TEMA 10

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

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.

Según esta definición, consideraremos que la atmósfera estácontaminada cuando existan sustancias o energías, bien ajenas a laatmósfera, o bien naturales pero en una elevada concentración.

La atmósfera dispone de mecanismos para difundir o dispersar oeliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada.

Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes:

• Calentamiento global o incremento del efecto invernadero• Destrucción de la capa de ozono• Lluvias ácidas• Smog

Acontecimientos importantes relacionados con la contaminación atmosférica en el siglo XX

1970Se crea en Estados Unidos la EPA (Environmental Protection Agency) y pone en

marcha las primeras medidas para lograr un aire limpio de la CAA (Clean Air Acta)

1972 Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente en Estocolmo

1970-75 Se detectan los daños causados por la lluvia ácida

1972 La Comunidad Europea decida adoptar una política medioambiental

1976 Escape de dioxina en Sveso (Italia)

1984Mueren más de 2000 personas en el accidente de la planta de Union Carbide en

Bhopal (India) en el que se produce un escape de gas tóxico.

1985-86 Se confirma la existencia del "agujero" de ozono en la Antártida

1985-90Alerta sobre el posible cambio climático provocado por gases con efecto

invernadero

1986 Comienza a comercializarse la gasolina sin plomo en Gran Bretaña

1987 Protocolo de Montreal para limitar la producción de CFC

Fuentes de contaminación

Naturales Antropogénicas

Fuentes de contaminación natural

Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.

Geológicos: Erupciones volcánicas (SO2, CO2,

H2S, cenizas….)

Fuentes de contaminación natural

Biológicos:

Respiración seres vivosFermentaciones

Incendios forestalesPolinización

Fuentes de contaminación naturalAtmosféricas:

Descargas eléctricas en las tormentas que liberan óxidos de nitrógeno

Hidrosfera: Liberación de PARTICULAS

SALINAS

Vientos

Fuentes artificiales o antropogénicas

ACTIVIDADES HUMANAS

Quema de combustibles

fósiles

Industria

Transporte

uso doméstico

Actividades agrícolas y ganaderas

Quema de bosques

Quema de rastrojos

fertilizantes -N2

Ganado - CH4

incineración de residuos sólidos

Incineración de residuos Siderurgia

Tráfico

Refinerías de petróleo

Agricultura y ganadería

Quema de rastrojos

Focos de emisión

Contaminante Antropogénicos

%

Naturales

%

Aerosoles 11.3 88.7

SOx 42.9 57.1

CO 9.4 90.6

NO 11.3 88.7

HC 15.5 84.5

El conjunto de contaminantes generados por el hombre tiene menorvolumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidosson peores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayorreactividad y a que están concentrados en lugares determinados.

El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera se llamatiempo de residencia y depende del tipo de contaminante y de lascondiciones atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…)

Tiempo de residencia

Gases: Depende de su capacidad reactiva

Partículas: Depende de su tamaño

La cantidad máxima de contaminación está regulada por la legislación ambiental decada pías, que establece unas concentraciones de referencia por encima de lascuales se considera que existe contaminación atmosférica y hay que tomar lasmedidas adecuadas.

Contaminante Período de referencia Valor límite Observaciones

Partículas (PM10)

Anual 30 µg/m3

24 horas 50 µg/m3Se podrá sobrepasar 25 días

al año

Dióxido de azufre

1 hora 350 µg/m3Se podrá sobrepasar 24

horas al año.

24 horas 125 µg/m3Se podrá sobrepasar 3 días al

año

Dióxido de nitrógeno 1 hora 200 µg/m3

Se podrá sobrepasar 8 horas

al año

Anual 40 µg/m3

Plomo Anual 0.5 µg/m3

Red de estaciones de vigilancia de la calidad

del aire en Madrid

Tipos de contaminantes

Se pueden hacer distintas clasificaciones:

Radiaciones ionizadasRadiaciones no ionizadas

Contaminación sonora

Gases Partículas

Olores

Sustancias químicas

Formas de energía.

Según la naturaleza del contaminante:

Tipos de contaminantes

Inocuos

Nocivos

Según la Toxicidad del contaminante:

Son los contaminantes primarios mas la radiación solar o el vapor

de aguaSecundarios

Primarios

Según la Procedencia del contaminante:

Contaminantes primariosProceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.

Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjunto supone el 90% de los contaminantes del aire.

Su naturaleza física y sucomposición química es muyvariada.Se pueden agrupar por supeculiaridad más característica:

Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran:

• Particulas (sólidos y líquidos de diferente naturaleza).De diferente origen: extracciones, combustiones, volcanes, incendios)

• Compuestos de azufre, SOx; SO2, SO3 ; H2SSOx, combustión de combustibles fósilesH2S, refinerías, escapes de gas, metabolismo anaerobio. Olor desagradable

• Óxidos de nitrógeno, NOx : NO y NO2 toxicos y N2OProcesos naturales: erupciones volcánicas, fermentaciones anaerobiasProcesos antrópicos: combustión combustibles fósiles

• Óxidos de carbono, CO2 y COCO: Combustiones incompletas, refinerías, vehículos, tóxicoCO2 : Origen natural y antropico, efecto invernadero

• Compuestos orgánicos: hidrocarburos : refinerias, vehículos,etcMetano: zonas pantanosas, arrozales, ganadopoliclorobifenilos (PCB): tratamientos de productos químicos cloradosDioxinas y furanos : Incineradoras

• Ozono, O3.

Compuestos halogenados: con Cl y F ;Cl2, HCl, HF, CFC

F: Marino, antropogénicoCl: antropogénico, tóxico e irritanteCFC: destruye la capa de O3

Metales pesados: Elementos tóxicos, no biodegradables, bioacumulativosPb: GasolinasCd: mineríaHg: Minería y actividades agricolas

Olores : Producidos por partículas en el aire, vertederos, aguas contaminadas, industrias del papel (H2S)

• En la atmósfera permanecen suspendidas sustancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio)

Partículas y aerosoles

• Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos.

• Partículas se suele llamar a los sólidos que forman parte del aerosol.

• Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micras o más).

SOx

SO2

Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el

trióxido de azufre (SO3).

Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 12

horas a 6 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en

la superficie húmedo o seco y el resto se convierte en

iones sulfato (SO42-).

• NOx (conjunto de NO y NO2)

• Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato deperoxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formación ydestrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, asícomo en el fenómeno de la lluvia ácida.

• En concentraciones altas produce daños a la salud y a las plantas ycorroe tejidos y materiales diversos.

• Las actividades humanas que los producen son, principalmente, lascombustiones realizadas a altas temperaturas.

Oxidos de nitrógeno NOx

Óxido nitroso (N2O)

• En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 años. Vadesapareciendo en la estratosfera en reacciones fotoquímicasque pueden tener influencia en la destrucción de la capa deozono. También tiene efecto invernadero.

• Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesosmicrobiológicos en el suelo y en los océanos) y menos deactividades agrícolas y ganaderas (alrededor del 10% del total).

Oxidos de nitrógeno NOx

• Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta detoxicidad, no deberíamos considerarlo una sustanciaque contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacenun contaminante de gran importancia en la actualidad:

1. Es un gas que retiene rayos infrarrojos y produce el efecto invernadero.

2. Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y la desaparición de grandes extensiones de bosques

CO2

• Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma demanera natural, en la oxidación de metano (CH4) por reaccionesfotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO2.

• La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo,después del CO2, el contaminante emitido en mayor cantidad ala atmósfera por causas no naturales. Procede, principalmente,de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en losmotores de los vehículos.

CO

• Es un contaminante primario que se forma de manera natural.

• La ganadería intensiva y zonas pantanosas (por la acción de bacterias anaerobias metanógenas )también generan cantidades importantes de este gas.

• Desaparece de la atmósfera a consecuencia de la reaccióncon los radicales OH formando, entre otros compuestos,ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años.

• Contribuye al efecto invernadero.

Metano (CH4)

Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C. Sonlos también llamados “freones”. Se han utilizado mucho en los"sprays", frigoríficos, etc. Son los principales responsables de ladestrucción de la capa de ozono.

Clorofluorocarbonos CFC’s

Dioxinas y furanos

Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos

maneras:1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas,

conservantes, desinfectantes o componentes del papel;

2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como

algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico(PVC) ,

papel o madera.

Contaminantes secundarios

No provienen directamente de losfocos emisores y poseen un granpoder oxidante.

Son los responsables de lacontaminación fotoquímica.

Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiaciónsolar o el vapor de agua.

Contaminantes secundarios.

SO2 SO3 : Incoloro. Se condensa rápidamente y reacciona con agua para dar H2SO4, que junto con el HNO3 es responsable de la lluvia ácida.

NO2 (oxidación por O3) NO3 : Responsable de la formación del smog fotoquímico.

PAN: Nitratos de peroxiacetilo. Formados a partir de hidrocarburos por reacciones fotoquímicas.

O3 (troposférico): Fuerte oxidante. Componente del smog fotoquímico. – Natural: por intrusiones estratosféricas, volcanes, tormentas.– Humano: por reacciones fotoquímicas de contaminantes

primarios del tráfico (NO2 e HC).

• Es el ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de laTierra.

• Se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan,principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes enel aire (COV).

• Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa dañosimportantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena elcrecimiento de las plantas y los árboles.

Ozono troposférico

Formación del ozono troposférico

•En España, como en otros países mediterráneos, durante el verano se dan condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas temperaturas, cielos despejados, elevada insolación y vientos flojos

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Efectos nocivos

Animales (humanos)

Irritación mucosas

Problemas respiratorios

Dolores de cabeza

Vegetales

Disminución capacidad biológica

Pérdida de producción

FORMAS DE ENERGÍA

1. Radiaciones ionizantes.Pueden ionizar átomos y moléculas. 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: desintegración espontanea de

núcleos atómicos, 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, 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.

Dispersión de los contaminantes

EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo detiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor.

INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera determinada,una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella y a la que están expuestoslos seres vivos y los materiales que se encuentran bajo su influencia, mide lacalidad del aire

Emisiones

Inmisiones

Dispersión de los contaminantes

1. La mayor parte de loscontaminantes se difunden en laparte baja de la troposfera, dondeinteractúan entre sí y con losdemás compuestos presentes,antes de su deposición.

2. Otros ascienden a alturasconsiderables y son transportadoshasta lugares muy alejados delfoco emisor.

3. Un tercer grupo, más reducido,puede llegar a traspasar latropopausa e introducirse en laestratosfera.(CFC)

1 32

Mezcla de contaminantes

Procesos químicos y fotoquímicos

Deposición

Los contaminantes que se difunden en la parte baja de la troposfera presentan unciclo de emisión-deposición que se puede resumir en tres etapas:

En general, se considera que en las áreas continentales se encuentran

los focos emisores, mientras que los océanos, por su extensión, son los

principales depósitos de retorno.

Este retorno sucede por:

Deposición húmeda: los contaminantes retornan a través de la lluvia,

la nieve la niebla o el rocío

Deposición seca: Tiene lugar en menor medida y es debida a

fenómenos gravitacionales y de adsorción (fijación a una superficie)

Dispersión de los contaminantes

TransporteIndustrias

Medio Urbano

EmisiónMezcla

Transporte

Sol Vapor de agua

Transformación

Deposición

Seca Húmeda

Inmisión

Dispersión de los contaminantes

Inmisión: cantidad de contaminantes presentes en una zona determinada

de la atmósfera, una vez que han sido transportados, difundidos y

mezclados, esto afecta a diferentes grupos de seres vivos

• Seres humanos

• Animales

• Vegetales

• Hongos

Estos niveles de inmisión van a depender de una serie de factores:

Características de las emisiones

Condiciones meteorológicas y climáticas

Características geográficas y topográficas

Características de las emisiones

Naturaleza de los

contaminantes

Gases Partículas

TemperaturaVelocidad de

emisión Altura de la

emisión

Condiciones meteorológicas

Estratificación del aire

Inversiones

Vientos

Humedad relativa del aire

Precipitaciones

Insolación

Condiciones meteorológicas y climáticas

Estratificación del aire.

Temperatura ºC

Altitud (

m)

GVTGAS

Temperatura ºC

Altitud (

m)

GVT

GAS

Temperatura ºC

Altitud (

m) GVT

GAS

GVT < GAS GVT > GAS GVT = GAS

Estable Inestable Indiferente

La Tª del aire contaminado

es inferior a la del aire que

le rodea. Es más densa, no

puede subir e incluso baja

La Tª del aire contaminado es

superior a la del aire que le rodea.

Se favorecen los movimientos

verticales y la dispersión de los

contaminantes

Las Tª son similares y su

variación con la altura es la

misma. No se favorece

ningún movimiento

Condiciones meteorológicas y climáticas

Inversiones térmicas

Son situaciones en las que se impide la circulación vertical del

aire y por lo tanto los contaminantes se acumulan en las capas

inferiores de la atmósfera.

Es la peor situación para la dispersión de contaminantes.

Condiciones meteorológicas y climáticas

Inversiones térmicas

Normalmente, el aire caliente de la superficie terrestre asciende y el aire de

la parte superior de la atmósfera (más frío) cae, con lo cual se crea una

circulación natural que dispersa los contaminantes superficiales del aire.

Una inversión ocurre cuando las capas de aire de la atmósfera inferior son

más frías que las superiores. La circulación natural sufre una interrupción y

tanto el aire superficial acumulado como los contaminantes del aire se

concentran alrededor de sus fuentes

El humo de las calefacciones o chimeneas no puede ascender debido a la

inversión térmica

Vientos

Tienen una gran importancia en la dispersión de los

contaminantes en función de sus características:

• Dirección

• Velocidad

• Turbulencias

El viento aleja los contaminantes

de la zona de emisión

Viento

Precipitaciones

Tienen un efecto de lavado,

arrastrando contaminantes hacia el

suelo. También pueden ayudar a

disolver algunos gases

Insolación

Favorece la formación de contaminantes secundarios mediante

reacciones de oxidación fotoquímica

Factores topográficos y geográficos

La topografía influye mucho sobre los movimientos atmosféricos y por lo

tanto en la dispersión de los contaminantes.

a) Zonas costeras

b) Valles fluviales y laderas

c) Zonas urbanas

d) Presencia de masas vegetales

Zonas costeras

Se originan brisas durante el

día (A) que transportan los

contaminantes tierra adentro

y por la noche (B) sucede al

revés.

Por otra parte, el aire está

cargado de la humedad del

mar y puede favorecer la

acumulación de

contaminantes

Zonas de valles fluviales y laderas

Se generan brisas de valle y montaña.

Durante el día se calientan las laderas y se generan corrientes ascendentes,

mientras que en el fondo del valle queda el aire frío y contaminado

Durante la noche el aire frío desciende por las laderas, y se acumula en el

fondo del valle, llegando a la misma situación anterior.

Además las propias laderas dificultan el movimiento del aire y por lo tanto la

dispersión de los contaminantes

Zonas urbanas

• Los edificios frenan los movimientos del aire y crean turbulencias. Las propias

actividades urbanas (industria, tráfico, calefacciones,…) generan calor y se

crea un microclima denominado isla de calor. En la periferia de la ciudad, la

temperatura es más fría.

• Este fenómeno favorece la formación de brisas urbanas debido al ascenso del

aire en el centro de la ciudad, cuyo hueco es ocupado por el aire frío

procedente de la periferia, donde hay poligonos industriales de envian

contaminantes a la ciudad.

• Se dificulta la dispersión de los contaminantes, porque se crea un flujo

convectivo, formando las cúpulas de contaminación, que se ven

incrementadas en situaciones anticiclónicas y que pueden ser dispersadas por

efecto de las lluvias y los vientos.

Isla de calor

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Boina de contaminación en las ciudades

Movimiento del aire en una “isla de calor”

¿Qué hace que las ciudades sean más calientes?

Hay muchos factores que pueden influenciar el efecto isla de calor

urbano. Los cambios que se realizan en la superficie de la tierra en

zonas urbanas tienen un gran impacto en este sentido.

1. Por ejemplo, muchas ciudades tienen menos árboles que las

zonas rurales circundantes. Los árboles sombrean la tierra,

evitando que la radiación del Sol sea absorbida. Sin ellos, la

superficie de la tierra se calienta.

2. Los tejados y el pavimento oscuro también absorben más

radiación.

3. Los automóviles, que emiten calor de sus motores y escapes,

también contribuyen al efecto de la isla de calor.

4. Una menor cantidad de plantas también significa que habrá menos

evapotranspiración, que es un proceso que refresca al aire.

5. Las calefacciones y electrodomésticos y urbanos contribuyen al

calentamiento ambiental.

Soluciones propuestas frente a las islas de calor

Hoy, muchas ciudades están haciendo un esfuerzo para combatir el efecto isla

de calor urbana.

1. Están utilizando materiales blancos o reflectivos para los techos y caminos.

2. Se están plantando árboles a lo largo de las calles de las ciudades.

3. En muchas áreas se están instalando azoteas verdes, es decir, plantas

vivas en los tejados.

Presencia de masas vegetales

• Frenan la velocidad del viento y facilitan la deposición de los

contaminantes, que quedan retenidos en las hojas.

• Además la vegetación absorbe CO2 (actúa como sumidero)

• Un kilómetro cuadrado de bosque genera unas 1.000 toneladas de

oxígeno anuales, requiriendo el doble de superficie una plantación de

césped. También son fijados por la vegetación los óxidos de azufre,

oxigenándose el SO2, dando lugar a sulfatos. El plomo se acumula

sin transformarse en las plantas, eliminándolo de la atmósfera.

Además acumulan entre las hojas, polvo y partículas en suspensión

gracias a fenómenos electrostáticos y a la presencia de aceites.