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 ( "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

Otros acontecimientos importantes relacionados con la contaminación atmosférica en el siglo XX 1970 Se 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 La Comunidad Europea decida adoptar una política medioambiental 1976 Escape de dioxina en Sveso (Italia) 1984 Mueren 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 1985-90 Alerta 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 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 natural Se 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 vivos Fermentaciones Incendios forestales Polinización vegetal

Fuentes de contaminación natural Atmosféricas: Descargas eléctricas en las tormentas que liberan óxidos de nitrógeno Hidrosfera: Liberación de gases en los océanos CO, CO2, CH4

Contaminantes Naturales del Aire Plantas (en descomposición) 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.

u Incineración de residuos Siderurgia Agricultura y ganadería Tráfico Quema de rastrojos Refinerías de petróleo

Focos de emisión Contaminante Antropogénicos % Naturales % Aerosoles 11.3 88.7 SOx 42.9 57.1 CO   9.4 90.6 NO HC 15.5 84.5

Focos fijos Industriales Procesos industriales Instalaciones fijas de combustión Domésticos Instalaciones de calefacción Focos móviles Vehículos automóviles Aeronaves Buques Focos compuestos Aglomeraciones industriales Áreas urbanas

Gases: Depende de su capacidad reactiva Tiempo de residencia 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…) Gases: Depende de su capacidad reactiva Tiempo de residencia Partículas: Depende de su tamaño Gases: ppm, ppb, cm3/m3 Unidades de medida 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/m3 Se podrá sobrepasar 25 días al año Dióxido de azufre 1 hora 350 µg/m3 Se podrá sobrepasar 24 horas al año. 125 µg/m3 Se podrá sobrepasar 3 días al año Dióxido de nitrógeno 200 µg/m3 Se podrá sobrepasar 8 horas al año 40 µg/m3   Plomo 0.5 µg/m3

Tipos de contaminantes Se pueden hacer distintas clasificaciones: Radiaciones ionizadas Radiaciones no ionizadas Contaminación sonora Formas de energía. Según la naturaleza del contaminante: Gases Partículas Olores Sustancias químicas

Tipos de contaminantes Nocivos Según la Toxicidad del contaminante: Inocuos Primarios Según la Procedencia del contaminante: Son los contaminantes primarios mas la radiación solar o el vapor de agua Secundarios

Contaminantes primarios Proceden 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.

CO2 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

CO 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.

SOx Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3). SO2 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 (SO42-).

Oxidos de nitrógeno NOx 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).

Metano (CH4) Otros hidrocarburos 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. 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.

Clorofluorocarburos CFC’s 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. 

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

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 (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.

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,

Dioxinas 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: En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes, desinfectantes o componentes del papel; Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera.

Dispersión de los contaminantes Hay 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 Inmisiones Emisiones

Dispersión de los contaminantes 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. Otros ascienden a alturas considerables y son transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera. 1 2 3