Zonas costeras
Se originan brisas durante el
día (A) que transportan los
contaminantes tierra adentro
y por la noche (B) sucede al
revés.
Por otra parte, el aire está
cargado de la humedad del
mar y puede favorecer la
acumulación de
contaminantes
Zonas de valles fluviales y laderas
Se generan brisas de valle y montaña.
Durante el día se calientan las laderas y se generan corrientes ascendentes,
mientras que en el fondo del valle queda el aire frío y contaminado
Durante la noche el aire frío desciende por las laderas, y se acumula en el
fondo del valle, llegando a la misma situación anterior.
Además las propias laderas dificultan el movimiento del aire y por lo tanto la
dispersión de los contaminantes
Zonas urbanas
• Los edificios frenan los movimientos del aire y crean turbulencias. Las propias
actividades urbanas (industria, tráfico, calefacciones,…) generan calor y se
crea un microclima denominado isla de calor. En la periferia de la ciudad, la
temperatura es más fría.
• Este fenómeno favorece la formación de brisas urbanas debido al ascenso del
aire en el centro de la ciudad, cuyo hueco es ocupado por el aire frío
procedente de la periferia, donde hay poligonos industriales de envian
contaminantes a la ciudad.
• Se dificulta la dispersión de los contaminantes, porque se crea un flujo
convectivo, formando las cúpulas de contaminación, que se ven
incrementadas en situaciones anticiclónicas y que pueden ser dispersadas por
efecto de las lluvias y los vientos.
Isla de calor
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Boina de contaminación en las ciudades
Movimiento del aire en una “isla de calor”
¿Qué hace que las ciudades sean más calientes?
Hay muchos factores que pueden influenciar el efecto isla de calor
urbano. Los cambios que se realizan en la superficie de la tierra en
zonas urbanas tienen un gran impacto en este sentido.
1. Por ejemplo, muchas ciudades tienen menos árboles que las
zonas rurales circundantes. Los árboles sombrean la tierra,
evitando que la radiación del Sol sea absorbida. Sin ellos, la
superficie de la tierra se calienta.
2. Los tejados y el pavimento oscuro también absorben más
radiación.
3. Los automóviles, que emiten calor de sus motores y escapes,
también contribuyen al efecto de la isla de calor.
4. Una menor cantidad de plantas también significa que habrá menos
evapotranspiración, que es un proceso que refresca al aire.
5. Las calefacciones y electrodomésticos y urbanos contribuyen al
calentamiento ambiental.
Soluciones propuestas frente a las islas de calor
Hoy, muchas ciudades están haciendo un esfuerzo para combatir el efecto isla
de calor urbana.
1. Están utilizando materiales blancos o reflectivos para los techos y caminos.
2. Se están plantando árboles a lo largo de las calles de las ciudades.
3. En muchas áreas se están instalando azoteas verdes, es decir, plantas
vivas en los tejados.
Presencia de masas vegetales
• Frenan la velocidad del viento y facilitan la deposición de los
contaminantes, que quedan retenidos en las hojas.
• Además la vegetación absorbe CO2 (actúa como sumidero)
• Un kilómetro cuadrado de bosque genera unas 1.000 toneladas de
oxígeno anuales, requiriendo el doble de superficie una plantación de
césped. También son fijados por la vegetación los óxidos de azufre,
oxigenándose el SO2, dando lugar a sulfatos. El plomo se acumula
sin transformarse en las plantas, eliminándolo de la atmósfera.
Además acumulan entre las hojas, polvo y partículas en suspensión
gracias a fenómenos electrostáticos y a la presencia de aceites.