Contaminación Atmosférica: Causas, Tipos, Efectos y Dispersión de los Contaminantes del Aire

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA: El aire es el conjunto de gases que forman la atmósfera, y es indispensable para el desarrollo de la vida en nuestro planeta. La alteración de su calidad puede poner en peligro el equilibrio biológico de la Tierra. Es un recurso limitado.

La contaminación del aire de origen antropogénico no surge en la Revolución Industrial, sino que es verdad que a partir de un momento la polución atmosférica de los países más avanzados se acelera, agrava y globaliza. El empleo de los combustibles fósiles como base energética en nuestro modelo de desarrollo contribuye a modificar el aire. Las actividades humanas, durante toda la historia de la humanidad, han producido contaminantes; pero en los últimos años la situación se ha agravado de manera preocupante, debido al creciente desarrollo de países de economías emergentes y al imparable crecimiento de los países desarrollados.

Se entiende por contaminación la presencia en el aire de materiales o formas de energía que implican riesgo, daño o molestia grave para las personas, seres vivos, ecosistemas o bienes de cualquier tipo. Dichos componentes y formas de energía se denominan contaminantes.

A. Fuentes de contaminación

Natural:

• Volcanes: SO2, H2S, polvo.
• Incendios.
• Respiración.
• Fermentación.
• Polen y esporas.

Antropogénica:

• Urbana: electrodomésticos, calefacción, residuos sólidos y gases de combustión.
• Transporte: coches, aviones.
• Industrial: centrales térmicas, cementeras, papeleras y químicas.
• Agrícola y ganadera: uso intensivo de fertilizantes y producción de CH4.
• Eliminación de residuos sólidos: mediante incineración.

B. Tipos de contaminantes

El tiempo de residencia o vida media de un contaminante es el tiempo que permanece activo en la atmósfera, y depende de su naturaleza y de la cantidad emitida.

Compuestos químicos

Primarios: compuestos emitidos directamente a la atmósfera desde fuentes identificables; constituyen el 90 % de los contaminantes del aire.

Partículas:

Sólidas o líquidas de tamaño pequeño, como componentes del polvo, los aerosoles y los humos. Se originan en volcanes, combustiones, incendios, minería y cementeras. Producen daños en el aparato respiratorio, con irritación de ojos y vías respiratorias. Tiempo de residencia: días o años. Las más dañinas son las más pequeñas, como las PM10.

Compuestos de azufre:

• Óxidos: SOx, SO2, SO3. Se producen en volcanes y en la combustión de combustibles fósiles, y provocan lluvia ácida. El SO2 tiene olor picante, es abundante, corrosivo y estable; desintegra la roca caliza.
• Sulfuros: H2S se origina en las erupciones volcánicas, en la descomposición anaerobia y en los escapes de refinerías. Por oxidación da SO2. Produce smog fotoquímico, irritación de ojos y vías respiratorias, y hace que los capilares sanguíneos reduzcan su calibre (vasoconstrictor).

Óxidos de nitrógeno:

N2O procede del suelo por desnitrificación, abonos y combustiones. NOx, NO2 y NO no proceden de manera natural de erupciones volcánicas ni de descargas eléctricas de las tormentas sobre el N2 atmosférico; su origen antropogénico se debe sobre todo a las combustiones, principalmente en motores de aviones y automóviles. El NO2 produce enfermedades de las vías respiratorias y smog fotoquímico.

Óxido de carbono:

CO procede de combustiones incompletas; es inodoro y tóxico, pudiendo producir la muerte por asfixia al unirse a la hemoglobina de los glóbulos rojos con más afinidad que el propio oxígeno. Cuando el aire que se respira está muy cargado de monóxido de carbono, el riesgo es alto. CO2 procede de la respiración y de las combustiones; su principal acción atmosférica es el incremento del efecto invernadero.

Compuestos orgánicos:

• Hidrocarburos de 1 a 5 átomos de C, que son también gases. Metano (CH4), o gas natural, procedente de fermentaciones anaerobias en zonas pantanosas y del intestino; es un potente gas de efecto invernadero.
• COV (compuestos orgánicos volátiles): son resultado de reacciones fotoquímicas; proceden de la combustión de gasolina, incendios forestales y del empleo de disolventes. Tiempo de residencia: años.
• PCB: fabricación de plásticos. Dioxinas y furanos: utilizados en el blanqueado de papel; se liberan en las incineraciones. Los tres forman parte de la «docena sucia». Producen irritación de ojos y vías respiratorias; las dioxinas alteran el sistema reproductor y, junto con los furanos, son agentes cancerígenos.

Halogenados:

• Cl2: irritante y tóxico; se produce en la combustión de gasolina e interviene en reacciones fotoquímicas de destrucción del O3.
• HCl y HF: muy corrosivos.
• CFC (freones) y halones: refrigerantes, propelentes de aerosoles y espumantes; liberan Cl2. Al ser muy estables, su tiempo de permanencia en la atmósfera puede ser de un siglo. El Cl2 es tóxico para ojos y vías respiratorias.

Metales pesados:

Muy tóxicos y de alta densidad; no se degradan ni son metabolizados por los seres vivos, e se integran en el suelo. El plomo (Pb) procede de antiguas gasolineras, hoy prohibidas. El cadmio (Cd) de industrias metalúrgicas y minería. El mercurio (Hg) de minería y agricultura. Producen alteraciones renales y nerviosas, y bioacumulación. Existen minerales especialmente peligrosos, como el amianto y el asbesto, por ser cancerígenos.

Olores:

Se manifiestan como estímulos captados por el olfato, y resultan molestos porque son persistentes y producen malestar físico. Son producidos por sustancias volátiles procedentes de aguas y suelos contaminados, vertederos, tratamiento de basuras, erupciones volcánicas, industrias del papel y químicas.

Contaminantes secundarios:

Proceden de los primarios mediante reacciones en la atmósfera.

Trióxido de azufre (SO3):

Derivado del SO2; con OH produce ácido sulfúrico (H2SO4), causante de la lluvia ácida. El NO3 interviene en reacciones fotoquímicas y puede producir HNO3, también causante de lluvia ácida.

Ozono troposférico (O3):

Es muy oxidante. Procede de intrusiones estratosféricas y de reacciones fotoquímicas a partir de los COV urbanos. Produce irritación de ojos y vías respiratorias, daña las plantas (necrosis y aparición de manchas blancas en las hojas), desintegra el caucho y provoca corrosión de los metales.

PAN (nitratos de peroxiacetilo):

Se obtiene por la acción de radicales libres con contaminantes primarios y otros componentes del aire. Produce efectos similares al O3 en seres vivos y materiales.

Formas de energía

• Radiaciones ionizantes: partículas cargadas eléctricamente (alfa y beta, poco penetrantes), rayos X y radiación gamma. Proceden de materiales radiactivos, escapes de centrales nucleares, actividades médicas y radiación cósmica. Producen alteraciones genéticas y cánceres, en función de la energía recibida, el tiempo de exposición y la parte del organismo afectada.
• Radiaciones no ionizantes: ondas electromagnéticas que, al no ionizar los átomos, modifican la estructura de la materia. Pueden producir alteraciones en el sistema nervioso, hormonal o inmunológico, y estrés, en función de la intensidad del campo magnético que producen y del tiempo de exposición.
• Ruido: tipo de contaminación especial de gran incidencia en las poblaciones.
• Contaminación lumínica: se debe al brillo o resplandor de la luz en el cielo nocturno, causado por la reflexión y difusión de la luz artificial en los gases y partículas del aire.

C. Dispersión de contaminantes

Los contaminantes que libera un foco emisor reciben el nombre de emisión. Los focos emisores pueden ser fijos, como una chimenea, o móviles, como un coche. Se puede saber en cada caso la cantidad de gases emitida en un período de tiempo determinado. La evolución posterior de los contaminantes continúa a través de su transporte, difusión, mezcla, acumulación y mecanismos sumidero, que dependen básicamente de fenómenos meteorológicos que determinan la capacidad dispersante de la atmósfera.

Por otra parte, un conjunto de reacciones químicas dan lugar a los contaminantes secundarios, debido a que la atmósfera es un medio oxidante; además existen radicales libres e hidroxilos, todos ellos muy reactivos. Al recibir energía solar se producen reacciones fotoquímicas que originan infinidad de compuestos.

El resultado final es una determinada composición del aire que se conoce como inmisión: la cantidad de contaminantes presentes en una atmósfera determinada una vez que han sido transportados, difundidos y mezclados en ella, y a los que están expuestos los seres vivos y bienes que se encuentran bajo su influencia. Los valores de inmisión nos darán la calidad del aire.

* Características de las emisiones

Dependen de la naturaleza del contaminante (gases, partículas), la concentración, la temperatura y la velocidad de salida. Si la temperatura es alta, asciende con más fuerza y facilita la dispersión, sobre todo si el foco emisor está a gran altura.

** Condiciones atmosféricas

• Situaciones anticiclónicas o de estabilidad: dificultan la dispersión de los contaminantes, porque el aire frío descendente impide el ascenso del aire contaminado, aumentando los niveles de inmisión.
• Borrascas: su inestabilidad facilita la dispersión, debido a que el aire caliente asciende arrastrando la polución hacia arriba.
• Temperatura del aire: su variación con la altura determina los movimientos de las masas de aire y, por tanto, las condiciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica. Pueden darse situaciones de inversión que dificultan poderosamente la dispersión.
• Vientos: relacionados con la dinámica horizontal, son de gran importancia para la dispersión de los contaminantes. Según su sentido, velocidad y turbulencia, la dispersión será mejor.
• Lluvias: ejercen un efecto de lavado y arrastre de contaminantes; suelen acompañar a las borrascas.
• Insolación: la exposición directa al sol favorece la formación de contaminantes secundarios a través de reacciones fotoquímicas, como la fotosíntesis.

** Características geográficas y topográficas

• Zonas costeras: se originan sistemas de brisas que, durante el día, desplazan los contaminantes hacia el interior y, durante la noche, al invertirse la circulación hacia el mar, producen cíclicamente cada día un proceso de retorno y recirculación de contaminantes.
• Zonas de valles fluviales y laderas: durante el día, las laderas se calientan y se genera una corriente ascendente de aire caliente, mientras que en el fondo del valle se acumula una masa de aire frío, originándose una inversión térmica que dificulta la dispersión. Durante la noche, al enfriarse, el aire frío desciende por la pendiente y se instala en el fondo del valle, dando lugar a una situación de inversión similar. Las laderas son un obstáculo para el movimiento de las masas de aire, favoreciendo la acumulación de contaminantes. En general, las cadenas montañosas son un obstáculo para la dispersión.
• Presencia de masas vegetales: la cubierta vegetal se comporta como un poderoso sumidero de CO2 al realizar la fotosíntesis. Por otra parte, el suelo retiene grandes cantidades de CO2 y absorbe y neutraliza buena parte de la contaminación. También las hojas de los árboles retienen contaminantes.
• Presencia de núcleos urbanos: influyen en el transporte al frenar el viento y formar turbulencias debido a la disposición de las calles. Lo más importante es la formación de la isla de calor, efecto debido al aumento de la temperatura en el interior de la ciudad por su propia actividad (coches, calefacciones, pavimento), frente a la temperatura del exterior. El ascenso del aire caliente del interior de la ciudad provoca una situación de bajas presiones que atrae las masas de aire frío desde la periferia. La consecuencia es que no se dispersa la polución, ya que se forma un circuito cíclico hasta que soplen vientos fuertes o llueva; mientras tanto, la situación sigue empeorando, concentrándose y formando alrededor de la ciudad una cúpula de contaminantes. Cuando en la periferia de la ciudad hay industrias, las brisas urbanas incorporan los contaminantes industriales a la ciudad, lo que empeora la situación.

D. Efectos de la contaminación del aire

Las modificaciones en la composición del aire pueden producir efectos negativos a corto plazo, como enfermedades, acidificación de suelos y agua, y reducción de la fotosíntesis; y a largo plazo, como el cambio climático. Según el radio de acción, los efectos pueden ser locales, regionales o globales.

Los factores que influyen en el grado y en el tiempo de efecto son: la clase de contaminante, su concentración, el tiempo de exposición, la sensibilidad de los receptores y las posibles reacciones entre los contaminantes, también llamadas sinergias, que pueden aumentar los efectos nocivos sobre los receptores.

Efectos locales: smog o nieblas contaminantes

Es la típica contaminación urbana (humo y niebla), en la que podemos ver la relación entre la contaminación y las condiciones atmosféricas. Existen dos tipos:

Smog sulfuroso o húmedo:

En 1952 murieron 4000 personas en Londres, y así se conoce. Cuando la cantidad de SO2 y partículas llega a 500 µg/m³ en 24 horas, se produce un aumento considerable de la mortalidad. Da lugar a nieblas espesas pardo-grises.

Causas: alta concentración de partículas en suspensión (hollines y humos) y, sobre todo, SO2 procedente de combustiones de carbón y gasóleo; alta humedad, frío, anticiclón, combinación con nieblas y viento en calma.

Smog fotoquímico:

Observado en Los Ángeles en 1944. Da lugar a nieblas no tan espesas, producidas en ambiente anticiclónico, soleado y con vientos débiles. Se dan reacciones fotoquímicas que producen contaminantes secundarios muy reactivos, como los radicales libres. Se ha comprobado que una concentración media de 190 µg/m³, superada el 40 % de los días, aumenta la frecuencia de infecciones de las vías respiratorias.

Causas: alta concentración de NO, NO2, hidrocarburos procedentes de combustibles, O3 y radicales libres, aldehídos y PAN; calor, ambiente seco y soleado, anticiclón.

1.º El ciclo fotolítico del NO2 es un ciclo normal que forma y destruye ozono:
NO2 + luz → NO + O; O + O2 → O3 troposférico; NO + O3 troposférico → NO2 + O2.
Este ciclo produce ozono, pero lo vuelve a degradar, de modo que no aumenta. Sin embargo, cuando en la troposfera hay una concentración anormal de hidrocarburos, estos reaccionan con el NO. De este modo el ozono no se degrada, y tampoco lo hace la radiación ultravioleta, ya que no llega con la intensidad necesaria a esta zona, que está a menos de 30 km del suelo, para destruir el ozono; este permanece en la troposfera con su gran poder oxidante. La cantidad de O3 se utiliza como medida de la contaminación.

2.º Los radicales libres reaccionan entre sí y con contaminantes primarios y otros componentes del aire, dando una mezcla de compuestos oxidantes como el PAN y otros, en concentración suficientemente elevada como para producir daños a las personas, vegetales, seres vivos y materiales como las rocas.

A veces se emite localmente aire contaminado por algún accidente en el que se produce un escape de emisiones tóxicas. El más grave se produjo en la India: un fallo en los sistemas de seguridad dejó escapar 40 toneladas de gas isocianato de metilo durante la noche, cuando la población dormía. Se cobró en los primeros días la vida de 7000 personas, y otras 14 000 en los meses siguientes. Actualmente, el agua sigue contaminada con compuestos clorados, mercurio, plomo y otras sustancias que posteriormente se infiltraron en el agua desde la planta industrial abandonada.

Efectos regionales: lluvia ácida

Cuando el foco de emisión se encuentra alejado de la zona donde se produce la contaminación, se denomina contaminación transfronteriza. El mejor ejemplo es la lluvia ácida: los ácidos sulfúrico y nítrico que se producen, y que llegan al suelo, proceden de los óxidos de S y N de algún foco lejano. En nuestra zona, un ejemplo es la gran contaminación por lluvia ácida que apareció en la zona de El Ports como consecuencia de las emisiones de la central térmica de Andorra.

• Depósito seco: los óxidos que se depositan en forma gaseosa o sólida cerca del emisor.
• Depósito húmedo: los óxidos de nitrógeno y azufre que permanecen en la atmósfera forman los ácidos nítrico y sulfúrico, que se diluyen en el agua de las nubes, son transportados por el viento lejos del foco emisor y precipitan finalmente en forma de lluvia.

La acidificación se considera anómala o contaminante cuando el pH es inferior a 5,6.

SO2 + H2O → H2SO3; H2SO3 + 2 OH → H2SO4 + H2O; NO2 + OH → HNO3.

Produce daños, sobre todo, en los brotes jóvenes de los árboles, impidiendo el crecimiento vegetal y haciendo a los arbustos más susceptibles a las infecciones. Si el proceso perdura, produce al final la destrucción del bosque. Las aguas de los ríos y lagos se contaminan, eliminando a los seres vivos que viven en ellas. El suelo pierde toda su capacidad productiva. Las piedras de sillería de los edificios son atacadas, produciéndose el «mal de la piedra». Este fenómeno ha destruido grandes extensiones boscosas de Alemania y Gran Bretaña. Además, debido a los vientos, sus contaminantes también son exportados hacia Noruega y Dinamarca.