3.1.EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA A ESCALA LOCAL, URBANA Y REGIONAL NIEBLA FOTOQUÍMICA LLUVIA ÁCIDA EFECTOS SOBRE LA SALUD, LA VEGETACIÓN Y LOS MATERIALES 3.2.EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA A ESCALA GLOBAL CALENTAMIENTO GLOBAL ALTERACIÓN DE LA CAPA DE OZONO 3.3.MEDIDA DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA CONCEPTO DE EMISIÓN E INMISIÓN SISTEMAS DE TOMA DE MUESTRA Y ANÁLISIS REDES DE VIGILANCIA TEMA 3. CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS II: EFECTOS Y MEDIDA

OBJETIVOS DEL TEMA Conocer los principales efectos ocasionados por la contaminación atmosférica tanto a escala local, urbana, regional y global Conocer los distintos sistemas que se emplean para medir la contaminación atmosférica tanto en inmisión como en emisión

3.1. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA A ESCALA LOCAL, URBANA Y REGIONAL CONTAMINANTES DE REFERENCIA (QUE EXISTEN HABITUALMENTE EN TODAS LAS ZONAS URBANAS): PM-10: debido principalmente a emisiones de fuentes industriales SO 2 : debido principalmente a la quema de combustibles fósiles en fuentes fijas CO: debido principalmente al transporte NO 2 : debido principalmente al consumo de combustible en fuentes móviles y fijas Pb: debido principalmente al uso de gasolina con plomo (eliminada en muchos países) O 3 : se forma a partir de NO 2 y COVs LOS COVS TAMBIÉN ESTÁN HABITUALMENTE PRESENTES EN ZONAS URBANAS, DEBIDOS PRINCIPALMENTE AL TRANSPORTE Y AL USO DE DISOLVENTES

Para minimizar el impacto ambiental se establecen estándares para la calidad de aire ambiente y límites en los niveles de emisión Las referencias más importantes para los estándares tanto para la calidad del aire ambiental como para las emisiones son: OMS – Guías de la calidad del aire para Europa TA, Luft – Instrucciones Técnicas de Control de Calidad, Alemania Directivas de la UE USEPA – Estándares Nacionales de Calidad del Aire

Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes secundarios que se forman cuando la luz irradia una mezcla de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos, dando lugar a una mezcla compleja de productos que recibe el nombre de niebla fotoquímica o "smog" fotoquímico O 3: más abundante de los oxidantes fotoquímicos por lo que se utiliza como indicador de estos episodios. Otros oxidantes: FORMALDEHÍDO, NITRATOS ORGÁNICOS NIEBLA FOTOQUÍMICA Fig Niebla fotoquímica (publicada en Wikimedia Commons con licencia CC By-SA 3.0) EFECTOS Irritación pulmonar y de las mucosas, irritación ocular, deterioro de goma, daño en la vegetación y reducción en las cosechas PRECURSOR: Principalmente el tráfico de las ciudades

LLUVIA ÁCIDA (DEPOSICIÓN ÁCIDA) La lluvia que cae a través de una atmósfera no contaminada llegará a la Tierra con un pH ligeramente ácido, debido al dióxido de carbono que se encuentra en la atmósfera: CO 2 + H 2 O ↔ H 2 CO 3 ↔ H + + HCO 3 - En zonas del norte de Europa y las partes orientales de EEUU se han detectado lluvias con pH<5 e incluso <4 Las emisiones de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno (industria, transporte, producción de energía, calefacciones…) se transforman en la atmósfera en sulfatos y nitratos que con la radiación solar y vapor de agua, mediante reacciones químicas complejas, se transforman en ácido sulfúrico y nítrico diluido La deposición de estos ácidos puede ser seca en forma de partículas o húmeda en forma de lluvia o nieve (lluvia ácida) Fig Lluvia ácida (publicada por Wikipedia con licencia CC BY-SA 3.0)

SISTEMAS ACUÁTICOS pH baja  solubilidad de los metales aumenta (Al presente en rocas y fondo de ríos y lagos)  aumenta la concentración de Al en el agua Tóxico para peces, anfibios, moluscos y zooplancton (y se cree que la causa última de la muerte de las poblaciones de peces en aguas acidificadas se debe al envenenamiento por aluminio) VEGETACIÓN Daños en plantas recien nacidas y hojas (cosechas) Solubilización Al (bosques) Solubilización K, Ca y Mg  empobrecimiento de suelos MATERIALES Materiales de construcción y pinturas Estatuas y monumentos CaCO 3 + H 2 SO 4  CaSO 4

EFECTOS PRODUCIDOS POR LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EFECTOS SOBRE LA SALUD Los efectos producidos por la contaminación atmosférica dependen de la concentración de contaminantes, del tipo de contaminantes presentes, del tiempo de exposición y de las fluctuaciones temporales en las concentraciones de contaminantes, así como de la sensibilidad de los receptores y los sinergismos entre contaminantes En general, los efectos de los gases contaminantes en el hombre son múltiples. Normalmente, son la nariz, la garganta y el sistema bronquial los que se ven afectados con mayor frecuencia. Se ha comprobado la relación existente entre la contaminación atmosférica producida por partículas en suspensión y dióxido de azufre, y la aparición de bronquitis crónica en la población adulta La presencia en el aire de elevadas concentraciones de CO representa una amenaza para la salud. El CO inhalado se combina con la hemoglobina de la sangre, lo que reduce la capacidad de la sangre para el transporte de oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos. Los oxidantes fotoquímicos, producen irritación de los ojos y mucosas (afectan principalmente a las personas con afecciones asmáticas y broncopulmonares) Los metales pesados, como plomo o cadmio, pueden ocasionar diversas enfermedades y algunos son bioacumulables Algunos COVs entre los que están los hidrocarburos aromáticos policíclicos se asocian normalmente con cáncer

EFECTOS SOBRE LA VEGETACIÓN Las plantas muestran una especial sensibilidad a la mayor parte de los contaminantes del aire y sufren los daños a concentraciones significativamente más bajas que las necesarias para causar efectos sobre la salud humana Los efectos dependen del contaminante y de la sensibilidad de las diferentes plantas a su exposición. Ej. las coníferas, la alfalfa, el algodón, la soja, la lechuga, las espinacas, las judías, y los manzanos son especies particularmente sensibles a la acción del SO 2 Los contaminantes de carácter ácido fácilmente solubles (SO 2, HCI, HF, NO x ) son muy tóxicos para los vegetales, atacando la estructura de las hojas El flúor y sus derivados son contaminantes que se caracterizan por ser tóxicos para las plantas a muy bajas concentraciones. Las viñas y las plantaciones frutales son plantas especialmente sensibles a la acción del flúor

EFECTOS SOBRE LOS MATERIALES La acción de los contaminantes atmosféricos sobre los materiales puede manifestarse por la sedimentación de partículas, deteriorando su aspecto y provocando abrasiones, o bien por ataque químico Los compuestos de azufre son responsables de los daños mas importantes ocasionados a los materiales. Pueden acelerar la corrosión de materiales metálicos y las nieblas de ácido sulfúrico atacan a los materiales de construcción, convirtiendo los carbonatos en sulfatos solubles lo que provoca la aparición de escamas y el debilitamiento mecánico La acción de los oxidantes fotoquímicos se produce sobre todo en los cauchos y elastómeros en los que causan rápido envejecimiento y agrietamiento Los óxidos de nitrógeno decoloran y estropean las fibras textiles y los nitratos producen la corrosión de las aleaciones cobre-níquel

3.2. EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA A ESCALA GLOBAL Algunos contaminantes atmosféricos (CO 2, CH 4, N 2 O) tienen tiempos de permanencia en la atmósfera de años con lo que sus efectos tienen lugar a nivel global planetario, independientemente del lugar donde han sido emitidos los contaminantes Los dos principales problemas atmosféricos detectados en nuestro planeta a nivel global son el cambio climático y el agotamiento del ozono estratosférico Ambos efectos son consecuencia de pequeños cambios en la composición de nuestra atmósfera ocasionados por la emisión de contaminantes con largos tiempos de residencia, con lo que su solución requiere de la cooperación internacional

CALENTAMIENTO GLOBAL Se ha detectado un cambio en el clima global del planeta: la temperatura media de la superficie terrestre ha aumentado 0,8ºC en el último siglo y otras alteraciones climáticas La mayoría de los expertos están de acuerdo en que el calentamiento del planeta es debido a la actividad humana y en particular a la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) La Tierra devuelve por radiación la energía recibida por el sol, en forma de radiación de onda larga que es absorbida por algunos gases que se encuentran en la atmósfera devolviendo parte a la tierra  efecto invernadero natural (T~15ºC) Aumento antropogénico en la concentración de gases invernadero  efecto invernadero intensificado PRINCIPALES RESPONSABLES: CO 2, CH 4, N 2 O y halocarbones (absorben por encima de 4 µm) La concentración de CO 2 ha aumentado un 30% desde el s.XVIII Actualmente crece en un 0,4% (doble crecimiento que en los años 60) PRINCIPALES CAUSAS DEL AUMENTO DE CO 2  Quema de combustibles fósiles (litosfera  atmósfera)  Incendios forestales y deforestación (biosfera  atmósfera)

INTERGOVERNENTAL PANEL ON CLIMATE CHANGE Organización Mundial de Meteorología y Programa Medioambiental de las Naciones Unidas Intergovernental Panel on Climate Change (Organización Mundial de Meteorología y Programa Medioambiental de las Naciones Unidas) 1990: “El incremento observado podría deberse en gran medida a la variabilidad natural; esta variabilidad, y otros factores humanos podrían haber contrarrestado un calentamiento global aún mayor a causa del efecto invernadero provocado por el hombre” 1995: “El balance de evidencias denota una influencia humana en el clima global” 2001: “Hay nuevas y más abrumadoras evidencias de que gran parte del calentamiento observado a lo largo de los últimos 50 años es atribuible a las actividades humanas 2007: “La mayor parte del incremento en las temperaturas medias globales observado desde mediados del siglo XX se debe, con gran probabilidad, a las concentraciones de gases de efecto invernadero antropogénicas”

EFECTOS Alteraciones en el clima (oleadas de calor más frecuentes, sequías persistentes, tormentas más frecuentes, inundaciones) Reducción de la superficie ocupada por glaciares Aumento del nivel de los océanos Aumento de la acidez oceánica (impacto en el ecosistema marino) OTROS GASES DE EFECTO INVERNADERO METANO ha aumentado debido a la actividad humana: uso de combustibles fósiles, vertederos, degradación anaerobia de restos vegetales en zonas inundadas (arrozales, producción de energía eléctrica), cría intensiva de rumiantes domésticos OXIDO NITROSO ha aumentado debido al uso de fertilizantes nitrogenados en agricultura intensiva HALOCARBONES deben su presencia en la atmósfera completamente a la acción humana (refrigerantes, sprays)

CAPA DE OZONO Se denomina capa de ozono a una región de la atmósfera situada en la estratosfera donde se acumula la mayor parte del ozono atmosférico (90%) Filtra los nocivos rayos UV procedentes del sol antes de que lleguen a la superficie de nuestro planeta ( nm) AGUJERO DE OZONO 1957 se descubrió que en la Antártida la cantidad de ozono estaba disminuyendo  ”Agujero de ozono” Se observó que la disminución era progresiva y que se experimentaba sobre todo en primavera (Sep-Nov en el Polo Sur) El debilitamiento de la capa se debe al aumento del Cl atómico (o Br) en la estratosfera, procedente de gases sintéticos, que cataliza la destrucción de O 3 (cada átomo de Cl puede destruir más de moléculas de O 3 ) La fuente principal de Cl son los clorofluorocarbonos; tienen largos tiempos de permanencia en la atmósfera (inertes y no solubles en agua por lo que no se eliminan en la troposfera) y llegan a la estratosfera donde la radiación UV rompe las moléculas y libera el Cl ALTERACIÓN DE LA CAPA DE OZONO

La mayor parte del Cl estratosférico (~99%) se encuentra en formas inactivas (HCl, ClONO 2 ) que quedan atrapados en el Polo Sur durante el invierno polar, reaccionando y formándose Cl 2 que en primavera se descompone fotoquímicamente en Cl atómico ¿POR QUÉ EL AGUJERO DE LA ANTÁRTIDA? Cl + O 3  ClO + O 2 ClO + O  Cl + O 2 O 3 + O  2O 2 1 átomo de Cl puede destruir más de moléculas O 3 SUSTANCIAS DISMINUIDORAS DEL OZONO CLOROFLUOROCARBONOSOS (CFCs):Refrigerantes, sprays TETRACLORURO DE CARBONO (CCl 4 ): Disolvente METILCLOROFORMO (CH 3 CCl 3 ): Limpieza metales HIDROFLOUORCLOROCARBONES (HCFCs): sustitutos CFCs, más solubles HALONES: compuestos Br para combatir INCENDIOS BROMURO DE METILO: Fumigantes

CONSECUENCIAS DE UNA MAYOR EXPOSICIÓN A LA LUZ UV EFECTOS EN LA SALUD:  Lesiones cutáneas (cáncer de piel)  Lesiones oculares (cataratas)  Alteraciones en el sistema inmunológico ALTERACIONES EN LA FOTOSÍNTESIS VEGETAL ALTERACIONES EN EL CICLO VITAL DE ALGUNOS ANIMALES COMO LOS ANFIBIOS

Fig Predicciones basadas en diferentes modelos del incremento de la temperatura media global respecto de su valor en el año 2000 (publicada en Wikimedia Commons con licencia CC BY-SA 3.0)

EMISIÓN Concentración de contaminantes que vierte un foco determinado, medido en la salida de éste (transporte, mezcla, reacción química) INMISIÓN Concentración de contaminantes presentes en una atmósfera determinada, a los que se encuentran expuestos seres vivos y materiales (medida de la calidad del aire ambiente); los valores de inmisión dependen tanto de los valores de emisión como de los fenómenos de mezcla, reacciones químicas, transporte y deposición VALORES DE EMISIÓN VALORES DE INMISIÓN DEPENDEN:FENÓMENOS DE MEZCLA REACCIONES QUÍMICAS TRANSPORTE DEPOSICIÓN CONCEPTO DE EMISIÓN E INMISIÓN 3.3. MEDIDA DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Al aumentar los niveles de contaminación aumenta la morbi-mortalidad La emisión de contaminantes debe ser limitada Son necesarias actuaciones de vigilancia SISTEMAS DE TOMA DE MUESTRA Y ANÁLISIS TOMA DE MUESTRA Obtención de una muestra representativa (lugar, momento, forma) Magnitud de la muestra Evitar transformaciones indeseadas hasta análisis Emisión Inmisión TOMA DE MUESTRA + ANÁLISIS CONCENTRACIÓN DE CONTAMINANTES

No requieren realizar toma de muestra Métodos ópticos que aprovechan el paso de los gases Calibración periódica CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MEDIDA Extrae muestra para analizarla (+ riguroso) SEGÚN EL PRETRATAMIENTO NO EXTRACTIVO EXTRACTIVO SEGÚN LA DURACIÓN DEL MUESTREO NO ACUMULATIVO Se capta un volumen de gas que luego se analiza Uso limitado a flujos uniformes y alta concentración de contaminantes ACUMULATIVO El contaminante de interés se preconcentra, haciendo pasar durante un cierto tiempo el gas por un equipo que retiene el contaminante

SEGÚN EL LUGAR INMISIÓN Bajas concentraciones  muestreo acumulativo Selección de los puntos de muestreo: Real Decreto 1073/2002 Los puntos de muestreo orientados a la protección de la salud humana deben de proporcionar datos sobre las áreas que registren las concentraciones más altas a las que la población puede llegar a verse expuesta y también sobre otras áreas que resulten representativas de la exposición de la población. Los puntos de muestreo dirigidos a la protección de los ecosistemas y la vegetación estarán a una distancia superior a 20 km de las aglomeraciones o a más de 5 km de otras zonas edificadas, industrias o carreteras. Por regla general, el punto de entrada del muestreo se colocará a varios metros de edificios, balcones, árboles y otros obstáculos y deberá estar situado entre 1.5 m y 4 m sobre el nivel del suelo. EMISIÓN Sonda isocinética colocada en un punto con flujo laminar Selección del punto de muestreo: Orden de 18 de octubre de 1976 sobre prevención y corrección de la contaminación industrial de la atmósfera

SEGÚN LA NATURALEZA DEL CONTAMINANTE PARTÍCULAS Se deben de evitar largos recorridos En emisión exige isocinetismo GASES No requieren sonda isocinética SEGÚN EL GRADO DE AUTOMATIZACIÓN MANUALES Métodos referencia Alto coste de personal AUTOMÁTICOS Mediciones continuas Calibraciones y comprobaciones periódicas

MÉTODOS DE REFERENCIA APROBADOS POR LA EPA: PM-10: Filtración + gravimetría (muestreador de alto volumen) SO 2 : Método de West-Gaeke (absorción+colorimetría) O 3 : Reacción con etileno que emite quimioluminiscencia CO: Absorción infrarroja Hidrocarburos (no metano): Detector de ionización de llama NO 2 : Reducción a NO + reacción con O 3 que emite quimioluminiscencia Pb: Filtración + extracción con ácidos + absorción atómica *Se pueden utilizar métodos equivalentes que hayan sido comprobados contra el de referencia y den resultados similares

Redes de Vigilancia Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental del MMA Unión Europea OBJETIVOS Medida, evaluación y cuantificación de los contaminantes Identificación de la procedencia, prevención y reducción de los mismos Vigilancia del cumplimiento de la legislación Comunicación y alerta de posibles episodios que pudieran alterar la calidad del aire Predicción de la calidad del aire en el futuro REDES DE VIGILANCIA