LA CONTAMINACIN ATMOSFRICA DEFINICIN Presencia en el aire

LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

§ DEFINICIÓN : Presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas o bienes de cualquier naturaleza. (Ley 38/1972 sobre Protección del Medio Ambiente Atmosférico)

CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS § SUSTANCIAS QUÍMICAS – Contaminantes primarios – Contaminantes secundarios § FORMAS DE ENERGÍA

SUSTANCIAS QUÍMICAS § CONTAMINANTES PRIMARIOS: Son sustancias químicas emitidas directamente a la atmósfera desde distintas fuentes. § CONTAMINANTES SECUNDARIOS: Son sustancias químicas que se forman a partir de los contaminantes primarios mediante reacciones químicas que tienen lugar en la atmósfera.

CONTAMINANTES PRIMARIOS § § § § PARTÍCULAS. COMPUESTOS DEL AZUFRE. ÓXIDOS DE NITRÓGENO. ÓXIDOS DE CARBONO. COMPUESTOS ORGÁNICOS. COMPUESTOS HALOGENADOS. METALES PESADOS. OLORES.

PARTÍCULAS (PM) – Sólidas o líquidas de 1 a 1000 micras. – De origen humano o natural (89%). – Permanencia en el aire según tamaño, en general, menos de 3 días. – Efecto local. – Incluye polvo, humos, aerosoles, . .

§ Importante incidencia sobre la salud humana (sistema respiratorio) en las ciudades. § Influencia sobre el clima: – Reflejando radiación solar – Absorbiendo radiación solar – Promoviendo la formación de nubes

COMPUESTOS DEL AZUFRE § SO 2 – Fuentes: § Erupciones volcánicas. § Oxidación del S en la combustión de carbón, petróleo y derivados en centrales térmicas, calefacciones y vehículos. – Efectos: § Reacciona con el agua de lluvia formando ácido sulfúrico (lluvia ácida).

Las centrales térmicas producen electricidad a partir de la combustión de carbón, petróleo o gas natural. El lignito que se quema en la central térmica de Andorra (Teruel) para producir electricidad contiene un 7% de azufre.

ÓXIDOS DE NITRÓGENO § N 20: se forma en los procesos de desnitrificación microbiana en los suelos. § NO y NO 2 (NOx): – Fuentes: cualquier combustión a alta temperatura provoca la reacción entre el N 2 y el O 2 atmosféricos. El transporte por carretera es la principal fuente de emisión. – Efectos: § Precursores del ácido nítrico (lluvia ácida). § Componentes del smog fotoquímico, participan en la formación del ozono (O 3) troposférico.

NIVELES DE EMISIÓN DE LOS NOx EN EUROPA EXISTE UNA RELACIÓN DIRECTA ENTRE LOS NIVELES DE NOx Y LA DENSIDAD DEL TRÁFICO DE VEHÍCULOS A MOTOR.

El tráfico representa el 65 % de las emisiones de NOx en la ciudad de Madrid. Calle Goya (Madrid) El ayuntamiento de Madrid persigue su reducción mediante la creación de zonas de bajas emisiones.

ÓXIDOS DE CARBONO § CO: – Fuentes: se forma en las combustiones incompletas. La principal son los vehículos a motor. – Efectos: tiene una gran afinidad por la hemoglobina formando carboxihemoglobina e impidiendo el transporte de O 2 a las células (asfixia). § CO 2: – Fuentes: descomposición aerobia y combustión de materia orgánica y de combustibles fósiles. – Efectos: es el principal gas de efecto invernadero. La combustión masiva de carbón, petróleo y gas está incrementando su cantidad en la atmósfera.

Más del 80 % de la energía primaria consumida en el mundo procede de los combustibles fósiles. Su utilización masiva está incrementando los niveles de CO 2 en la atmósfera.

EMISIONES DE CO 2 POR PAÍSES.

COMPUESTOS ORGÁNICOS § HIDROCARBUROS (NO METANO): son gases o muy volátiles a la temperatura ambiente cuando tienen menos de 12 átomos de C. – Fuentes: § Naturales: isopreno, terpenos, etc. . § Humanas: industria petroquímica, quema de combustibles (tráfico, etc. . ), uso como disolventes, . . – Efectos: § Salud: algunos son cancerígenos (benceno) § Medio ambiente: – Contribuyen a la formación del smog fotoquímico – Participan en la formación de ozono troposférico

EL METANO (CH 4) § Fuentes: se produce por descomposición anaerobia bacteriana de la materia orgánica. – Humanas: § § Ganadería de rumiantes. Extracción de gas natural, petróleo y carbón. Vertederos y depuradoras Arrozales – Naturales: § Humedales § Termitas § Efectos: – Es el segundo gas de efecto invernadero más importante.

COMPUESTOS HALOGENADOS § Derivados del metano por sustitución de los H por Cl y F. § Fuentes: diseñados por la industria química como refrigerantes, propelentes y disolventes limpiadores. Su uso ha sido en general prohibido por el Protocolo de Montreal (1989). § Efectos: – Destrucción de la capa de ozono (estratosfera) – Son gases de efecto invernadero.

Debido a su gran estabilidad, logran llegar hasta la estratosfera, donde la radiación ultravioleta libera átomos de cloro.

METALES PESADOS § Se incorporan al cuerpo por consumo de alimentos y agua potable o por inhalación de partículas que los contengan (As, Cd, Ni, Pb, Hg). § Fuentes: industria metalúrgica, minería, combustibles fósiles, biocidas. § Efectos: carcinógenos (As, Cd), neurológicos (PB, Hg), tóxicos (As), hepáticos (As), renales (Cd), etc Tienen tendencia a acumularse en ciertos tejidos y órganos por lo que se transmiten y concentran a través de las cadenas tróficas.

Abril de 1998. Mina de pirita de Aznalcóllar (Sevilla). Rotura del muro de la balsa que contiene agua muy ácida con metales pesados. Vertido al río Guadiamar (afluente del Guadalquivir) recubriendo su vega con lodos ricos en Pb, Zn, As, Cu. .

OLORES § En España no hay una legislación específica que regule la problemática de los olores. Ésta tendrá que incorporar las técnicas oftalmométricas ya existentes para la medida cuantitativa del olor. § Fuentes: vertederos, depuradoras de aguas residuales, centros de compostaje, ganadería, industria alimentaria, industria papelera, . . § Efectos: disminución de la calidad de vida

TRABAJOS VOLUNTARIOS § El amianto. – ¿qué es? – Efectos sobre la salud. – Profesiones y/o situaciones de riesgo. § El radón. – ¿qué es? – Efectos sobre la salud. – Situaciones de riesgo. § La contaminación por óxidos de nitrógeno en las grandes ciudades. – – – Problemática Normativa Soluciones § La contaminación por motores diesel.

CONTAMINANTES SECUNDARIOS § § § Ácidos sulfúrico y nítrico Ozono troposférico Nitrato de peroxiacetileno (PAN)

ÁCIDOS SULFÚRICO Y NÍTRICO § SO 2 SO 3 + H 2 O § § SO 3 (oxidación) H 2 SO 4 (reacción con el agua) NOx + H 2 O HNO 3 (reacción con el agua) Caen sobre el terreno en forma de lluvia, rocío, nieve o niebla.

OZONO TROPOSFÉRICO § Fuentes: – Natural: a partir de óxidos de N y COVs. Niveles muy bajos. – Humana: reacciones fotoquímicas a partir de NOx e hidrocarburos procedentes del tráfico, calefacciones, industria (smog fotoquímico). § Efectos: es muy oxidante. – – – Irritación de ojos Sobre la mucosa respiratoria; asma Sobre la vegetación

NITRATO DE PEROXIACETILENO § Fuente: en las reacciones fotoquímicas entre los Nox, el O 2, el O 3 y los hidrocarburos (smog fotoquímico).

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA DINÁMICA DE DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES § Una vez emitido el contaminante se produce su dispersión. § La dispersión depende de: – Las características de la emisión. – Las condiciones atmosféricas. – Las características geográficas y topográficas. – Otros factores.

LAS CARACTERÍSTICAS DE LA EMISIÓN § § § Naturaleza del contaminante Velocidad y temperatura de emisión Altura del foco emisor

LAS CONDICIONES ATMOSFÉRICAS § Gradiente vertical de temperatura (GVT) y movimientos verticales del aire (convección). La estabilidad atmosférica (anticiclón, inversión térmica) impide la dispersión, la inestabilidad la favorece (borrasca). § Vientos: a más velocidad más dispersión, pero también aumenta la cantidad de partículas. § Precipitaciones: favorecen la deposición y dispersión. § Insolación: favorece la formación de contaminantes secundarios en las reacciones fotoquímicas.

La inversión térmica impide la convección del aire y, por tanto, la dispersión de los contaminantes.

Panorámica de Cuenca. ¿Dónde está la capa de inversión térmica?

LAS CARACTERÍSTICAS GEOGRÁFICAS Y TOPOGRÁFICAS § Las brisas costeras. § El relieve dificulta el movimiento del aire contaminado. En el fondo de los valles en invierno tiende a acumularse el aire frío (inversión térmica). § Presencia de masas vegetales: favorecen la decantación de partículas y absorben CO 2. § Presencia de núcleos urbanos: interfieren en el viento y generan el efecto de isla de calor.

El aire del fondo de los valles está más frío que el que tiene encima. Al no haber convección no hay dispersión de los contaminantes.

La mayor temperatura dentro de la ciudad genera unas brisas urbanas que concentran los contaminantes.

IMPACTOS SOBRE LA ATMÓSFERA § § § Impactos locales: smogs Impactos regionales: la lluvia ácida Impactos globales: – El agujero en la capa de ozono (estratosférico) – El incremento del efecto invernadero y el cambio climático global

SMOGS O NIEBLAS DE CONTAMINACIÓN § Smog sulfuroso o húmedo (tipo Londres): – Humedad + PM + SO 2 – Anticiclón, viento en calma § Smog fotoquímico (tipo Los Ángeles): – NOx, hidrocarburos, O 3, PAN, – Anticiclón, alta insolación, viento en calma

Ciclo fotolítico de los NOx. A más NOx más O 3. En presencia de COVs el O 3 tiende a acumularse.

§ Explicar la evolución de los niveles de NOx y O 3 a lo largo de 24 horas en la ciudad de Méjico.

NIEBLA FOTOQUÍMICA SOBRE MADRID

§ ¿Qué medidas correctoras se pueden proponer?

LA “LLUVIA” ÁCIDA

§ Se considera que la “lluvia” es ácida cuando su p. H es inferior a 5, 65. Lo que se debe a su contenido en H 2 SO 4 y HNO 3. § Los precursores de dichos ácidos son el SO 2 y los NOx respectivamente. § La lluvia ácida puede producirse en lugares muy alejados de las fuentes de emisión de los precursores siguiendo la dirección de los vientos dominantes.

§ EFECTOS: no solo dependen de los niveles de la deposición ácida sino del tipo de sustrato (suelo, rocas). – Acidificación de los ecosistemas acuáticos. – Acidificación de los suelos y cambio de su composición química (pérdida de cationes). – Daños en los bosques. – Aceleración del deterioro de los materiales de construcción (mal de piedra).

Puede apreciarse que los mayores niveles de “lluvia” ácida tienen relación con las zonas de mayor actividad industrial y con los vientos dominantes del oeste. MAPA DE LA “LLUVIA” ÁCIDA EN EUROPA.

Puede apreciarse que donde las rocas del terreno son silíceas (granito, gneis, etc. ) y/o los suelos son de tipo podzol (suelos ácidos), la sensibilidad a la “lluvia” ácida es mayor. MAPA DE LA SENSIBILIDAD A LA “LLUVIA” ÁCIDA EN EUROPA.

EL AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO

§ La mayor parte del ozono atmosférico se encuentra en la estratosfera entre los 15 y 35 km de altura (capa de ozono). § En ella se retiene el 90% de los rayos ultravioleta.

EN LA ESTRATOSFERA HAY UN CICLO DE FORMACIÓN Y DESTRUCCIÓN DEL O 3 QUE ESTÁ EN EQUILIBRIO DINÁMICO. § Formación del O 3: – 1. O 2 + uv – 2. O + O 2 O+O O 3 + calor § Destrucción del O 3: – 3. O 3 + uv – 4. O 3 + O O 2 + O 2

EL EQUILIBRIO DINÁMICO DE FORMACIÓN – DESTRUCCIÓN DEL OZONO ES ALTERADO POR LA ACCIÓN DE CIERTAS MOLÉCULAS CAPACES DE CATALIZAR SU DESTRUCCIÓN: § X + O 3 § XO + O § O 3 + O XO + O 2 [1] X + O 2 [2] 2 O 2 [reacción neta] Donde X puede ser el NO, Cl o Br.

§ Tanto el N 2 O como los CFC son gases muy estables por lo que pueden permanecer en la troposfera inalterados durante muchos años. § Esta es la causa de que acaben alcanzando la estratosfera, sobre todo por la “chimenea ecuatorial”. § Una vez en la estratosfera, donde la radiación ultravioleta es mucho más intensa, el N 2 O se oxida a NO y los CFC liberan Cl.

§ ACTIVIDAD Aplicar las reacciones químicas generales de destrucción del ozono al NO y el Cl.

§ EL AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO SE FORMA SOBRE LA ANTÁRTIDA DURANTE LA PRIMAVERA AUSTRAL (DE SEPTIEMBRE A DICIEMBRE)

¿POR QUÉ EL AGUJERO SE FORMA SOBRE LA ANTÁRTIDA? § La formación del vórtice polar en invierno aísla la atmósfera sobre la Antártida. § El intenso enfriamiento estratosférico invernal (-80 a - 90 ºC) origina las nubes estratosféricas polares (NEP). § En las NEP se producen las reacciones químicas que liberan las formas reactivas del cloro (Cl y Cl. O).

¿POR QUÉ EL AGUJERO SE FORMA DURANTE LA PRIMAVERA? § En invierno la estratosfera antártica alcanza altos niveles de Cl. O. § Cuando llega la primavera y los rayos solares irradian de nuevo la zona se inician las reacciones de destrucción del ozono apreciándose un rápido descenso. § El agujero desaparece pasada la primavera.

EFECTOS DE LA DESTRUCCIÓN DEL O 3 ESTRATOSFÉRICO § Hasta el año 2000 el agujero ha ido incrementando su “profundidad” y extensión. § http: //www. teleobjetivo. org/blog/evolucion-delagujero-en-la-capa-de-ozono. htm

EFECTOS DE LA DESTRUCCIÓN DEL O 3 ESTRATOSFÉRICO § Los científicos están de acuerdo en que la disminución del ozono atmosférico lleva consigo aumentos de la radiación UV a nivel del suelo. § Sobre la salud: – Cáncer de piel (no melanoma) – Reducción de la efectividad del sistema inmunológico – Trastornos oculares (cataratas) § Sobre el medio ambiente: – Sobre la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas – Incremento de la tasa de mutaciones – Afectan al fitoplancton, los peces, los anfibios, sobre todo en las primeras etapas de su desarrollo. § Los países más afectados son Chile, Argentina y Nueva Zelanda.

§ El Protocolo de Montreal fue suscrito en 1987 y en la actualidad unas 180 naciones se han comprometido a cumplir con sus metas de reducción en la producción de gases CFC, halones y bromuro de metilo, cuya presencia en la atmósfera es considerada la principal causa del adelgazamiento en la capa de ozono. § No obstante, se prevé que los efectos del Protocolo de Montreal tarden en producirse debido a la larga vida de estas moléculas.

AUMENTO DEL EFECTO INVERNADERO Y CAMBIO CLIMÁTICO GLOBAL

§ CONCEPTO DE EFECTO INVERNADERO: Es el fenómeno por el cual determinados gases presentes en la atmósfera absorben parte de la radiación infrarroja emitida por la superficie de la Tierra calentada por el Sol. § El E. I. es esencial para la vida. Sin él la temperatura media de la Tierra sería unos 33ºC inferior a la actual, es decir, -18ºC.

LOS GASES DE EFECTO INVERNADERO § El principal G. E. I. es el vapor de agua. Bajo un cielo claro, alrededor del 60 al 70% del efecto invernadero es producido por el vapor de agua. § Al no ser emitido por el ser humano no se suele considerar. § Además, al condensarse formando nubes, su efecto sobre el incremento del efecto invernadero es difícil de valorar. § Después del vapor de agua los principales gases de efecto invernadero (GEI) son el dióxido de carbono, el metano, el ozono, los CFC y moléculas afines (halocarbonos) y el óxido nitroso.

§ La concentración de todos los GEI se ha incrementado considerablemente desde la revolución industrial hasta hoy. CO 2 CH 4 N 2 O CFC-11 CONCENTRACIÓN PREINDUSTRIAL 280 ppm 715 ppb 270 ppb 0 CONCENTRACIÓN EN 2005 379 ppm 1774 ppb 319 ppb CONCENTRACIÓN EN 2016 400 ppm 1834 ppb 325 ppb Ppm: partes por millón Ppb: partes por millones (billón inglés) (2012) 268 ppt

§ El efecto invernadero por molécula GEI es muy distinto: CO 2 EFECTO RELATIVO 1 CH 4 25 N 2 O CFC 230 15. 000

§ Contribuciones relativas de los GEI al incremento del efecto invernadero entre 1750 (época preindustrial) y 2000. Es una medida del efecto invernadero adicional producido por la actividad humana.

§ El gas que más ha contribuido al incremento del efecto invernadero ha sido el CO 2. La curva de Keeling muestra el incremento del CO 2 en la atmósfera desde 1958 hasta 2007.

EMISIONES Y SUMIDEROS DE CO 2 Solo el 5 % de las emisiones de CO 2 son de origen humano. Se reparten así: - 75 % por el uso de combustibles fósiles - 23 % por la deforestación y cambio de uso del suelo - 3 % por la fabricación de cemento

METANO § Su concentración se ha multiplicado dos veces y media desde la revolución industrial hasta hoy. § Cada molécula tiene un efecto invernadero 25 veces superior al del CO 2. § Se genera en la descomposición anaerobia bacteriana de materia orgánica (el 60 % es de origen humano).

Atención a la evolución del permafrost. ¿Posible nuevo bucle explosivo?

ÓXIDO NITROSO (N 2 O) § El contenido en óxido nitroso en la atmósfera se ha incrementado un 8 por ciento desde que empezó la revolución industrial § Su origen está en la actividad microbiana del suelo y mares enriquecidos en nitrógeno por la aplicación masiva de fertilizantes nitrogenados en la agricultura.

OBSERVACIONES DIRECTAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO RECIENTE (IPCC 2007) § Once de los últimos 12 años se encuentran entre los 12 años más calurosos en los registros de temperatura global en superficie. § Aumento del contenido de vapor de agua en la atmósfera (al menos desde 1980). Bucle. § La temperatura media de los océanos del mundo ha aumentado hasta profundidades de, al menos, 3000 m (desde 1961). § El nivel medio del mar en el mundo se elevó a un ritmo medio de 1, 8 mm anual desde 1961 a 2003.

OBSERVACIONES DIRECTAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO RECIENTE (IPCC 2007) § Los glaciares de montaña y la cubierta de nieve han disminuido en ambos hemisferios. Bucle. § Las temperaturas medias árticas aumentaron casi el doble que la media mundial durante los últimos 100 años. § La extensión media anual del hielo marino ártico ha disminuido un 2, 7 % por decenio (desde 1978). http: //www. windows 2 universe. org/earth/polar/sea_ice/sea_i ce_north_animate. html&lang=sp § Las temperaturas en la parte superior de la capa de permafrost han aumentado en el Ártico hasta 3°C (desde 1980). Bucle.

Este gráfico muestra el cambio en nivel del mar desde 1880, con un ascenso en el nivel del mar de aproximadamente, 18. 5 centímetros durante el siglo veinte. La información usada para hacer este gráfico proviene de 23 estaciones de registro de mareas que se encuentran en suelos geológicamente estables. Se hizo un promedio a partir de la información anual de registro de mareas. La gruesa línea negra es un promedio que muestra esta tendencia.

§ Temperaturas del permafrost en las profundidades durante una perforación en Teshekpuk del este, Alaska (EE. UU. ), obtenida en 1989, 1995, y 2001, las cuales muestran aumentos de temperatura significativos en los 40 metros superiores, a lo largo del tiempo.

CONSECUENCIAS § § § § Inundación de zonas litorales. Acidificación del agua oceánica. Modificación de la circulación oceánica general. Modificación en los patrones de precipitación y sequía en distintas regiones de la Tierra. Mayor frecuencia de eventos meteorológicos extremos. Cambios en el área de distribución geográfica de las especies. Cambios en los ritmos (migraciones, floración, crecimiento, etc…) Extinción de especies.

DETECCIÓN, PREVENCIÓN Y CORRECCIÓN § Redes de vigilancia: detección. – Red de estaciones automáticas de medida: § Con sensores para SO 2, CO, NOx, NO 2, NO, O 3, PM 10. § Con sensores meteorológicos. – Sistema de predicción: para la prevención. – Sistema de información. § Indicadores biológicos: – Presencia o ausencia de organismos sensibles – SO 2, metales pesados, O 3.

SISTEMA INTEGRAL DE VIGILANCIA DE LA CALIDAD AMBIENTAL. MADRID.

BIOINDICADORES § Los bioindicadores son organismos sensibles a una determinada sustancia por lo que son útiles para informarnos de la calidad del aire. § Los líquenes, los musgos y ciertas plantas superiores son buenos bioindicadores. La planta del tabaco es muy sensible a pequeñas cantidades de ozono troposférico. Microfotografía de una sección transversal de liquen.

§ Los líquenes carecen de raíces y cutícula protectora por lo que son muy sensibles a las sustancias que están en el aire. § Hay líquenes costrosos, foliosos y ramificados. COSTROSO MENOS SENSIBLE FOLIOSO RAMIFICADO MAS SENSIBLE

§ El análisis de la presencia o ausencia de estos tres tipos de líquenes en un conjunto seleccionado de puntos de muestreo puede servir para establecer una zonación de un territorio determinado en función del índice de pureza del aire (IPA).

CORRECCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA ¿QUÉ MEDIDAS SE PUEDEN PROPONER?