1. INTRODUCCION
La lucha contra La contaminación del aire es indispensable si se quiere evitar la degradación de los ecosistemas y la supervivencia de la especie humana. Es un problema técnico y fundamentalmente económico, ya que se conocen soluciones, que se podrían poner en marcha.
En España la política ambiental se encuentra dentro del marco de la CEE, que se propone crear un marco legal adecuado que permita abordar el problema y poner las soluciones necesarias para evitar la progresiva desaparición de la capa de ozono y de limpiar el aire de partículas y sustancias que crean microclimas en las grandes ciudades.
Asi como Las alteraciones que se provocan por contaminación y que afectan al clima.
2. LA ATMOSFERA: ESTRUCTURA, COMPOSICIÓN Y DINÁMICA
2.1.Estructura
Para poder ver la dinámica de la atmósfera y su papel protector es necesario conocer su estructura. La atmósfera se divide es varias capas atendiendo a factores tales como la temperatura y presión. Estas capas no son esféricas, como podría deducirse de sus nombres o de las alturas medias.
La troposfera
En primer lugar está la troposfera que es la parte más baja de la atmósfera, el límite es muy variable, dependiendo fundamentalmente de la altitud y de la estación del año considerada. Tiene un espesor medio de 12 Km en invierno y de 15 Km en verano. En el ecuador la troposfera llega a 16 Km, y en los polos sólo a 8 Km. La temperatura desciende gradualmente a medida que aumenta la altitud, creándose un gradiente térmico, que tiene un valor de -6,4°C/Km. Según este gradiente el límite superior de la troposfera toma valores de —45°C en los polos y de —80°C en el Ecuador. Sin embargo, los tres o cuatro mil metros reflejan la influencia directa del terreno, que se manifiesta en una acentuada agitación mecánica de estos niveles por obra del rozamiento con las irregularidades topográficas (capa geográfica o turbulenta) y en el alto contenido de partículas contaminantes tanto de origen natural como industrial, por esto en esta capa el gradiente de temperatura no es del todo constante, mientras, que sobrepasados estos tres o cuatro mil metros, el gradiente térmico mantiene una acentuada constancia.
Sobre la troposfera se encuentra una delgada zona de transición, denominada tropopausa, de gran interés en las predicciones meteorológicas, y se caracteriza por una inflexión en el gradiente de temperatura. A partir de la tropopausa la temperatura tiende a estabilizarse, e incluso a aumentar. En la troposfera los movimientos son en la vertical además de horizontales.
La estratosfera
La siguiente capa es la estratosfera, que se extiende hasta los 50 Km. La densidad del aire es ya muy baja y los movimientos del mismo de carácter preponderantemente horizontal, de donde le viene el nombre. En ella se filtra la radiación ultravioleta procedente del sol, que es absorbida por el oxígeno, para transformarse en ozono. Ello determina que esa radiación ultravioleta de efectos letales para los seres vivos, no alcance la superficie de la Tierra, y que la formación y ulterior descomposición del ozono calienten la estratosfera, por ser este último proceso de carácter exotérmico. Por esto se diferencian dos zonas: La primera zona que llega hasta los 30 Km la temperatura aumenta muy poco, la segunda zona, de los 30 a los 50 Km, la temperatura aumenta a un ritmo constante hasta llegar a los 800 C. Al alcanzar esta temperatura y altura, se produce una nueva inversión de temperaturas, es la estratopausa, que da paso a la siguiente capa, o la mesosfera en la cual desciende la temperatura desde los 80°C a -100°C a ritmo constante. Este valor se alcanza a los 80 Km.
La termosfera
Aquí se da otra inversión de temperatura que vuelve aumentar paulatinamente hasta tomar valores de 1.100°C a 1.600°C, se trata de la última zona, la termosfera, su límite con la mesosfera se denomina mesopausa.
Las variaciones de temperatura originan desplazamientos conectivos, como homogeneización de las masas de aire. Esta circulación es el viento, que es particularmente importante en las capas atmosféricas inferiores.
En su conjunto o por las características de determinadas capas, la atmósfera regula la temperatura ambiental filtrando las radiaciones solares y almacenando parte de ese calor, por lo que evita el brusco enfriamiento nocturno.
La atmósfera por su composición posee una baja densidad y viscosidad, lo que le permite ponerse en movimiento fácilmente al entrar en juego gradientes térmicos o mecánicos. El viento que se origina es un agente geodinámico importante, por ejemplo, en los desiertos, donde la vegetación es escasa, ya que transporta en suspensión arcillas y limos, en saltación granos de arena fina y en reptación granos de arena gruesa.
El viento también puede actuar indirectamente, provocando el oleaje y participando en el ciclo hidrológico, ya que las corrientes de aire constituyen un factor esencial en la evaporación, transporte y precipitación del agua
2.2.composicion
La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la Tierra, se encuentra en contacto con la litosfera por la gravedad. Al igual que las capas sólidas está sometida a los movimientos de rotación y traslación alrededor del sol.
Esta cubierta gaseosa, tras recibir la energía calorífica emitida por el sol, es la causante de los estados del tiempo meteorológico y del clima. Constituye un eficaz filtro que retiene un 57% de la energía procedente del Sol, disminuyendo, al mismo tiempo, la tasa de energía irradiada por el planeta Tierra al espacio interestelar, evitando por tanto el enfriamiento del planeta.
El 99% del peso de la atmósfera se encuentra en los primeros 29 Km, partiendo de la superficie de la Tierra. No obstante a 10.000 Km de ella, todavía se encuentran partículas gaseosas ligadas al campo gravitatorio terrestre.
La atmósfera se puede dividir en dos grandes capas atendiendo a su composición:
Homosfera
La Homosfera, que tiene un espesor de 80 Km, formada por una mezcla homogénea de gases. La composición química expresada en % en volumen es la siguiente:
En ella ocurren una serie de fenómenos como:
– El dióxido de carbono
Es de gran importancia en la climatología, debido a su capacidad de absorción calorífica y el consiguiente calentamiento al estar en contacto con la superficie de la Tierra. Si la proporción de dióxido de carbono disminuyera a un 0,015%, la temperatura media de la Tierra descendería alrededor de 5°C. Pero como el contenido de dióxido de carbono aumenta por la combustión de productos fósiles, incendios forestales y actividad industrial, la media de la temperatura aumenta ligeramente.
Esto es debido a que el CO provoca un efecto conocido como efecto invernadero que puede hacerse excesivo.
– El polvo
El polvo (partículas sólidas) existente en la parte baja de la atmósfera contribuye a que se forme el crepúsculo y los colores rojizos de la salida y puesta de sol, además son los núcleos de condensación del vapor de agua que originan las nubes (en las ciudades industrializadas, a favor del polvo que generan, se forma las densas calimas o smog). Las partículas sólidas provienen de la actividad industrial, de incendios forestales, de la desintegración de meteoritos, de erupciones volcánicas, de llanuras desérticas secas, de fondos de lagos secos, de playas, de evaporación de gotas de los océanos que dejan diminutos granos de sal, etc.
– La acción de los rayos ultravioletas
La acción de los rayos ultravioletas sobre los átomos ordinarios de oxígeno de la homosfera produce ozono, en la región comprendida entre los 20-35 Km extendiéndose en ocasiones entre los 50-55 Km de altura, dependiendo su altura de la latitud y estaciones del año. El oxígeno molecular es fotodisociado en oxígeno atómico por la influencia de la radiación de ondas de una longitud inferior a los 2.400 Á, al combinarse el oxígeno molecular con el oxígeno atómico se forma el ozono. Este ozono es inestable y se descompone en oxígeno, que vuelve otra vez a transformarse en ozono por la acción de los rayos ultravioletas y así sucesivamente. Esta cubierta de ozono nos protege de las radiaciones ultravioletas del sol, siendo la causa del aumento de la temperatura de la estratosfera.
Heterosfera
La Heterosfera está formada por cuatro capas, cada una de las cuales está formada por una composición química distinta. En la heterosfera se produce una decantación, estando los gases más pesados en la capa inferior y los más ligeros en las superiores. De 80 a 200 Km hay una capa de nitrógeno molecular, de 200 a 1.100 Km hay una capa de oxígeno atómico, de 1.100 a 3.500 Km helio atómico, y de 3.500 a 10.000 Km, donde la densidad atmosférica se iguala con la interplanetaria, existe hidrógeno atómico. Las cuatro capas poseen zonas limítrofes de transición difusas, y no límites bruscos. Los átomos y moléculas de la heterosfera tienen carga neutra (salvo en la ionosfera) y movimiento rotacional alrededor de la tierra sólida.
La ionosfera o ionosfera es la parte de la atmósfera ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la radiación solar. Constituye el límite inferior de la magnetosfera encontrándose dentro de la termosfera. La ionosfera permite que la atmósfera superior refleje las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre posibilitando que éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra.
En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior de la ionosfera y dando lugar a la formación de auroras. Está constituida por cinco bandas o capas que se localizan a diferentes alturas de la heterosfera, entre los 80 y 400 Km dándose en ellas el proceso de ionización, ya que las moléculas de nitrógeno y átomos de oxígeno absorben rayos gamma y X procedentes del espectro solar.
Los electrones liberados originan una corriente eléctrica que se mueve libremente a escala global por la ionosfera. Las capas ionizadas tienen la propiedad de reflejar las ondas de radio, facilitando la comunicación a larga distancia. En la parte inferior de la ionosfera tienen lugar mayor parte de la reflexión, recibiendo el nombre de capa de Kennelly-Heavside.
La composición de la atmósfera ha debido de ser prácticamente estable desde el Precámbrico Superior hasta la revolución industrial, a partir de la cual el hombre ha alterando su composición natural.
La industrialización y la tecnificación de la civilización actual cubre sus necesidades energéticas recurriendo a combustibles fósiles. Los residuos de este proceso de producción energética son incorporados a la atmósfera en medida creciente y alteran su composición.
Si en épocas anteriores fueron sucesos naturales los que influían temporalmente en la situación de la atmósfera, tales como erupciones volcánicas, tormentas de arena o incendios, en nuestra época es la actividad misma del hombre la responsable de una contaminación de la atmósfera en constante aumento.
Después de los fenómenos contaminadores de épocas anteriores que sucedían esporádicamente, la atmósfera disponía de un tiempo para recuperar su estado inicial por autodepuración. Hoy, por el contrario, este proceso ha sido rebasado, ya que la aportación de sustancias contaminantes es constante y el grado de contaminación es sólo función del tiempo de vida de las sustancias y de su aporte.
Si en otros tiempos se trataba de contaminantes atmosféricos naturales como el polvo y las partículas de humo, en la actualidad se presentan gases de escape como el dióxido y monóxido de carbono, óxidos de azufre y de nitrógeno y un espectro completo de sustancias elaboradas artificialmente como los plaguicidas y los plásticos.
2.3. Dinámica atmosférica
La presión atmosférica
Gracias a la compresibilidad de los gases, casi la totalidad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros kilómetros próximos a la superficie. Esto condiciona que la presión atmosférica disminuya rápidamente con la altura.
El valor de la presión atmosférica a nivel del mar, fue cuantificado por primera vez en 1643, por Torricelli y Vivíani, mediante el conocido experimento de Torricelli.
Dicho valor corresponde al peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura y 1 cm2 de sección, que multiplicado por la densidad de este elemento, equivale a 1.033,6 g/cm2, valor también conocido como 1 atmósfera e igual a 1.013 militares. Esta última unidad, el milibar, es la utilizada normalmente en meteorología.
La presión atmosférica se representa trazando líneas, llamadas isóbaras, que unen puntos de igual presión atmosférica (cada 4 milibares). En la atmósfera existen zonas de elevadas presiones (anticiclones) y zonas de bajas presiones (borrascas o ciclones). El gradiente de presión hace que el viento se desplace desde los anticiclones hacia las borrascas. El viento será tanto más intenso cuanto mayor sea la diferencia de presiones entre anticiclones y borrascas.
Los vientos
Es el desplazamiento del aire desde los núcleos de alta presión o anticiclones hasta los de baja presión o borrascas. Este movimiento es interferido por la Fuerza de Coriolis, de forma que el desplazamiento del aire se hace oblicuo a las líneas isóbaras.
– En las borrascas o áreas ciclónicas la circulación del aire es sinestrosa y son
zonas de convergencia, donde se produce ascenso de masas de aire.
– En los anticiclones o áreas anticiclónicas la circulación del aire es dextrosa y
son zonas de divergencia con subsidencia de masas de aire.
Con el nombre de frentes se conocen los contactos entre masas de aire de distintas características. En latitudes medias los frentes más frecuentes son los frentes fríos, que se producen cuando se encuentran masas de aire polar con masas de aire tropical, originando borrascas ondulatorias, donde la masa de aire frío desaloja a la masa de aire caliente hacia arriba. En los frentes cálidos la masa de aire caliente y más ligera remonta a la masa de aire frío.
Existen también los denominados vientos locales, que pueden ejercer una influencia notable en ciertas regiones geográficas. Los más importantes son:
– Brisa marina: el viento sopla durante el día de mar a tierra y durante la noche
de tierra a mar, suaviza las temperaturas de las zonas costeras.
– Vientos de montaña y valle: el aire se desplaza durante el día del valle hacia
las cumbres a lo largo de las laderas y por la noche desciende de la montaña al valle.
Circulación atmosférica general
Debido a que la radiación solar calienta de forma distinta la superficie de la Tierra, las zonas ecuatoriales son más cálidas que las zonas polares. Esto permite pensar que el aire caliente ecuatorial menos denso se eleva, y que el aire frío polar más denso, desciende y se desplaza al ecuador para sustituir al aire cálido. Es decir, se formaría una circulación superficial de aire frío desde los polos al ecuador que, al calentarse, ascendería circulando hacia los polos, donde al enfriarse, volvería a iniciar el ciclo. Se originarían 2 células convectivas, una en cada hemisferio.
El modelo anterior no es real porque sólo sirve para cuerpos estáticos, en La Tierra debido a la rotación terrestre (de oeste a este) y a la diferente velocidad tangencial de las distintas latitudes, todo móvil que se desplace desde el polo Norte al ecuador, siguiendo un meridiano, sufrirá una desviación a la derecha.
Este fenómeno físico que recibe el nombre de fuerza o efecto de CORIOLIS, influye en la circulación atmosférica general: en la práctica, se forman tres células convectivas en cada hemisferio, dos directas en las zonas polar y ecuatorial, y otra inversa en latitudes medias, representadas por dos zonas de altas presiones (los polos y sobre 25-30°) y dos de bajas presiones (5°-ecuador y 55°). Como resultado de este esquema tricelular en cada hemisferio, se produce una distribución latitudinal de zonas de alta y baja presión:
– Zonas ecuatoriales cálidas de baja presión.
– Zonas subtropicales (alrededor de 30° de latitud) de alta presión.
– Zonas subpolares de baja presión (alrededor de 60° latitud).
– Zonas polares frías de alta presión.
A su vez, esto produce una alternancia latitudinal de los vientos: los levantes polares, westerlies o vientos de poniente y alisios.
A la zona de choque entre los alisios del norte y los alisios del sur se le llama zona de calmas ecuatoriales o zona de convergencia intertropical (ZCIT). Esta última zona no se sitúa exactamente sobre el ecuador, sino que sufre desplazamientos hacia el norte o hacia el sur principalmente de carácter estacional o condicionados por los monzones locales.
Como consecuencia de la inclinación del eje de rotación de La Tierra, a lo largo de las estaciones, las células convectivas se desplazan en dirección N-S produciendo las breves estaciones lluviosas en las zonas subtropicales, la llegada de aire polar en las zonas templadas, etc..
Nubosidad y precipitación
En la atmósfera la presión y la temperatura están íntimamente relacionadas y son interdependientes. En un gas la temperatura es función del número de moléculas por unidad de volumen, de forma que para enfriarlo o calentarlo bastará con expandirlo o comprimirlo respectivamente, sin necesidad de intercambiar calor: cambios adiabáticos.
– Gradiente Adiabático Seco (GAS)
Al ascender en el seno de la atmósfera la densidad y la presión disminuyen rápidamente. En consecuencia la temperatura también descendería a razón de 1°C cada 100 m.
Tras esta fase y una vez superado el punto de rocío vuelve a enfriarse más pero ahora según el Gradiente Adiabático Húmedo (GAH), a razón de 0,6°C por cada 100 metros, produciéndose la precipitación.
– Gradiente térmico vertical (GTV)
Realmente y en condiciones normales, este gradiente es de sólo 0’65°C cada 100 m, debido al enfriamiento producido en la superficie por la evaporación del agua. Dicha circunstancia impediría el ascenso vertical del aire, dado que si una masa de aire ascendente se enfriase adiabáticamente, a razón de 1°C cada 100 m (G.A.S.), pasaría a tener una temperatura menor y una densidad mayor que las del aire estático circundante, cuya temperatura viene marcada por el G.T.V., lo cual constituye una imposibilidad física.
Cuando hay condiciones de estabilidad atmosférica (G.A.S. > G.T.V) se produce un ascenso paulatino de aire caliente, hasta que su temperatura se iguala con la de la atmósfera circundante.
Los mecanismos concretos que producen nubosidad y precipitación son tres:
– De tipo frontal, que se origina cuando chocan frontalmente dos masas de aire de temperaturas diferentes, pudiendo ocurrir dos procesos: el llamado frente cálido, cuando la masa de aire caliente y más ligera remonta a la masa de aire frío, o el llamado frente frío, cuando la masa de aire frío desaloja a la masa de
aire caliente hacia arriba.
– De tipo orográfico, cuando el aire caliente y húmedo remonta una cadena montañosa, se enfría y da lugar a precipitación en la ladera de barlovento, llegando a la ladera de sotavento el viento seco. A este fenómeno se le llama efecto Fóehn.
– De tipo convectivo, que se da por ascenso vertical directo del aire recalentado por contacto con el suelo, provocando tormentas más o menos violentas.
Tipos de precipitación
– Lluvia: Se produce por la coalescencia de numerosas gotas de pequeño tamaño que dan lugar a gotas mayores, incapaces de mantenerse en suspensión. Cuando su diámetro es menor de 0,5 mm constituyen la llovizna.
– Nieve: Constituida por masas de cristales de hielo formados directamente a partir del vapor de agua atmosférico allí donde la temperatura del aire es inferior al punto de congelación. Son cristales planos hexagonales o prismáticos.
– Granizo: Son formas redondeadas de hielo con una estructura interna en capas concéntricas, de 0,5-5 cm de media, sólo se forman en los cumuionimbos donde existen fortísimas corrientes de aire ascendentes. Las gotas de lluvia son arrastradas a grandes alturas donde se congelan para volver a caer y mantenidas en suspensión cada granizo crece por la unión de nuevas gotas hasta precipitar.
– Rocío: Se produce en la superficie terrestre cuando ésta y las partículas de vapor de agua contenidas en el aire sufren un enfriamiento por pérdida de calor, se alcanza el punto de rocío (temperatura a la cual el aire está saturado) y se enfría algo más.
– Escarcha: Es igual al rocío, pero se produce cuando la temperatura está por debajo de 0°C.
– Niebla: Condensación de las masas húmedas de aire en las capas inferiores de la atmósfera.
Tipos de nubes
– Según su forma
o Estratos: planos de gran extensión y bastante uniformes.
o Cúmulos: masas aisladas de nubes voluminosas con su porción superior a
modo de coliflor.
o Cirros: de aspecto filamento o sedoso con cristales de hielo.
o Nimbos: nubes de temporal.
o Estratocúmulos, Cumulonimbos: lo normal es que aparezcan nubes con
características intermedias, como éstas o los cirroestratos, altoestratos,…
– Según su altitud
o Bajas: hasta 2.500 m
o Medias: de 2.500 m a 6.000 rn
o Altas: más de 6.000 m
– Según su estratificación
o Estables: grandes extensiones de estratos y cierta estabilidad en sentido
horizontal.
o Lábiles: masas aisladas esferoidales.
– Según su estructura
o Nubes de agua: formas perfectamente delineadas y delimitadas al menos en
sentido vertical.
o Nubes de hielo: estructura deshilacliada con contornos indefinidos.
o Nubes de chubasco: se alargan en forma de yunque u hongo de hielo
3. LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
3.1. El aire: propiedades
El aire es una mezcla de gases y no un gas en sentido estricto. La composición y las cantidades relativas de gases que forman la atmósfera han cambiado gradualmente a lo largo de millones de años, en la misma medida que ha evolucionado la geografía terrestre y la vida misma.
Sin embargo, en cuanto a nosotros concierne, el aire puede considerarse constante tanto a lo largo del tiempo como del espacio. En la tabla adjunta se puede ver la composición del aire seco libre de contaminación, al nivel del suelo, en términos de porcentaje volumen y de masa total aproximada.
El nitrógeno y el oxígeno son los gases predominantes y juntos constituyen el 99% de la mezcla en volumen. Casi toda la atmósfera restante está formada por argón y dióxido de carbono. El porcentaje total en volumen de estos cuatro componentes, en aire seco y limpio, es del 99,99%.
El vapor de agua suele ser el quinto componente principal del aire limpio, no se encuentra recogido en la tabla por encontrarse en cantidades variables.
Dependiendo de la temperatura y de la tasa de evaporación a partir de fuentes disponibles de agua, el contenido atmosférico en vapor de agua oscila entre el 0,01 y el 5 %. Por tanto la inclusión del porcentaje del vapor de agua disminuiría las concentraciones de los otros componentes atmosféricos. Como el vapor de agua es muy permeable a la radiación solar de onda corta, pero absorbe algo de la radiación terrestre de onda larga, su variación con respecto al tiempo y al espacio influye de manera importante en el balance de radiación entre la Tierra y el Sol; ello hace que la temperatura aumente o disminuya en un momento y lugar determinados. Los componentes menores del aire son numerosos, y varios de ellos provienen de procesos naturales. Así el sulfuro de hidrógeno, el dióxido de azufre y el monóxido de carbono son vertidos a la atmósfera por la actividad volcánica. La putrefacción de los seres vivos produce metano, amoníaco y sulfuro de hidrógeno.
Los óxidos de nitrógeno son producidos por descargas eléctricas durante las tormentas, mientras que toneladas de monóxido de carbono son generadas en los incendios forestales.
La adición de cualquier sustancia alterará en cierto grado las propiedades físicas y químicas del aire puro. Por tanto, esta sustancia podrá considerarse como un contaminante del mismo.
No obstante se clasifican como contaminantes aquellas sustancias, que añadidas en suficientes cantidades, causan efectos mensurables sobre los seres vivos y/o materiales.
Un ejemplo de contaminante, que altera las propiedades del aire es la disminución de la concentración del gas ozono, principalmente en la estratosfera.
Todos los seres vivos respiran oxígeno y expulsan dióxido de carbono, por lo que estos gases son vitales para cualquier forma de vida. Las plantas en la fotosíntesis asimilan dióxido de carbono y regeneran oxígeno. Se mantiene de esta forma un equilibrio entre los dos gases, pero si el hombre con la combustión aumenta la proporción de dióxido de carbono vertido a la atmósfera, se produce una alteración climática, ya que deja pasar la radiación solar que llega a la superficie de la Tierra, pero absorbe con gran facilidad la radiación saliente, produciéndose el efecto invernadero excesivo. Cálculos recientes demuestran que la cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera aumenta aproximadamente un 0,5 % de su concentración actual cada año. No esta claro el efecto de este incremento sobre la temperatura; algunas experiencias sugieren que un incremento del 10% puede elevar la temperatura media en una proporción de sólo medio grado centígrado. No obstante, un incremento continuo puede conducir a una modificación eventual de las zonas climáticas, con consecuencias provechosas o no, pero en cualquier caso mucho mayores de lo que sugiere ese pequeño cambio de la temperatura media.
En el aire también existen partículas de polvo suspendidas, las principales son humo, sal, arena fina y cenizas volcánicas. Las partículas con un radio superior a lOja no suelen ser transportadas por el viento, bien se depositan por la acción de la gravedad o bien son arrastradas por la lluvia. Las partículas más pequeñas permanecen suspendidas en el aire y tienen una función vital en la formación de las nubes.
3.2. Contaminación atmosférica
Los contaminantes atendiendo a como se forman se dividen en primarios y secundarios:
– Los contaminantes primarios: Son sustancias vertidas directamente a la atmósfera y entre ellos se encuentran: los aerosoles, óxidos de azufre, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos, ozono, y dióxido de carbono.
– Los contaminantes secundarios: No se vierten directamente a la atmósfera desde los focos emisores, sino que se producen como consecuencia de las transformaciones y reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la misma. Estos contaminantes secundarios son los causantes del smog fotoquímico, la lluvia acida, y la rotura de la capa de ozono. La calidad del aire se evalúa por medio de los niveles de inmisión, que se definen como la concentración media de un contaminante presente en el aire durante un período de tiempo determinado, es decir las concentraciones habituales en la atmósfera de un contaminante determinado. Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras las naturales (volcanes, incendios forestales y descomposición de la materia orgánica) y las antropogénicas (transporte, combustión de carburantes. procesos industriales, eliminación de residuos sólidos, etc.). La concentración de los contaminantes en los focos se denomina niveles de emisión y lógicamente esta concentración es superior a la de inmisión, ya que se produce una dispersión de los contaminantes en el aire.
Los principales contaminantes son:
– Monóxido de carbono: Es un gas de vida relativamente larga y se concentra en la atmósfera, la mayoría de él procede de fuentes naturales, como son los procesos de descomposición bacteriana. La combustión incompleta en los motores de explosión origina su acumulación en el aire de las grandes ciudades.
– Dióxido de carbono: Se produce por la combustión de combustibles fósiles y de biomasa vegetal. El 50% del dióxido de carbono producido permanece en la atmósfera, el resto se combina en los océanos (14%), o se incorpora a la biosfera (36%). Las consecuencias del aumento de su concentración están en relación con posibles cambios climáticos.
– Óxidos de azufre: Son compuestos de vida corta, debido a su alta afinidad química. Están presentes en el aire en pequeñas cantidades en ausencia de contaminación. Pero la combustión de carbón, de fuel y algunos procesos metalúrgicos, han incrementado notablemente su presencia en los últimos tiempos. En la combustión se produce primero SO^ gaseoso, que con el curso del tiempo es convertido en SO42~ por oxidación. Estas sustancias se encuentran entre los contaminantes atmosféricos más activos y producen los siguientes efectos: Formación de aerosoles, acidificación de las precipitaciones y del agua superficial, y sedimentación en superficies y efecto corrosivo.
– Óxidos de nitrógeno: Se producen en cantidades apreciables en combustiones a temperaturas elevadas, como las de los motores de explosión. El peróxido de nitrógeno es el más tóxico, el cual no permanece mucho tiempo en la atmósfera ya que se transforma en ácido nítrico, que en contacto con el amoníaco origina nitratos en forma de aerosoles.
– Hidrocarburos: El número de hidrocarburos implicados en la contaminación del aire es muy grande y la mayor parte de sus efectos son indirectos a través de los productos formados cuando reaccionan en la atmósfera. Estos compuestos producen radicales libres muy activos y que la reaccionar con diversas sustancias generan el smog fotoquímico.
– Halocarburos: O clorofluorocarbonados se usan como refrigerantes, propelentes de pulverizantes y disolventes en la producción de espumas. Llegan inalterados a la estratosfera y por la acción de la radiación ultravioleta, se liberan átomos de cloro que pueden destruir el ozono, catalizando su conversión en oxígeno molecular diatómico.
3.3. Propagación de Los contaminantes
Es necesario conocer la circulación horizontal y vertical del aire, para saber como se propagan los contaminantes atmosféricos aprovechando esta circulación.
– Propagación horizontal
El viento transporta los contaminantes, produciendo su dispersión, y determina la zona que va a estar expuesta a los mismos. Por lo general, una mayor velocidad del viento reducirá las concentraciones de contaminantes al nivel del suelo, ya que se producirá una mayor dilución, pero pueden producirse circulaciones cerradas de viento, como en el caso de las brisas del mar y las de valle y montaña, en las que los contaminantes lanzados a la atmósfera se incorporan a la circulación del viento con lo que se produce una acumulación progresiva de contaminantes, que da lugar a un aumento de la concentración de los mismos en las zonas barridas por estos vientos. Efectos similares se producen cuando los vientos fuertes inciden perpendicularmente a las crestas de montañas, a un valle, o sobre los edificios altos; en estas condiciones, los efectos aerodinámicos de estos obstáculos pueden tener consecuencias negativas para la dispersión de contaminantes, acumulándolos en determinadas zonas
– Difusión vertical
El principal factor que lo determina de contaminantes es la variación vertical de temperatura en la atmósfera. Se puede determinar la capacidad de difusión vertical de contaminantes comparando la variación vertical de temperaturas de un estrato de aire atmosférico con el gradiente vertical adiabático de aire, que corresponde a una variación aproximada de -1°C por cada 100 metros de altura. Así se obtienen tres clases diferentes de estabilidad atmosférica en el estrato., según la variación de temperatura con la altura sea mayor, igual o inferior que la correspondiente al gradiente vertical adiabático.
Si en la capa de aire la temperatura desciende con la altura bastante menos de un grado cada 100 metros, los movimientos verticales del aire están muy limitados por lo que hay poca o nula dispersión vertical de los contaminantes. En estas condiciones se dice que la clase de estabilidad atmosférica es del tipo estable.
Cuando la temperatura del estrato desciende con la altura más de un grado cada 100 metros de altura, la estabilidad atmosférica será del tipo inestable, estando los movimientos verticales del aire muy favorecidos difundiéndose los contaminantes verticalmente hasta donde alcance la inestabilidad.
Por último, si la variación de temperatura del estrato coincide con el gradiente vertical adiabático, se tiene la estratificación indiferente o neutra, en la cual la dispersión vertical de contaminantes no está limitada.
3.4. Repercusiones en la salud
La contaminación atmosférica afecta a millones de personas de todo el mundo, especialmente a aquellas que viven en los grandes núcleos urbanos y en áreas fuertemente industrializadas, con denso tráfico de vehículos. Las emanaciones de polvos y gases corrosivos determinan el medio ambiente dando lugar a olores desagradables, pérdida de visibilidad y daños para la salud humana, para los cultivos y otras formas de vegetación y sobre los materiales de construcción.
La contaminación atmosférica apareció primero como una molestia grave, para posteriormente convertirse en una amenaza para la calidad de vida, ya que una contaminación excesiva puede poner en peligro la salud y llegar a convertir a algunas zonas en lugares no aptos para ser normalmente habitados. Los efectos producidos por la contaminación atmosférica dependen principalmente 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. Hay que tener en cuenta la graduación del efecto a medida que aumenta la concentración y el tiempo de exposición.
Las relaciones existentes entre las enfermedades humanas y la exposición a la contaminación, no son sencillas, ni se conocen con exactitud. No obstante existen pruebas abundantes de que en general, las concentraciones elevadas de contaminantes en el aire son peligrosas para los seres humanos. Los efectos que producen sobre la salud se ponen claramente de manifiesto, como se ha observado en Londres, Nueva York y Osaka entre otras ciudades, por el aumento de la mortalidad, sobre todo en las personas de edad avanzada, o en los individuos más sensibles por cualquier razón. Más difíciles de discernir son los efectos que, a largo plazo, pueden producir las exposiciones episódicas a elevadas concentraciones medias y bajas de contaminantes.
Se ha comprobado las relaciones existentes entre la contaminación atmosférica, producida por partículas en suspensión y óxido sulfuroso, y la aparición de bronquitis crónica caracterizada por la producción de flemas, la exacerbación de catarros y dificultades respiratorias tanto en los hombres, como en las mujeres. Se ha observado igualmente, que cuando las concentraciones tanto de óxido de azufre, como de partículas en suspensión superan los 500 u,g/m3 de SO2y de humos se ha registrado el empeoramiento de los enfermos con afecciones pulmonares.
Es de destacar que las concentraciones de partículas y de SO2 que pueden provocar la aparición de efectos sobre la salud, pueden variar de un lugar a otro según sean las características físicas y químicas de las partículas, y en función de la presencia en el aire de otros contaminantes que puedan producir efectos sinérgicos con aquéllos.
La presencia en el aire de elevadas concentraciones de monóxido de carbono representa una amenaza para la salud, ya que el monóxido inhalado se combina con la hemoglobina de la sangre, dando lugar a la formación de carbooxihemoglobina, lo que reduce la capacidad de la sangre para el transporte de oxígeno desde los pulmones hasta los tejidos.
Se ha comprobado que una saturación de carbooxihemoglobina por encima del 10% puede provocar efectos sobre la función psicomotora que se manifiesta con síntomas de cansancio, cefaleas y alteraciones de la coordinación. Por encima del 5% de saturación se producen cambios funcionales cardíacos y pulmonares y se aumenta el umbral visual. No se han encontrado pruebas que indiquen los efectos significativos con una concentración de carbooxiheinoglobina inferior al 2%.
Los óxidos de nitrógeno son contaminantes igualmente peligrosos para la salud. La mayor parte de los estudios relativos a los efectos de los óxidos de nitrógeno se han ocupado, sobre todo, del NO2 ya que es el más tóxico. Los efectos producidos sobre los animales y los seres humanos afectan, casi por entero, al tracto respiratorio. Se ha observado que si una concentración media de NO2 de 190 u.g/Nm3 supera el 40% de los días, aumenta la frecuencia de infecciones de las vías respiratorias en la población expuesta.
Otros tipos de contaminantes que afectan a la salud del hombre son los oxidantes fotoquímicos. Se han realizado estudios epidemiológicos en la ciudad de Los Angeles y no se descubrió ningún aumento de la mortalidad como consecuencia de episodios de contaminación fotoquímica, cuando las concentraciones de oxidantes variaban entre 0,5 y 0,9 p.p.m. No obstante, se ha observado que los oxidantes fotoquímicos tienen efectos nocivos sobre la salud, produciendo irritación de los ojos y mucosas. Afectan especialmente a personas con afecciones asmáticas y broncopulrnonares, en los que se han observado crisis asmáticas y disminución de la función pulmonar cuando las concentraciones atmosféricas de oxidantes eran superiores a 500 ug/Nm3.
Además el hidrocarburo benzopireno, que es un anillo aromático policíclico muy abundante en la atmósfera de las zonas urbanas, sobre todo durante el período de calefacción invernal, tiene una acción cancerígena.
Los metales tóxicos presentes en el aire representan una amenaza para la salud humana cuando se inhalan en cantidades suficientes, debido a la tendencia que presenta el organismo a su acumulación. Por su importancia se destaca la importancia del plomo.
Los compuestos inorgánicos del plomo atmosférico son absorbidos por el hombre, principalmente a través del sistema respiratorio, alcanzando el torrente sanguíneo aproximadamente el 35% del plomo inhalado por los pulmones. Una vez incorporado el plomo a la corriente sanguínea, una parte se almacena en los huesos y otra se expulsa por la orina, en una continua fase de renovación en el organismo. A partir de ciertas cantidades puede producir efectos adversos en el comportamiento, afectan a la inteligencia de los niños y puede ser causa de anormalidades en los fetos de las madres gestantes. Los adultos, por lo general, son menos sensibles que los niños a los efectos del plomo, pero una acumulación excesiva en el organismo puede producir serios e irreversibles daños en el sistema nervioso provocando una enfermedad conocida como saturnismo. La OMS (Organización Mundial de la Salud) recomienda para los sectores de población más sensible, que la concentración en sangre de plomo no supere los 30 jig/100 mi con el fin de prevenir los efectos nocivos para la salud. Para el resto de la población se consideran dentro de la normalidad concentraciones de 40 u.g/ 100 mi.
Otras sustancias tóxicas presentes en el aire tales como el cadmio, amianto, el cloruro de vinilo, varios compuestos orgánicos halogenados y el benceno, pueden provocar modificaciones genéticas y malformaciones en los fetos, siendo algunos de ellos cancerígenos. No obstante, no se sabe todavía que efectos pueden producir sobre la salud humana una exposición prolongada a bajas concentraciones de estas sustancias.
4. MÉTODOS DE DETERMINACIÓN Y DE CORRECCIÓN
4.1. Métodos de determinación
Para detectar la contaminación del aire existen las redes de vigilancia y control, que miden los niveles de inmisión y emisión de contaminantes. La vigilancia controla los niveles de inmisión y por medio de modelos matemáticos realiza la predicción para posteriormente tomar las medidas de corrección y prevención. El control se ejerce sobre los focos de emisión.
El análisis de contaminantes presentes en la atmósfera por procedimientos físico-químicos consiste en la toma de muestras de aire en las distintas estaciones que componen la red de vigilancia a las que somete a distintos procesos analíticos para la de terminación de los diferentes contaminantes.
Por lo general, la toma de muestras incluye la separación del contaminante del seno del gas por filtración o por retención en un absorbente líquido.
Para instalar la red de vigilancia hay que tener en cuenta diferentes factores como son: los geográficos, meteorológicos, demográficos, localización de edificios, actividades industriales y fuentes de emisión. Hay que planificarla a largo plazo, con una capacidad dos o tres veces mayor que la necesaria en el momento de su instalación.
Las redes pueden ser manuales o automáticas. Las redes manuales lo que tienen son captadores para los diferentes contaminantes que se deseen medir, por lo que posteriormente hay que recoger las muestras y llevarlas al laboratorio para que sean analizadas. Las redes automáticas llevan analizadores computarizados, con lo cual ellos mismos realizan la captación, recogida y análisis de los datos, enviando los resultados a las centrales de datos.
Normalmente primero se establecen las redes manuales para observar si el lugar elegido es el correcto y posteriormente se automatizan, ya que éstas dan valores reales de los contaminantes, puesto que pueden dar valores puntuales o medios.
4.2. Métodos de corrección
La mayoría de los países industriales han desarrollado reglamentaciones de lucha contra la contaminación atmosférica, adoptando estrategias en función de sus peculiares características tradicionales, culturales y ambientales. No obstante se reconocen una serie de principios generales que deben de tenerse presentes para una eficaz lucha contra la contaminación atmosférica entre los que se pueden destacar:
– Las decisiones deben de basarse en datos correctos obtenidos del conocimiento científico y técnico, y de los procesos ecológicos y de la tecnología para el control de las fuentes de emisión.
– Los métodos a aplicar han de ser flexibles, de forma que puedan adaptarse al cambiante desarrollo del conocimiento del problema y de las técnicas para resolverlo.
– Han de tenerse en cuenta las circunstancias tanto económicas como ambientales, siendo necesario disponer de un buen sistema de análisis económico y de prioridades económicas.
– La coordinación y una eficaz estructura legislativa y administrativa son necesarias para convertir las prioridades y decisiones en acción.
Aparte de estos principios de carácter general es imprescindible para llevar a cabo un programa de lucha contra la contaminación atmosférica una fuerte concienciación del público a través de una información lo más amplia posible y una decidida voluntad política, ya que la promulgación de leyes contra la contaminación atmosférica es una decisión de carácter político que necesita de apoyo social.
La contaminación atmosférica suele ser el resultado de la aplicación de una tecnología defectuosa o mal empleada, así como de la ausencia de criterios ambientales al realizar la planificación económica nacional. Basándose en esa hipótesis, se plantean a continuación los pasos a seguir para reducir la contaminación. El primer paso es fijar el objetivo principal que se quiere alcanzar. de forma que se optimicen los beneficios globales netos de la reducción de la contaminación, ya que existen muchos tipos de receptores. Para poder fijar el objetivo principal es necesario:
– Disponer de un inventario completo de las fuentes de contaminación.
– Conocer las tecnologías descontaminantes aplicables, así como las relaciones
coste-eficacia de su aplicación.
– Disponer de modelos atmosféricos que permitan conocer las relaciones entre
las emisiones en los distintos focos y la calidad del aire en los receptores.
– Conocer los efectos que sobre la salud, los ecosistemas y los bienes materiales
producen las distintas concentraciones de contaminantes, cuantificándolos de
alguna forma.
Con la información disponible y a través de las técnicas que relacionan los costos y beneficios se analizan las distintas opciones, eligiendo la más interesante como objetivo social. Una vez fijado el objetivo y planteadas las prioridades de actuación, es necesario formular la estrategia a seguir para su consecución.
Por lo tanto, para combatir la contaminación se deben de seguir dos estrategias, una fijar unas normas de calidad del aire, que no deben sobrepasarse y otra controlar las emisiones mediante el empleo de la mejor tecnología para la reducción de contaminantes. Además la estrategia se debe de fijar unas metas a conseguir, a corto, medio y largo plazo.
Para combatir la contaminación es necesario emprender una serie de acciones curativas y preventivas.
Las acciones curativas correctoras
Se aplican en aquellas zonas en donde se superan regularmente los niveles admisibles de la calidad del aire. Consisten, por lo general, en la adopción de medidas correctoras de la contaminación atmosférica, en aquellos focos en funcionamiento que se considere contribuyen en mayor medida a generar este tipo de contaminación. Estas medidas actúan disminuyendo la emisión de contaminantes al mejorar los sistemas de depuración o mejorando las condiciones de dispersión de contaminantes.
Entre los distintos tipos de medidas que se pueden adoptar para reducir la emisión de contaminantes se pueden destacar las que actúan sobre los gases y humos, las que lo hacen sobre el propio proceso tecnológico, o aquellas que inciden sobre los combustibles y materias primas utilizadas.
Es de destacar que la adopción de medidas correctoras es un sistema eficaz para solucionar un problema de contaminación local, pero no es correcto desde el punto de vista ambiental más amplio, por que:
– Se transfiere el problema de contaminación atmosférica a otro medio, como consecuencia de que los contaminantes captados hay que depositarlos en algún lugar.
– El funcionamiento de los equipos de depuración consume materias primas y energía cuya generación produce contaminación atmosférica en otras zonas.
Con el fin de evitar inconvenientes se considera que para proteger el medio hay que recurrir a la aplicación de técnicas poco contaminantes y sin desechos. Estas técnicas tratan de atacar el problema de la contaminación en el origen, desarrollando procesos técnicamente más eficaces en el aprovechamiento de las materias primas y de los recursos energéticos consumidos.
Las formas de prevenir en el origen la contaminación son: la reformulación del producto, la modificación del proceso y el reciclado o recuperación de los subproductos obtenidos. Hay que destacar que este tipo de tecnología no está en la actualidad totalmente desarrollado.
Puesto que el uso de combustibles suele ser la principal fuente de contaminación; una medida muy eficaz para combatir la contaminación es la reglamentación de las características, calidades y condiciones de uso de los distintos combustibles sólidos y líquidos.
Otra de las acciones posibles para reducir la contaminación local es mejorar las condiciones de dispersión de los contaminantes utilizando la capacidad de auto depuración de la atmósfera mediante la elevación de la altura de chimeneas de las fuentes estacionarias, o modificando las condiciones de emisión de los gases, tales como la velocidad y temperatura de salida de los mismos.
Las acciones preventivas
Son aquellas dirigidas a evitar que aparezcan los problemas de contaminación. Entre las distintas acciones posibles se puede destacar: la planificación urbana, los estudios previos de evaluación de impacto ambiental, y el ahorro energético.