UNIDAD 3 Contaminación Atmosférica
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Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales UNIDAD 3.- CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Contaminación atmosférica: causas de la contaminación. Contaminantes físicos, químicos y biológicos más frecuentes y sus efectos. Repercusiones en la salud humana. Variables que facilitan o dificultan la dispersión de los contaminantes: características de las emisiones, condiciones atmosféricas, características geográficas y topográficas. Grandes problemas medioambientales derivados de la contaminación atmosférica: smogs, lluvia ácida, agujero en la capa de ozono y efecto invernadero. Inversión térmica. Medidas de protección y corrección. Legislación básica. 1.- La contaminación atmosférica. Concepto de contaminación Según la ley de Protección del Ambiente Atmosférico, la contaminación atmosférica se define como: la presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia para las personas y bienes de cualquier naturaleza. Fuentes de emisión de los contaminantes. Una emisión se puede definir como el lanzamiento al aire de materiales, y según el origen de la misma, existen dos tipos de fuentes: naturales y artificiales, antropogénicas o antrópicas. La contaminación de origen natural es debida a los procesos geológicos, biológicos o atmosféricos de la Tierra en los cuales se generan gases y partículas contaminantes. Salvo algunas sustancias, todos los contaminantes tienen al menos un origen natural. Son fuentes de emisión: las erupciones volcánicas: emiten mucha materia particulada, además de compuestos derivados de azufre, ácidos, vapor de agua, etc. los incendios forestales: (espontáneos) emiten gran cantidad de compuestos, fundamentalmente óxidos de carbono (CO 2, CO), de nitrógeno (NOX), NH3 e hidrocarburos. las descargas eléctricas: se producen durante las tormentas generando ozono y distintos óxidos de nitrógeno. las fermentaciones: emiten importantes cantidades de CH4, NH3, H2S, etc. Las fermentaciones se producen en aguas estancadas y zonas con gran producción ganadera, producto de las heces de los animales. Por su parte, la contaminación de origen antrópico resulta del vertido incontrolado a la atmósfera de contaminantes procedentes de la actividad humana. Las fuentes pueden ser de dos tipos: unas fijas (calefacciones e industrias) y otras móviles como el tráfico rodado de automóviles. Las principales industrias contaminantes son las centrales térmicas, las cementeras, las siderometalúrgicas, químicas, alimentarías, papeleras, etc. Constituyen un serio problema ambiental, no sólo por el volumen de las emisiones sino también por los efectos sinérgicos que ocasiona la presencia simultánea de varios contaminantes en zonas muy industrializadas. 2.- Contaminantes biológicos La contaminación biológica se define por la presencia de microorganismos (virus, bacterias u hongos) que causan enfermedades infecciosas en el aire interior (viviendas, hospitales, oficina, etc.) o Sustancias o partículas procedentes de animales o plantas como las heces de los artrópodos (Ácaros del polvo) o grandes cantidades de polen en el aire exterior, que pueden resultar perjudiciales para la salud afectando a los bronquios (asma), nariz (rinitis) o a los ojos (conjuntivitis). En España, el número de personas afectados por alergia al polen es cada vez mayor, este dato parece estar relacionado con el sistema inmunitario cada vez más debilitado por el uso de medidas higiénicas que impiden que nos pongamos en contacto con los agentes patógenos para I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 1 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales desarrollar defensas contra ellos. El tratamiento de la alergia es mediante inmunoterapia específica mediante vacunación. Las medidas preventivas que se proponen pasan por: Control de la fuente de emisión (no plantar especies que originan estos problemas como setos ornamentales. Protección del receptor con mascarillas y vacunas. Hábitos individuales de protección frente al polen. 3.- Contaminantes físicos Se consideran contaminantes físicos aquellas formas de energía que producen efectos perjudiciales sobre las personas o el medio como la contaminación acústica, la provocada por radiaciones o la térmica. 3.1.- El Ruido Es todo sonido no deseado o molesto, capaz de alterar el bienestar fisiológico o psicológico del ser humano y de aquellos animales capaces de captarlo. Puede ser un factor a tener muy en cuenta en lugares concretos: junto a las autopistas, aeropuertos, ferrocarriles, industrias ruidosas; o en fenómenos urbanos: locales o actividades musicales, cortadoras, sirenas, etc. Cuando una persona está sometida a un nivel alto de ruido durante un tiempo prolongado, sus oídos se dañan. Según algunos estudios, alrededor de un tercio de las disminuciones de la capacidad auditiva en los países desarrollados son debidas al exceso de ruido. Para disminuir el ruido se usan diferentes medidas. En algunos trabajos se deben usar auriculares de protección especiales. En otros casos aislan los motores y otras estructuras ruidosas de máquinas, electrodomésticos, vehículos, etc. para que no metan tanto ruido. En autopistas, fábricas, etc., se usan barreras que absorban el ruido. 3.2.- Radiaciones ionizantes Isótopos radiactivos como el radón 222 (ver página 70 del libro de texto), yodo 131, cesio 137 y cesio 134, estroncio 90, plutonio 239, etc. son emitidos a la atmósfera como gases o partículas en suspensión. Normalmente se encuentran en concentraciones bajas que no suponen peligro, salvo que en algunas zonas se concentren de forma especial. El problema con estas substancias está en los graves daños que pueden provocar. En concentraciones relativamente altas (siempre muy bajas en valor absoluto) pueden, provocar cáncer, afectar a la reproducción en las personas humanas y el resto de los seres vivos dañando a las futuras generaciones, etc. Su presencia en la atmósfera puede ser debida a fenómenos naturales. Por ejemplo, algunas rocas, especialmente los granitos y otras rocas magmáticas, desprenden isótopos radiactivos. Por este motivo en algunas zonas hay una radiactividad natural mucho más alta que en otras. En el norte de Extremadura tenemos afloramiento magmáticos donde se han explotado minas de Uranio y el Radón 222 es un isótopo de la serie del uranio 238. En la actualidad preocupa de forma especial la acumulación de radón que se produce en casas construidas sobre terrenos de alta emisión de radiactividad. Según algunos estudios hechos en Estados Unidos, hasta un 10% de las muertes por cáncer de pulmón que se producen en ese país I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 2 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales se podrían deber a la acción cancerígena del radón 222. Se aconseja sellar bien los suelos y pavimentos y tener ventiladas las estancias. Algunas actividades humanas en las que se usan o producen isótopos radiactivos, como las armas nucleares, las centrales de energía nuclear, y algunas prácticas médicas, industriales o de investigación, también producen contaminación radiactiva. Bien conocida es la explosión ocurrida en la central de Chernobyl que produjo una nube radiactiva que se extendió a miles de kilómetros, contaminando países de todo el hemisferio Norte. En el presente año 2011, producto de un enorme tsunami consecuencia de un terremoto de 8,9 grados ocurrido a pocos Km. de la costa de Japón, se vio afectada la central nuclear de Fukushima cuyas consecuencias a día de hoy desconocemos. 3.3.- Calor El calor producido por la actividad humana en algunas aglomeraciones urbanas llega a ser un elemento de cierta importancia en la atmósfera de estos lugares. Por esto, se considera una forma de contaminación aunque no en el mismo sentido, lógicamente, que el ozono o el monóxido de carbono (CO) o cualquier otro de los contaminantes que vamos a estudiar. Su influencia puede ser importante en la génesis de los contaminantes secundarios. Son sustancias y/o contaminantes que tras la exposición al calor o la radiación se transforman en otros contaminantes. Las combustiones domésticas y las industriales, seguidas del transporte y las centrales de energía son las principales fuentes de calor, aunque su importancia relativa varía mucho de unos lugares a otros. La falta de vegetación en las ciudades y el exceso de superficies pavimentadas, entre otros factores, agravan el problema. 3.4.- Contaminación electromagnética Un tipo de contaminación física sobre el que cada vez se está hablando más es el electromagnético. Dispositivos eléctricos tan habituales como las líneas de alta tensión y algunos electrodomésticos originan campos electromagnéticos. Experimentalmente se ha comprobado que el electromagnetismo altera el metabolismo celular, por lo que se supone que también podría dañar la salud humana (mayores riesgos de leucemia o cáncer cerebral, etc.), aunque esto no está comprobado. De todas formas las evidencias son lo suficientemente fuertes como para que sea un tema que se sigue investigando para conocer mejor el riesgo real que supone. 4.- Contaminantes químicos Se consideran contaminantes químicos las partículas o materia particulada en estado sólido, líquido y diversos compuestos gaseosos, que se emiten a la atmósfera por acción antrópica. Tales contaminantes se clasifican atendiendo a varios criterios: 1. Según sus características físicas se clasifican en: sólidos, líquidos y gaseosos. 2. Según su toxicidad, en nocivos para la salud o inocuos. 3. Según su procedencia, que es el modo más habitual, se clasifican en dos grandes grupos: primarios y secundarios. - Contaminantes primarios: proceden directamente de las fuentes de emisión. Son numerosos, pero existen cinco sustancias básicas, las cuales ocasionan más del 90% de la contaminación atmosférica. Se trata del monóxido de carbono (CO), los óxidos de nitrógeno (NOx), los óxidos de azufre (SOx), los hidrocarburos y las partículas. La materia particulada de tamaños diversos, presente en la atmósfera en estado sólido o líquido, recibe el nombre de aerosol. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 3 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales - Contaminantes secundarios: se generan a partir de los anteriores por reacciones químicas que tienen lugar en la propia atmósfera, gracias a la energía solar, especialmente cuando existe fuerte radiación, o a la combinación con componentes naturales de la atmósfera como el vapor de agua. Los compuestos formados poseen un gran poder oxidante y son los responsables de la denominada contaminación fotoquímica y la lluvia ácida. Los principales son el ozono, el PAN (nitrato de peroxiacetilo), el NO3, el HNO3, el SO3 y el H2SO4. La concentración de los contaminantes se expresa de dos formas: en partes por millón en volumen (ppm) y en partes por billón (ppb). Algunos de los principales contaminantes atmosféricos son substancias que se encuentran de forma natural en la atmósfera. Los consideramos contaminantes cuando sus concentraciones son notablemente más elevadas que en la situación normal. Así se observa en la siguiente tabla en la que se comparan los niveles de concentración entre aire limpio y aire contaminado: Componentes SO2 CO2 CO NOx Hidrocarburos Partículas Aire limpio 0.001-0.01 ppm 310-330 ppm <1 ppm 0.001-0.01 ppm 1 ppm 10-20 m g/m3 Aire contaminado 0.02-2 ppm 350-700 ppm 5-200 ppm 0.01-0.5 ppm 1-20 ppm 70-700 m g/m3 Por otra parte, según los procesos que tienen lugar se emiten unos u otros contaminantes concretos. Así, la combustión de los combustibles fósiles genera diversos contaminantes, pero mientras que el monóxido de carbono tiene como principal fuente el transporte, los óxidos de azufre provienen fundamentalmente de las calefacciones y centrales térmicas, y los óxidos de nitrógeno proceden de ambas fuentes. Óxidos de carbono Incluyen el dióxido de carbono (CO 2) y el monóxido de carbono (CO). Los dos son contaminantes primarios. Dióxido de carbono Características.- Es un gas sin color, olor ni sabor que se encuentra presente en la atmósfera de forma natural. No es tóxico. Desempeña un importante papel en el ciclo del carbono en la naturaleza y enormes cantidades, del orden de 1012 toneladas, pasan por el ciclo natural del carbono, en el proceso de fotosíntesis. Acción contaminante.- Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una substancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: es un gas que produce un importante efecto de atrapamiento del calor, el llamado efecto invernadero; y su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques Por estos motivos es uno de los gases que más influye en el importante problema ambiental del calentamiento global del planeta y el consiguiente cambio climático. Analizamos este efecto más adelante, dada su importancia I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 4 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales Emisiones españolas.- En España, aproximadamente un 35% del emitido procede de combustiones diversas (industriales, domésticas, comerciales, etc.), un 25% de las plantas eléctricas, y alrededor de otro 25% procede del transporte. La emisión española de CO2 está por debajo de la media europea y así se justifica la postura de la Unión Europea en la Conferencia de Kioto de diciembre de 1997 sobre reducción de emisiones de gases con efecto invernadero. Toda Europa en conjunto disminuirá las emisiones de CO 2 hasta el año 2010, pero a España se le permitía aumentarlas en una proporción de un 15%, porque en esa época sus emisiones eran más bajas que la media. El aumento español quedaría compensado con mayores reducciones en otros países europeos. La realidad es que España ha sobrepasado con creces las cuotas asignadas llegando al 2010 sin cumplir los objetivos de Kioto (VER ARTÍCULO ADJUNTO DEL PROTOCOLO DE KIOTO) Monóxido de carbono Es un gas sin color, olor ni sabor. Es un contaminante primario. Es tóxico porque envenena la sangre impidiendo el transporte de oxígeno. Se combina fuertemente con la hemoglobina de la sangre y reduce drásticamente la capacidad de la sangre de transportar oxígeno. Es responsable de la muerte de muchas personas en minas de carbón, incendios y lugares cerrados (garajes, habitaciones con braseros, etc.) Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma de manera natural, en la oxidación de metano (CH4) en reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO 2. La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo, después del CO 2, 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. Óxidos de azufre Incluyen el dióxido de azufre (SO 2) y el trióxido de azufre (SO3). Dióxido de azufre (SO2) Importante contaminante primario. Es un gas incoloro y no inflamable, de olor fuerte e irritante. Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie húmeda o seca y el resto se convierte en iones sulfato (SO 42-). Por este motivo, es un importante factor en la lluvia ácida. En conjunto, más de la mitad del que llega a la atmósfera es emitido por actividades humanas, sobre todo por la combustión de carbón y petróleo y por la metalurgia. Otra fuente muy importante es la oxidación del H2S. Y, en la naturaleza, es emitido en la actividad volcánica. En algunas áreas industrializadas hasta el 90% del emitido a la atmósfera procede de las actividades humanas, aunque en los últimos años está disminuyendo su emisión en muchos lugares gracias a las medidas adoptadas. En España sus emisiones se concentran en Galicia y Aragón, al estar situadas en estas Comunidades importantes instalaciones productoras de electricidad que usan combustibles de baja calidad. En los últimos años se están produciendo importantes disminuciones en la emisión de este contaminante como consecuencia de estar sustituyéndose los carbones españoles (de baja calidad) por combustibles de importación, más limpios. De todas formas las cantidades producidas siguen I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 5 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales siendo bastante grandes y, de hecho, es el contaminante primario emitido en mayor cantidad después del CO. Trióxido de azufre (SO3) Contaminante secundario que se forma cuando el SO 2 reacciona con el oxígeno en la atmósfera. Posteriormente este gas reacciona con el agua formando ácido sulfúrico con lo que contribuye de forma muy importante a la lluvia ácida y produce daños importantes en la salud, la reproducción de peces y anfibios, la corrosión de metales y la destrucción de monumentos y construcciones de piedra, como veremos más adelante. Otros Algunos otros gases como el sulfuro de dihidrógeno (H 2S) son contaminantes primarios, pero normalmente sus bajos niveles de emisión hacen que no alcancen concentraciones dañinas Óxidos de nitrógeno Incluyen el óxido nítrico (NO), el dióxido de nitrógeno (NO 2) y el óxido nitroso (N2O). NOx (conjunto de NO y NO2) El óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO 2) se suelen considerar en conjunto con la denominación de NOx. Son contaminantes primarios de mucha trascendencia en los problemas de contaminación. El emitido en más cantidad es el NO, pero sufre una rápida oxidación a NO 2, siendo este el que predomina en la atmósfera. NOx tiene una vida corta y se oxida rápidamente a NO3- en forma de aerosol o a HNO3 (ácido nítrico). Tiene una gran trascendencia 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). Otros Algunos otros gases como el amoniaco (NH 3) son contaminantes primarios, pero normalmente sus bajos niveles de emisión hacen que no alcancen concentraciones dañinas. El amoníaco que se emite a la atmósfera en España se origina casi exclusivamente en el sector agrícola y ganadero. Compuestos orgánicos volátiles Este grupo incluye diferentes compuestos como el metano CH 4, otros hidrocarburos, los clorofluorocarburos (CFC) y otros. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 6 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales Metano (CH4) Es el más abundante y más importante de los hidrocarburos atmosféricos. Es un contaminante primario que se forma de manera natural en diversas reacciones anaeróbicas del metabolismo. El ganado, las reacciones de putrefacción y la digestión de las termitas forman metano en grandes cantidades. También se desprende del gas natural, del que es un componente mayoritario y en algunas combustiones. Asimismo se forman grandes cantidades de metano en los procesos de origen humano hasta constituir, según algunos autores, cerca del 50% del emitido a la atmósfera. 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. Se considera que no produce daños en la salud ni en los seres vivos, pero influye de forma significativa en el efecto invernadero y también en las reacciones estratosféricas. En España la gran mayoría del metano emitido a la atmósfera procede de cuatro fuentes, en proporciones muy similares: la agricultura y ganadería, el tratamiento de residuos, el tratamiento y distribución de combustibles fósiles y las emisiones naturales que tienen lugar, sobre todo, en las zonas húmedas. 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, en los lugares en los que están en concentraciones especialmente altas, afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer. Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog" fotoquímico. En España las emisiones de este tipo de compuestos proceden de procesos naturales que tienen lugar en los bosques (el 30%, aproximadamente), y del transporte por carretera (25%). Clorofluorocarburos (CFCs) Son especialmente importantes por su papel en la destrucción del ozono en las capas altas de la atmósfera. Partículas y aerosoles En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio), asbesto, sales, pequeñas gotas de ácido sulfúrico, dioxinas, pesticidas, etc. 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, mientras que se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micras o más). El polvo suele ser un problema de interés local, mientras que los aerosoles pueden ser transportados muy largas distancias. Según su tamaño pueden permanecer suspendidas en la atmósfera desde uno o dos días, las de 10 micrómetros o más, hasta varios días o semanas, las más pequeñas. Algunas de estas partículas son especialmente tóxicas para los humanos y, en la práctica, los principales riesgos para la salud humana por la contaminación del aire provienen de este tipo de polución, especialmente abundante en las ciudades. Aerosoles primarios I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 7 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales Los aerosoles emitidos a la atmósfera directamente desde la superficie del planeta proceden principalmente, de los volcanes, la superficie oceánica, los incendios forestales, polvo del suelo, origen biológico (polen, hongos y bacterias) y actividades humanas. Aerosoles secundarios Los aerosoles secundarios se forman en la atmósfera por diversas reacciones químicas que afectan a gases, otros aerosoles, humedad, etc. Entre los aerosoles secundarios más abundantes están los iones sulfato alrededor de la mitad de los cuales tienen su origen en emisiones producidas por la actividad humana. Otro componente importante de la fracción de aerosoles secundarios son los iones nitrato. La mayor parte de los aerosoles emitidos por la actividad humana se forman en el hemisferio Norte y como no se expanden por toda la atmósfera tan rápido como los gases, sobre todo porque su tiempo de permanencia medio en la atmósfera no suele ser mayor de tres días, tienden a permanecer cerca de sus lugares de producción. Impacto sobre el clima Los aerosoles pueden influir sobre el clima de una manera doble. Pueden producir calentamiento al absorber radiación o pueden provocar enfriamiento al reflejar parte de la radiación que incide en la atmósfera. Por este motivo, no está totalmente clara la influencia de los aerosoles en las distintas circunstancias atmosféricas. Probablemente contribuyen al calentamiento en las áreas urbanas y siempre contribuyen al enfriamiento cuando están en la alta atmósfera porque reflejan la radiación disminuyendo la que llega a la superficie. Oxidantes Ozono (O3) El ozono, O3, es una molécula formada por 3 átomos de oxígeno. Se diferencia del oxígeno molecular normal en que este último es O 2. El ozono es un gas de color azulado que tiene un fuerte olor muy característico que se suele notar después de las descargas eléctricas de las tormentas. De hecho, una de las maneras más eficaces de formar ozono a partir de oxígeno, es sometiendo a este último a potentes descargas eléctricas. Es una sustancia que cumple dos papeles totalmente distintos según se encuentre en la estratosfera o en la troposfera. Ozono estratosférico El que está en la estratosfera (de 15 a 50 km.) es imprescindible para que la vida se mantenga en la superficie del planeta porque absorbe las letales radiaciones ultravioletas que nos llegan del sol. Ozono troposférico 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. 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. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 8 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales En la parte alta de la troposfera suele entrar ozono procedente de la estratosfera, aunque su cantidad y su importancia son menores que el de la parte media y baja de la troposfera. 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, especialmente en la costa mediterránea y sur de la Península. En bastantes ocasiones a lo largo del año se suelen superar, en numerosas estaciones de control, los umbrales marcados por la Directiva de la Unión Europea de protección a la salud, de protección a la vegetación y los de información a la población; pero no suele haber episodios de superación del umbral de alerta, a diferencia de otras zonas de Europa o Estados Unidos en los que no son raros. 5.- Variables que facilitan o dificultan la dispersión de contaminantes. Como se puede deducir, los contaminantes que llegan a la atmósfera se integran en la misma y quedan sujetos a la propia dinámica atmosférica. Pero mientras que de algún modo es posible regular la cantidad de contaminantes, o eliminar total o parcialmente la emisión de los mismos, los seres humanos no pueden alterar sustancial y voluntariamente las condiciones meteorológicas. Por ello, para conocer la evolución de las concentraciones de los contaminantes es importante saber cómo se difunden, cómo se transportan y cuándo se acumulan los contaminantes en la atmósfera. En estos procesos juega un papel predominante la meteorología. La dispersión en la atmósfera de los contaminantes desde las fuentes emisoras depende de varios factores correlacionados; entre ellos de: a) La naturaleza físico-química de los contaminantes, si son gases se transportarán más fácilmente que las partículas, que tienden a depositarse. b) La configuración de las fuentes emisoras, por ejemplo una chimenea a mayor o menor altura del suelo, los coches según circulen por una calle o una autopista, etc. c) Las condiciones de emisión, como la velocidad de salida, que facilita la dispersión, o la temperatura, en el caso de los gases: si es mayor que la del medio, los gases ascienden. d) La topografía, es decir, la naturaleza del terreno, la densidad y altura de las edificaciones, la vegetación, etc., que influyen en la circulación del aire. Así, tenemos que: - En los núcleos urbanos se dan unas condiciones climáticas propias, como veremos más adelante, que hacen difícil la dispersión de la contaminación. El aumento de temperatura que existe en las zonas urbanas respecto a las rurales de alrededor provoca un movimiento cíclico del aire urbano (el aire caliente contaminado asciende por el centro de la ciudad mientras que el frío desciende por la periferia), que da lugar a la formación de una cúpula de contaminantes sobre la ciudad. Esta situación térmica, conocida como isla de calor o isla térmica urbana, es poco eficiente para disipar el calor y la contaminación. - En las zonas costeras (o próximas a grandes masas de agua), las denominadas brisas de mar y brisas de tíerra desplazan los contaminantes hacia el mar y hacia el interior, respectivamente, pero el carácter cíclico de estos movimientos del aire impiden que la contaminación se disperse por completo de los centros urbanos próximos. - En los valles, con la llegada del día, el Sol va calentando las laderas y se produce una circulación del aire ascendente (brisas de valle), que dispersa los contaminantes. Pero si este movimiento no eleva lo suficiente la capa de mezcla y los valles son estrechos, los contaminantes pueden chocar con la falda de las montañas, lo que favorece la formación de una capa de inversión y de nieblas. Durante la noche, como por la ladera desciende I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 9 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales aire frío (brisas de montaña o de pendiente), se crea una situación de inversión térmica, que provoca la acumulación de los contaminantes. e) Las variables meteorológicas, que son las más importantes. Entre ellas cabe citar: - La velocidad del viento, que facilita la dilución de los contaminantes de dos formas. Por una parte, cuanto mayor sea la velocidad del viento, los contaminantes serán arrastrados más lejos y, por otra, a mayor velocidad, mayor turbulencia, lo que provoca mezclas intensas de diferentes capas de aire, originando fenómenos de dilución y, por tanto, de disminución de la concentración de los contaminantes. La estabilidad atmosférica, que viene dada por el gradiente térmico altitudinal. Cuando existe inestabilidad atmosférica, es decir en situaciones ciclónicas o de borrasca, las corrientes ascendentes arrastran los contaminantes hacia arriba, donde se mezclan con el aire limpio y son dispersados por vientos superiores. En cambio en situaciones de estabilidad, o sea anticiclónicas, no se producen movimientos verticales, lo que dificulta la dispersión de los contaminantes. Cuando existen situaciones de inversión térmica se da la máxima estabilidad, por lo que en estas circunstancias, la capa de inversión impide el ascenso del aire frío de las capas inferiores y causa el estancamiento de los contaminantes. - El grado de insolación, que favorece la formación de los contaminantes secundarios. - Las precipitaciones que, por una parte, arrastran partículas contaminantes y, por otra, disuelven algunos gases extraños presentes en una atmósfera contaminada. El efecto de lavado dependerá de la intensidad de las precipitaciones, del tamaño de las gotas de agua y de las partículas contaminantes. 6.- Algunos impactos sobre la atmósfera. 6.1.- El Smog El smog (del inglés smoke: humo y fog: niebla) es un fenómeno de contaminación atmosférica típico de las áreas urbanas y zonas industrializadas, que se caracteriza por la formación de nieblas de sustancias nocivas para la salud y el medio ambiente. Existen dos tipos de smog: el clásico o ácido, y el oxidante o fotoquímico, que no deben confundirse, ya que están constituidos por contaminantes diferentes y se generan de distinta forma, aunque en ambos casos se deben dar condiciones de estabilidad atmosférica, que impiden la dispersión de los contaminantes. a) El smog ácido está formado por una nube de aerosoles debidos a las emisiones de humos y óxidos de azufre que se generan en la combustión del carbón y otros combustibles con un alto contenido en azufre. Se produce en ciudades frías y húmedas, principalmente en invierno y los contaminantes que lo forman son primarios. Las partículas actúan como núcleos de condensación del vapor de agua, que junto con el SO2 forman los aerosoles. Este tipo de smog produce afecciones respiratorias e irritaciones oculares, y deteriora las hojas de las plantas decolorándolas y endureciéndolas. El caso más llamativo de smog ácido se dio en Londres en 1952 y causó la muerte de 4 000 personas. b) El smog fotoquímico está formado por una nube de oxidantes, principalmente ozono, PAN y aldehídos, es decir, contaminantes secundarios que se originan por la foto-oxidación del dióxido de nitrógeno emitido a la atmósfera en la combustión de los productos petrolíferos. En ausencia de hidrocarburos la foto-oxidación establece un equilibrio entre las concentraciones de NO y NO 2, y no se acumula el ozono, equilibrio que se rompe en presencia de hidrocarburos. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 10 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales La niebla fotoquímica se ve favorecida por una situación climática anticiclónica, con fuerte insolación y vientos débiles que no permiten la dispersión de los contaminantes, ni en sentido vertical ni horizontal y ocurre sobre todo en los meses de agosto y septiembre. Estas características meteorológicas refuerzan la capa de inversión térmica que se forma en las primeras horas del día, y puede durar bastante tiempo si la situación anticiclónica está estacionada. Afecta a la salud humana produciendo irritaciones oculares, afecciones respiratorias, dolores de cabeza, alergias, etc. También ataca diversos materiales, alterando gravemente las fachadas de los edificios (mal de la piedra), y la niebla que se forma, de color parduzco, reduce la visibilidad. Pero, posiblemente, sus efectos más perjudiciales sean sobre los vegetales, que resultan seriamente dañados: las hojas se decoloran y en su envés aparecen manchas plateadas, incluso cuando las concentraciones de los oxidantes son bajas. 6.2.- La lluvia ácida. Se denomina lluvia ácida el reintegro a la superficie terrestre, por medio de las precipitaciones de las sustancias ácidas de la atmósfera. El agua de lluvia es de por sí ácida (tiene un pH de 5.6) debido a la disolución del CO 2 atmosférico y del SO2 procedentes de la actividad biológica en la tierra y en los océanos, pero se considera que existe precipitación ácida, más comúnmente denominada lluvia ácida, cuando presenta valores inferiores a éste. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 11 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales La lluvia ácida es consecuencia de la presencia de sustancias ácidas en la atmósfera, especialmente los ácidos sulfúrico y nítrico (y en menor medida el cloruro de hidrógeno) generados a partir de la oxidación de los óxidos de azufre y nitrógeno eliminados a la atmósfera por las centrales térmicas, las calefacciones y los automóviles. Los ácidos sulfúrico y nítrico disueltos en el medio acuoso de las nubes son transportados por el viento a cientos e incluso miles de kilómetros de distancia, (contaminación transfronteriza) hasta que finalmente retornan a la superficie terrestre, en forma de deposición húmeda: lluvia, nieve o granizo. También existe deposición seca, que es la sedimentación de partículas sólidas de sulfatos y nitratos que se originan por neutralización de los respectivos ácidos. Daños provocados por la deposición ácida La lluvia ácida no parece constituir una gran amenaza para la salud humana, aunque sí causa enormes perjuicios económicos por la corrosión de numerosas estructuras y equipos y el deterioro de los monumentos, que se conoce como el mal de piedra. Son los ecosistemas los que se ven más seriamente alterados ya que la lluvia ácida actúa sobre todo a nivel de la flora, los suelos y las masas de agua. a) Ecosistemas acuáticos.- En ellos está muy demostrada la influencia negativa de la acidificación. Fue precisamente observando la situación de cientos de lagos y ríos de Suecia y Noruega, entre los años 1960 y 1970, en los que se vio que el número de peces y anfibios iba disminuyendo de forma acelerada y alarmante, cuando se dio importancia a esta forma de contaminación. La reproducción de los animales acuáticos es alterada, hasta el punto de que muchas especies de peces y anfibios no pueden subsistir en aguas con pH inferiores a 5,5,. Especialmente grave es el efecto de la lluvia ácida en lagos situados en terrenos de roca no caliza, porque cuando el terreno es calcáreo, los iones alcalinos son abundantes en el suelo y neutralizan, en gran medida, la acidificación; pero si las rocas son granitos, o rocas ácidas pobres en cationes, los lagos y ríos se ven mucho más afectados por una deposición ácida que no puede ser neutralizada por la composición del suelo. b) Ecosistemas terrestres.- La influencia sobre las plantas y otros organismos terrestres no está tan clara, pero se sospecha que puede ser un factor muy importante de la llamada "muerte de los bosques" que afecta a grandes extensiones de superficies forestales en todo el mundo. También parece muy probable que afecte al ecosistema terrestre a través de los cambios que produce en los I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 12 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales suelos, pero se necesita seguir estudiando estos temas para conocer mejor cuales pueden ser los efectos reales. c) Edificios y construcciones.- La corrosión de metales y construcciones es otro importante efecto dañino producido por la lluvia ácida. Muchos edificios y obras de arte situadas a la intemperie se están deteriorando decenas de veces más aprisa que lo que lo hacían antes de la industrialización y esto sucede por la contaminación atmosférica, especialmente por la deposición ácida. 6.3.- Destrucción de la capa de Ozono. El problema de la destrucción de la capa de ozono se debe a los clorofluorocarbonos y a los óxidos de nitrógeno generados en ciertas prácticas de los seres humanos como son: El uso indiscriminado de abonos y fertilizantes sintéticos, que ha aumentado el ritmo natural de generación de NOx Las emisiones de óxidos de nitrógeno de los aviones supersónicos, que vuelan a alturas de 25 km. Sin embargo esta forma de contaminación, aunque importante, no parece tan significativa como en principio se creía. Y sobre todo el empleo de los clorofluorocarbonos y halones, que como ya se ha señalado tienen múltiples aplicaciones. A nivel de la baja estratosfera la reducción del ozono corresponde a los óxidos de nitrógeno que se forman en las tormentas y sobre todo del N2O que llega hasta la estratosfera. En cuanto al papel que desempeñan los CFCS. Estos compuestos, bajo la acción de las radiaciones ultravioleta liberan cloro, que destruye la molécula de ozono (o bromo que es más destructor aún; el flúor no tiene efectos), con un balance de dos moléculas de oxígeno formadas por una de ozono destruida. En el proceso se regenera el cloro, que es muy estable y puede volver a reiniciar la reacción. Se ha calculado que cada átomo de cloro libre es capaz de destruir 10.000 moléculas de ozono. Sin embargo, las moléculas de dióxido de nitrógeno presentes en la atmósfera pueden reaccionar con el cloro, produciendo su inactivación. Como se puede deducir fácilmente, el deterioro que está experimentando la capa de ozono implica un incremento de la radiación UV que llega a la superficie terrestre y, de seguir así, las consecuencias para los organismos y los ecosistemas serán muy graves. Un aumento de la radiación al penetrar en las capas más superficiales de los océanos afectaría en primer lugar a los organismos más sensibles, por lo que se inhibiría la formación del fitoplancton y subsiguientemente las cadenas alimentarías. También se verían afectados muchos animales invertebrados y aquellos vertebrados que en su desarrollo pasan por etapas muy sensibles a la radiación. Muchos vegetales verían disminuir sus defensas frente a las plagas y en el plazo de varias décadas muchas especies desaparecerían. En cuanto a las personas, un exceso de radiación UV aumentaría los eritemas (quemaduras solares), pero sin duda alguna una de las principales consecuencias sería un aumento en la incidencia del cáncer de piel y otras enfermedades como la formación de cataratas y el debilitamiento del sistema inmunológico. 6.4.- El efecto invernadero. Se entiende por efecto invernadero el calentamiento de la superficie terrestre, debido a ciertos gases presentes en la atmósfera. Éstos permiten el paso de la radiación solar de onda corta, pero absorben la radiación de onda larga procedente de la superficie terrestre y la reenvían hacia la misma con lo que aumenta su temperatura. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 13 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales Se trata de un fenómeno natural, que permite la vida en nuestro planeta, pero actualmente supone un problema ambiental por el aumento en la concentración atmosférica de los gases con efecto invernadero, como consecuencia de las actividades antrópicas. Entre estos gases destacan los CFCS, el CH4, el vapor de agua y sobre todo el CO2. Los CFCS, que contribuyen en un 22 % al efecto invernadero son de origen exclusivamente antrópico. El CH4 (15 %) se origina de forma natural como consecuencia de fermentaciones microbianas en pantanos y suelos, así como en el tubo digestivo de los rumiantes, pero su producción aumenta con actividades antrópicas como son la ganadería, los cultivos de arroz, la utilización de biomasa y las fugas de los oleoductos. El CO2, el gas más importante con efecto invernadero (60 %). Se produce de forma natural en la respiración de los seres vivos, los incendios forestales y las erupciones volcánicas. También existen sumideros naturales, que son la fotosíntesis y la absorción por los océanos (en forma de carbonatos, que precipitan en los fondos marinos). Pero el equilibrio natural se rompe por acciones antrópicas, especialmente la combustión de combustibles fósiles y la deforestación, que determinan un aumento en la concentración de CO 2 atmosférica. La consecuencia es un posible cambio climático, debido a un calentamiento global por aumento de la temperatura media terrestre; se calcula entre 2ºC y 3.5ºC. Los efectos serían diversos: a) Fusión de los casquetes polares, y consiguiente aumento del nivel del mar, lo que produciría inundaciones de zonas costeras y desaparición de islas, principalmente del Sur de Europa, África, y Sur y Sureste de Asia. b) Cambios generales en los ecosistemas. En las zonas costeras la subida de nivel anegaría manglares costeros y otros hábitats de humedales, y se modificarían los procesos de erosión y sedimentación costeros. c) Cambios en las corrientes marinas, en la salinidad y temperatura de las aguas, lo que constituiría una seria amenaza para la biodiversidad marina. d) Aunque aumentarían las precipitaciones globales, cambiaría su distribución, con los consiguientes problemas para la agricultura y reducción en la disponibilidad de alimentos. 7.- Métodos de determinación y corrección. La valoración de la calidad del aire de un lugar se hace desde el punto de vista higiénico-sanitario y de protección medioambiental. Se establece en función de los contaminantes químicos, ya que es la forma más habitual de medir la calidad del aire. Como parece obvio, si se quiere una calidad del aire es necesario controlar las emisiones. En este sentido existe una legislación nacional y europea que fijan los niveles máximos admisibles, que, a veces, están condicionados por criterios políticos y socio-económicos. Por nivel máximo admisible de emisión se entiende la cantidad máxima de un contaminante del aire que la ley permite emitir a la atmósfera exterior. Se establece un límite para la emisión instantánea y otro para los valores medios en diferentes espacios de tiempo. Sin embargo, desde el punto de vista del aire que respiramos, es más importante conocer el nivel de inmisión, que se define como la concentración de contaminantes en la atmósfera a nivel del suelo, de modo temporal o permanente. Está influido por los factores que transportan y dispersan los contaminantes en la baja atmósfera. Por medio de los bioindicadores se pueden observar tanto aspectos biológicos (por ejemplo, el crecimiento y muerte de los organismos o la abundancia y presencia de determinadas especies) como aspectos bioquímicos (tales como cambios químicos o enzimáticos) y genéticos. Los principales bioindicadores que se utilizan son: I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 14 Unidad 3 “Contaminación Atmosférica”. Ciencias de la Tierra y Medioambientales a) Tejidos y órganos (cerebro, sangre, hígado, Pulmones). b) Cultivos Y Preparados celulares. c) Especies de las floras epifitas y coníferas. El control se lleva a cabo a través de la red de vigilancia, que se define como un conjunto de estaciones de medida de los contaminantes atmosféricos, que permite conocer los niveles de inmisión y con ello la calidad del aire en el área en que se encuentra. Existen redes locales o urbanas, autonómicas, nacionales y supranacionales, que pueden ser de distinto tipo, pues no todas tienen encomendadas las mismas funciones. En las últimas se encuadra la red EMEP-BAPMON (dependiente de la OMS) para el estudio de la contaminación transfronteriza. En Europa existen 97 estaciones de las que seis están ubicadas en España. La calidad del aire se determina midiendo los niveles de inmisión de los contaminantes. Para establecer los valores numéricos se toman en cuenta valores de inmisión individualizados por contaminantes y el período de exposición, a partir de los cuales se determinarán las situaciones ordinarias, las de atmósfera contaminada y las de emergencia. A veces también se utilizan indicadores generales, como el índice de Calidad del Aire (ICAIRE) y el índice ORAQI (Oak Rigde Air Quaiity lndex), basados en ecuaciones matemáticas en las que intervienen numerosos parámetros y variables (condiciones atmosféricas, extensión del área de exposición, etc.). También se emplean indicadores biológicos y bioquímicos para evaluar la calidad ambiental. Su principal ventaja frente a los análisis químicos tradicionales reside en que los bioindicadores miden directamente los parámetros requeridos en un momento dado. En cambio tienen la desventaja de ser mucho más caros y de que se necesita más tiempo para obtener datos reales. En cuanto a las medidas contra la contaminación debemos agruparlas en preventivas y correctoras. · Preventivas. - Normas legales que regulen las emisiones. - Evaluación de Impacto Ambiental. - Ordenación del territorio. - Medidas de ahorro energético. - Potenciación de las energías alternativas y el transporte público. - Políticas de información y Educación Ambiental. · Correctoras. - Inventario de fuentes de emisión y control periódico de niveles. - Chimeneas adecuadas. - Establecer la obligación de la descontaminación en las industrias con el empleo de filtros y tecnología de baja emisión. - Imponer tasas y multas por vertidos. I.E.S. El Pomar. Dpto Biología y Geología Página 15
