CONTAMINACIN DE LAS CAPAS FLUIDAS Bloque 3 y

CONTAMINACIÓN DE LAS CAPAS FLUIDAS Bloque 3 y 4 de la Programación

Parte A: Contaminación atmosférica.

1. Contaminación atmosférica. Definición (Ley 34/2007): Presencia en la atmósfera de materias, sustancias o formas de energía que impliquen molestia grave, riesgo o daño para la seguridad o la salud de las personas, el medio ambiente y demás bienes de cualquier naturaleza. Definición (OMS): Hay contaminación del aire cuando en su composición aparecen una o varias sustancias extrañas, en determinadas cantidades y durante períodos de tiempo que pueden resultar nocivas para el hombre, animales, plantas o tierras, así como perturbar el bienestar o el uso de los bienes.

1. 1 Fuentes de contaminación: naturales y artificiales. A. Naturales: ØVolcanes: compuestos del azufre y partículas. ØIncendios forestales: CO 2, óxidos del nitrógeno, humo, polvo y cenizas. Ø Actividades de los seres vivos: respiración (CO 2), polinización anemófila (polen y esporas que generan alergias), descomposición anaerobia de materia orgánica (metano). Ø Descargas eléctricas de las tormentas: óxidos de nitrógeno. Ø El mar: partículas salinas. Ø Vientos fuertes: transporte de partículas de las zonas áridas a otras zonas

Artificiales: Ø Hogares: debido a calefacciones de carbón, petróleo o gas. Ø Transporte: debido a coches y aviones. Ø Industria: debido a centrales térmicas, cementeras, siderometalúrgicas, papeleras y químicas. Ø Agricultura y ganadería: el uso de fertilizantes, los regadíos por inundación (arroz) y la ganadería vacuna emiten metano. Ø Incineración de residuos sólidos. El porcentaje de contaminantes generados por la actividad natural es mayor a nivel global, mientras que el de origen humano lo es a nivel local o regional. La contaminación antrópica es más importante por localizarse en puntos geográficos concretos, zonas urbanas o industriales.

1. 2 Tipos de contaminantes: Contaminantes del aire son las sustancias químicas y formas de energía que en ciertas concentraciones pueden causar molestias, daños o riesgos a personas y otros seres vivos, o ser el origen de alteraciones en el funcionamiento de los ecosistemas, en los bienes materiales y en el clima. El tiempo de residencia o vida media de un contaminante es el período de tiempo que puede permanecer en la atmósfera como tal o participando en reacciones químicas. Varía según la naturaleza de cada contaminante. Los contaminantes pueden ser: - Sustancias químicas: contaminantes primarios y secundarios. - Formas de energía: radiación ionizante, no ionizante y ruido.

Contaminantes primarios.

Contaminantes secundarios. Originados a partir de los primarios mediante reacciones químicas atmosféricas. No provienen directamente de focos emisores. SO 2 SO 3 : Incoloro. Se condensa rápidamente y reacciona con agua para dar H 2 SO 4, que junto con el HNO 3 es responsable de la lluvia ácida. NO 2 (oxidación por O 3) NO 3 : Responsable de la formación del smog fotoquímico. PAN: Nitratos de peroxiacetilo. Formados a partir de hidrocarburos por reacciones fotoquímicas, con gran poder oxidante. O 3 (troposférico): Fuerte oxidante. Componente del smog fotoquímico. Natural: por intrusiones estratosféricas, volcanes, tormentas. Humano: por reacciones fotoquímicas de contaminantes primarios del tráfico (NO 2 e HC).

Formas de energía. 1. Radiaciones ionizantes. Pueden ionizar átomos y moléculas, alterando su estructura y por tanto su función. Hay 4 tipos: Radiación alfa partículas cargadas eléctricamente. Bajo poder de penetración (por ejemplo el papel las detiene). Radiación beta partículas cargadas eléctricamente. Mayor poder de penetración (por ejemplo una lámina de aluminio las detiene). Rayos x ondas electromagnéticas. Alto poder de penetración, de hasta decímetros. Rayos gamma ondas electromagnéticas. Altísimo poder de penetración, de hasta metros. El origen de estas radiaciones puede ser: - Natural: transformación de materiales radiactivos, radiaciones cósmicas. - Humano: medicina, centrales nucleares, investigación. Los efectos dependen de la energía absorbida, el tipo de radiación, el tiempo y la parte afectada. Afectan a los procesos biológicos y al ADN.

FORMAS DE ENERGÍA. 2. Radiaciones no ionizantes. Incluyen: ultravioleta, infrarrojos, radiofrecuencias y las microondas. No modifican la estructura de la materia (no ionizan átomos). El origen puede ser: Natural: sol, superficie de la Tierra. Humano: cables eléctricos, aparatos eléctricos. Sus efectos dependen de la intensidad del campo electromagnético y el tiempo. Producen alteraciones del sistema nervioso, hormonal e inmunológico. 3. Ruido y contaminación lumínica. (Se estudian al final del tema).

1. 3 Dispersión de los contaminantes. Procesos que intervienen en la contaminación del aire: Emisión de contaminantes Nivel de emisión es la cantidad de cada contaminante vertido a la atmósfera en un período de tiempo determinado. Su valor se mide a la salida de la fuente emisora (por ejemplo la chimenea). Mecanismos sumidero procesos por los que ese contaminante se transporta, difunde, mezcla o acumula según las condiciones meteorológicas. Inmisión El nivel de inmisión es el límite máximo tolerable de un contaminante en la atmósfera, aislado o asociado con otro. Cuando no es adecuado, se reduce la calidad del aire.

A. Factores que influyen en la dispersión de los contaminantes: Los factores que influyen en la dinámica de dispersión de los contaminantes, y por tanto en su concentración, son las características de las emisiones, las condiciones atmosféricas, las características geográficas y topográficas. 1. Características de las emisiones: viene determinado por Ø Naturaleza del contaminante (gas/partícula). Ø Concentración del contaminante. Ø Temperatura de emisión (si la temperatura del gas es mayor que la temperatura del medio, el gas sube). Ø Velocidad de salida (a mayor velocidad, más probabilidad de dispersión). Ø Altura del foco emisor (a mayor altura, más probabilidad de dispersión).

2. Condiciones atmosféricas: atmosféricas Ø Las situaciones anticiclónicas o de estabilidad atmosférica dificultan la dispersión de los contaminantes y aumentan los niveles de inmisión de los mismos. Ø Temperatura del aire y sus gradientes, que determina el movimiento del aire, y por tanto, las condiciones de: • inestabilidad (mayor dispersión), • estabilidad (mayor inmisión) • inversión térmica (que atrapa la contaminación). Ø Vientos horizontales: su dirección (hacia dónde llevarán los contaminantes), su velocidad (relacionada con la capacidad de dispersión) y la turbulencia (que provoca la acumulación de contaminantes). Ø Precipitaciones: lavan la atmósfera y llevan la contaminación al suelo. Ø Insolación: favorece reacciones que producen oxidantes fotoquímicos (los contaminantes secundarios)

3. Condiciones geográficas y topográficas: topográficas Tienen una influencia en el origen de brisas, que arrastran los contaminantes o provocan su acumulación. Varía según la zona en la que se produzcan: a) En zonas costeras las brisas diurnas llevan la contaminación al interior y las brisas nocturnas llevan la contaminación al mar.

b) En valles y laderas la situación es de inversión térmica siempre como consecuencia del diferente calentamiento de las laderas y valles y del período día-noche: De día, las laderas se calientan y sube el aire, quedando el fondo del valle frío. De noche, la temperatura de la ladera es menor, se origina una corriente de aire frío descendiente hacia el valle. Las laderas impiden el movimiento de aire horizontal.

c) Presencia de masas vegetales: reducen la contaminación, pues frenan la velocidad del viento y se depositan las partículas en las hojas y también absorben CO 2 durante la fotosíntesis. d) Presencia de ciudades: influye en el movimiento de las masas de aire. Los edificios, que frenan la velocidad del viento. Disposición de las calles, que generan turbulencias. Efecto “isla de calor”: la temperatura dentro de la ciudad es mayor que en la periferia, por el calor procedente de combustiones de coches, calefacciones, los edificios, el pavimento, así como la dificultad de disipar el calor por la noche. Aparecen brisas urbanas cíclicas, de aire frío periférico. Se dificulta la dispersión y se acumulan los contaminantes, formando la cúpula de contaminantes.

1. 4 Efectos de la contaminación del aire. La emisión de sustancias nocivas a la atmósfera afecta tanto a la salud humana como a los ecosistemas. Se considera que la contaminación del aire libre y de los locales cerrados es responsable de casi el 50% de la carga mundial de enfermedades. Los efectos de la contaminación se pueden clasificar según el radio de acción en: - efectos locales (nieblas contaminantes o smog) - efectos regionales (lluvia ácida y contaminación transfronteriza) - efectos globales (agujero en la capa de ozono y cambio climático) Los factores que influyen son: la clase de contaminante, su concentración y el tiempo de exposición al mismo; la sensibilidad d los receptores y las posibles reacciones de combinación entre contaminantes.

Los efectos se aprecian en vegetales, animales, la salud de las personas y los materiales

Efectos de la contaminación del aire, según su radio de influencia. 1. Efectos locales. Se producen en las zonas próximas a los focos emisores. Son los ocasionados por cada uno de los contaminantes y la formación de nieblas contaminantes o smog (smoke + fog). Las reacciones de combinación entre los contaminantes (sinergia) provocan un aumento de los efectos. Hay 2 tipos de smog: Londres, 1952 a) Smog clásico o sulfuroso. (Londres) Neblina de color pardo-gris sobre la ciudad. Produce alteraciones respiratorias que agravan el asma. Su origen está en: altas concentraciones de partículas en suspensión (hollines y humos), de SO 2 y CO combinados con una situación atmosférica de alta humedad relativa, vientos en calma y anticiclón.

b) Smog fotoquímico. (Los Ángeles 1944) Presencia de bruma y formación de ozono que se acumula. Produce irritación ocular, daños en la vegetación y materiales como cuero y fibras sintéticas. Su origen está en la presencia de óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y O 2, que reaccionan y producen: ozono, PAN y aldehídos (todas ellas sustancias con gran poder oxidante). La situación atmosférica es: presencia de radiación solar UV (fuerte insolación), poco viento o débil y anticiclón. Ocurren una serie de reacciones fotoquímicas complejas: 1. Formación de ozono a partir del ciclo fotolítico del NO 2: NO 2 + luz NO + O 2 O 3 Si no hay hidrocarburos, el ozono “se recicla”, pues reaccionan: O 3 + NO 2 + O 2 2. Si hay hidrocarburos, los radicales de éstos oxidan al NO y originan radicales libres (y el ozono se acumula). 3. Formación de PAN (nitrato de peroxiacetileno) y aldehídos; a partir de reacciones entre radicales libres y contaminantes primarios o el propio O 2.

Fig. 13. Esquema de formación del smog fotoquímico.

Ciudad china de Guangzhou, sin y con smog.

2. Efectos regionales: Lluvia ácida. Los efectos se manifiestan en zonas alejadas de los focos de emisión y originan la lluvia ácida o contaminación transfronteriza. La lluvia ácida se debe al transporte, reacción, precipitación y depósito del SO 2 y de los óxidos de nitrógeno (NOx) liberados con la quema de combustibles fósiles y otros procesos naturales y antrópicos, que reaccionan con el agua atmosférica formando ácido sulfúrico (H 2 SO 4) y nítrico (HNO 3) Lo puede hacer de dos formas: ü Deposición seca: en forma gaseosa o como aerosoles (ocurre cerca de las fuentes de emisión). ü Deposición húmeda: se oxidan dando ácidos (sulfúrico y nítrico), que se disuelven con el agua en las nubes. SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 + 2 OH- H 2 SO 4 + H 2 O NO 2 + OH- HNO 3

La intensidad de la lluvia depende de: La velocidad de las reacciones químicas que las originan. La presencia de humedad en la atmósfera. La dinámica atmosférica (los procesos de transporte). La contaminación de países como Reino Unido y Alemania llega a los países escandinavos debido a que la circulación atmosférica en esas zonas es de oeste a este.

Los efectos de la lluvia ácida son: Ø Corrosión de metales. Ø Descomposición de materiales de construcción (el “mal de la piedra”). Ø Destrucción de ecosistemas (acidificación de suelos y aguas). Ø Destrucción de masas forestales. Ø Desaparición de especies en ecosistemas acuáticos.

3. Efectos globales: efecto invernadero y agujero de ozono. Los efectos globales abarcan la totalidad del planeta. Entre los años 1977 y 1984 se detectó una reducción del 40% de la cantidad de ozono en la Antártida durante la primavera: se denominó agujero de ozono a este fenómeno. Actualmente ha aumentado su extensión hasta la Tierra del Fuego, con efectos graves en la región como un aumento en los cánceres de piel y ceguera en las ovejas. El protocolo de Montreal (1987) estableció congelar la producción de CFCs responsables de su destrucción, reducirla un 20% en 1993 y un 30% más en 1998. Se prevé la recuperación de la capa de ozono hacia el año 2050. En la formación y destrucción del ozono están implicados los óxidos del nitrógeno y los compuestos de cloro.

a) Los óxidos del nitrógeno. Se producen en gran cantidad durante las tormentas y llegan a la estratosfera. En cambio, los NOx producidos por el hombre son muy reactivos en la troposfera y no llegan hasta la estratosfera. Sólo el N 2 O es poco reactivo y llega a la estratosfera, donde se transforma en NOx por fotólisis. Ocurren 2 reacciones, y su balance es la destrucción neta de ozono, por lo que podemos considerar los NOx como catalizadores de su destrucción: NO + O 3 NO 2 + O NO + O 2 NO + NO 2 + O 3 + O NO 2 + NO + O 2 También hay que tener en cuenta que los óxidos de nitrógeno reaccionan a su vez con los OH- para formar ácido nítrico.

b) Los compuestos de cloro. Aquí se incluyen compuestos naturales como el Na. Cl y el HCl y compuestos artificiales como los CFC. Éstos últimos se emplean en propelentes de aerosoles, disolventes y refrigerantes. Los CFC son inocuos y muy estables, por lo que llegan a la estratosfera, donde se rompen debido a los rayos UV y reaccionan con el ozono. Cada átomo de cloro puede destruir hasta 100. 000 moléculas de ozono. Las reacciones que tienen lugar son las siguientes: Fotólisis: CFCl 3 + rayos UV CFCl 2 + Cl Destrucción del ozono: + Cl + O 3 Cl. O + O 2 Cl. O + O Cl + O 2 Cl + Cl. O + O 3 + O Cl. O + Cl + O 2 El Cl es catalizador. Este proceso puede durar cien años Los NOx atrapan el Cl y lo inactivan, protegiendo al ozono: NOx + Cl. O Cl. NO 3

El agujero de ozono. El agujero en la Antártida es mayor que en el Polo Norte, pues al ser un continente, se alcanzan temperaturas mucho menores (-83ºC). Hay un anticiclón que atrapa el aire frío y se forman nubes estratosféricas polares (NEP), que utilizan como núcleos de condensación los NOx. Así, los retiran de la atmósfera y ya no pueden atrapar el Cl que destruye el ozono. Tiene lugar un bucle +: al disminuir la concentración de ozono, la temperatura se reduce también (pues absorben menos radiación UV) y se forman las NEP, que reducen la cantidad de NOx y por tanto disminuye el ozono. Otro factor que aumenta el agujero de ozono en el polo Sur es que el vórtice polar permanece sobre la Antártida, lo que impide la llegada de aire con ozono desde el ecuador.

1. 5 La calidad del aire. Se define mediante un conjunto de normas que marcan una frontera entre aire limpio y aire contaminado. En España, la legislación fija los niveles máximos admisibles de emisiones de industrias y vehículos y establece los criterios de calidad para: óxidos de nitrógeno, CO, Pb, Cl 2, HCl, H 2 S y PSS (partículas sedimentables). 1. Vigilancia de la calidad del aire. Consiste en evaluar la presencia de agentes contaminantes y su evolución en el tiempo y espacio, para prevenir sus efectos. Se lleva a cabo mediante: Ø Redes y estaciones de vigilancia (manuales y automáticas). Son los puntos de muestreo Ø Métodos de análisis, por equipos automáticos. Son específicos para cada contaminante. Ø Indicadores biológicos: presencia, ausencia o alteraciones en seres vivos muy sensibles a la contaminación, como los líquenes. Se utilizan para detectar HF, SO 2, oxidantes fotoquímicos, metales pesados, isótopos radiactivos. Ø Empleo de sensores lídar.

2. Medidas preventivas. Para evitar la aparición del problema: Ø Planificar los usos del suelo: minimizar el impacto de las industrias mediante una correcta ordenación del territorio. Ø Evaluación de Impacto Ambiental: establecer medidas antes de realizar un proyecto o no realizarlo si un estudio previo así lo determina. Ø Empleo de tecnologías limpias, de baja o nula emisión de residuos. Ø I + D para desarrollar fuentes de energía limpias. Ø Mejorar la calidad y el tipo de combustibles o carburantes. Ø Educación ambiental: conseguir un uso racional de energía por parte de los ciudadanos. Ø Establecer leyes que regulen la calidad del aire.

3. Medidas correctoras: Que reducen los niveles de concentración de contaminantes Retención de partículas por gravedad o por campos eléctricos. Se emplean filtros secos o húmedos. El inconveniente es que generan a su vez otros residuos (sólidos o líquidos). Depuración de gases mediante: Absorción por líquidos. Adsorción en sólidos. Combustión. Reducción catalítica. Chimeneas que faciliten la dispersión, pero que llevan el problema a otro lugar más alejado.

2. CONTAMINACIÓN ACÚSTICA. Se define ruido como un sonido excesivo o intempestivo que puede producir efectos fisiológicos y psicológicos no deseados sobre una persona o grupo. Se considera ruido todo sonido inarticulado, confuso, más o menos fuerte y siempre desagradable para el que lo percibe. También se puede definir como toda sensación auditiva molesta y el fenómeno acústico que la produce. El límite de contaminación sonora admisible (en la UE) está en 65 d. B. Hasta los 80 d. B se considera nocivo y de más de 85 d. B es peligroso. El umbral del dolor es los 120 d. B.

Fuentes productoras de ruido (OMS): Ø Industria: maquinaria (a mayor potencia, mayor ruido). Ø Medios de transporte: automóviles, cuya incidencia depende de la velocidad, la anchura de la calle, los edificios… Varía mucho según la intensidad del tráfico. Las mayores molestias se deben a motos, bocinas, sirenas. Los aviones suponen un problema grave en las poblaciones cercanas a los aeropuertos. Ø Construcción de edificios: maquinaria muy ruidosa que no suele tener silenciador. Ø Interior de edificios: limpieza, electrodomésticos, radio y TV, animales domésticos, tuberías, cisternas. Ø Ocio y tiempo libre: cafeterías, discotecas, ferias.

Efectos de la contaminación acústica: Dependen de: El tiempo de exposición. La edad del individuo. El estilo de vida. El tipo de trabajo. a) Alteraciones fisiológicas (dependen de la intensidad y el tiempo de exposición): Ø Pérdida de audición gradual. Ø Aumento de la frecuencia respiratoria (>90 d. B). Ø Taquicardia, aumento de la presión arterial y riesgo coronario. Ø Reducción de la secreción salivar, náuseas, vómitos, pérdida de apetito, úlceras. Ø Aumento en la secreción de adrenalina. Ø Pérdida del equilibrio, vértigos.

b) Alteraciones psíquicas (dependen de la intensidad, la fuente, la hora y el estado de ánimo): Neurosis. Irritabilidad. Estrés. c) Dificultades de comunicación oral: mayor riesgo de accidentes y mayor esfuerzo (por ejemplo: levantar la voz). d) Alteraciones en el sueño (dependen del tipo de ruido, la edad y el sexo). e) Reducción del rendimiento laboral, con disminución en la capacidad de: Memorización. Resolución de problemas. Vigilancia. Concentración. Campo auditivo normal. La capacidad auditiva normal varía de unos individuos a otros, per se considera normal a la gama de frecuencias entre 16 y 20000 hercios.

Soluciones frente a la contaminación acústica. 1. Preventivas: Planificación del uso del suelo (evitar localizar cierta actividad en una zona inadecuada). Planificación urbana (aislando geográficamente las actividades ruidosas). Arquitectura urbana: ubicación y distribución adecuada de las viviendas, insonorización e instalación de pantallas acústicas. Estudios de impacto ambiental. Tasas, multas, subvenciones. Silenciadores en las fuentes emisoras. Información y educación ambiental. 2. Correctoras: Reglamentos y leyes que regulen las emisiones de ruidos. Actuar directamente sobre las fuentes de emisión: limitar el nivel de la actividad, reducir la potencia sonora, aislamientos.

3. CONTAMINACIÓN LUMÍNICA. Resplandor luminoso nocturno o brillo producido por la difusión y reflexión de la luz en los gases, aerosoles y partículas en suspensión en la atmósfera, que altera las condiciones naturales de las horas nocturnas y dificultan las observaciones astronómicas de los objetos celestes.

1. Manifestaciones de la contaminación lumínica. Luz intrusa: cuando la luz artificial llega fuera del área donde es necesaria. Por ejemplo, la luz de una farola que entra en una vivienda. Difusión hacia el cielo: cuando la luz interacciona con las partículas del aire y se desvía en todas las direcciones, sobre todo hacia el cielo. Por eso el halo luminoso de las ciudades se observa a gran distancia. Deslumbramiento cuando la luz llega directamente sobre los ojos, dificultando la visibilidad y generando una situación potencialmente peligrosa.

2. Fuentes. Iluminación privada de exteriores; iluminación de edificios, fuentes, jardines, calles, autovías, áreas de servicio; escaparates o edificios acristalados que proyectan su luz al exterior. 3. Efectos. Económicos: sobreconsumo energético y gasto elevado. Ecológicos: afecta a fauna y flora nocturna y altera sus ciclos vitales que dependen de la variación diaria de luz. Por ejemplo, pueden alterar las migraciones o impedir la polinización de algunas plantas. Sanitarios: dificultades de visión, alteraciones en el sueño, fatiga. Científicos y culturales: impide la observación del cielo nocturno.

4. Soluciones. Mejora de la iluminación ambiental: intensidad moderada y encendido sólo en ciertas horas para la luz ornamental. Utilización de lámparas de bajo consumo y orientadas hacia el suelo. Ordenanzas y reglamentación. Campañas de información y educación ambiental.