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CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
CONTENIDOS:
1. Fuentes contaminantes
2. Expresión de las medidas de contaminación
3. Conceptos de emisión e inmisión
4. Contaminantes atmosféricos primarios:
4.1. Monóxido de carbono
4.2. Óxidos del nitrógeno
4.3. Óxidos del azufre
4.4. Hidrocarburos
4.5. Partículas
4.6. Compuestos halogenados
4.7. Compuestos orgánicos (COVs, HAPs, COPs)
5. Contaminantes secundarios
6. Aspectos macroecológicos (o transfronterizos):
6.1. Lluvia ácida
6.2. Destrucción de la capa de ozono
6.3. Efecto invernadero
1
1. Fuentes Contaminantes
Existen muchas definiciones de contaminación atmosférica. Una de ellas podría ser la siguiente:
“Contaminación atmosférica es la impurificación de la atmósfera por inyección y permanencia
temporal en ella de materias gaseosas, líquidas o sólidas o radiaciones ajenas a su
composición natural o en proporción superior a aquella”
Las alteraciones de la composición del aire pueden ser debidas a fuentes:
•
Naturales: erupciones, fuegos, vientos, …
•
Artificiales o antropogénicas: transporte, combustión, procesos industriales. Las principales
características de estas emisiones son las siguientes:
1.
2.
3.
4.
Es una contaminación localizada.
La contaminación se produce en lugares donde la existencia de sumideros es menor.
La difusión de los contaminantes depende de la climatología.
La transformación de algunos contaminantes antropogénicos crea compuestos
ausentes en la composición de un aire natural.
Fuentes de Contaminación Natural
Compuestos orgánicos
Alrededor del 85% de los hidrocarburos totales en la atmósfera son de origen natural. El principal
responsable es el metano (CH4) producido por la descomposición anaerobia de la materia orgánica.
Este se transforma en la troposfera en monóxido de carbono (CO) por oxidación fotoquímica. Otras
especies producidas en la fermentación de la materia orgánica son mercaptanos, organosulfurados,
amoniaco (NH3), sulfuro de hidrógeno (H2S) y sulfuro de carbono (CS2).
La vegetación es también una importante fuente de emisión de hidrocarburos a la atmósfera: etileno,
terpenos (α-pireno, isopreno, limoneno que reaccionan con radicales libres, OH⋅ , formando los
aerosoles de las neblinas azuladas naturales de zonas con grandes masas de vegetación), ésteres
orgánicos (fragancias vegetales).
El océano es fuente de emisión (presencia de algas) de cloruros, fluoruros y yoduros de metilo.
Sólo algunos componentes organoclorados, tales como el dicloroetileno (CH2Cl2), cloroformo (CH3Cl),
y los hidrocarburos aromáticos y olefínicos (salvo el etileno), que son considerados como agentes
contaminantes, no tienen origen natural alguno.
Compuestos inorgánicos
Las principales causas de presencia de especies inorgánicas en la atmósfera natural son:
•
Erupciones volcánicas: compuestos de azufre, SO2, H2S, COS, HCl, HF, aerosoles de
carácter inorgánico.
•
•
•
Procesos de combustión: incendios forestales, CO2, CO, NOx, COS y partículas.
Océanos: CO, N2O, COS, CS2
Descargas eléctricas: NO, NO2
Partículas
Producidas por fenómenos naturales, erupciones volcánicas e incendios forestales. También se
producen por procesos de erosión de suelos y rocas (Al, Fe, Ca, Si, K). Aerosoles marinos formados
por cloruro de sodio y sulfatos. Partículas de carácter biológico debido al polen de las plantas,
bacterias y virus presentes en una atmósfera natural.
2
Fuentes de contaminación antropogénica
Se pueden clasificar en dos grandes grupos:
•
•
Fuentes móviles: que incluyen los diversos tipos de vehículos utilizados en el transporte
Fuentes fijas: focos de combustión estacionaria (industriales, domésticos y vertederos)
El Sistema Español de Inventario y Proyecciones de Emisiones de Contaminantes a la Atmósfera se
desarrolla con el fin de evaluar y actualizar anualmente las emisiones antropogénicas por fuentes y la
absorción de sumideros, así como sus proyecciones, de los gases de efecto invernadero regulados
por el Protocolo de Kyoto del Convenio Marco sobre Cambio Climático, así como otros contaminantes
regulados por el Convenio de Ginebra de Contaminación Atmosférica Transfronteriza a Larga
Distancia y la Directiva de Techos Nacionales de Emisión, de acuerdo con los criterios y normas
internacionales y comunitarias vigentes. En este marco, la Unión Europea ha venido adoptando a lo
largo del tiempo un conjunto de disposiciones jurídicas que requieren, a los Estados Miembros, la
elaboración de sistemas de información sobre inventarios de emisiones y la elaboración de
proyecciones de la evolución futura de contaminantes a la atmósfera y de gases de efecto
invernadero bajo distintos escenarios.
En la Tabla 1, se da el porcentaje de contaminantes correspondiente al Informe Corine (1993,
España), que nos puede dar una idea de la importancia y procedencia de los contaminantes
primarios.
Tabla 1. Porcentaje de contaminantes correspondiente al Informe Corine (1993, España),
2. Expresión de las Medidas de Contaminación
La concentración de los diversos agentes contaminantes en la atmósfera se expresa habitualmente
en dos tipos de unidades:
3
•
Unidades volumen/volumen (gases):
3
3
3
3
cm /m (ppm) ó mm /m (ppb)
•
Unidades masa/volumen (partículas):
3
mg/m o µg/m
3
Para convertir unas unidades en otras, es necesario recurrir a la ecuación de estado de los gases
ideales por lo que habrá que tener en cuenta, además del peso molecular del contaminante
considerado, la P y T a las que se ha efectuado las medidas.
Es frecuente encontrar, cuando se hace referencia a medidas de volúmenes gaseosos, una unidad de
3
volumen precedida por la letra N (por ejemplo 65 mg CO/Nm aire). Esa letra indica que el volumen
señalado se mide en condiciones normales de presión y temperatura, es decir, presión 1 atmósfera y
temperatura 273 K.
Ejemplo: el contenido en monóxido de carbono, CO, de cierta atmósfera es de 20 ppm, medidos en
3
condiciones normales. Calcular su equivalente en mg CO/Nm .
Aplicando la ley de gases perfectos:
n=
P ⋅V = n ⋅ R ⋅ T
masa en g
peso molecular
PMCO = 28,01 g/mol
R = 0,082
atm ⋅ L
K ⋅ mol
P = 1 atm
T = 273 K
n=
mCO
PM CO
3
Como 20 ppm son 20 cm ( 20 ⋅10 −3 L) de CO en 1000 L de aire:
1× 20 ⋅10−3 =
mCO
× 0,082 × 273
28,01
mCO = 2,5025⋅10−2 g
mCO = 2,5025⋅10−2 g ×
103 mg
= 25,025 mg CO
1g
3
Por lo tanto 20 ppm de CO son 25,025 mg CO/Nm aire.
Ejercicio: El contenido en dióxido de azufre, SO2, de cierta atmósfera es de 20 ppm, medido en
3
condiciones normales. Calcular su equivalente en mg SO2/Nm ( PM SO
2
Solución: 57,24 mg SO2/Nm
= 64,07 ).
3
3. Conceptos de Emisión e Inmisión
Emisión: Es la concentración de contaminantes que vierte un foco contaminante, se mide a la salida
del foco emisor.
4
Inmisión: Es la concentración de contaminantes presente en el seno de una atmósfera determinada
y, por tanto, es a estos valores a los que están expuestos los seres vivos y los materiales cuya
actividad se desarrolla en esa atmósfera concreta.
En la Figura 1 se representa un esquema de emisión y evolución de los contaminantes en la
atmósfera.
Figura 1. Esquema de emisión y evolución de los contaminantes en la atmósfera.
4. Contaminantes Atmosféricos
Una vez emitidos los contaminantes a la atmósfera pueden sufrir transformaciones químicas que
alterne su naturaleza. Por ello, cuando se clasifican los contaminantes atmosféricos se distinguen dos
tipos, primarios y secundarios.
Los contaminantes primarios son agentes contaminantes que se emiten a la atmósfera de forma
directa, mientras que los secundarios engloban aquellas especies que no se emiten como tales a la
atmósfera, sino que se forman en ella por interacciones entre contaminantes primarios, componentes
naturales de la atmósfera y radiaciones incidentes en la misma.
Contaminantes primarios
Monóxido de carbono (CO)
Óxidos de nitrógeno (NOx, especialmente NO y NO2)
Óxidos de azufre (SOx, especialmente SO2).
Hidrocarburos (HC) o compuestos orgánicos volátiles (COV); distinguimos entre metano(CH4) y
COV no metánicos.
• Partículas.
• Otros:
•
•
•
•
−
−
−
−
−
−
Amoniaco (NH3)
Sulfuro de hidrógeno (H2S)
Halógenos (X2)
Dióxido de carbono (CO2)
Monóxido de dinitrógeno (N2O)
Metales, ...
5
Cuantitativamente los 5 primeros grupos constituyen más del 90% del problema
Contaminantes Secundarios
•
•
•
•
•
Ozono (O3)
Oxidantes fotoquímicos
Sulfatos
Nitratos
Otros
4.1. Monóxido de carbono
Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Su densidad es el 96,5% de la del aire y es muy poco soluble
en agua. En términos de masa es el contaminante más abundante y ampliamente distribuido.
Fuentes
Más del 90% del CO que encontramos en la atmósfera proviene de fuentes naturales. La mayor
fuente natural de CO es la oxidación de metano en la troposfera originado en los procesos de
degradación anaerobia de la materia orgánica.
Respecto al CO de origen antropogénico, el mayor productor es el transporte, debido a la combustión
incompleta de los carburantes. Otras fuentes antropogénicas emisoras de CO son las refinerías de
petróleo y el tratamiento y distribución de combustibles fósiles.
Formación
1. Combustión incompleta de compuestos que contengan carbono:
Es la principal causa de emisión de CO. La combustión de C transcurre en dos etapas:
Etapa 1:
Etapa 2:
↔ 2 CO
2 CO + O2 ↔ 2 CO2
2 C + O2
La velocidad de la primera etapa es del orden de 10 veces superior a la segunda, lo que implica
que si la proporción de oxígeno es pequeña, o incluso, aun siendo ésta suficiente, si no hay
mezcla eficaz entre el combustible y el oxígeno, tiene lugar emisión de CO elevada.
2. Reacción entre el CO2 formado en la combustión y el C del combustible no quemado a altas
temperaturas:
CO2 + C → 2 CO
Esta reacción es frecuente en muchos procesos industriales, como en los altos hornos. En la
industria del hierro, la formación de CO es necesaria para reducir sus óxidos, aunque parte del
CO puede escapar a la atmósfera.
3. Disociación del CO2 a elevadas temperaturas:
CO2
↔
CO + ½ O2
Esta reacción es reversible endotérmica (la constante de equilibrio aumenta con la temperatura).
Para evitar la emisión de grandes cantidades de CO se requiere una buena aireación en los
procesos de combustión y un control adecuado de la temperatura.
Evolución en la atmósfera
Las vías de evolución del CO una vez incorporado a la atmósfera son:
a) Oxidación a dióxido de carbono:
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Aunque en la atmósfera existe una elevada concentración de oxígeno , el CO no reacciona con este
elemento para dar CO2 de forma significativa. La vía principal de transformación es la oxidación hasta
CO2 por reacción con radicales hidroxilo:
OH⋅ + CO → CO2 + H⋅
Los radicales hidroxilo proceden de la descomposición fotoquímica del ozono y posterior reacción del
oxígeno atómico liberado (átomos de oxígeno excitados) con vapor de agua:
O3 + hν (λ < 315 nm) → O⋅ + O2
O⋅ + H2O → 2 OH⋅
b) Eliminación biológica:
2
Absorción de CO por plantas (7 mg/h por m de suelo) y ciertos hongos existentes en los suelos (72
100 mg/h por m de suelo).
Efectos
Es tóxico y muy estable (vida media en la atmósfera 2-4 meses). No afecta a los materiales, aunque
sí a las plantas si su concentración supera las 100 ppm. Los efectos en los seres humanos se reflejan
en la Tabla 2.
Tabla 2. Relación entre la concentración de CO en el ambiente y los efectos en el ser humano
El efecto más importante del CO es el originado sobre aquellos animales en los que la hemoglobina
actúa como agente transportador de oxígeno, ya que el CO tiene una afinidad por la hemoglobina 200
veces superior al oxígeno. Esto supone que, incluso a concentraciones de CO relativamente bajas, se
forma el complejo carboxihemoglobina (HbCO) en lugar de oxihemoglobina (HbO2) en cantidades
importantes, de manera que hay una aportación deficiente de oxígeno al organismo. Se ha
comprobado que la concentración de carboxihemoglobina está directamente relacionada con la
concentración de CO a la que se expone el organismo, pudiendo provocar la muerte cuando la
concentración de CO en el aire supera las 750 ppm.
Valores límite y calidad del aire
Valor Límite: Es la concentración de un contaminante, fijada en base a conocimientos científicos, con
el fin de evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos para la salud humana, para el medio ambiente
en su conjunto y demás bienes de cualquier naturaleza, y que puede alcanzarse durante un periodo
determinado y no superarse una vez alcanzado.
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• Real Decreto 102/2011, 28 de enero, sobre la calidad del aire (valores límite en inmisión).
Transpone la Directiva 2008/50/CE:
http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2011-1645
• Informe de Calidad del Aire en el Estado Español 2011 (Ecologistas en Acción):
http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/informe_calidad_aire_2011.pdf
• Perfil Ambiental de España de 2011 (informe basado en indicadores):
http://blog.troposfera.org/2012/09/perfil-ambiental-de-espana-2011-informe.html
• Variación de los Valores Límites (inmisión) desde el año 2000 hasta 2010:
http://pagina.jccm.es/medioambiente/rvca/legisla04b.htm#NOX
4.2. Óxidos de nitrógeno, NOx
El término NOx, describe conjuntamente a dos compuestos, el monóxido de nitrógeno (NO) y el
dióxido de nitrógeno (NO2), que son los dos óxidos más usuales en contaminación urbana. El NO se
emite en cantidades superiores al NO2. En la atmósfera se encuentra también el monóxido de
dinitrógeno (N2O). Los demás óxidos de nitrógeno son inestables y se disocian, conduciendo a la
formación de algunos de estos tres. Así pues, los óxidos de nitrógeno a considerar son:
a) Monóxido de nitrógeno. El NO es un gas incoloro y tóxico que interviene en procesos
fotoquímicos troposféricos precursores del NO2.
b) Dióxido de nitrógeno. El NO2 es un gas pardo-rojizo, tóxico, que al igual que el NO interviene
en procesos fotoquímicos en la troposfera.
c) Monóxido de dinitrógeno. El N2O es un gas incoloro, no tóxico, y que no interviene en
procesos fotoquímicos troposféricos. Es un gas que contribuye al efecto invernadero (absorbe
200 veces más radiación infrarroja que el CO2) y, además, afecta a la destrucción de la capa
de ozono.
Fuentes
El origen de estos tres gases es diferente. El monóxido de dinitrógeno (N2O) procede principalmente
de fuentes naturales y actividades agrícolas, siendo la principal fuente el suelo donde los
microorganismos degradan el nitrógeno proteico a N2 y N2O en procesos de desnitrificación.
Por el contrario tanto el NO como el NO2 proceden fundamentalmente de fuentes antropogénicas,
siendo el transporte y las reacciones de combustión a elevadas temperaturas los mayores emisores
de estos contaminantes.
El NO2 es un gas de color marrón-rojizo. Cuando el nivel en los gases de chimenea supera los 20
ppm de NO2, el penacho de humos adquiere una tonalidad amarillenta.
Formación
La principal actividad humana responsable de la aparición de NOx en la atmósfera son los procesos
de combustión, que pueden tener lugar en fuentes fijas (centrales térmicas, procesos industriales) o
móviles (transporte). Aparecen por la oxidación del N2 atmosférico con el oxígeno:
N2 + O2 ↔ 2 NO
2NO + O2 ↔ 2 NO2
La primera reacción es endotérmica y sólo tiene lugar en extensión apreciable a temperaturas muy
elevadas (1300-2500 ºC) como las que se generan en procesos de combustión. La segunda no tiene
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lugar en extensión importante en las condiciones de combustión ordinarias, debido a la inestabilidad
del NO2 a temperaturas elevadas. Se produce, en realidad, un ciclo fotolítico, Figura 2.
Figura 2. Ciclo fotolítico de los óxidos del nitrógeno en la atmósfera.
Podríamos pensar que sería interesante emplear temperaturas de combustión bajas para evitar la
formación de NOx y utilizar mezclas ricas en combustible. Sin embargo, esta propuesta conduciría a
elevalores de CO e hidrocarburos sin quemar por ineficiencia de la combustión (Figura 3). Por esto,
las investigaciones se orientan en operar en condiciones de mínima formación de CO y eliminar o
minimizar la formación de óxidos de nitrógeno recurriendo a controles de temperatura de combustión.
Figura 3. Efectos de la relación aire/combustible sobre las emisiones de hidrocarburos, monóxido de
carbono y monóxido de nitrógeno en los gases de combustión
Efectos
La toxicidad de los NOx no es elevada. El NO resulta menos problemático que el NO2. A las
concentraciones normales en la troposfera, los óxidos de nitrógeno en sí mismos no dan problemas.
El umbral para el cual provocan problemas de irritación ocular y nasal es de aproximadamente 13
ppm de NO2 en aire, siendo letal a concentraciones de NO2 superiores a 100 ppm.
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Entre los efectos más importante de los NOx destacan su contribución a la formación del llamado
“smog fotoquímico o seco”, que es una especie de neblina que se forma en determinadas
condiciones en las grandes ciudades. Los óxidos de nitrógeno también contribuyen a efectos
macroecológicos, tales como la “lluvia ácida” y la destrucción de la capa de ozono en la
estratosfera.
Valores límite y calidad del aire
• Real Decreto 102/2011, 28 de enero, sobre la calidad del aire (valores límite en inmisión).
Transpone la Directiva 2008/50/CE: http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-20111645
• Informe de Calidad del Aire en el Estado Español 2011 (Ecologistas en Acción):
http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/informe_calidad_aire_2011.pdf
• Perfil Ambiental de España de 2011 (informe basado en indicadores):
http://blog.troposfera.org/2012/09/perfil-ambiental-de-espana-2011-informe.html
• Variación de los Valores Límites (inmisión) desde el año 2000 hasta 2010:
http://pagina.jccm.es/medioambiente/rvca/legisla04b.htm#NOX
4.3. Óxidos de azufre, SOx
Con el nombre de óxidos de azufre se engloban el dióxido, SO2 y el trióxido de azufre, SO3. El que se
emite a la atmósfera en mayor cantidad es el SO2, al que acompaña en pequeña cantidad (1-2%) el
SO3. Sin embargo este último no se encuentra generalmente en la atmósfera ya que reacciona
rápidamente con la humedad ambiental para formar ácido sulfúrico. Ambos gases son incoloros,
teniendo el SO2 un olor acre a concentraciones superiores a 3 ppm.
Fuentes
Las emisiones naturales constituyen aproximadamente el 50% de las emisiones totales de SO2.
Provienen principalmente de la oxidación de sulfuro de hidrógeno (H2S) originado por la degradación
anaerobia de la materia orgánica de pantanos, lodazales, océanos, etc.
La mayor fuente antropogénica es la derivada de la combustión de combustibles fósiles que
contienen azufre, siendo los principales focos emisores las fuentes de combustión estacionarias, bien
sea de plantas termoeléctricas de producción de energía, procesos industriales de combustión o
calefacciones domésticas.
Formación
La combustión de cualquier sustancia que contenga azufre producirá SO2 y SO3:
S + O2
↔
SO2 + ½ O2
2 SO2
↔
SO3
A temperaturas elevadas el segundo equilibrio está muy desplazado hacia la izquierda, lo que hace
que la cantidad de SO3 sea muy inferior a la de SO2 en los gases de emisión. A temperaturas bajas
también ocurre lo mismo si en el medio existe algún metal, incluso a niveles traza, que pueda actuar
como catalizador.
El SO2 emitido a la atmósfera sufre en pocas horas una oxidación paulatina a SO3 (por procesos
catalíticos o fotoquímicos). El SO3 reacciona rápidamente con la humedad ambiental para producir
ácido sulfúrico. Debido al aspecto de niebla que adquiere el aire en estas circunstancias, esta
contaminación se conoce con el nombre de “smog húmedo”.
Los procesos a través de los cuales se oxida el SO2 pueden ser múltiples, aunque se pueden resumir
brevemente de la siguiente manera:
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• Procesos de oxidación heterogénea del SO2: reacción del SO2 en la superficie de las gotas de
agua debido a la alta solubilidad del SO2. Pueden actuar como agentes oxidantes el oxígeno o
bien oxidantes fuertes como el ozono y el peróxido de hidrógeno:
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 + H2O2 → H2SO4 + H2O
• Procesos de oxidación homogénea del SO2: se pueden distinguir entre los que se producen por
fotooxidación directa del SO2
SO2 + hν (240 nm < λ < 400 nm) → SO2* (excitado)
SO2* + O2
→ SO3 + O
SO3 + H2O ↔ H2SO4
• Acción de especies oxidantes, como por ejemplo el radical hidroxilo:
SO2 + OH⋅ → HOSO2
HOSO2 + O2 → SO3 + HO2⋅
SO3 + H2O
↔
H2SO4
Efectos
Los principales efectos de los óxidos de azufre serán los derivados de su transformación en agentes
causantes de la lluvia ácida. Esto provoca en los ecosistemas un descenso del pH del agua de ríos y
lagos (que afecta a la vida acuática) y un aumento de la acidez de los suelos (cambios en la
composición del mismo, movilización de metales tóxicos, etc.). Los óxidos de azufre como tales
también pueden ocasionar problemas sobre los ecosistemas. En exposiciones durante periodos
cortos y elevadas concentraciones pueden dañar las hojas de las plantas y, de igual modo, en
periodos de exposición largos aunque las concentraciones no sean elevadas. La Unión Europea
3
establece un nivel crítico de 20 µg SO2/m (revisar este valor según el RD 102/2011) para la
protección de ecosistemas. Los óxidos de azufre también ejercen sobre los animales o las personas
efectos nocivos, principalmente irritaciones de los ojos y del sistema respiratorio. El mismo RD citado
3
anteriormente establece unos límites para la protección humana de 350 µg SO2/m (valor límite
3
horario) ó de 125 µg SO2/m (valor límite diario).
Los daños ocasionados por la lluvia ácida sobre los materiales son el aumento de la velocidad de
corrosión de materiales metálicos y el deterioro de materiales de tipo calcáreo (caliza, mármol,
algunas areniscas) debido a la siguiente reacción (“mal de la piedra”):
CaCO3 (s) + H2SO4 (aq) → CaSO4.2H2O (s) + CO2 (g) + H2O
En la reacción se forma sulfato de calcio hidratado, cuya problemática es doble. Por un lado es dos
veces más voluminoso que el carbonato, lo que origina importantes desconchamientos,
ahuecamientos y desintegración de la piedra. Por otro lado, la solubilidad del sulfato de calcio es
mucho mayor que la del carbonato, lo que se traduce en una lenta desaparición del material.
Valores límite y calidad del aire
• Real Decreto 102/2011, 28 de enero, sobre la calidad del aire (valores límite en inmisión).
Transpone la Directiva 2008/50/CE: http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-20111645
• Informe de Calidad del Aire en el Estado Español 2011 (Ecologistas en Acción):
http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/informe_calidad_aire_2011.pdf
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• Perfil Ambiental de España de 2011 (informe basado en indicadores):
http://blog.troposfera.org/2012/09/perfil-ambiental-de-espana-2011-informe.html
• Variación de los Valores Límites (inmisión) desde el año 2000 hasta 2010:
http://pagina.jccm.es/medioambiente/rvca/legisla04b.htm#NOX
4.4. Hidrocarburos o Compuestos Orgánicos Volátiles (COV)
Los hidrocarburos son sustancias que contienen H y C por lo que esquemáticamente se les
representa por HC. Su estado físico depende del número de carbonos presentes en su molécula. Los
HC de 1 a 4 átomos de C son gases a temperatura ordinaria, y son éstos junto a los líquidos volátiles
a temperatura ambiente (hasta aproximadamente 12 átomos de carbono) los más importantes en la
contaminación atmosférica, ya que favorecen las reacciones fotoquímicas y el efecto invernadero.
Los HC que se emiten a la atmósfera son muy variados, pudiendo encontrarse tanto compuestos
alifáticos (tanto saturados como insaturados) como aromáticos, siendo el metano el más abundante.
La concentración de metano en el aire está aumentando a lo largo de los años.
Fuentes
A nivel global, se puede afirmar que alrededor del 85% del metano existente en la atmósfera tiene un
origen natural y proviene, básicamente, de la descomposición anaerobia de la materia orgánica.
Respecto a las fuentes antropogénicas, causantes principalmente de la contaminación por
hidrocarburos en áreas urbanas, el transporte es el principal responsable de la contaminación por HC,
ya que aproximadamente el 50% de los HC proceden de los automóviles, debido a una mala
combustión de derivados del petróleo. También destacan las actividades agrícolas, los procesos de
tratamiento y eliminación de residuos y el tratamiento y distribución de combustibles fósiles.
Efectos
Los HC presentes en la atmósfera pueden evolucionar, transformándose en los llamados oxidantes
fotoquímicos mediante una serie de reacciones complejas, que en muchos casos transcurren a
través de radicales libres.
Los efectos causados sobre los seres vivos o los materiales por los HC son menores que los
ocasionados por los oxidantes fotoquímicos derivados de ellos.
El umbral de toxicidad es mucho más bajo para los HC aromáticos que para los HC alifáticos. En
general, los HC alifáticos ejercen efectos nocivos en concentraciones en torno a los 500 ppm,
mientras que los aromáticos causan efectos semejantes e niveles en torno a 25 ppm. Para tiempos
de exposición semejantes, el umbral desciende a 0,7 para los nitratos de peroxiacilo (NPAs) y 0,005
ppm para los nitratos de peroxibenzoilo (NPBs).
4.5. Partículas
Se engloba bajo este nombre el conjunto de diminutas partículas sólidas y pequeñas gotas de líquido
que se hallan presentes en el aire y que son causa en muchas ocasiones de graves problemas de
contaminación. Esta dispersión, de un sólido o de un líquido, en el aire es lo que se denomina aerosol
atmosférico. Generalmente, se adopta la simbología PM para referirse a las partículas. Si el símbolo
PM va acompañado de un número, dicho número indicará el diámetro de la partícula. También se
emplea el término PST (partículas totales en suspensión).
Se distinguen entre partículas primarias, las emitidas directamente a la atmósfera y secundarias, las
que se forman como consecuencia de reacciones que tienen lugar en la atmósfera entre diversos
compuestos presentes en la misma (por ejemplo sulfatos a partir de SO2 o nitratos a partir de NOx).
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Fuentes
Más del 80% de las partículas presentes en la atmósfera tienen un origen natural: aerosoles marinos,
arrastre de polvo por el viento, incendios forestales, erupciones volcánicas, pólenes, bacterias.
En cuanto al origen antropogénico, las fuentes emisoras son diversas, siendo las más importantes la
emisión de partículas en los procesos de combustión y las pérdidas en diferentes procesos
industriales, tales como cementeras, canteras, minería, industria siderúrgica, tratamiento de residuos
sólidos urbanos.
Tamaño y composición química
Los posibles perjuicios ocasionados por la contaminación por partículas van a depender de dos tipos
de factores: su tamaño y su composición química. Cuando se mide el parámetro indicativo de
contaminación por partículas (PM), generalmente no se hace distinción alguna respecto a la
naturaleza química de las mismas, aunque nunca debemos ignorar su composición química.
La composición química de las partículas depende fundamentalmente de su origen y varía de unas
partículas a otras. Compuestos inorgánicos: las partículas de polvo procedentes de la erosión de la
corteza terrestre contienen compuestos de calcio, aluminio, silicio, etc. Las actividades siderúrgicas
emiten partículas de hierro y los aerosoles marinos contienen cloruros. Compuestos orgánicos: como
es el caso de los compuestos terpénicos y los aceites esenciales procedentes de la vegetación.
También las partículas emitidas en procesos de combustión de petróleo, carbón y residuos
domésticos contienen diferentes compuestos orgánicos. Los insecticidas utilizados en las
fumigaciones o las dioxinas y benzofuranos producidos en la incineración de compuestos
organoclorados.
Algunos términos empleados con frecuencia en la contaminación por partículas son:
•
Polvo: suspensión de partículas sólidas, provenientes de la ruptura de materiales sólidos
(trituración, pulverización).
•
Niebla: suspensión de pequeñas gotitas líquidas originadas por condensación de vapor de
agua sobre partículas suspendidas en el aire que actúan como núcleos de condensación.
•
Humo industrial: suspensión de partículas sólidas o líquidas debida a la condensación de
vapores producidos en procesos industriales.
•
Humo de combustión: suspensión de partículas residuales sólidas o líquidas debidas a
procesos de combustión.
•
Bruma: suspensión de pequeñas gotas líquidas originadas por condensación de vapores o
por dispersión de agua o evaporación de aceites esenciales de la vegetación, visibles a
simple vista.
El tamaño de las partículas presentes en la atmósfera es de gran importancia para conocer cuál va a
ser su comportamiento, tanto en lo referente al destino de las mismas (mayor o menor facilidad de
sedimentación), como en los aspectos que van a incidir en su peligrosidad.
Cuando se habla de tamaño de partículas se consideran todas ellas esféricas y se define un radio
denominado radio de Stokes. Este radio se define como el de una esfera que tenga la misma
velocidad de caída e igual densidad que la partícula.
Las partículas se pueden clasificar en función de su tamaño en tres grupos (Tabla 3):
1. Partículas de Aitken o finas: de tamaño inferior a 0,1 µm de diámetro. Estas partículas
tienen un comportamiento similar al de las moléculas, con movimientos al azar, frecuentes
colisiones y consiguientes coagulaciones.
13
2. Partículas medias: diámetros comprendidos entre 0,1 y 10 µm. Estas partículas tienden a
formar suspensiones estables en el aire y, por ello, permanecen bastante tiempo en la
atmósfera y se pueden trasladar a grandes distancias respecto a su origen por el viento.
3. Partículas sedimentables o gruesas: con diámetros superior a 10 µm. Permanecen en el
aire durante periodos de tiempo relativamente cortos por lo que se les conoce como
“materiales sedimentables” y sus mayores efectos tienen lugar en las proximidades de las
fuentes que las emiten.
Deposición de las partículas
Las partículas presentes en la atmósfera acaban depositándose en la corteza terrestre por dos vías:
• Deposición seca: puede producirse por sedimentación, es decir, deposición gravitacional por
impacto contra posibles obstáculos que encuentran en su movimiento. De esta forma se
eliminan alrededor del 20% de las partículas presentes en la atmósfera.
• Deposición húmeda: las partículas en la atmósfera pueden ser arrastradas por acción del
agua de lluvia (o nieve), que las transporta hasta la superficie terrestre.
Efectos
Los efectos producidos por la contaminación de partículas son muy importantes, tanto para los seres
vivos como para los materiales, siendo también importantes los efectos ópticos, que se traducen en
una disminución de visibilidad.
Cada tipo de partícula puede generar unos efectos específicos en función de su composición química,
además de los efectos derivados de su estado físico y tamaño. Dada la diversidad de partículas, es
complejo hacer un análisis global de los efectos producidos sobre el medio ambiente.
Las partículas al depositarse sobre las plantas recubren las hojas y taponan los estomas, lo que
interfiere en la función clorofílica y en su normal crecimiento.
Las partículas afectan al sistema respiratorio de los animales y el hombre. El mayor o menor poder
de penetración en el mismo viene determinado por su tamaño. Así las partículas gruesas no llegan a
alcanzar los pulmones, ya que quedan retenidas en las cavidades nasales o en la tráquea. Por este
motivo las partículas gruesas no suelen ser muy peligrosas, si bien pueden causar procesos
alérgicos. Las partículas muy finas penetran en los pulmones, pero al ser de un tamaño molecular
pueden ser eliminadas por el organismo.
Las partículas de tamaño medio, con un diámetro comprendido entre 0,1 y 2,5 µm (algunos autores
amplían el tamaño hasta 4 µm), las más peligrosas. Estas se pueden depositar en los pulmones
ocasionando graves daños.
La mayor parte de las partículas procedentes de actividades antropogénicas (polvos y humos
metalúrgicos y de fundición, pigmentos de pinturas, diversos polvos de compuestos inorgánicos o
metales, ...) tienen un tamaño comprendido entre 0,1 y 4 µm, y por lo tanto se encuentran entre las
partículas más nocivas.
El efecto más nocivo de las partículas para los materiales, quizás sea el aumento de su velocidad de
corrosión. La corrosión se puede generar por la propia naturaleza de las partículas o por el hecho de
que sobre las mismas puedan absorberse, especialmente en atmósfera húmeda, sustancias
corrosivas, entre las que hay que destacar el dióxido de azufre. Las partículas emitidas por los gases
de escape de los vehículos tienen una alta absorción óptica, lo que ennegrece las superficies sobre
las que se depositan, ocasionando importantes gastos de mantenimiento y limpieza.
14
Por último la presencia de partículas, unido a la humedad ambiental provoca importantes fenómenos
de condensación, con la consiguiente aparición de nieblas y brumas que pueden originar problemas
graves de disminución de visibilidad.
Tabla 3. Se da la distribución de los tamaños de partículas según su procedencia.
Valores límite y calidad del aire
• Real Decreto 102/2011, 28 de enero, sobre la calidad del aire (valores límite en inmisión).
Transpone la Directiva 2008/50/CE:
1645
http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2011-
• Informe de Calidad del Aire en el Estado Español 2011 (Ecologistas en Acción):
http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/informe_calidad_aire_2011.pdf
15
• Perfil Ambiental de España de 2011 (informe basado en indicadores):
http://blog.troposfera.org/2012/09/perfil-ambiental-de-espana-2011-informe.html
• Variación de los Valores Límites (inmisión) desde el año 2000 hasta 2010:
http://pagina.jccm.es/medioambiente/rvca/legisla04b.htm#NOX
4.6. Compuestos halogenados
De entre los productos químicos que contienen halógenos en su molécula, son contaminantes
atmosféricos: el cloro, fluoruro de hidrógeno, el cloruro de hidrogeno y otros más complejos como los
pesticidas organoclorados, el cloroformo, tetracloruro de carbono, tetrafluoruro de silicio. Aparecen en
la fabricación de acero, aluminio y vidrio, industria química e incineradoras de residuos.
Destacan en este grupo los clorofluorocarbonos (CFC), gases más utilizados en la industria de
fabricación de espumas y aislantes, como fluidos refrigerantes y como propelentes en aerosoles. No
existen fuentes naturales de estos gases y tienen una participación importante en la destrucción de la
capa de ozono que protege a la tierra y en los problemas de calentamiento global ya que absorben
con mucha intensidad la radiación terrestre de onda larga.
4.7. Compuestos orgánicos (COVs, HAPs, COPs)
Son tres las sustancias que tienen actualmente un gran interés por los potenciales efectos sobre la
salud y el medio ambiente: los compuestos orgánicos volátiles, COVs, los hidrocarburos
aromáticos polinucleares y los compuestos aromáticos que llevan cloro en sus moléculas.
Los COVs se producen principalmente por evaporación de sustancias orgánicas que presentan una
baja tensión de vapor y contribuyen a la contaminación fotoquímica de la que se habla en el apartado
siguiente.
Los hidrocarburos aromáticos polinucleares (HAPs) son un grupo de más de 100 sustancias
químicas diferentes que se forman durante la combustión incompleta del carbón, petróleo y
gasolina, basuras y otras sustancias orgánicas como el tabaco o la carne preparada en la parrilla. Los
HAPs se encuentran generalmente como una mezcla de dos o más de estos compuestos. Los HAPs
presentes en los alimentos pueden proceder tanto de la contaminación medioambiental como de los
procedimientos de ahumado, secado y calentamiento durante la transformación de los alimentos.
Algunos ejemplos son el naftaleno, antraceno, benzo(a)pireno. Suelen asociarse con compuestos
cancerígenos y mutágenos.
Los Compuestos Orgánicos Persistentes (COPs) preocupan precisamente, por eso, por su
persistencia en el medioambiente. Algunos de los COPs más importantes son derivados del cloro
como las dioxinas, los policlorobifenilos (PCBs) y los furanos.
Las dioxinas y los PCBs tienen propiedades químicas y características de riesgo parecidas, pero sus
fuentes de emisión son diferentes. Las dioxinas son más tóxicas que los PCBs, pero las cantidades
de PCBs emitidas al medio ambiente son varias veces superiores.
Los PCBs, son productos químicos producidos intencionalmente, que se han fabricado durante
décadas antes de la prohibición de su comercialización y utilización en 1985 debido, a su toxicidad
reproductiva y sus efectos bioacumulativos. La mayor parte de estos productos, en la grasa de la
biota, se extiende actualmente por los suelos, los sedimentos y todo el entorno acuático
("contaminación histórica").
Los PCBs han tenido “usos cerrados” como fluidos dieléctricos en equipos eléctricos, por eso las
principales fuentes de emisión son los escapes, incendios, accidentes, vertidos ilegales y eliminación
inadecuada. Los “usos abiertos” comprenden plaguicidas, materiales ignífugos, sellantes, pinturas,
16
etc.. En relación con estos usos, las principales fuentes de emisión son los vertederos, la migración y
las emisiones a la atmósfera debidas a la evaporación. Otras fuentes menos significativas son la
incineración de residuos, la aplicación a las tierras de lodos de aguas residuales y la combustión de
residuos de aceites, a lo que hay que añadir los depósitos de PCBs, como los sedimentos marinos y
fluviales, y los lodos de los puertos.
Las dioxinas son principalmente subproductos no intencionados de una serie de procesos químicos,
así como de casi todos los procesos de combustión (incluidas las erupciones volcánicas o incendios
forestales). Los suelos y los sedimentos son depósitos importantes de dioxinas dada la persistencia
de estos contaminantes en el medio ambiente. La vía más importante de exposición humana a las
dioxinas es el consumo de alimentos, que es responsable de más del 90% de la exposición total.
Dentro de este total, los productos derivados del pescado y otros productos de origen animal
representan aproximadamente el 80% de la exposición total a través de la dieta.
5. Contaminantes secundarios
Los contaminantes secundarios engloban aquellas especies que no se emiten a la atmósfera, sino
que se forman por interacción entre los contaminantes primarios, componentes de la atmósfera y
radiaciones incidentes. Los más importante son el ozono, sulfatos, nitratos, y los oxidantes causantes
de la contaminación fotoquímica.
Por ejemplo, los HC presentes en la atmósfera pueden evolucionar, transformándose en oxidantes
fotoquímicos mediante una serie de reacciones complejas que en muchos casos transcurren a través
de radicales libres. En la Figura 4 representa la evolución del metano en la atmósfera,
convirtiéndose en especies de mayor grado de oxidación, como por ejemplo formaldehido (HCHO),
monóxido de carbono (CO) e hidroperoximetilo (CH3OOH). En este proceso de evolución atmosférica
se interactúa con los óxidos de nitrógeno.
Atendiendo a la fuente de energía de reacción, hay dos grandes grupos de reacciones atmosféricas:
• Fotoquímicas (diurnas, movidas por fotones, radiación solar)
• Térmicas (diurnas y nocturnas, movidas por calor, temperatura)
Uno de los aspectos más importantes de las reacciones fotoquímicas es la generación de radicales
libres, tales como átomos de oxígeno, hidroxilo (•OH), hidroperoxilo (HO•2), que aún en sus bajas
concentraciones tienen un papel esencial en la química atmosférica, tanto diurna como nocturna,
especialmente en atmósferas contaminadas.
Así, los HC o COV en la atmósfera reaccionan con especies oxidantes, tales como los radicales
hidroxilo, el ozono y el oxígeno atómico, implicados en el ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno
(ver Figura 5). Estos procesos alteran este ciclo y provocan la aparición del denominado smog
fotoquímico o smog seco, de carácter muy oxidante y nocivo para la salud. Lo forman un conjunto
de sustancias muy diversas como el ozono, aldehídos, nitratos de peroxiacilo, NPAs, nitratos de
peroxibenzoilo (aromático), NPBs, ….
El hecho de que exista esta interacción entre los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos emitidos a la
atmósfera, y que esta interacción se inicie por acción de la luz, hace que en ciudades con elevado
tráfico y elevada radiación solar se produzcan problemas de smog fotoquímico con variaciones
importantes de contaminación entre el día y la noche.
Valores límite y calidad del aire
• Real Decreto 102/2011 sobre la calidad del aire (valores límite en inmisión). Transpone la Directiva
2008/50/CE: http://www.boe.es/diario_boe/txt.php?id=BOE-A-2011-1645
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• Informe de Calidad del Aire en el Estado Español 2011 (Ecologistas en Acción):
http://www.ecologistasenaccion.org/IMG/pdf/informe_calidad_aire_2011.pdf
• Perfil Ambiental de España de 2011 (informe basado en indicadores):
http://blog.troposfera.org/2012/09/perfil-ambiental-de-espana-2011-informe.html
• Variación de los Valores Límites (inmisión) desde el año 2000 hasta 2010:
http://pagina.jccm.es/medioambiente/rvca/legisla04b.htm#NOX
Figura 4. Evolución del metano en la atmósfera
Figura 5. Alteración del ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno provocado por la presencia de HC
6. Aspectos Macroecológicos (Contaminación Transfronteriza)
La preocupación por la contaminación atmosférica se reducía hasta hace poco tiempo a efectos
locales de los distintos contaminantes atmosféricos. Pero dada la incidencia que pueden tener las
emisiones de SO2, CO2, CO, NOx y partículas procedentes de vehículos, centrales térmicas de
carbón, y grandes industrias en general sobre la flora, fauna, suelos y aguas en zonas alejadas del
foco emisor, así como la emisión de CFCs en la capa de ozono, en la actualidad se presta mucha
atención a las alteraciones macroecológicas del medio ambiente.
18
Las alteraciones macroecológicas en relación a la contaminación atmosférica más significativas son:
a. Efectos de la acidificación de la atmósfera o lluvia ácida sobre la vegetación, el suelo, el agua
y los medios materiales.
b. Rotura de la capa de ozono.
c. Efecto invernadero o posibles alteraciones del clima de la tierra debido al incremento de la
concentración de CO2 y otros gases a la atmósfera
d. La desforestación.
e. Efectos de las radiaciones ionizantes (radiactividad).
6.1. Lluvia ácida
La lluvia ácida es una forma de contaminación resultante de la emisión de contaminantes como SO2 y
NOx a la atmósfera. Cuando el SO2 y los NOx se depositan en la atmósfera se transforman finalmente
en ácidos sulfúrico o nítrico diluidos, los cuales, a su vez, se pueden transformar en partículas de
sulfatos o nitratos. Estos ácidos y/o sus sales retornan más tarde al suelo en forma de rocío, niebla o
precipitaciones de lluvia o nieve. Arrastrados por vientos dominantes pueden llegar a depositarse a
cientos e incluso miles de kilómetros de la fuente contaminante. La lluvia ácida causa efectos de gran
importancia, tanto sobre los ecosistemas como sobre los materiales (ver óxidos del azufre, SOx). El
proceso de acidificación se origina de la siguiente forma:
•
El azufre se encuentra en todos los combustibles fósiles en un porcentaje que puede alcanzar,
incluso, el 5%. El nitrógeno en forma elemental se encuentra en el aire y también en todos los
combustibles fósiles en baja concentración. Es, sobretodo, en las combustiones a alta
temperatura cuando el N2 y el O2 del aire se pueden combinar para formar los NOx.
•
Así, durante el proceso de la combustión de los combustibles fósiles se liberan a la atmósfera
dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx).
•
Los óxidos de azufre y nitrógeno sufren una serie de fenómenos tales como transporte a gran
distancia, reacciones químicas, precipitación y deposición. Con el tiempo estos óxidos y los
distintos compuestos a que dan lugar (ácidos y sales) retornan a la superficie de la tierra donde
son absorbidos por los suelos, el agua o la vegetación.
•
El proceso de retorno a la tierra puede realizarse de dos maneras:
Deposición seca: una fracción de los óxidos vertidos a la atmósfera retornan a la superficie de
la tierra en forma gaseosa o de aerosoles. Esto puede ocurrir cerca de las fuentes de emisión de
los contaminantes o a distancia de hasta algunos cientos de kilómetros de la misma, en función
de las condiciones de dispersión. No obstante, la deposición en seco es predominante en zonas
próximas al foco emisor.
Deposición húmeda. La mayor parte de los SOx y NOx que permanecen en el aire sufren un
proceso de oxidación que da lugar a la formación de ácido sulfúrico (SO4H2) y ácido nítrico
(NO3H). Estos ácidos se disuelven en las gotas de agua que forman las nubes y en las gotas de
lluvia, retornando al suelo con las precipitaciones. Una parte de estos ácidos queda neutralizada
+
por sustancias presentes en el aire tales como el amoniaco, formando iones amonio (NH4 ),
Figura 6.
19
Figura 6. Formación de la acidez atmosférica y deposición ácida.
6.2. Destrucción de la Capa de Ozono
Cuando se estudiaron los contaminantes secundarios, se vio que entre los oxidantes fotoquímicos
considerados como perjudiciales en la troposfera estaba el ozono, O3 (ver valores límite en la
legislación). Sin embargo es de gran importancia en la estratosfera para la absorción de radiación UV.
Recordemos que el ozono estratosférico experimenta un ciclo global de formación y destrucción que
se puede representar por el conjunto de reacciones:
a) O2 (g) + h.ν (λ≈242 nm) → 2 O
b) O (g) + O2 (g) + M (g) → O3 (g) + M*(g) + calor
c) O3 (g) + h.ν (240 < λ < 310 nm) → O2 (g) + O(g)
d) O (g) + O (g) + M (g) → O2 (g) + M* (g) + calor
Donde M puede ser cualquiera de los gases componentes de la atmósfera, fundamentalmente
oxígeno o nitrógeno moleculares. Existe un equilibrio entre el ozono que se forma en b) y el destruido
en c). En el proceso c) el ozono absorbe radiaciones UV que no habían sido absorbidas en las capas
superiores de la atmósfera (mesosfera y termoesfera), lo que es esencial para la vida terrestre. El
ciclo del ozono es el responsable de la temperatura máxima de la estratosfera, ya que b) y d) son
procesos exotérmicos (producen calor).
Este equilibrio permite que la concentración de ozono en la estratosfera permanezca constante, si no
existen contaminantes antropogénicos que distorsionen el ciclo y den lugar a una disminución del
ozono estratosférico. Los principales contaminantes antropogénicos causantes de este efecto son los
óxidos de nitrógeno, los compuestos clorofluorocarbonados (CFCs) y sus derivados.
En cuanto a los NOx, es poco probable que los que se emiten en la troposfera alcancen la
estratosfera, pues su evolución y tiempo de permanencia hacen que se transformen o desaparezcan
antes de alcanzarla. Sin embargo, los transportes aéreos supersónicos que operan a mayor altitud
(18-24 km) que los convencionales (por debajo de los 13 km) pueden inyectar de forma directa estos
óxidos en la estratosfera.
El mecanismo de destrucción del ozono por parte de los NOx, es el siguiente:
a) NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2(g)
20
b) NO2 (g) + O(g) → NO + O2 (g)
Donde la reacción neta es:
O3 (g) + O (g) → 2 O2(g)
Bajo la denominación de clorofluorocarbonos, CFCs, se agrupan una serie de compuestos químicos
sintéticos, derivados de metano o etano, en los que los átomos de hidrógeno se han sustituido por
átomos de flúor y cloro. Estos compuestos se denominan “freones”. Si además de átomos de fluor y
cloro contienen bromo se denominan “halones”.
Estas sustancias, que también son gases de efecto invernadero, son muy estables desde el punto de
vista químico (son resistentes a reaccionar químicamente). Esta estabilidad es la que les permite que
emigren hacia la estratosfera, donde se descomponen como consecuencia de la radiación ultravioleta
produciendo átomos de cloro que tienen afinidad por el ozono y reaccionan con él.
Veamos las reacciones que tienen lugar cuando una molécula de CFC entra en esta capa:
•
Inicialmente se produce la fotólisis de un átomo de cloro de la molécula de CFC a causa de
radiaciones UV incidentes en la estratosfera. Este proceso tiene lugar fundamentalmente a
alturas de 30 km, aproximadamente:
CFxCl4-x + h.ν (190-225 nm) → CFxCl3-x + Cl
•
El átomo de cloro liberado ejerce una acción catalítica en la destrucción de ozono:
Cl (g) + O3 (g) → ClO (g) + O2 (g)
ClO (g) + O (g) → Cl (g) + O2 (g)
•
Lo que se traduce en una reacción global de destrucción de ozono:
O3 (g) + O (g) → 2 O2(g)
Se calcula que cada átomo de cloro liberado en la fotólisis (ruptura de una molécula mediante luz) del
CFC es capaz de permanecer en la estratosfera unos dos años y puede llegar a destruir unas
100.000 moléculas de ozono.
6.3. Efecto invernadero
El Efecto Invernadero Natural
•
•
La radiación solar de longitudes de onda entre 320-700 nm puede alcanzar la superficie terrestre.
La Tierra reemite al espacio exterior en las horas nocturnas radiación de longitudes de onda
superiores a 4.000 nm (radiaciones IR, es decir, calor). Gran parte esta radiación es absorbida
por los gases que componen la atmósfera.
•
Sólo aquellas radiaciones pertenecientes a las zonas de alrededor de 8.000 y 12.000 nm
consiguen alcanzar el espacio exterior. Estas zonas se denominan con frecuencia “ventanas”.
•
La consecuencia última de este desequilibrio en el balance energético entre radiación solar
incidente-radiación emitida por la superficie terrestre se traduce en un calentamiento (natural) de
la corteza terrestre, lo que permite la vida en la biosfera.
El Efecto Invernadero Antropogénico
•
Cualquier alteración de la atmósfera que implique un aumento de la absorción de la radiación
infrarroja, especialmente en la zona de 8000-12000 nm contribuirá a incrementar el desequilibrio
energético, “cierre de las ventanas”.
•
Las causas del “cierre de las ventanas” son:
−
Componentes naturales cuya concentración ha aumentado son: CO2, CH4, N2O.
21
−
Sustancias extrañas a la composición natural de la atmósfera: clorofluorocarbonos (CFCs) e
hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), ozono troposférico (O3) y otros gases como el
hexafluoruro de azufre (SF6).
−
El efecto invernadero antropogénico se atribuye al CO2 en un 54%, CFCs 21%, CH4 12%,
N2O 6%, ozono y otros 8%.
Causas del Aumento Antropogénico de los Componentes Naturales
•
•
•
Aumento del consumo de carburantes fósiles: aumento de emisiones de CO2.
•
Producción de grandes cantidades de cemento: incremento de las emisiones de CO2 al convertir
la piedra caliza en cal:
Incendios forestales: incrementan las cantidades totales de CO2 y CH4.
Deforestación: menor actividad sintética (fotosíntesis) y, por lo tanto, una menor tasa de
absorción de CO2 atmosférico.
CaCO3 → CaO + CO2
•
Fugas de metano en explotaciones mineras y fugas en la distribución de gas natural (el metano,
CH4, es el principal componente del gas natural).
•
Vapor de agua: actúa en dos direcciones opuestas. Por un lado, absorbe radiación en la
“ventana” y, por otra parte, a mayor temperatura más vapor en la atmósfera, más nubes y más
radiación reflejada. Ambos efectos se compensan.
Figura 7. Representación esquemática del efecto invernadero, el espectro de absorción de los gases
constituyentes de la atmósfera y de las radiaciones solar y terrestre.
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