Contaminantes: características, origen y efectos

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MASTER PROFESIONAL EN INGENIERIA Y GESTIÓN MEDIOAMBIENTAL 2007

MÓDULO: CONTAMINACIÓN

ATMOSFÉRICA

C

ONTAMINANTES

:

C

ARACTERÍSTICAS

,

ORIGEN Y EFECTOS

J

OSÉ

A

COSTA

L

LINARES

(2)

(3)

S

UMARIO

1. INTRODUCCIÓN ...5

2. PARTÍCULAS ...17

3. COMPUESTOS AZUFRADOS ...23

4. COMPUESTOS INORGÁNICOS DE CARBONO...29

5. COMPUESTOS NITROGENADOS ...37

6. HIDROCARBUROS...43

7. COMPUESTOS ORGANOHALOGENADOS SIMPLES ...49

8. DIOXINAS Y FURANOS ...57

9. METALES PESADOS ...65

10. OTROS CONTAMINANTES...69

11. CONTAMINANTES SECUNDARIOS ...71

12. GLOSARIO...77

13. BIBLIOGRAFÍA...91

(4)

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CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS

I

NTRODUCCIÓN

La degradación del medio ambiente constituye, sin duda alguna, uno de los problemas más importantes que el hombre tiene planteados en esta segunda mitad del siglo. La explotación intensiva de los recursos naturales, el desarro-llo tecnológico, la industrialización y el lógico proceso de urbanización de grandes áreas territoriales son fenómenos que, incontrolados, han llegado a amenazar en determinadas regiones la capacidad asimiladora y regeneradora de la Naturaleza, y que de no ser adecuadamente planificados, pueden abo-car a una perturbación irreversible del equilibrio ecológico general, cuyas consecuencias no son fácilmente previsibles.

El aire es un bien común limitado y un elemento indispensable para la vida, por tanto, su utilización debe estar sujeta a unas normas que eviten el deterio-ro de su calidad por abuso o uso indebido del mismo, de tal modo que se pre-serve su pureza dentro de unos límites que no perturben el normal desarrollo del hombre y otros seres vivos ni atenten contra el patrimonio natural y artísti-co de la Humanidad, que esta generación tiene el deber de proteger para le-gar un mundo habitable a las generaciones futuras.

1.1. L

A ATMÓSFERA

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la tierra. La necesidad de la atmósfera se debe a múltiples razones, desde ser el medio gaseoso que pro-porciona a los seres vivos sustancias imprescindibles para su desarrollo y evolución en la superficie de la Tierra, hasta el hecho de que constituye una pantalla protectora ante las radiaciones ultravioleta que proceden del Sol. Los componentes de la misma esenciales para estas funciones son el oxígeno y el ozono, los cuales, en su función de protección, actúan absorbiendo parte de la radiación ultravioleta que llega.

El conocimiento exhaustivo de la atmósfera es de gran importancia cuando se aborda el estudio de su contaminación, puesto que su composición química implica la modificación de los contaminantes que son introducidos y su diná-mica tiene como resultado el desplazamiento físico de los contaminantes, dando lugar los procesos de dispersión y transporte de éstos en su seno.

Los 200 Km., aproximadamente, de grosor de atmósfera que posee la Tierra no son totalmente homogéneos, sino que los componentes de la misma se disponen en diferentes capas, las cuales se han tratado de clasificar de muy

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diversas formas atendiendo a criterios diferentes como: variaciones de la temperatura con la altura, composición química, propiedades magnéticas o eléctricas, etc.

La clasificación más adecuada al estudio de la contaminación es la basada en las variaciones de temperatura con la altura, según la cual tenemos:

Troposfera: 12 Km. de espesor1

Estratosfera: 10 a 45 Km. por término medio

Mesosfera: 40 a 90 Km.

Termosfera.

Por ser las dos primeras capas aquellas en las que se producen las emisio-nes de contaminantes y sus efectos se describirán alguna de sus característi-cas.

TROPOSFERA

Comenzando desde la superficie terrestre es la primera capa de la atmósfera que nos encontramos. Presenta tres características esenciales que la distin-guen de las demás capas de la atmósfera:

Es una capa sometida a perturbaciones.

Su composición química es relativamente homogénea (debida a la

agita-ción). Esta agitación permite una composición muy igualada en todo el es-pesor de la capa.

La temperatura desciende regularmente con la altitud, siguiendo un gradiente

de 0.6º C cada 100 m, por término medio, hasta alcanzar los –55º C.

En la tabla 1 puede verse un análisis químico del aire atmosférico seco en la troposfera, en un punto localizado sobre el océano y alejado de las masas de

terreno2. A esta composición es necesario añadir del orden del l% al 3% en

volumen de agua (en estado de vapor, aunque se puede encontrar en estado

1_{Estos valores de espesor dados para las diferentes capas de la atmósfera son siempre valores medios.} El espesor de una determinada capa suele presentar los valores más divergentes cuando se comparan los correspondientes a los polos y el ecuador.

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líquido o sólido) y presencia de otros componentes, en general, minoritarios como otros óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, formaldehído, yodo, cloru-ro de sodio, amoniaco, monóxido de carbono, ozono, polvo, etc.

TABLA 1COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL AIRE SECO

MOLÉCULA CONTENIDO VOLUMÉTRICO

EN EL AIRE (%)

CONCENTRACIÓN

(ppmv)*

Nitrógeno (N2) 78,084 780,084

Oxígeno (02) 20,946 209,460

Argón (Ar) 0,934 9,334

Bióxido de carbono (CO2) 0,0350 350

Neón (Ne) 20

Helio (He) 5,2

Metano (CH4) 1,2

Criptón (Kr) 1

Hidrógeno (H2) 0,5

Xenón (Xe) 0,08

Dióxido de Nitrógeno (N02) 0,03

Ozono (03) 0,005-0,02

* ppmv = partes por millón en volumen

ESTRATOSFERA

Es la capa que sigue a la troposfera, extendiéndose desde los 10 Km. de altu-ra media hasta los 45 Km. Está caaltu-racterizada por corrientes horizontales y temperatura constante en sentido vertical en el transcurso de una misma es-tación climática. No obstante, en la zona superior de esta capa se da un gra-diente positivo de temperatura de modo que ésta aumenta con la altura hasta alcanzar los 0º C en la zona inferior de la mesosfera.

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1.2. C

ONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Todos tenemos una idea más o menos clara de lo que significan las palabras contaminación atmosférica. Los habitantes de las grandes ciudades quizás entiendan mejor el término, pues en ciertos días la contaminación se ve, hue-le, y casi hasta se palpa.

Según la Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de Protección del Ambiente At-mosférico, actualmente en vigor:

Artículo 1º.1: Se entiende por contaminación atmosférica, a los efectos de la citada ley, la presencia en el aire de materias o formas de energía que impli-quen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza.

Cuando algunas sustancias, compuestos o formas de energía se encuentran en el aire en concentraciones o niveles tales que pueden causar daños o mo-lestias a personas, animales, vegetación o materiales se denomina contami-nación atmosférica. Esta idea de contamicontami-nación enriquece el concepto, ya superado de entender que un contaminante es cualquier sustancia o forma de energía que se encuentra en la atmósfera en cuantía superior a lo normal. Es necesario ligar esto a los efectos del mismo.

De estos conceptos se desprende que lo que hoy en día no tiene la conside-ración de contaminante puede ser calificado como tal a la luz de resultados de estudios científicos, epidemiológicos o de otro tipo actuales y futuros.

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De los anteriores conceptos se desprende que la contaminación atmosférica y sus efectos nocivos no son un hecho reciente, pues aparte de la debida a fe-nómenos naturales (fuentes naturales), se tienen datos antiguos sobre la ge-nerada por el hombre (fuentes antropogénicas). En el año 1272 el Rey Eduardo I de Inglaterra trató de reducir los efectos del humo en Londres prohibiendo el uso de un tipo de carbón bituminoso, generador de gran canti-dad de humos. En esta época y siglos posteriores, también en Inglaterra, se establecieron cánones a actividades generadoras de humos. Napoleón en 1.810, decretó la necesidad de autorización administrativas de las industrias generadoras de malos olores. Posteriormente, el desarrollo industrial, urbano y de los transportes hasta nuestros días, así como los episodios de contami-nación urbana o industrial grave (Londres, 1952; Nueva York, 1953/1963; Los Angeles, varios años; Valle de Mosa -Belgica- 1.930; Donora (USA) 1.949, ..) y accidentes industriales (Poza Rica (Méjico) 1.950; Seveso (Italia), 1.976; Bhopal (India) 1.984;...) han aumentado la preocupación y atención mundial por la contaminación atmosférica. En los últimos tiempos esta preocupación se ha centrado más que en episodios de contaminación puntuales, en pro-blemas globales cuyas consecuencias en la actualidad, en gran medida, es-tán en fase de estudio como son el calentamiento de la baja atmósfera y la alteración de la capa de ozono estratosférico.

La contaminación atmosférica parece acompañar al hombre y sus activida-des, proviniendo la mayor parte de ella de la combustión, la cual es esencial para la vida humana, tal y como la conocemos, y para el nivel de desarrollo de nuestra sociedad, ya que permite la obtención de energía mecánica, luz y calor. Una estimación que proviene de Estados Unidos sitúa en alrededor de 133 millones de toneladas la cantidad de contaminantes de todos los oríge-nes (exceptuando el dióxido de carbono) emitidos en un año sobre el territorio federal. Alrededor de dos tercios (es decir 90 millones de toneladas) proceden de todos los medios de transporte, que se basan en procesos de combustión.

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Otro caso diferente lo constituye la generación continua de contaminantes, que pueden originar un efecto local apreciable, como es el caso de concen-traciones industriales, ciudades, etc., pero que aisladamente no puede gene-rar una contaminación general apreciable. Por otro lado, la atmósfera, el mar o el suelo, tienen una cierta capacidad de eliminar los contaminantes (regida, en general, por los ciclos biogeoquímicos).

Finalmente, se puede dar la circunstancia de acumulación por emisiones con-tinuas o disconcon-tinuas en periodos prolongados de tiempo. Esta situación pue-de dar lugar a contaminaciones apreciables a gran escala, tal es el caso pue-del efecto invernadero o el agujero de ozono. En este caso, aunque localmente no se detecte contaminación apreciable (aunque esto puede ocurrir), se ex-cede la capacidad global de eliminación, detectándose en consecuencia un aumento paulatino del contaminante.

El efecto de la meteorología resulta importante y en algunos casos decisivo, pues tanto el viento como la lluvia, la radiación solar o la presencia de vapor de agua pueden afectar directamente la generación, dispersión y eliminación de los contaminantes. Así, con una emisión estacionaria, en una ciudad por ejemplo, en un día lluvioso y ventoso se puede disfrutar de una atmósfera limpia, mientras que tras una temporada de calma anticiclónica y con inver-sión térmica, la acumulación local puede resultar en una atmósfera altamente contaminada.

1.3. E

FECTOS DE LA CONTAMINACIÓN

Los efectos nocivos de la contaminación pueden ejercerse directamente (afección por respiración, por ingestión de alimentos contaminados, corrosión de la piedra de monumentos, etc.), o puede originar efectos nocivos de forma indirecta, alterando alguna de las características físicas o químicas de la at-mósfera (aumento de rayos ultravioleta por falta de ozono en la estratosfera debido a la presencia de CFC’s, cambio climático por efecto invernadero

de-bido al incremento en la concentración de CO2, etc.).

Los efectos de la contaminación pueden tener como consecuencia:

Alteración en la salud y confort humano

Daños en la vegetación

Alteración en la salud animal

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Daños en los materiales

Reducción de la visibilidad

Cambio climático

Por otra parte, todos estos efectos dependerán de:

Tipo de contaminante

Concentración del contaminante y evolución de ésta

Periodo de exposición

Sensibilidad de los receptores

Sinergias y antagonismos

Esta amplitud de factores de los que depende la degradación ambiental nos puede dar una idea de la complejidad en la definición de los diferentes efec-tos producidos por la contaminación ambiental. En general el estudio para la definición de los efectos provocados por la contaminación atmosférica se en-cuentran con una serie de dificultades;

Los datos epidemiológicos presentan una alta dificultad de interpretación

por la variabilidad de situaciones de exposición (Tipo, tiempo, sinergias, receptor,..).

Los ensayos en condiciones controladas son costosos y complejos.

En muchas ocasiones los datos de estudio provienen de episodios de

conta-minación accidental o ensayos a altas concentraciones de contaminante (efec-tos agudos), no contando con información de los efec(efec-tos crónicos.

Por último, las vías de entrada de los contaminantes en el organismo

re-ceptor son diversas, siendo muy difícil la diferenciación entre el efecto de la dosis de un contaminante inhalado y la dosis recibida por otras vias (alimento, agua, contacto dérmico,..).

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ganade-CONTAMINANTES: CARACTERÍSTICAS, ORIGEN Y EFECTOS

ra. Por otra parte, los efectos sobre los materiales van desde el ataque quími-co (quími-corrosión metálica, mal de la piedra,..) hasta la alteración estética por de-posición de partículas.

1.4. C

ONTAMINANTES

Según su naturaleza podemos clasificar los contaminantes atmosféricos como:

Físicos: Formas de energía. Por ejemplo: radiactividad, calor, ruido, etc.

Biológicos: Entidades biológicas. Por ejemplo:microorganismos, pólenes,

etc.

Químicos: Sustancias o elementos químicos en forma:

¾ Particulada: Sólidos, líquidos o mixtos

¾ Gaseosa: Gases permanentes a presión y temperatura atmosférica.

¾ Vapor: Fase gaseosa de una sustancia que puede estar

simultánea-mente en forma de gas y líquido (punto de ebullición < 200º C).

En el presente módulo se tratarán los contaminantes químicos. Estos pueden tener diferente origen:

Natural:

¾ Actividad biológica

¾ Volcanes

¾ Incendios

¾ Procesos meteorológicos (por ejemplo: rayos)

Antropogénico:

¾ Producción de energía

¾ Procesos industriales

¾ Tratamiento de residuos

¾ Actividad agrícola y ganadera.

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Contaminantes primarios: Son aquellos que son liberados directamente

por el foco emisor. Los más representativos son:

¾ Partículas

¾ Contaminantes azufrados (principalmente SO2 )

¾ Compuestos inorgánicos de carbono

¾ Contaminantes nitrogenados (principalmente NO y NO2 )

¾ Hidrocarburos

¾ Compuestos organohalogenados simples

¾ Dioxinas y furanos

¾ Metales

¾ Compuestos halogenados inorgánicos

Contaminantes secundarios: Son aquellos que se forman por la

interac-ción química entre contaminantes primarios o éstos y compuestos habitua-les de la atmósfera, en procesos que puede intervenir la radiación solar. Los más importantes son:

¾ Contaminantes ácidos (ácido sulfúrico y ácido nítrico)

¾ Ozono troposférico (O3 )

¾ Peroxiacetilnitrato (PAN) y otros contaminantes fotoquímicos.

Por otra parte, la vida media estimada de los contaminantes puede darnos una idea de lo reactivo o inerte de los mismos. En el caso de contaminantes gaseosos, cuanto mayor sea su vida media mayor será el tiempo de perma-nencia en la atmósfera, más lejos podrán ser transportados y a más tiempo de exposición estarán sometidos los organismos y elementos afectados.

1.5. U

NIDADES

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La relación entre unas unidades y otras en condiciones de presión y tempera-tura de 0º C y 760 torr (condiciones reflejadas en la legislación sobre conta-minación atmosférica) es la siguiente:

mg/m3 de contaminante =

ppm de contaminante x peso molecular del contaminante sustancia/22.4

en donde 22,4 es el volumen molar del contaminante en litros en las condi-ciones referidas.

RESUMEN: INTRODUCCIÓN

Capas de la atmósfera de interés

Troposfera: Desarrollo de la vida y procesos de contaminación

Estratosfera: Capa de ozono

Contaminación

Definición: Según la Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de Protección del

Ambiente Atmosférico, actualmente en vigor:.Artículo 1º.1: Se entiende por contaminación atmosférica, a los efectos de la citada ley, la presen-cia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, da-ño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza.

Combustión: Principal proceso contaminante

Efectos de la contaminación

Directos o indirectos sobre:

¾ Hombre

¾ Vegetación

¾ Fauna

¾ Materiales

(15)

Tipos de contaminantes

Contaminantes primarios: Son aquellos que son liberados directamente

por el foco emisor.

Contaminantes secundarios: Son aquellos que se forman por la

interac-ción química entre contaminantes primarios o éstos y compuestos habi-tuales de la atmósfera.

Unidades empleadas

ppm: partes por millón

ppb: partes por billón (americano)

Mg/m3:miligramo por metro cúbico.

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(17)

P

ARTÍCULAS

La presencia de material partículado en la atmósfera se debe a una gran can-tidad de procesos naturales o actividades antropogénicas. Estas se conside-ran como uno de los contaminantes principales de la atmósfera, estando muy reguladas legalmente tanto su emisiones como inmisiones. La gran mayoría de las medidas correctoras respecto a la emisión de contaminantes a la at-mósfera tanto en actividades industriales como a producción de energía van encaminadas a la minimización o eliminación de este tipo de contaminación.

2.1 C

ARACTERÍSTICAS AMBIENTALES

Las podemos denominar como una pequeña parte de materia sólida, líquida o mixta. Se forman por procesos de:

Rotura

Coagulación

Condensación

Las características fundamentales que van a condicionar sus efectos son:

Forma: Puede ser muy variable:

¾ Esférica: líquidos

¾ Fibrilar: por ejemplo. Amianto

¾ Astillada: Polvo de cemento.

Composición:

¾ Orgánica: por ejemplo: Hollín, hidrocarburos de quemador de gasoil

mal regulado,..

¾ Inorgánica: por ejemplo: Polvo del viento (silicatos, carbonatos,

óxi-dos, principalmente), cenizas sin resto alguno que no haya sido que-mado, aerosoles de ácido sulfúrico,..

¾ Mixta: por ejemplo: Partículas derivadas de la contaminación urbana.

Estas pueden contener:

• Material carbonáceo, mayoritariamente grafito.

• Oxidos (silicio, aluminio y hierro, principalmente)

• Otros compuestos minoritarios como, ozono, H2O2,

compues-tos orgánicos parcial o totalmente oxidados.

(18)

Tamaño:

Las partículas que actúan como contaminante atmosférico suelen

presen-tar un tamaño comprendido entre 10-1 y 103µm, si bien por encima de las

100 µm la velocidad de sedimentación se hace ya elevada, alcanzando

un tiempo de residencia en la atmósfera muy bajo:

¾ Las partículas comprendidas entre 10-1_{y 10}_µ_{m tienden a formar}

sus-pensiones mecánicamente estables, por lo que se conocen como “materia en suspensión”, y son las que, de modo general y especial-mente las más pequeñas, constituyen los aerosoles (dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire). Los aerosoles en cuya com-posición predominan las sustancias líquidas se conocen

específica-mente como nieblas: fina (<1 µm de diámetro) o gruesa (1 - 10 µm de

diámetro).

Las partículas de menos de 10-1 µm experimentan un movimiento

browniano, el cual se debe al desequilibrio de presión en una partícu-la pequeña por colisiones de molécupartícu-las del fluido en el que está in-mersa y una difusión molecular apreciable, lo que da lugar a una ve-locidad de sedimentación muy baja. Cuando las condiciones son fa-vorables, los movimientos al azar que se producen implican choques entre ellas, los cuales pueden generar agregados en un proceso que se denomina coagulación.

¾ Las partículas de tamaño superior a 10 µm, permanecen en el aire

suspendidas mucho menos tiempo, por lo que se han catalogado co-mo “partículas sedimentables”. Por esta razón, los efectos de estas partículas se dejan sentir con mucha mayor incidencia en las proximi-dades del punto donde se producen.

En la tabla 1 se recogen las velocidades de sedimentación de las par-tículas en función de sus distintos diámetros aerodinámicos.

TABLA 1.VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN DE PARTÍCULAS

DIÁMETRO AERODINÁMICO (µm) VELOCIDAD DE SEDIMENTACIÓN (cm/s)

0,1 4,0 · 10-5

1 4,0 · 10-3

10 0,3 100 30

(19)

2.2 F

UENTES

Se estima que la presencia de partículas en el medio ambiente atmosférico es de origen natural en un 80/90% y antropogénico en un 10/20%, siendo los siguientes procesos y actividades los responsables.

Naturales:

¾ Polvo del viento

¾ Aerosol marino

¾ Volcanes

¾ Incendios...

Antropogénicas:

¾ Industria: principalmente siderurgia y fabricación de cemento.

¾ Producción de energía (móvil y fija)

¾ Aerosoles como contaminantes secundarios.

2.3 E

VOLUCIÓN Y DESTINO

Las partículas permanecerán en la atmósfera durante periodos más o menos prolongados en función de características internas (forma, tamaño, peso,..) y externas (condiciones meteorológicas). Su destino posterior será la deposi-ción en el suelo en las proximidades del foco o a largas distancias. Esta de-posición puede ser seca o húmeda.

La deposición seca, mediante procesos de :

¾ Sedimentación: por gravedad

¾ Impactación sobre objetos y caída

¾ Difusión.

La deposición húmeda (más eficaz) por:

¾ Incorporación a las nubes y posterior caída.

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2.4 E

FECTOS

En lo que se refiere a los efectos que pueden producir, hay algunas de sus características físicas muy determinantes. Uno de los primeros factores a considerar es su TAMAÑO, pues del mismo dependerá su facilidad de pene-tración en las vías respiratorias. Otro factor es la FORMA, la cual es muy constante en el caso de las sustancias líquidas y bastante más variable en el caso de las sólidas. La COMPOSICION QUIMICA es también muy crítica pa-ra los efectos que va a producir cierto aerosol, pero es un parámetro mucho más variable y depende en gran medida de su origen. La composición quími-ca de las partículas puede darles quími-carácter de inerte, toxicidad propia o, inclu-so, a veces los componentes de las partículas pueden actuar de catalizadores en la transformación de unos contaminantes a otros (por ejemplo: paso de S02 a H2SO4).

Efectos sobre el hombre.

Las partículas que forman los aerosoles penetran en el cuerpo humano a través de las vías respiratorias, dependiendo los efectos que ejerzan de su tamaño y composición química.

Las partículas superiores a 5 µm de diámetro quedan retenidas en la ca-vidad nasal (pelo y mucosas) o en la mucosa de la tráquea. Las com-prendidas entre 0.5 y 5 µm de diámetro pueden penetrar hasta las vías in-feriores, depositándose en los bronquios y bronquiolos. De este punto son eliminadas a las pocas horas mediante expectoración tras la acción del epitelio vibrátil cuyos cilios ayudan a este proceso o envían a estas partículas a la laringe y de ahí pueden acabar en el estómago. Las partí-culas de diámetro inferior a 0.5 µm son las que representan un riesgo mayor, puesto que se depositan en los alvéolos pulmonares de donde es difícil eliminarlas al carecer éstos de cilios y mucosas. De esta forma, pueden permanecer durante largos períodos de tiempo ejerciendo su ac-ción tóxica provocando cuadros de bronquitis crónica caracterizados por flemas, exacerbación de catarros y dificultades respiratorias. En los alvéo-los también pueden ser atrapados por fagocitos y terminar en el torrente sanguíneo.

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Efectos sobre la flora.

Las partículas provocan una reducción de la actividad fotosintética en las plantas, pues reducen la cantidad de energía luminosa disponible al pro-vocar el ennegrecimiento de las hojas sobre las que se depositan. Ade-más de este efecto, pueden obturar los orificios de los estomas, a través de los cuales las plantas intercambian gases con la atmósfera, esencial para desarrollar procesos como fotosíntesis y respiración.

Efectos sobre la fauna.

En principio, los principales efectos conocidos vendrán afectados por los mismos factores de tamaño y composición que en el caso del hombre.

Efectos sobre los materiales.

Además de provocar alteraciones estéticas a causa de su deposición so-bre los materiales, en muchos casos la composición química de las partí-culas depositadas acelera los procesos de corrosión, debido a que favo-recen la presencia de humedad en los materiales, facilitan la formación de ácidos y otros procesos físicos.

Efecto global.

Uno de los efectos más importantes de las partículas es la disminución de la visibilidad. Se calcula entre un 15 y un 20% de disminución de radia-ción solar recibida en los núcleos urbanos frente a los rurales.

Esta reducción de la visibilidad es debida a procesos de extinción y dis-persión de la luz.

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RESUMEN: PARTÍCULAS

Características de interés

Estado: Liquidas, sólidas o mixtas

Composición: Orgánicas o inorgánicas

Tamaño: En suspensión (0.1-10 µm: aerosoles) o sedimentables (>10µm)

Fuentes mas importantes

Naturales: 80/90%

Antropogénicas: 20/10%

¾ Siderurgia y cementeras

¾ Producción de Energía

Evolución y destino

Permanencia en la atmósfera según características externas

(meteorolo-gía) e intrínsecas (forma, tamaño y peso)

Caída al suelo mediante deposición seca o húmeda (más eficaz)

Efectos mas importantes

Hombre: Patologías respiratorias.

Flora: Inhibición de la fotosíntesis

Materiales: Degradación estética y y facilita la corrosión

(23)

C

OMPUESTOS AZUFRADOS

El principal contaminante azufrado es el dióxido de azufre (SO2). Este gas se

origina mayoritariamente por procesos antropogénicos relacionados con la combustión de combustibles fósiles, principalmente para la producción de energía en las grandes instalaciones fijas de combustión. Este gas contribu-ye de una manera importante a la generación de la lluvia ácida.

3.1 C

ARACTERÍSTICAS

ÓXIDOS DE AZUFRE

El SO2 es un gas incoloro, más pesado que el aire (2.2 veces) a pesar de lo

cual se desplaza rápidamente en la atmósfera a grandes distancias. Es, así

mismo, muy estable y reductor, oxidándose a SO3.

El SO3, sin embargo, es un gas muy reactivo que condensa fácilmente,

carac-terísticas que explican su baja presencia en la atmósfera. Las cantidades de

SO3 que se forman cuando las condiciones son adecuadas, reaccionan

fácil-mente con el agua presente dando como resultado SO4H2.

SULFURO DE HIDRÓGENO

Este es un gas de olor desagradable, presente en la atmósfera de forma natu-ral en una concentración muy baja. Su origen natunatu-ral se debe a degradacio-nes por tiobacterias de materia orgánica, volcadegradacio-nes, incendios, etc.

3.2 F

UENTES

ÓXIDOS DE AZUFRE

La mayor parte de las fuentes energéticas de la actualidad están basadas en combustibles fósiles (carbones de distintas calidades, petróleo, aceites mine-rales, etc.) los cuales tienen en su composición una determinada cantidad de azufre (hasta un 6% en peso). Este azufre es liberado a la atmósfera en

for-ma de óxido, primordialmente como SO2 y SO3, en cantidades anuales del

(24)

orden de millones de toneladas. Existen otras fuentes generadoras de estos compuestos, tanto de origen antropogénico, como natural (volcanes, incen-dios, océanos y zonas pantanosas).

Los principales procesos antropogénicos de emisión de óxidos de azufre a la atmósfera son combustión fija (aprox. 73%) y la industria (aprox. 20%). como la química, refinerías, siderometalurgía, papel Por último, se estima que el transporte contribuye en un 3 % a las emisiones totales de estos gases.

Las emisiones antropogénicas de este gas son minoritarias respecto a las fuentes naturales. Ente estas están procesos de combustión inadecuados, la industria siderometalúrgica, refinerías, papel o procesos naturales derivados de actuaciones humanas (vertederos, estaciones depuradoras, pantanos,..).

En el caso de las refinerías de crudo, asociados a este compuesto se suelen encontrar mercaptanos, compuestos de sustitución de los átomos de azufre por cadenas hidrocarbonadas. Estos compuestos presentan un olor caracte-rístico, intenso y, también, muy desagradable.

3.3 E

VOLUCIÓN Y DESTINO

ÓXIDOS DE AZUFRE

El SO2 es un gas muy estable, teniendo una vida media en la atmósfera de 5

días. La evolución de SO2 a SO3 tiene un mecanismo de oxidación que

impli-ca una activación fotoquímiimpli-ca que excita la molécula de SO2 para que pueda

combinarse con una molécula de oxígeno, siendo esta oxidación más intensa en medio húmedo que seco. La formación del ácido depende de la existencia de núcleos de condensación, generalmente aerosoles con contenido en meta-les, que catalicen la reacción final. Este proceso está controlado por el pH, de modo que cuando éste excede de cierto valor se para la reacción. El proble-ma surge cuando existen concentraciones apreciables de algún compuesto que tampone el medio (caso del amoníaco), pues eso provoca una estabiliza-ción del pH en valores que no paralizan el proceso de generaestabiliza-ción de ácido sulfúrico. Este ácido en condiciones adecuadas puede producir sulfato

amó-nico (NH4HSO4), que puede formar aerosoles, siendo su destino final, como

(25)

La vida media del sulfuro de hidrógeno en la atmósfera es de horas y su

evo-lución típica es la oxidación (generalmente con O3) a SO2 de forma lenta (fase

gaseosa) o rápida (vía partículas).

3.4 E

FECTOS

OXIDOS DE AZUFRE

Existe una clara relación entre las enfermedades respiratorias del tracto

supe-rior y niveles de SO2. A causa de su inhalación se puede desencadenar un

proceso de broncoconstricción transitoria en el tracto respiratorio superior. Se considera como un irritante de mediana potencia del aparato respiratorio. Este se manifiesta como fuertemente irritante en concentraciones superiores a

8.000 µg/m3_{(la concentración de SO}

2 en las zonas urbanas es del orden de

25 a 500 µg/m3), peligrosidad que aumenta al actuar en combinación con otros contaminantes y con la humedad.

El aumento por encima de las concentraciones medias de 700 µg/m3 en

dos horas y 400 µg/m3 en doce horas provoca irritación sobre los ojos y

problemas respiratorios, constituyendo pues un riesgo para las personas normales, acentuándose este riesgo en el caso de personas asmáticas, las cuales son más sensibles.

Hay que considerar que los sulfatos (fundamentalmente de amonio) y el ácido sulfúrico se presentan habitualmente en partículas de diámetro infe-rior a 1 µm, tamaño que permite su llegada hasta las vías respiratorias in-feriores. En estas circunstancias, es posible que una vez inhaladas per-manezcan en los pulmones durante periodos largos de tiempo. El ácido sulfúrico presenta un poder de irritación mayor que los sulfatos, afectando especialmente a los ancianos, enfermos cardiopulmonares crónicos, as-máticos y niños sensibles.

Los efectos crónicos de la exposición a SO2 y sulfatos se evidencian en

estu-dios de mortalidad, observándose un mayor número de muertes tempranas asociadas a enfermedades pulmonares y cardiovasculares. Por ejemplo, los aumentos significativos de ácido sulfúrico y de sulfatos fueron los causantes de los episodios de Londres y Donora, con aumento significativo de muertes por bronquitis, neumonías y enfermedades cardiacas.

(26)

es debida a la formación de aerosoles resultantes de las reacciones

com-binadas del SO2, las partículas, los óxidos de nitrógeno y los

hidrocarbu-ros, contribuyendo así notablemente a la contaminación del aire. La humedad favorece la formación de aerosoles en los que participan com-puestos sulfurados de forma notable. Una fracción importante de los sul-fatos e ion sulfato presentes en el aire urbano forman gotas de 0,2 a 0,9 µm, contribuyendo sustancialmente a la reducción de la visibilidad.

Los efectos provocados por el SO2 (sustancia a la que las plantas se

muestran especialmente sensibles) a consecuencia de procesos agudos de exposición tienen síntomas muy característicos, que en el caso de las hojas, se manifiestan como manchas iniciales que pueden desembocar en necrosis de los tejidos. En los casos crónicos, las hojas adoptan una coloración amarillo-rojiza.

El mecanismo de la toxicidad de este compuesto en los vegetales es en gran medida desconocido. Es probable, sin embargo, que esta toxicidad se deba mucho más a sus propiedades óxidoreductoras que a su acidez. El comportamiento de las diferentes especies vegetales ante la acción de esta toxicidad es muy variable. Existe gran diferencia respecto a la sensi-bilidaad de las plantas a este compuesto. Los musgos y líquenes son muy sensibles seguidos de coníferas y herbáceas. Por último árboles de hoja caduca presentan menor sensibilidad. Esta noción tiene un interés extre-mo cuando se trata de saber qué tipo de cultivo o de vegetación debe plantarse en una zona industrial.

Efecto sobre los materiales.

Los efectos de los óxidos de azufre sobre los materiales principalmente son:

¾ Corrosión metálica: debida fundamentalmente a la formación de ácido

sulfúrico o sulfuroso, especialmente en ambiente húmedo y a tempe-raturas ambientales cálidas.

¾ Ataque de los materiales de construcción, formando sulfatos, que lava

la lluvia.

(27)

RESUMEN: CONTAMINANTES AZUFRADOS

El dióxido de azufre es estable y sufre en la atmósfera grandes

desplaza-mientos

El trióxido de azufre es muy reactivo, presenta baja presencia en la

at-mósfera

Fuentes más importantes

En general, más del 90% de los óxidos de azufre se emiten como

dióxi-do de azufre.

Su principal origen son los procesos de combustión para la producción

de energía mediante combustibles fósiles, que pueden llega a contener hasta un 6% de azufre en su composición (especialmente carbones).

La combustión en instalaciones fijas son la principal fuente (73%), el

transporte (focos móviles) supone el 3% y la industria el 20% aproxima-damente.

El dióxido de azufre es estable, permanece durante periodos, que

pue-den ser importantes, en la atmósfera. Su evolución posterior es la oxi-dación a trióxido de azufre y formación de ácido sulfúrico en condicio-nes adecuadas. Por último éste puede producir sulfato amónico en pre-sencia de amoniaco en la atmósfera.

Acido o sulfatos pueden formar aerosoles, siendo su destino final la

de-posición, seca o húmeda en el suelo.

Efectos mas importantes

Hombre: Afecciones respiratorias, con mayor efecto en grupos de riesgo

(niños, ancianos asmáticos o personas con otros problemas cardiorres-piratorios)

Vegetación: Alta sensibilidad, especialmente musgos, líquenes y coníferas.

Materiales: Corrosión metálica y ataque a materiales de construcción y

fibras sintéticas.

(28)

(29)

C

OMPUESTOS INORGÁNICOS

DE CARBONO

Los compuestos inorgánicos de carbono que se van a estudiar son el dióxido y monóxido de carbono. El primero aunque es un gas esencial para la vida, como consecuencia de la combustión de productos fósiles para la generación de energía, está incrementándose paulatinamente en la atmósfera lo que puede tener como consecuencia el aumento del efecto invernadero con efec-tos todavía en gran medida impredecibles. El monoxido de carbono se genera también en procesos de combustión. En este caso combustión incompleta de sustancias orgánicas. Por su alta toxicidad y cantidades emitidas (principal-mente por el transporte) se le podrían presumir unos efectos muy evidentes, no obstante por su rápida dispersión y procesos de oxidación hacen que en general las concentraciones en inmisión no tengan consecuencias negativas.

4.1 C

ARACTERÍSTICAS

ANHÍDRIDO CARBÓNICO (CO2)

El dióxido de carbono es un gas esencial para la vida, es emitido y absorbido por las plantas (en el proceso de la fotosíntesis) y emitido por los animales (respiración).

Es un gas incoloro e inodoro, no tóxico y más denso que el aire. Es muy solu-ble por lo que la gran reserva de este gas se encuentra en los océanos. Está presente en la atmósfera en un valor de concentración que actualmente es de unas 350 ppmv, mientras que era del orden de 280 ppmv antes de la revolu-ción industrial, y continúa aumentando a un ritmo de 0.5% anual. En principio cabría pensar que no debería ser considerado como contaminante al no ser tóxico. Sin embargo, el desequilibrio inducido en su ciclo por la actividad hu-mana tiene consecuencias negativas, como es el calentamiento global. Por lo tanto, se trata de un gas esencial para la vida, pero cuya superabundancia le hace tener que ser considerado un contaminante.

MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

(30)

Es un gas ligero (densidad, 96.5% de la del aire). Además, presenta una escasa solubilidad en agua y es inflamable. Es un gas incoloro e inodoro y fuertemente tóxico, pero que en la atmósfera se encuentra, generalmente, en concentraciones lo suficientemente bajas para que no manifieste este carácter.

Su presencia natural en la atmósfera del hemisferio norte es sobre 230 µg/m3

y 60 µg/m3.

Constituye el contaminante de mayor abundancia en la capa más baja de la atmósfera, sobre todo en el entorno de las grandes ciudades

4.2 F

UENTES

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)

Las fuentes naturales son primordialmente las plantas, incendios y los volca-nes, mientras las antropogénicas están constituidas por los procesos de com-bustión de combustibles fósiles y de la madera. Por otra parte, la deforesta-ción tiene como consecuencia la mayor presencia de este gas en la atmósfe-ra por reducción de su consumo (menor fotosíntesis) e incremento de su emi-sión (combustión o descomposición de la madera).

El CO2 es el producto final de toda combustión completa. El aprovechamiento

de la energía contenida en los combustibles fósiles se basa en un proceso de

combustión, que es irreversible, en el que se genera CO2, tal y como muestra

la reacción global e ideal siguiente:

CnHm + (n+n/4)(O2 + 3,76 N2) → nCO2 + (m/2)H2O + 3,76 (n+m/4)N2

así como otros contaminantes (CO, SO2, NO, NO2, hidrocarburos

inquema-dos, ...).

De este modo los principales focos emisores antropogénicos son procesos de producción de energía, basados en la combustión:

Industrial: ..…………..22 %

Urbana: ………20 %

Transporte…………...25 %

(31)

Su origen natural se debe a procesos de combustión u oxidación de hidrocar-buros (metano, terpenos, etc.).

En general, la presencia de este gas por procesos antropogénicos, es el pro-ducto de la combustión incompleta de sustancias orgánicas, lo cual tiene lu-gar siempre que la cantidad de oxígeno en la combustión sea insuficiente

Los principales focos antropogénicos emisores de CO son el transporte (aprox. 75%), la industria (15 %) y centrales térmicas (aprox. 4%).

En las ciudades se pueden alcanzar concentraciones de 5 a 20 ppmv donde el foco principal lo constituyen los tubos de escape de los automóviles, pues expulsan gases con un contenido de CO que puede alcanzar el 10%.

Otras fuentes (minoritarias) de CO en la atmósfera son:

Reacción a elevada temperatura entre el CO2 y materiales de carbono.

Disociación del CO2 a altas temperaturas.

Oxidación del metano en la atmósfera.

Procesos de producción y degradación de la clorofila en las plantas

4.3 E

VOLUCIÓN Y DESTINO

DIÓXIDO DE CARBONO

La evolución y destino de dióxido de carbono va marcada por el ciclo del car-bono, que de forma muy simple se describe a continuación.

En la naturaleza encontramos CO2 gas tanto libre en la atmósfera (en una

cantidad aproximada de 700 · 109 toneladas) como disuelto en los mares

(50.000 · 109_toneladas).

Las plantas utilizan este CO2 para sintetizar compuestos orgánicos, los cuales

(32)

Este ciclo tiene la particularidad de mover una cantidad de elemento que no es ni con mucho cercana a la total, puesto que existen diversos puntos en el mismo donde se acumulan cantidades importantes (acumulaciones de restos vegetales y animales que terminan transformados en humus, carbón, petróleo y otros hidrocarburos fósiles).

La utilización masiva de estos combustibles está lanzando a la atmósfera

cantidades importantes de CO2, sin que se sepa hasta el momento el efecto

que ésta dinámica puede causar en este ciclo y el resto de los ciclos biogeo-químicos.

ONÓXIDO DE CARBONO (CO):

En la atmósfera el CO se fotooxida por ataque de un radical hidróxilo (OH), formando la molécula más estable del dióxido de carbono:

CO + OH + hv → CO2 + H*

La velocidad de esta oxidación es muy lenta, por lo que se observan vidas medias del orden de 2 a 4 meses.

4.4 E

FECTOS

DIOXIDO DE CARBONO (CO2)

Es de destacar su participación en el efecto invernadero como uno de los ga-ses que absorben la radiación infrarroja reflejada por la superficie terrestre. Aunque en este proceso participan otros gases que se estudiarán en otros grupos de contaminantes, se comenta este efecto en el presente capítulo por

ser el CO2 el principal responsable.

Efecto invernadero.

(33)

En las capas bajas de la atmósfera existen gases que absorben la radia-ción infrarroja convirtiéndola en calor, por lo que ésta no se emite fuera de la Tierra. Así se forma una capa protectora del calor que origina tempera-turas templadas en la superficie terrestre, al impedir su enfriamiento. Este efecto es el equivalente al utilizado en los invernaderos, pues se interpo-ne entre el Sol y las plantas una capa de vidrio o de plástico, que son transparentes a la radiación visible y opacos al infrarrojo.

El calentamiento medio supuestamente debido a este fenómeno es de unos 33º C, por lo que la temperatura media en la superficie de la Tierra es 15º C en lugar de –18º C.

Ni el oxígeno ni el nitrógeno absorben la radiación infrarroja de la atmós-fera, pero sin embargo otros constituyentes sí lo hacen, entre los que des-tacaremos el vapor de agua, el dióxido de carbono, el metano, el protóxi-do de nitrógeno, el ozono y los CFC’s.

La concentración de estos gases (a excepción del vapor de agua) no ha hecho mas que aumentar recientemente, por lo que este efecto puede es-tar incrementándose paulatinamente. La tabla muestra los ritmos de cre-cimiento medio anual:

TABLA 3:AUMENTO ANUAL MEDIO DE CONCENTRACIÓN DE LOS GASES DEL EFECTO INVERNADERO

GAS AUMENTO ANUAL MEDIO DE CONCENTRACIÓN

CO2 0,5%

CH4 0,9%

N2O 0,25%

CFC’s 4%

La eficacia de cada uno de estos gases en el efecto invernadero es

distin-to, así el CH4 es 60 veces más absorbente que el CO2 y los CFC’s son

del orden de miles de veces más absorbentes que el CO2. La tabla

(34)

TABLA 4

CONTRIBUCIÓN RELATIVA DE CADA GAS CON EFECTO INVERNADERO APRECIABLE

GAS CONTRIBUCIÓN

CO2 53 - 535%

CH4 13 - 15%

N2O 7 - 4%

CFCs 20 - 21%

O3 troposférico 2%

Otros 3%

La minimización en las emisiones de CO2, N2O y O3 troposférico vienen

de reducir la deforestación, utilizar eficientemente la energía proveniente de la combustión o recurrir a energías alternativas con emisiones nulas. El metano proviene primordialmente de fermentaciones naturales, pero éstas aumentarían si aumentase la temperatura con el efecto invernade-ro, por lo que su control no parece sencillo. La limitación en el uso de los CFC’s parece necesaria por que además presenta un efecto añadido, la destrucción de la capa de ozono.

¿Cuáles serían las consecuencias de un aumento del efecto invernadero? No se tiene certeza, pues existen muchas ligaduras a nivel global en este problema. Se especula con la posibilidad de incremento del nivel del mar, cambios en los ecosistemas, cambio de la distribución geográfica de en-fermedades, etc.

(35)

no se pueden extraer conclusiones extrapolables hacia el futuro. Adicional-mente, no solo resulta importante la evolución de la temperatura media del planeta, sino la regional, es decir la distribución regional de esa temperatura. Las ligaduras físicas y/o químicas de interés para la evaluación del cam-bio climático global y regional son complejas y actualmente muchas de ellas mal conocidas.

Una observación mas detallada de la Tierra, principalmente mediante sa-télite, puede aportar los datos necesarios para poder acometer en el futu-ro modernizaciones, conducentes a predicciones, de validez.

Debido a su densidad, la emisión a nivel del suelo de CO (tubos de esca-pe) facilita su dispersión rápida en el aire, así como el calentamiento del aire en la zona debido al movimiento de los vehículos. De este modo, su presencia a cierta altura es bastante escasa disminuyendo sus efectos negativos, a excepción de individuos que estén trabajando en la vía públi-ca o los peatones. A este nivel, se pueden medir valores instantáneos de

hasta 200 mg/m3_{. Los valores medios en una ciudad con alta densidad de}

tráfico es de 5-25 mg/m3.

Su fácil dispersión, junto con los procesos de oxidación, que son superio-res en las capas altas de la troposfera (tropopausa) tiene como superio-resultado que, pese a la elevada aportación anual de CO a la atmósfera, no se de-tectan los aumentos de concentración correspondientes.

El CO es el producto de contaminación más importante en las zonas de denso tráfico. Desde el punto de vista sanitario, el CO se combina con la hemoglobina de la sangre formando carboxihemoglobina que ocasiona una reducción en el transporte de oxígeno a los tejidos. Esta circunstan-cia se debe a que la afinidad de la hemoglobina por el CO es 250 veces superior a la que presenta por el oxígeno. Esta situación puede provocar (si la saturación no sobrepasa el 10%, por encima de este nivel produce alteraciones más graves, incluso la muerte) trastornos psicomotores que se manifiestan como síntomas de cansancio, cefaleas y alteraciones de la coordinación. Cuando la saturación no es superior a un 5%, se producen alteraciones de la función cardíaca y pulmonar y se aumenta el umbral vi-sual. Este tipo de afecciones comienzan con concentraciones en aire de

100 mg/m3.

(36)

En general, las especies vegetales son poco sensibles a esta sustancia.

No obstante, a altas concentraciones de CO (por encima de 150 mg/m3)

se detectan trastornos respiratorios con caída generalizada de las hojas, acarreando en ocasiones la muerte de la planta. Se cree que el meca-nismo de acción afecta directamente a las hormonas del crecimiento.

RESUMEN: COMPUESTOS INORGÁNICOS DE CARBONO

El dióxido de carbono es un gas esencial para la vida, pero su incremento

en la atmósfera puede producir un aumento del efecto invernadero.

El monóxido de carbono en un gas ligero y muy tóxico

Fuentes mas importantes

Las fuentes más importantes antropogénicas de estos gases (minoritarias

frente a las naturales) son los procesos de combustión de combustibles fósiles y madera, en general materia orgánica..

¾ El dióxido de carbono es el producto final de toda combustión completa.

¾ El monóxido de carbono es producto de una combustión incompleta

La producción de energía en centrales térmicas es el principal foco de

emisión del dióxido de carbono y el transporte en el caso del monóxido de carbono. Otros focos son combustiones en diferentes industrias o ac-tividades domésticas

Dióxido de carbono: ciclo del carbono

Monóxido de carbono: Oxidación lenta por ataque de radical hidróxilo,

formando dióxido de carbono. No obstante presenta una vida media pro-longada (3 meses aprox.)

Efectos más importantes

Dóxido de carbono: Incremento del efecto invernadero.

Monóxido de carbono: Alta toxicidad por inhibición del transporte de

(37)

C

OMPUESTOS NITROGENADOS

Los principales contaminantes nitrogenados son el monóxido y dióxido de nitrógeno, emitidos mayoritariamente por procesos de combustión a altas temperaturas (transporte y otros procesos de producción de energía). Estos compuestos intervienen en la producción de lluvia ácida, generación de con-taminantes fotoquímicos (secundarios) además de presentar toxicidad propia, afectando al sistema inmunitario y respiratorio.

Otros compuestos nitrogenados emitidos directamente por focos contaminan-tes son el amoniaco y ácido nítrico, pero éstos, en general se emiten de forma menor y localizada, manifestando sus efectos en las proximidades del foco.

5.1 C

ARACTERÍSTICAS

ÓXIDOS DE NITRÓGENO (NOX)

De las siete formas oxidadas que presenta el N en la atmósfera, solamente

tres de ellas, el N2O, el NO y el NO2, tienen cierto interés medioambiental.

Las restantes formas no están ausentes totalmente, sino que se mantienen en equilibrio con éstas pero en proporciones muy bajas.

El N2O es un gas incoloro, no tóxico y con presencia alta en la troposfera de

forma natural (570 µg/m3) como consecuencia de procesos biológicos de

nitri-ficación y desnitrinitri-ficación.

El NO y el NO2 conjuntamente se conocen como NOX.

El NO es un gas incoloro e inodoro, mientras que el NO2 es pardo rojizo y de

olor muy asfixiante. Ambos son gases tóxicos. Son muy reactivos y su

pre-sencia en la atmósfera, en parte por esto, es baja, de 0.05 a 30 µg/m3.

ÁCIDO NÍTRICO

Como contaminante primario presenta un carácter muy local, pues sólo apa-rece en las proximidades de las instalaciones industriales que lo consumen o fabrican. Fuera de estas zonas, y a salvo de accidentes en estas plantas

(38)

dustriales, no se suele considerar como un parámetro importante dentro de la contaminación atmosférica.

AMONIACO

Es un gas incoloro de olor característico, poco tóxico. Es un compuesto que se encuentra de forma natural en concentraciones bajas en la atmósfera (0.1

µg/m3_{aire marino y 4 aire continental).}

5.2 F

UENTES

ÓXIDOS DE NITRÓGENO

N2O:

Su emisión principal es aquella derivada de proceso naturales (procesos de combustión y nitrificación/desnitrificación). Aquella derivada de activi-dades antropogénicas es, principalmente, como consecuencia de proce-sos de combustión y la utilización masiva de fertilizantes nitrogenados.

NOX:

De forma natural se producen en las tormentas (rayos), incendios, erup-ciones volcánicas y procesos de nitrificación/desnitrificación. El origen an-tropogénico más habitual es la oxidación del nitrógeno del aire en los pro-cesos de combustión a temperaturas elevadas. Los motores de combus-tión interna son la fuente de estos compuestos más importante en las ciu-dades, recayendo en los motores Diesel, por su mayor cubicaje, la pro-ducción mayoritaria. El transporte se estima que emite un 45 % de los NOx antropogénicos, otras actividades de producción de energía el 30 % y la industria (siderurgia, fertilizantes, explosivos, cemento, refinerías, etc.) un 15%, el resto, actividades agrícolas y otros.

En la formación de estos compuestos en procesos de combustión tienen importancia los siguientes parámetros:

¾ Temperatura: Por encima de 1.500º C se dispara su formación

¾ Oxígeno/combustible: El combustible es más ávido por el oxígeno que el

nitrógeno, por ello si la combustión se produce con una relación adecuada oxígeno/combustible la producción de NOx será menor.

¾ Tiempo: La formación de NOx es más lenta que el proceso de

(39)

La emisión de estos compuestos suele ser mayoritariamente en forma de

NO y un porcentaje menor (menos del 10%) como NO2.

ÁCIDO NÍTRICO

Su emisión directa se debe a ciertas actividades industriales como la fabrica-ción del mismo, ciertos fertilizantes, etc.

AMONIACO

Su presencia suele estar asociada a ciertos procesos biológicos (descompo-sición de la materia orgánica, excreción animal, etc.). Los índices de concen-tración altos, sin embargo, suelen ser muy ocasionales pues se asocian a escapes o accidentes en las plantas industriales donde se emplea o se fabri-ca. Actividades que pueden emitir o favorecer la emisión de este gas son la fabricación de ácido nítrico, fabricación y uso de fertilizantes nitrogenados, depuradoras de aguas residuales, vertederos y ganadería intensiva.

5.3 E

VOLUCIÓN Y DESTINO

ÓXIDOS DE NITRÓGENO

N2O: La vida media en la atmósfera de N2O es de 30 años. Este gas en las

capas bajas de la atmósfera (principalmente, estratosfera) puede oxidarse formando NOx.

NOx: La producción de estos compuestos suele ser mayoritariamente en

for-ma de NO y un porcentaje menor como NO2. El NO se oxida a NO2 por

pro-cesos termoquímicos (en foco) o fotoquímicos (atmósfera)

La vida media de los NOx es corta, aproximadamente un día y su evolución típica es la formación de ácido nítrico y paso a nitrato amónico, finalmente deposición seca o húmeda.

(40)

El ácido nítrico se encuentra en la atmósfera en forma aerosoles que se de-positarán en el suelo mediante un proceso seco o húmedo.

AMONIACO

La vida media del amoniaco en la atmósfera es de 5 días y su evolución es la

de formación de amonio (NH4+) en superficies húmedas o su deposición como

tal, produciéndose en el suelo procesos de nitrificación. En condiciones ade-cuadas puede reaccionar en fase gas o condensado con ácidos para generar nitrato y sulfato amónico formando aerosoles.

5.4 E

FECTOS

N2O: Su principal importancia medioambiental es como consecuencia de la

formación de otros óxidos de nitrogeno (NOx) por procesos de oxidación en la estratosfera y troposfera.

Por otra parte, como se vio en el capítulo correspondiente, se estima que con-tribuye al efecto invernadero en un 7%.

NOx: Son compuestos muy tóxicos, más incluso que el CO, pero las concen-traciones a que se desarrollan en las ciudades no son suficientes para desen-cadenar efectos de consideración. Sin embargo, su participación en la forma-ción de diversos contaminantes secundarios es lo que les hace acreedores de nuestra atención como contaminantes atmosféricos. Uno de estas contamina-ciones es la generación de ácido nítrico que es un ácido fuerte y agente co-rrosivo, contribuyendo a la lluvia ácida. Otro proceso de generación de con-taminantes secundarios es la formación de smog fotoquímico, resultado de la interacción de estos compuestos con los hidrocarburos inquemados en pre-sencia de la luz solar. Esta combinación es precursora de oxidantes fuertes en la atmósfera, entre otros ozono troposférico.

Entre los NOx el componente más estudiado es el NO2, puesto que es el

más tóxico (hasta 4 veces más que el NO). Sus efectos en humanos y animales se centran sobre todo en el aparato respiratorio, habiéndose

observado que cuando se supera una concentración media de NO2 de

190 µg/Nm3_{en el 40% de los días, aumenta la frecuencia de las}

(41)

respuesta inmunológica. Valores medios de NOx en el aire urbano suelen

ser del orden de 100 µg/m3_.

Por otra parte, incrementan la sensibilidad pulmonar a los broncoconstric-tores, afectando, por lo tanto, especialmente a las personas asmáticas.

Debido a que el NO2 es un gas con color y la facilidad de estos

compues-tos para derivar en aerosoles de ácido nítrico o nitrato amónico pueden actuar disminuyendo la visibilidad.

En plantas presentan baja toxicidad, aunque concentraciones muy altas (del orden de los picos de concentración encontrados en una ciudad

con-taminada –superiores a 1000 µg/m3-) pueden tener como resultado

alte-raciones (desfoliación y clorosis) y pérdidas de producción en algunas especies

ÁCIDO NÍTRICO

Como contaminante primario su efectos fundamental es la participación en procesos de corrosión de materiales.

AMONIACO

Este carácter ocasional o su baja concentración habitual no debe restar im-portancia a los efectos que puedan derivarse de su presencia, pues gracias a

su sinergia con el SO2 potencia el efecto más dañino del mismo al facilitar la

formación de ácido sulfúrico en la atmósfera además de favorecer adicional-mente la corrosión por reducción de la tensión superficial del agua.

Concentraciones muy elevadas (superiores a 18 mg/m3) producen olor

(42)

RESUMEN: COMPUESTOS NITROGENADOS

Interés medioambiental tres óxidos:

¾ N2O: Abundante, estable y no tóxico.

¾ NO: Baja presencia, reactivo, incoloro y tóxico

¾ NO2: Baja presencia, reactivo, rojizo y muy tóxico

NO y NO2 conjuntamente se conocen como NOx

Fuentes mas importantes (Oxidos de nitrógeno)

N2O: Básicamente natural, pero también combustiones y emisión

deri-vada de uso de fertilizantes nitrogenados.

NOx:: Procesos de combustión a altas temperaturas, principalmente el

transporte: Su generación depende de:

¾ Temperatura

¾ Relación oxígeno/combustible

¾ Tiempo

Aunque se suelen emitir conjuntamente NO y NO2, la concentración de

NO es mayoritaria.

N2O: Es un gas muy estable, con vida media de 30 años.. Se puede

oxidar, formando Nox, principalmente en la estratosfera, de ahí su im-portancia medioambiental

NOx: Muy reactivos, tendencia a oxidarse y formar ácido nítrico.

Efectos más importantes

N2O: Contribución al efecto invernadero en un 7%.

NOx:

¾ Toxicidad

¾ Inmunodepresión

¾ Facilita procesos de broncocontricción

¾ Contribución a formación de lluvia ácida por formación de ácidos

¾ Contribución a la formación de smog fotoquímico (Ver

contaminan-tes secundarios)

¾ Disminución de visibilidad por:

(43)

H

IDROCARBUROS

Estos contaminantes constituyen un grupo muy heterogéneo que tienen en común el hecho de tener en su composición carbono e hidrógeno. La emisión de hidrocarburos proviene de una variedad de fuentes, tanto naturales como antropogénicas. Entre estas últimas, el transporte es la más importante. Los efectos de éstos son muy variados y dependen del grupo según su estructura. Estos van desde el efecto invernadero (metano) a la formación del “smóg fo-toquímico” urbano.

6.1 C

ARACTERÍSTICAS

Son un grupo de compuestos cuya característica común es la de presentar en su estructura únicamente átomos de carbono y de hidrógeno. Muchas sus-tancias pertenecen a este grupo, gran parte de ellas derivadas del petróleo. El estado físico de estos compuestos depende del número de átomos de carbo-no que conforman su estructura, así como de la disposición espacial de los mismos. Estos pueden ser de cadena abierta (alifáticos) o cíclicos (alicíclicos o aromáticos –núcleo bencénico-) Dentro de la amplia gama de compuestos que forman parte de las mezclas que constituyen los hidrocarburos, los que tienen de 1 a 4 átomos de carbono son gases a la temperatura ordinaria, y por tanto, presentan gran interés desde el punto de vista de contaminación atmosférica. Otros hidrocarburos importantes por su volatilidad, fuentes y efectos son los aromáticos como benceno, xileno y tolueno

Otros contaminantes importantes, especialmente por su toxicidad, son los PAH´s o HAP (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Estos son aproximada-mente 100 compuestos formados por 2 o más anillos bencénicos que com-parten 2 átomos en común. Uno de los más tóxicos es el 3, 4 benzopireno que presenta 5 anillos. Para su estudio la OMS toma como referencia 6 de estos compuestos, todos derivados de procesos de combustión.

Una forma genérica e inespecifica de valorar los hidrocarburos en aire y sus-tancias afines es la de hacerlo como Compuestos Orgánicos Volátiles (COV´s), que en general incluye aquellos compuestos orgánicos que se en-cuentran en la atmósfera en forma gaseosa (por lo general con 5 átomos de carbono o menos)

(44)

6.2 F

UENTES

Las fuentes naturales emiten fundamentalmente metano (CH4), debido a

pro-cesos biológicos de degradación de materia orgánica. ), también puede se importante la emisión de hidrocarburos más complejos por la vegetación co-mo son los terpenos, emitidos por coníferas e Isopreno, producido por árboles de hoja caduca. Estas fuentes son más intensas que las antropogénicas, constituidas primordialmente por procesos de extracción, refino, transporte y uso del petróleo y derivados, la combustión de biomasa, minería, actividades agropecuarias, etc.

A pesar de que la emisión antropogénica es muy inferior a la debida a proce-sos naturales, la emisión de compuestos orgánicos antrópogénicos es impor-tante por su reactividad en la atmósfera, toxicidad de algún grupo y por la alta sensibilidad del olfato humano a algunos de ellos.

El transporte supone la emisión de más del 50% de los hidrocarburos por ac-tividades humanas. Si se analiza una muestra de aire de una zona urbana se detecta la presencia de hidrocarburos alifáticos, así como hidrocarburos

aro-máticos ligeros en concentraciones en torno a 2-3 mg/m3. Estos hidrocarburos

provienen de la evaporación de productos petrolíferos los depósitos y de los carburadores de los vehículos, sobre todo en la parada del motor y cuándo éste aún está caliente. Sin embargo, la fuente principal reside en la combus-tión incompleta del carburante durante el ciclo de funcionamiento del motor.

Los PAH´s se suelen encontrar en las fracciones más pesadas del petróleo, en el hollín como consecuencia de combustiones incompletas (adheridos a las partículas emitidas en focos de combustión) así como se pueden producir por la pirólisis de materia orgánica a altas temperaturas. Ciertas bacterias, algas y plantas pueden sintetizar estos compuestos pero su presencia gene-ralmente está asociada a la combustión incompleta de la materia orgánica.

6.3 E

VOLUCIÓN Y DESTINO

La vida media de estos compuestos en la atmósfera es muy variable según la especie. La del metano puede ser de años mientras que la del etileno, horas.

(45)

y, en muchos casos, aun poco conocidas dependiendo de la especie química.

El origen del radical OH- está en la fotólisis3_{de ciertas sustancias presentes}

en la atmósfera. La velocidad de las reacciones de oxidación depende del compuesto que se trate, así el etileno tarde del orden de una hora en desapa-recer, mientras que el metano tarda mil veces más.

Como ejemplo de un proceso de oxidación de un compuesto orgánico se describe a continuación el experimentado por el metano. La trayectoria de oxidación comienza (entre otros caminos posibles) con la reacción elemental que produce el radical metileno y agua:

CH4 + OH- → CH3- + H2O

El radical metileno es oxidado por el oxígeno molecular, dando el radical me-tilperóxilo:

CH3- + O2→ CH3O2

Este radical puede oxidar al monóxido de nitrógeno (NO), que es un contami-nante procedente de la combustión, para dar dióxido de nitrógeno (N02) y un radical metilalkoxi:

CH3O2 + NO → CH3O + NO2

Una nueva reacción con el oxígeno produce formaldehido (en sí un

contami-nante), que es relativamente estable, e hidroperóxilo (HO2):

CH3O + O2→ HO2 + CH2O

El radical hidroperóxilo oxida a su vez al monóxido de nitrógeno en dióxido de nitrógeno, liberando el radical hidróxilo, que había sido consumido en la pri-mera reacción:

HO2 + NO → OH* + NO2

El resumen de todos estos procesos químicos, de los que aquí sólo se ha dado un esquema, que en su conjunto se denomina fotooxidación atmosféri-ca, es:

3_{Por fotólisis se entiende una reacción de descomposición de una especie química A por absorción de un} fotón para formar una especie en estado excitado A* muy inestable, de modo que muy rápidamente A* se descompone en B + C.

(46)

La regeneración del OH* (reacción en cadena), que queda disponible para

seguir oxidando hidrocarburos.

La formación de formaldehido, el cual puede a su vez ser fotolizado y

oxi-dado y conversión del NO en NO2, el cual produce ozono (O3) al

fotolizar-se, como se verá mas adelante.

El resultado final es la presencia de oxidantes fuertes en la atmósfera, que

irritan las vías respiratorias, dañan la vegetación y endurecen los materia-les poliméricos.

Finalmente se puede decir que los óxidos de nitrógeno catalizan, en cierto

sentido, las reacciones de los hidrocarburos con los oxidantes, por lo que la lucha contra el smog (contaminante secundario que se describirá más adelante) requiere la reducción de los óxidos de nitrógeno y de los hidro-carburos inquemados del sector transporte (fuentes móviles) y de las cale-facciones (fuentes estacionarias) en las zonas urbanas.

Otros hidrocarburos se oxidan de manera similar al metano, aunque la quími-ca global es muy compleja y no se conoce con profundidad y detalle.

Por otra parte, en general los PAH´s en el ambiente atmosférico son fotodegrada-bles cuando están sometidos a una alta exposición a radiación ultravioleta.

6.4 E

FECTOS

La toxicidad de los hidrocarburos es muy variable según la especie química y el receptor.

En general, los aromáticos son mucho más tóxicos que el resto.

El etileno se conoce por su fitotoxicidad.

El metano contribuye al efecto invernadero, se estima, en un 13%, y su cre-cimiento anual es del 0.9%.