miércoles, 3 de septiembre de 2014

Control de la contaminación atmosférica

Estación de control atmosférica

Estación de control atmosférica

El principio básico de la política de protección del medio ambiente es el de prevención. Este principio rector de la actuación medioambiental se traduce, en lo que respecta a conservar la calidad del aire, en minimizar las emisiones a la atmósfera de contaminantes. Esto es conocido también como la estrategia de reducción en origen. Se trata de abandonar la actitud tradicional de reaccionar ante los problemas de la contaminación después de que hayan ocurrido y sustituirla por la de prevenir estos problemas y evitar que se produzcan. Las ventajas de este enfoque son muy evidentes y suponen además de un ahorro enorme de recursos, evitar los daños que, en algunos casos, pueden tener carácter irreversible. La adopción de medidas preventivas y el uso racional de los recursos puede hacer compatibles estas dos aspiraciones de la sociedad humana.

Las medidas de prevención de la contaminación atmosférica se basan fundamentalmente en:

1. Un conocimiento científico y técnico correcto y exacto de la contaminación atmosférica desde todos los puntos de vista: sustancias contaminantes, focos emisores, procesos y técnicas industriales y efectos de los contaminantes.

2. Un análisis correcto de las variables económicas que permita un desarrollo adecuado de los factores implicados en los procesos de contaminación atmosférica: industrias, zonas urbanas, etc.

3. Un conocimiento meteorológico exhaustivo, en especial de la capa fronteriza, situada en la troposfera, entre 0 y 100 metros aproximadamente.

4. Una labor de sensibilización ciudadana y educación ambiental dirigida a todos los estamentos sociales: escolares, adultos, técnicos, administradores, empresarios, etc.

5. Una legislación adecuada que regule la problemática ambiental.

6. Una estructura administrativa que coordine todos los aspectos implicados en la gestión del medio ambiente.

Como acciones preventivas de la contaminación atmosférica, se pueden destacar los mapas de vulnerabilidad y capacidad del territorio, la planificación urbanística, los estudios de evaluación de impacto ambiental, las medidas preventivas urbanas y el ahorro energético. También son importantes los sistemas de vigilancia y las medidas derivadas de los principios básicos, como son los estudios económicos y unas estructuras jurídicas y administrativas adecuadas.

La vigilancia de la contaminación atmosférica se lleva a cabo mediante las redes de vigilancia y previsión de la contaminación atmosférica. Una red de vigilancia de la contaminación atmosférica es un conjunto de aparatos de medida de los diferentes contaminantes que proporcionan los datos de los niveles de emisión comunicados con unos centros de análisis y coordinación. La comunicación de la red automática se realiza por vía telemática y la gestión de los datos está totalmente informatizada. Esta red se extiende según las necesidades que se manifiesten en los diferentes puntos o zonas que se encuentren sometidos a algún problema relacionado con la contaminación atmosférica, ya sea de origen industrial, doméstico o proceda del tráfico. El objetivo principal de esta red es vigilar la contaminación atmosférica y mediante los resultados de las medidas que se obtienen, realizar las actuaciones necesarias para solucionar los problemas originados por la contaminación.

Para alcanzar unos niveles de calidad del aire conformes con las exigencias de la calidad de vida de las personas, no es suficiente la actuación de los poderes públicos. Los productores, usuarios y consumidores deben adoptar unas pautas de comportamiento lo más ajustadas posibles a los requerimientos que reclama la protección de un recurso natural tan básico y tan sumamente importante como es el aire.

Cuando las medidas preventivas no se pueden llevar a cabo o su aplicación no es posible desde el punto de vista económico se recurre, para limitar y disminuir la emisión de contaminantes a la atmósfera, a acciones correctivas que pueden ser de dos tipos:

1. Concentrar y retener los contaminantes con equipos adecuados de depuración. Estos equipos de depuración producen residuos sólidos o líquidos que contaminarán los suelos y el agua, si no se planifica un tratamiento adecuado de estos los mismos y, además, con el inconveniente de que estos equipos depuradores consumen recursos naturales y energía.

2. Expulsar los contaminantes por medio de chimeneas suficientemente altas para que la dilución evite concentraciones elevadas a nivel del suelo. Este procedimiento, si bien atenúa los problemas de contaminación desde el punto de vista local, puede producir problemas en lugares alejados de las fuentes de emisión, siendo uno de los ejemplos más palpables la lluvia ácida.

Para conseguir grados de protección ambiental adecuados a costes razonables, el sistema de depuración ha de ser una combinación de estas medidas. En cualquier caso, es necesario, tener en cuenta a la hora de abordar el problema de control de contaminantes dos aspectos principales: los condicionamientos ambientales y las consideraciones económicas.



4. CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA


Introducción. Control de focos de combustión móviles. Control de focos fijos de emisión de contaminantes: monóxido de carbono e hidrocarburos, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre y partículas.


Contaminación atmosférica

martes, 2 de septiembre de 2014

Cuestiones y problemas sobre los contaminantes atmosféricos


CUESTIONES

1. Relacionar los contaminantes atmosféricos con noticias relacionadas sobre ellos.

2. Relacionar los contaminantes atmosféricos con hechos históricos relacionados con los mismos, como por ejemplo la niebla londinense de 1952, de la que el Acta sobre el Aire Limpio ha conseguido su reducción a partir de 1960.

3. Relacionar los contaminantes atmosféricos con desastres como la niebla tóxica de Londres en 1952, o los escapes de Seveso en 1976, Bhopal en 1984 o Córdoba (Méjico) en 1991.

4. Acceder a la siguiente dirección web:


para calcular la cantidad de dióxido de carbono emitido por cantidad de carbón utilizado.

5. Acceder a la siguiente dirección web:


para calcular la cantidad de contaminantes emitidos por un automóvil.

6. Acceder a la siguiente dirección web:


para comprobar los daños causados con un determinado contaminante y nivel de contaminación.

7. Acceder a la siguiente dirección web


para calcular el consumo de dióxido de carbono de un medio de transporte.


PROBLEMAS

1. El monitor de una estación municipal de control de la contaminación da una concentración diaria promedio de ozono de 15 μg/m³ a 25 ºC y 1 bar de presión. Calcular su concentración en ppm y ppb. 

2. El gas del tubo de escape de un camión contiene un 2 % en volumen de monóxido de carbono, ¿cuál será la concentración de CO en mg/m³ a 25 ºC y 1,1 atmósferas.

Contaminación por partículas


Las partículas son uno de los contaminantes prioritarios a controlar y constituyen uno de los principales problemas de contaminación atmosférica. Bajo este nombre se engloban las partículas sólidas y las pequeñas gotas de líquido, que con frecuencia forman los aerosoles que encontramos en el aire.

El 80 % de las partículas presentes en la atmósfera tienen un origen natural: aerosoles marinos, arrastre de polvo, incendios forestales, erupciones volcánicas, pólenes, bacterias, etc. Las fuentes antropogénicas de partículas más importantes tienen un origen industrial (grandes instalaciones de combustión, cementeras, minería y canteras, industrias agrícolas, incineradoras de residuos urbanos, etc). La composición y tamaño de las partículas es muy variado y depende esencialmente de su origen.

Los efectos debidos a las partículas, en lo que respecta a la salud, están ligados al tamaño de las mismas, al tener diferente penetración en el sistema respiratorio. Se tiene constancia de que la fracción de las partículas más perjudicial es la más fina, al llegar a zonas más profundas del sistema respiratorio.

Además se debe tener en cuenta que las partículas penetran con mayor efectividad en el sistema respiratorio que otros contaminantes, actúan en sinergia con otras sustancias aumentando su toxicidad, aumentan la turbidez atmosférica y reducen la visibilidad.

El smog fotoquímico

Smog fotoquímico en Nueva York en 1988

Smog fotoquímico en Nueva York en 1988

En una ciudad, en un momento determinado, se puede llegar a formar una gran cantidad de hidrocarburos en la atmósfera, en momentos de gran densidad de tráfico. Si existe una gran estabilidad atmosférica y además una inversión térmica (se impide la ascensión de las capas contaminadas), los hidrocarburos se van a concentrar en la atmósfera urbana. Además, los contaminantes emitidos participan en reacciones químicas, muchas de las cuales son asistidas por la luz solar. Los niveles de contaminación pueden llegar a ser tales que provoquen graves problemas de salud para la población expuesta, debido a los daños en las vías respiratorias.



Contaminación por hidrocarburos y oxidantes fotoquímicos

Fuentes de emisiones de hidrocarburos

Fuentes de emisiones de hidrocarburos

Los hidrocarburos y oxidantes fotoquímicos constituyen dos categorías distintas de sustancias contaminantes, pero que están relacionadas. Los hidrocarburos son contaminantes primarios, ya que son introducidos directamente en el aire. Los oxidantes fotoquímicos son contaminantes secundarios, que se originan en la atmósfera a partir de reacciones que implican a contaminantes primarios. Ambos grupos de contaminantes son estudiados conjuntamente, ya que la mayoría de los oxidantes fotoquímicos proceden de reacciones en las que los hidrocarburos están implicados directa o indirectamente. Cualquier estimación de los efectos producidos por los hidrocarburos, debe incluir la contribución de los oxidantes fotoquímicos. De hecho, se piensa que la mayor parte de los efectos de la contaminación por hidrocarburos, están causados por compuestos resultantes de las reacciones atmosféricas de éstos.

Los hidrocarburos más importantes desde el punto de vista de la contaminación atmosférica, son los que se presentan en estado gaseoso a la temperatura ambiente normal, o los que son muy volátiles a tales temperaturas. La mayor parte de estos compuestos presentan unas estructuras relativamente simples, con doce o menos átomos de carbono por molécula.
 
El número de hidrocarburos implicados en la contaminación del aire, es muy grande. Un análisis del aire urbano mediante cromatografía de gases da como resultado la identificación de alrededor unos cincuenta y seis hidrocarburos diferentes.

El término oxidante fotoquímico se usa para describir una sustancia atmosférica producida en un proceso fotoquímico (que requiere luz), que oxida sustancias no inmediatamente oxidables por el oxígeno gaseoso. Estas sustancias son contaminantes secundarios producidos por una interacción de los contaminantes primarios con la luz. Los oxidantes fotoquímicos más estudiados que se encuentran en la atmósfera son el ozono, O3, y una familia de compuestos conocidos en conjunto como nitratos de peroxiacilo.

La mayor parte de los hidrocarburos presentes en la atmósfera son procedentes de fuentes naturales, generalmente por procesos biológicos. Las emisiones antropogénicas de hidrocarburos proceden en su mayor parte de actividades relacionadas con el petróleo. La mayor parte de los efectos nocivos de la contaminación por hidrocarburos se deben, no a los hidrocarburos en sí, sino a los oxidantes fotoquímicos.

Los hidrocarburos aromáticos son mucho más nocivos para el hombre que los alifáticos. Respecto a los oxidantes fotoquímicos, producen irritación en los ojos y en las mucosas. Los hidrocarburos no son muy nocivos para las plantas, pero sí los oxidantes fotoquímicos, especialmente el ozono. También los materiales son afectados por los oxidantes fotoquímicos.

viernes, 29 de agosto de 2014

Contaminación por otros metales tóxicos


Existen 27 metales que se consideran tóxicos en mayor o menor proporción. Se ha considerado la posibilidad de un peligro debido a la contaminación por mercurio, níquel, cadmio, plomo, berilio y antimonio. El níquel es un activo contaminante atmosférico, debido a la toxicidad de su carbonilo volátil, emitido en la utilización de catalizadores de óxido de níquel. El antimonio es muy volátil y muy tóxico, pasando a la atmósfera cuando se desgastan el cobre y el plomo, ya que se encuentra como metal metamórfico junto con ellos.



Contaminación por cadmio


La exposición al cadmio normalmente sólo ha ocurrido a obreros que trabajan en las industrias del plomo y cinc. Pero sin embargo, este compuesto permanece en el cuerpo humano mucho tiempo, provocando una enfermedad, llamada osteomalacia, que produce fragilidad en los huesos. También se le ha relacionado con la incidencia de enfermedades coronarias.



Contaminación por plomo


El plomo se encuentra como contaminante en el aire desde el momento en que se comenzó a añadir tetraetilplomo a la gasolina, por su efecto antidetonante.

Las emisiones  procedentes de las fundiciones y operaciones de recuperación de metales producen fuentes locales importantes de plomo. Pero la mayor parte del plomo en el aire se debe a los vehículos.

Es bien conocida la toxicidad aguda del plomo, por lo que su contaminación resulta preocupante.

Posiblemente, en el futuro irán disminuyendo los niveles de este metal en la atmósfera, debido a la sustitución de la gasolina con compuestos de plomo por gasolina sin plomo.



Contaminación por berilio


Existen dos enfermedades de pulmón asociadas con el berilio, una es la forma aguda de neumonitis química y otra enfermedad crónica y progresiva (beriliosis). Al contrario del mercurio, el berilio se halla próximo a su fuente. Por esta razón, es importante que se controle en las mismas fuentes.



Contaminación por asbesto


La enfermedad asociada con la inhalación de asbesto o amianto es la asbestosis, una enfermedad fibrótica no maligna. Pero también la inhalación prolongada de asbesto está relacionada con el cáncer de pulmón.

Una de las fuentes más importantes de asbesto es la pulverización de este material, como agente retardante del fuego,  sobre las superficies de las vigas de acero utilizadas para construir.

Por todas estas razones, está prohibida la utilización de asbesto en la mayor parte de los países.



Contaminación por mercurio


La mayor parte de los compuestos de mercurio se degradan bajo la acción de la luz solar a mercurio elemental, o se oxidan rápidamente a óxido de mercurio. Pero este contaminante atmosférico puede ser inhalado por el hombre e ingerido junto con los alimentos y el agua, afectando, sobre todo, al sistema nervioso central.

Los compuestos de mercurio entran en la atmósfera originados por volatilizaciones de fusiones metálicas y de la combustión de del carbón y otros combustibles fósiles. Otra fuente es el proceso de fabricación del cloro, en la que se usa una célula de contacto de mercurio metálico.

Es muy preocupante la movilidad del mercurio en el medio ambiente. Se han encontrado concentraciones atmosféricas preocupantes en las proximidades de grandes ciudades.



Contaminación por metales e iones metálicos


En los últimos años ha aumentado su concentración en la atmósfera, por lo que la legislación se ha endurecido, con el fin de evitar su emisión a la atmósfera. Es  particularmente preocupante la presencia de mercurio, berilio y asbesto.



jueves, 28 de agosto de 2014

La destrucción de la capa de ozono

Imagen del agujero de ozono en la Antártida

Imagen del agujero de ozono en la Antártida

El ozono es una forma alotrópica del oxígeno, que está constituida por tres moléculas de oxígeno. Se genera en la estratosfera por la fotodisociación del oxígeno molecular, seguida de la recombinación átomo-molecular de oxígeno. Al ser los procesos de eliminación más lentos que las reacciones de formación, se produce una acumulación neta de ozono.

La velocidad máxima de producción de ozono tiene lugar sobre el ecuador, que es donde la radiación solar es máxima, y a una altitud de 22 km. Esto es debido a la tendencia a una mayor intensidad de la luz solar al aumentar la altitud y a una menor concentración de oxígeno molecular fotodisociable con la altura.

Una vez producido el ozono, éste se desplaza horizontalmente hacia los polos, siguiendo los movimientos de las masas de aire estratosférico, al tiempo que disminuye de altitud. A altitudes medias, una pequeña parte del ozono estratosférico se introduce en la troposfera, donde es destruido parcialmente, aunque manteniéndose un determinado nivel de fondo, por la emisión natural desde la superficie terrestre. Debido a toda esta dinámica se forma una capa de ozono que envuelve a todo el planeta.

Existen compuestos naturales que destruyen el ozono estratosférico, pero su concentración siempre se mantiene dentro de un equilibrio. Los clorofluorocarbonos (CFC) son compuestos inocuos usados principalmente como refrigerantes y propelentes. Al ser estables, alcanzan la capa de ozono estratosférica y allí se descomponen fotoquímicamente. De esta manera, el cloro liberado ataca la capa de ozono. Existen otros gases, como N2O, CO2 y CH4, que también atacan a la capa de ozono, pero lo hacen en menor medida.

La erosión de la capa de ozono provoca un mayor paso de rayos ultravioleta a la Tierra, ya que actúa de filtro. Un aumento de la radiación ultravioleta provoca mayor incidencia del cáncer de piel, puede afectar a organismos acuáticos, sobre todo larvarios, afectar a la vegetación y a los materiales, e incluso provocar alteraciones en clima.

Por todas circunstancias, se va limitando progresivamente, con el impulso de acuerdos internacionales, el consumo y producción de CFCs. Surgen otras alternativas, como la utilización de hidroclorofluorocarbonos (HCFC), más fácilmente degradables que los CFC, aunque su uso no parece estar exento de peligro.


Contaminación por cloro


El cloro es uno de los elementos más utilizados en la industria. Se utiliza principalmente para la obtención de productos orgánicos clorados, incluyendo los plásticos (especialmente el cloruro de polivinilo (PVC), insecticidas (organoclorados) y herbicidas. También se utiliza como agente blanqueante en la industria del papel y como desinfectante en aguas.

Normalmente se halla en la atmósfera como irritante, raramente como tóxico, a no ser en accidentes industriales.

miércoles, 27 de agosto de 2014

Contaminación por flúor


El flúor se encuentra en escasas ocasiones en los gases de deshechos industriales, debido a los procesos de fluoración, pero los compuestos de fluoruro son constituyentes de las emisiones industriales, aunque en bajas concentraciones. El flúor se presenta la mayor parte de las veces como HF y más raramente como SiF4, que en aire húmedo se convierte rápidamente en HF.

Las fuentes más importantes de la contaminación por flúor son:

1.- Plantas de producción de fertilizantes fosfatados.

2.- Plantas de producción de aluminio.

3.- Fabricación de ladrillos y cerámicas.

El efecto tóxico crónico de la exposición al flúor provoca debilidad en los huesos y la aparición de manchas en los dientes, debidos principalmente al metabolismo del calcio.


Contaminación por halógenos


Las sales de los haluros alcalinos, como fluoruros, cloruros, bromuros y yoduros de sodio y potasio, pasan al aire ambiental procedentes en general de procesos que suponen calentar minerales, como caliza o menas que contienen minerales, como en el refinado del hierro. Los fluoruros son los de mayor interés desde el punto de vista de la contaminación del aire.

El destino de los halógenos en el medio ambiente consiste, generalmente, en pasar a sedimentos del terreno a través de su precipitación, seguida de arrastre de las sales menos solubles (yoduro y fluoruro cálcico), por las aguas ácidas del terreno.

La contaminación por amoniaco


El amoniaco se encuentra libre en el aire, en cantidades traza, o en forma de sales, dependiendo sus niveles en una determinada zona de la proximidad con que se encuentren los procesos de descomposición artificial o natural, especialmente de sustancias orgánicas y del tiempo que haya pasado desde la última precipitación.

Es un producto final de la descomposición (putrefacción) de las sustancias orgánicas que contienen nitrógeno. En mayor concentración, se forma al descomponerse la urea y el ácido úrico, y de esta  manera se encuentra junto con el H2S en los estercoleros de las granjas.

El amoniaco es ampliamente utilizado en la industria química y puede encontrarse en las plantas de producción de amoniaco, en las de síntesis de ácido nítrico, fertilizantes, ácido cianhídrico, urea, plásticos, y en la industria farmacéutica. El amoniaco también es utilizado en las plantas de refrigeración.



La contaminación por óxidos de nitrógeno

Fuentes de óxido de nitrógeno
Fuentes de óxido de nitrógeno

Se conocen muchos óxidos de nitrógeno distintos, pero generalmente sólo se detectan tres en la atmósfera: el óxido nitroso (N2O), el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2).

Tanto las fuentes naturales como las antropogénicas contribuyen a los niveles atmosféricos de óxidos de nitrógeno. Casi todo el óxido nitroso atmosférico N2O proviene de fuentes naturales debido a la actividad bacteriana en el suelo. El óxido nítrico NO proviene de fuentes naturales en un 80% debido a la actividad bacteriana del suelo y el restante 20 % de fuentes antropogénicas tiene su origen principalmente en la combustión. Casi todo el dióxido de nitrógeno atmosférico NO2 es de origen antropogénico, debido a la combustión.

Casi todos los NO y NO2 antropogénicos se producen por la oxidación del nitrógeno atmosférico durante la combustión a temperaturas elevadas. La mayor parte de los NOx emitidos son en forma de NO en lugar de NO2. Una vez en la atmósfera, el NO y el NO2 entran en un proceso natural de reacciones fotoquímicas que desembocan en el aumento de las concentraciones de NO2 y en una disminución de las de NO.

En lo que respecta a los efectos del NOx sobre el hombre, el NO2 es cuatro veces más tóxico que el NO, considerado este último irritante y no un peligro para la salud. En cambio el NO2 produce lesiones en el aparato respiratorio. La presencia de NOx en la atmósfera provoca lesiones y daños en las plantas. También los NOx causan destrucción y distintos daños en los materiales.

martes, 26 de agosto de 2014

La lluvia ácida

Efectos de la lluvia ácida en un bosque de la República Checa

Efectos de la lluvia ácida en un bosque de la República Checa

El SO2 existente en la atmósfera por combustión de compuestos que contienen azufre, se puede convertir en SO3 por oxidación y seguidamente en H2SO4 por hidratación. El ácido sulfúrico es mucho más fuerte que el sulfuroso.

Por otra parte, el NO2 presente en la atmósfera se transforma en HNO3.

De esta manera, los óxidos de nitrógeno y azufre pueden viajar por la troposfera a largas distancias y depositarse en forma de lluvia ácida lejos de su lugar de origen. La lluvia ácida altera la química del suelo y destruye la vegetación. Grandes masas forestales del norte de Europa están afectadas. También afecta a los materiales, sobre todo a la piedra. Ello es la causa de la destrucción de numerosos monumentos



Contaminación por óxidos de azufre


Fuentes de óxido de azufre

Fuentes de óxido de azufre

Las emisiones de SO2 proceden casi exclusivamente de fuentes antropogénicas, principalmente de la combustión del carbón, aunque también contribuyen la combustión del fuel-oil y la fundición de minerales sulfurados. No se conocen fuentes naturales importantes, aunque probablemente sea producido en la actividad volcánica.

La fuente de H2S atmosférico es la descomposición de la materia orgánica, siendo productivos especialmente los pantanos, turbas y lodazales de marea; otras fuentes son los océanos y fuentes biológicas terrestres, siendo una pequeña proporción resultado de las operaciones industriales. La oxidación completa del H2S da lugar a  la producción de SO2.

La combustión de cualquier sustancia que contenga azufre producirá SO2 y SO3, formándose siempre el dióxido en cantidades superiores. La cantidad de SO3 depende principalmente de la temperatura y oscila entre el 1 y el 10 % de los óxidos de azufre totales, conocidos como SOx.

En la atmósfera, una gran parte del SO2 se oxida para formar SO3, que reacciona con el vapor de agua para formar H2SO4. La oxidación del SO2 es rápida debido a un proceso catalítico y fotoquímico.

El SO2 es irritante para el sistema respiratorio y los ojos, pudiendo provocar daños en el sistema respiratorio, sobre todo en personas asmáticas, ancianos y otras personas con problemas crónicos.

Las plantas se ven dañadas por los SOx, provocando dificultades en el mecanismo sintetizador de la clorofila. Las lesiones crónicas están caracterizadas por un amarilleo gradual de las hojas.

También los materiales se ven afectados por los SOx. El secado y endurecimiento de pinturas cambia en presencia de estos compuestos, se aumenta la corrosión de los metales, atacan a una amplia variedad de materiales, como mármol y caliza, afectan a monumentos, etc.

viernes, 22 de agosto de 2014

El calentamiento global


La temperatura media de la Tierra ha ido claramente en aumento desde 1900. La primera etapa pudo tener causas naturales, probablemente por la actividad solar. Una explicación para la segunda etapa es el aumento de las emisiones de aerosoles de origen industrial que aumentaron el albedo de la atmósfera. Las medidas de control, en especial de la lluvia ácida, eliminaron en su mayor parte este problema. La tercera etapa se produce a partir de 1970.

Existe una correlación entre la concentración de CO2 en la atmósfera y la temperatura de la Tierra en las últimas cuatro glaciaciones, constatada a partir de datos obtenidos de testigos de hielo en la Antártida.

En los últimos 100 años el incremento de CO2 ha sido de un 36 %, debido principalmente a la quema de combustibles fósiles, aunque no es el único gas implicado en el efecto invernadero. Otros gases serían el metano, el óxido de nitrógeno y los halocarbonos.

Concentración de dióxido de carbono y flujo atmosférico en función del tiempo
Concentración de dióxido de carbono y flujo atmosférico en función del tiempo

Causas naturales de la variación del clima


Las principales causas naturales de la variación del clima a lo largo de la historia terrestre son:

Excentricidad de la órbita: la órbita terrestre es una elipse, pudiendo oscilar ligeramente cada 100.000 años por la atracción gravitatoria de otros planetas.

Oblicuidad del eje de rotación terrestre: las estaciones se deben al ángulo del eje de rotación de la Tierra respecto del plano que forma con el Sol (eclíptica). Se producen ligeras variaciones cada 40.000 años.

Precesión del eje de rotación terrestre: el eje de la Tierra está girando alrededor de un eje perpendicular a la eclíptica de manera parecida a un trompo, con un período de 25.000 años.

La relación entre los ciclos orbitales y el clima se conoce como teoría de Milankovich, que explica el origen de las glaciaciones, aunque no implica que fueran estas la única causa de este cambio climático.

Otras causas son:

Deriva de los continentes: por una lado, la distribución continental modifica las corrientes oceánicas, que constituyen un modo eficaz de transportar calor desde la zona intertropical a las zonas polares, y por otro lado, el albedo o reflexión del océano depende de la inclinación de los rayos solares.

Cambios en la composición de la atmósfera: por actividad volcánica o impacto de cuerpos celestes.

Cambios en la actividad solar: la actividad solar está directamente relacionada con el número de manchas solares. Explicaría el denominado Mínimo de Maunder, el período más frío de la llamada pequeña edad de hielo, entre 1643 y 1715, en el que prácticamente no hubo manchas solares.

Por otra parte, está la llamada paradoja del sol débil, que indica que hace 3000 millones de años existía una temperatura similar a la actual a pesar de que el Sol emitía un 70-80 % de la energía actual, por la presencia de una atmósfera con un intenso efecto invernadero.

El efecto invernadero


El efecto invernadero se basa en el hecho de que concentraciones crecientes de dióxido de carbono, principalmente y junto con otros gases (N2O, CH4 y clorofluorocarbonos (CFC), resultantes de las actividades humanas, pueden causar cambios climáticos al verse afectada la temperatura superficial de la Tierra.

El efecto invernadero procede de la interacción entre la cantidad creciente de CO2 y la radiación que escapa de la Tierra. La mayor parte de la radiación solar incidente, compuesta por muchas longitudes de onda, no llega a la superficie de la Tierra. El ozono atmosférico filtra la mayor parte de la radiación ultravioleta, mientras que el vapor de agua y el CO2 atmosférico absorben buena parte de la radiación infrarroja, que se puede detectar en la piel en forma de calor. Como resultado, casi toda la luz que llega a la superficie se halla en la gama del visible.

Aumento de la temperatura global (año/temperatura media)
Aumento de la temperatura global (año/temperatura media)

Aproximadamente la tercera parte de la luz que llega a la superficie terrestre, vuelve a reflejarse hacia el espacio. La mayor parte de los dos tercios restantes es absorbido por materias inanimadas, tales como rocas, cemento, etc. Esta luz absorbida vuelve a emitirse en forma de radiación infrarroja, cuando la tierra se enfría. La luz de estas longitudes de onda más largas es absorbida por el CO2 atmosférico, liberándose calor, que hace subir la temperatura de la atmósfera. El CO2 se comporta, en realidad, como un filtro de un solo sentido, permitiendo que pase la luz visible en una dirección, pero impidiendo que la luz de una longitud de onda mayor se desplace en sentido opuesto. 


Contaminación por dióxido de carbono


El dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, que se encuentra en la atmósfera en un 0,033 %. No es venenoso; sus efectos son nocivos cuando está concentrado debido a la falta de oxígeno (asfixia).

El CO2 es producido por los animales y las plantas, produciéndose un nivel atmosférico constante de CO2. Pero el hombre ha modificado el ciclo del carbono al talar los árboles, lo que disminuye las plantas disponibles al quemar carburantes fósiles y al convertir la caliza en cemento. La primera de estas actividades disminuye la capacidad de la atmósfera para eliminar el CO2 atmosférico, mientras que las otras dos aumentan su capacidad en la atmósfera. El efecto neto es un incremento del nivel atmosférico de CO2.

Un aumento desmesurado del CO2 puede contribuir a aumentar la temperatura global del planeta. Es lo que se conoce como efecto invernadero, que además del CO2, están implicados otros gases, aunque éste contribuye en mayor medida que los demás.



Contaminación por monóxido de carbono


Las fuentes de CO pueden ser naturales o antropogénicas. Las antropogénicas son debidas a la presencia de este gas en los escapes de los automóviles debido a una combustión pobre. Las fuentes naturales aportan mucho más CO que las antropogénicas, en una proporción aproximada de diez a uno.

El metano origina más del 77 % del CO atmosférico. Procede de la descomposición de sustancias orgánicas sumergidas en los pantanos, arrozales y regiones tropicales del mundo. A partir del metano atmosférico, por oxidación, se produce el CO. Los océanos son la segunda fuente de CO atmosférico. Posiblemente este CO provenga de las algas y otras fuentes biológicas. Este CO se libera después a la atmósfera.

Las fuentes antropogénicas son un 9,4 % del total. Es un porcentaje pequeño, pero hay que tener en cuenta que las fuentes naturales de CO están distribuidas por todo el mundo, mientras que las antropogénicas se concentran en zonas muy pequeñas, que pueden sobrepasar la capacidad de eliminación natural.

La formación de CO antropogénico es debido a:

a) Combustión incompleta del carbono.

b) Reacción a temperatura elevada entre el CO2 y materiales que contienen carbono.

c) Disociación del CO2 a temperaturas elevadas.

El automóvil es la fuente más importante de CO. Las zonas urbanas muy pobladas presentan las mayores concentraciones ambientales en zonas de gran tráfico de vehículos.

El mecanismo natural de eliminación del CO es a través de los suelos, habiéndose identificado especies microbianas como agentes activos.

El CO es una amenaza para la salud humana, ya que reacciona con la hemoglobina de la sangre, disminuyendo la capacidad de la sangre para transportar oxígeno.


Fuentes de monóxido de carbono atmosférico


Contaminantes atmosféricos y principales fuentes antropogénicas


Cualquier sustancia extraña a la composición atmosférica, significa de por sí una contaminación. Esta contaminación puede producirse por dos tipos de elementos:

1.- Gases: siguen muy aproximadamente las leyes generales de los gases perfectos y, en general, se encuentran en muy pequeñas proporciones por unidad de volumen.

El gas más característico y utilizado como indicador general del estado de la contaminación es el SO2. Otros contaminantes que se encuentran en atmósferas urbanas son CO2, NO2, O3, hidrocarburos y otros más específicos como mercaptanos, plomo, etc.

2.- Partículas: son contaminantes no gaseosos que pueden tomar la forma de corpúsculos líquidos, como pueden ser los hidrocarburos no quemados, o partículas sólidas. Se dividen en los tipos siguientes:

a) Partículas submicrométricas: su diámetro está entre 0 y 10 micras. Pueden permanecer en suspensión o flotando durante largos períodos de tiempo.

b) Partículas micrométricas: su diámetro medio es superior a 10 micras. Por estar más sujetas a la fuerza de la gravedad pueden caer y depositarse.

c) Aerosoles: son un producto de interacción física de contaminantes sólidos y líquidos, presentándose bajo la forma de suspensiones coloidales, con un diámetro medio entre 0,1 y 50 micras. Producen dos problemas importantes: dispersión y absorción de la luz solar y una segunda dispersión de la luz y calor irradiado por la superficie caliente de la tierra.

Las causas más importantes de contaminación atmosférica son:

1) Vehículos automóviles
2) Generadores de calor (calefacciones)
3) Industrias


Tipo
Contaminantes primarios
Contaminantes secundarios
Compuestos del azufre
SO2, H2S
SO3, H2SO4
Compuestos del nitrógeno
NO, NH3
NO2
Compuestos del carbono
Compuestos C 1-C 3
Aldehídos, cetonas, ácidos
Óxidos de carbono
CO, CO2
Ninguno
Compuestos de los halógenos
HF, HCl
Ninguno

Clasificación de los contaminantes atmosféricos gaseosos


Gas
Fuentes artificiales
Fuentes naturales
Vida estimada
SO2
Combustión de carbón y de petróleo
Volcanes
3 días
H2S
Procesos químicos
Biológicas
1 día
CO2
Combustión
Oxidación de CH, y de océanos
0,1 año
NO-NO2
Combustión
Acción bacteriana en el suelo
5 días
NH3
Tratamiento de desechos
Descomposición biológica
2 semanas
N2O
Ninguna
Acción biológica en el suelo
4 años
CH4
Combustión, procesos químicos
Pantanos y arrozales
1,5 años

Principales contaminantes atmosféricos gaseosos


Contaminante
Síntomas
Tiempo de exposición
Ozono
Manchas blancas, paro en el crecimiento, decoloración. En las coníferas las puntas marrones y necrosificadas
4 horas
SO2
Manchas decoloradas entre las venas, clorosis, parada y reducción del crecimiento
8 horas
Nitrato de peroxiacetilo
Superficie interior de las hojas blanca o parda.
6 horas
Cl2
Zonas decoloradas en las puntas entre las venas y el corte de hojas
2 horas
Etileno
Hojas blanquecinas
6 horas

Lesiones causadas por la contaminación del aire en la vegetación


Enfermedad
Índice de contaminación atmosférica
Relación
Bronquitis
Concentración de azufre; concentración total de partículas
Relación entre la mortalidad por bronquitis e índices de contaminación atmosférica
Cáncer de pulmón
Zonas urbanas frente a zonas rurales
Con correcciones de la edad y el tabaco, el cáncer ocurre 1,5 veces más en zonas urbanas que en rurales
Otros tipos de cáncer
Partículas en suspensión; densidad de humos
El cáncer de estómago está relacionado de manera significativa con un índice de partículas depositadas
Enfermedad cardiovascular
Zonas urbanas frente a zonas rurales
Una reducción sustancial de la contaminación reduciría la mortalidad y la morbilidad debidas a las enfermedades cardíacas, del 10 al 15 %.
Enfermedad respiratoria en general
Sulfatos; partículas
Gran relación entre el enfisema, la bronquitis y la contaminación atmosférica. Relaciones con la neumonía y la gripe
Mortalidad total
Sulfatos; partículas
Una reducción del 10 % de las concentraciones de partículas y sulfatos haría bajar la mortalidad total de un  0,5 % y 0,4 % respectivamente

Relación entre mortalidad y morbilidad y los índices de contaminación atmosférica


Formas de expresar las concentraciones de los contaminantes atmosféricos

Son las siguientes:

- Partes por millón: ppm (volumen/volumen).
- Partes por billón: ppm (volumen/volumen).
- Miligramo/metro cúbico: mg/m³
- Miligramo/metro cúbico normal: mg/Nm³

Respecto a esta última, el metro cúbico normal (N) es el metro cúbico normal (m3) seco, es decir con las siguientes condiciones normales:

- Temperatura: 0ºC = 273 ºK
- Presión = 1.013 mb = 101,3 kPa = 1 atm

¿Por qué el metro cúbico normal? Porque si la temperatura de emisión es mayor que la atmosférica, un mol de gas emitido ya no ocupa 22,4 litros, por lo que a temperatura y presiones no normales, o sea no estándar, hay que hacer varias correcciones.

En condiciones normales (0º C y 1 atm) 1 mol de gas ideal ocupa 22,4 l.

Pero si esas condiciones son no normales o no estándar, el volumen ocupado será:

1 mol = 22,4 x T / 273 K x 101 kPa / P

Donde T es la temperatura del gas en grados Kelvin y y P es la presión en kPa. Si esta es en atmósferas, entonces hay que sustituir 101 kPa por 1 atm.

Por ejemplo, si la temperatura del gas es 28 º C, entonces:

1 mol = 22,4 x 301/273 = 24,69 l

Si la temperatura del gas fuera 800 ºC:

1 mol = 22,4 x 1073/273 = 88,04 l

Tal y como se puede comprobar, el volumen varía enormemente en condiciones alejadas de las normales o estándar.


Ejemplo 1. El monitor de una estación de control de la contaminación atmosférica da una concentración diaria promedio para el SO2 de 460 μg/m³ a 25 ºC y 1 atm.

Expresar esta concentración en las siguientes unidades:

a) ppm
b) ppb


Solución:

a) Concentración en ppm

El volumen que ocupa la masa de contaminación se obtiene a través de la ecuación de estado de los gases ideales:

Aplicación de la ecuación de estado de los gases ideales


Teniendo en cuenta que ppm en volumen es cm³ contaminante / m³ aire:

Concentración de SO2

b) Concentración en ppb

Como ppb en volumen es mm³ contaminante / m³ aire:


Teniendo en cuenta que ppb en volumen es mm³ contaminante / m³ aire:

Concentración de SO2 en ppm



Ejemplo 2. Para una concentración de NO de 0,033 ppm, expresar la misma en mg/m³, teniendo en cuenta que se halla a una temperatura de 25 ºC y 750 mm de presión.


Solución:

Como se conoce la concentración de NO en ppm, y en aire 1 ppm = 1 cm³ de contaminante/m³ de aire, se puede calcular directamente el porcentaje en volumen de este contaminante. Posteriormente se calcula la concentración en mg/m³ aire utilizando la ecuación de estado de los gases ideales:

Porcentaje en volumen

Convertimos los 750 mm a atm:

750 mm x 1 atm / 760 mm = 0,98 atm

A 750 mm y 298 K, tenemos:

Concentración de NO