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Conceptos Básicos
Definiciones
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La Ley 38/1972, de 22 de diciembre, de Protección del Ambiente Atmosférico, (BOE núm. 309 de 22 de diciembre de 1972), define la contaminación atmosférica como "la presencia en el aire de materias o formas de energía que impliquen riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza". Las sustancias que provocan dichos efectos perjudiciales son los contaminantes.
La contaminación de la atmósfera se produce cuando un determinado foco disemina en el aire sustancias (o energía) contaminantes. Este proceso recibe el nombre de "emisión". Es decir, son emisiones los humos de las chimeneas, los gases de escape de los vehículos, la polvareda que se produce al descargar material a granel, etc., en el momento en que abandonan su fuente de procedencia y pasan al aire que los rodea.
Una vez en la atmósfera, los contaminantes no permanecen indefinidamente en ella, sino que experimentan complejos procesos de transporte, mezcla y transformación química, que dan lugar a una distribución variable de su concentración en el aire, tanto en el espacio como en el tiempo. Pues bien, la concentración de contaminantes en el aire a nivel del suelo, que es el aire directamente respirado por el ciudadano, recibe el nombre de "inmisión". La inmisión es, por tanto, una medida de la calidad del aire ambiente y suele expresarse como concentración de contaminante: microgramos partido por metro cúbico de aire, en condiciones normales de presión y temperatura (µg/m3N).
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El deterioro de la atmósfera: Efectos globales
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El deterioro de la calidad de la atmósfera tiene dimensiones globales, regionales y locales. Consideraremos los principales problemas a escala global y regional:
 -Efecto invernadero (cambio climático).
-Pérdida de la capa de ozono.
-Lluvia ácida.
-Contaminación fotoquímica.
Un elemento esencial en la definición del clima en la Tierra lo constituye la composición de la atmósfera. Gases en concentraciones muy bajas, como el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), los óxidos nitrosos (N2O) y los compuestos halogenados (como los CFCs) influyen en la capacidad de retener el calor procedente de la radiación solar. Las concentraciones de estos compuestos se ha modificado sustancialmente en los últimos cien años, debido tanto al aumento de su generación ligado a actividades industriales (quema de combustibles fósiles, prácticas agropecuarias intensivas, vertederos de residuos urbanos) como a la destrucción de los sistemas de regulación de los ecosistemas (deforestación). Se han desarrollado modelos científicos que predicen un efecto invernadero y, como consecuencia, un cambio climático a escala planetaria. Los resultados de estas predicciones a escala local (elevación del nivel del mar, cambios en el régimen de precipitaciones, cambios de temperaturas medias y extremas) constituyen una evidente amenaza al modelo de desarrollo. Se pueden producir problemas en zonas costeras, debido al incremento del nivel del mar, que afectarán a las poblaciones y a las infraestructuras portuarias; en el entorno de cauces de agua, debido al cambio del régimen de lluvias, que afectarán a la revisión de las infraestructuras de embalse y regulación; y en zonas rurales, debido al cambio de lluvias y temperaturas, que afectarán al tipo de cultivos idóneo (con lo que ello supone de modificación de los sistemas de riego). A ello se añaden daños sobre los ecosistemas naturales terrestres y marinos.
La capa de ozono estratosférica, la más alta de la atmósfera, mantiene una concentración estable, en equilibrio dinámico. Sobre este equilibrio han incidido compuestos químicos emitidos por la actividad humana (CFCs, tetracloruro de carbono, metil cloroformo, HCFCs y halones), haciendo que disminuya su espesor, especialmente en los polos. Como consecuencia, la radiación ultravioleta sobre la superficie ha aumentado, con efectos perjudiciales para todos los organismos vivos. En los humanos, aumenta la frecuencia de enfermedades como el cáncer de piel, cataratas y depresión del sistema inmune. En los ecosistemas, limita la producción de fitoplacton en el mar, base de la cadena alimenticia marina, y perjudica las primeras fases de desarrollo de peces y anfibios. La productividad marina, por tanto, disminuye.
La lluvia ácida es un fenómeno asociado a la emisión de dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOX) y amonio (NH3) a la atmósfera. Los dos primeros compuestos se originan en la quema de combustibles fósiles (carbón y derivados del petróleo) en centrales eléctricas, calefacciones y todo tipo de vehículos. El amonio se produce en la degradación del estiércol animal. Como resultado, el agua de lluvia presenta un pH ácido, que produce daños directos en los árboles y plantas, y acidifica lagos y embalses con efectos sobre los ecosistemas acuáticos, especialmente sobre las poblaciones de anfibios. Estos efectos se producen en lugares generalmente muy alejados del foco de emisión. De hecho en España, por razones climatológicas, este problema no se ha manifestado con la misma intensidad que en los países centroeuropeos.
Finalmente, la contaminación fotoquímica se produce por la generación de compuestos oxidantes (como el ozono) a nivel de superficie, como consecuencia de reacciones químicas donde interviene la luz solar y compuestos emitidos por la actividad humana como los óxidos de nitrógeno, los compuestos orgánico volátiles, el metano y el monóxido de carbono. Entre las actividades que generan estos compuestos están el transporte y el uso de disolventes orgánicos. Los efectos de estos oxidantes son problemas de salud (dificultades respiratorias) y daños a los ecosistemas (deterioro de las hojas y disminución de la productividad).
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El deterioro de la atmósfera: Efectos sobre la salud
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Los contaminantes se clasifican en primarios, que son las sustancias vertidas directamente a la atmósfera, y secundarios, que son las sustancias que se producen como consecuencia de las transformaciones, reacciones químicas y fotoquímicas que sufren los contaminantes primarios en el seno de la atmósfera.
Entre los contaminantes primarios más importantes se encuentran las partículas (en suspensión y sedimentables), el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, el monóxido de carbono y los hidrocarburos.
Las principales alteraciones atmosféricas producidas por los contaminantes primarios se detallan a continuación; en cuanto a los contaminantes secundarios son: la contaminación fotoquímica, la acidificación del medio y la disminución del espesor de la capa de ozono.
Las partículas pueden penetrar en el sistema respiratorio del hombre y las más finas (en suspensión) se depositan en los alvéolos. Éstas pueden llevar además absorbidas o adsorbidas moléculas irritantes de gas o pueden ser intrínsecamente tóxicas. Al depositarse sobre las plantas interfieren en la fotosíntesis. Sobre los materiales provocan suciedad o daños químicos cuando transportan sustancias corrosivas. También provocan disminución de la visibilidad a causa de la dispersión de la luz.
El dióxido de azufre irrita los ojos y el sistema respiratorio, afectando principalmente a enfermos con dolencias pulmonares o cardíacas. En las plantas originan áreas muertas en las hojas y lesiones crónicas caracterizadas por un amarilleo gradual de las superficies foliares. Los daños en los materiales son causados por el ácido sulfúrico (contaminante secundario) que se produce cuando el SO2 se oxida catalíticamente en las gotitas de agua, un ejemplo típico es el ataque de la caliza por ácido sulfúrico, generándose sulfatos, más solubles en agua que los carbonatos.
Los óxidos de nitrógeno, principalmente el NO2 que es el más tóxico, afectan al tracto respiratorio y provocan irritación nasal y ocular. Se han detectado daños en las plantas cerca de industrias productoras de estos óxidos, así como una disminución de la tasa de fotosíntesis. Entre los materiales afectados se citan los tintes, las fibras textiles y las aleaciones de cuproníquel. Estos óxidos pueden transformarse en ácido nítrico (contaminante secundario), con los consiguientes efectos acidificantes.
El monóxido de carbono representa una amenaza para la salud por su capacidad de reaccionar con la hemoglobina de la sangre, con lo que disminuye la capacidad de ésta para transportar oxígeno. Parece poco probable que produzca efectos sobre las plantas y los materiales.
La mayor parte de los efectos nocivos de los hidrocarburos no son causados por ellos mismos, sino por los productos formados cuando sufren reacciones químicas en la atmósfera y generan los oxidantes fotoquímicos. Éstos irritan los ojos, causan daños a las plantas y a los materiales y al reaccionar con otras sustancias producen la "neblina de contaminación fotoquímica (smog)".
Un oxidante fotoquímico importante es el ozono (O3), que en las capas bajas de la atmósfera (troposfera) provoca efectos nocivos sobre el aparato respiratorio, las mucosas y el sistema nervioso, así como sobre la vegetación. En cambio, en las capas altas (estratosfera) el ozono es un componente natural y ejerce un papel protector contra la radiación ultravioleta, la cual es perjudicial para casi todas las formas de vida.
La importancia de la acidificación del medio se debe principalmente a las grandes cantidades de óxidos de azufre y de óxidos de nitrógeno que son lanzadas a la atmósfera. Una parte de estos óxidos vuelven a la tierra en forma gaseosa o de aerosoles, predominantemente cerca del foco emisor (la denominada deposición seca). Sin embargo, la mayor parte de los óxidos forman los ácidos ya mencionados (H2SO4 y HNO3), que se disuelven en las gotas de agua de las nubes y de la lluvia, y vuelven al suelo con las precipitaciones (la denominada deposición húmeda o lluvia ácida), que frecuentemente ocurre a gran distancia del foco emisor.
La disminución de la capa de ozono en la estratosfera se atribuye, entre otras causas, a la acción del cloro procedente de las reacciones que sufren los clorofluorocarbonos (CFCs) cuando se dispersan en la atmósfera.
Por último, hay que tener en cuenta también la contaminación debida a las formas de energía: ruidos y vibraciones, emisiones luminosas y radiaciones ionizantes.
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Fuentes de los contaminantes
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Los contaminantes de la atmósfera pueden tener un origen natural o un origen antropogénico.
La principal fuente de contaminación antropogénica por partículas es la producción de aerosoles secundarios a partir de contaminantes gaseosos primarios. Es bastante menor la introducción directa de partículas por fuentes antropogénicas, entre ellas: la combustión en focos fijos (domésticos e industriales) y móviles (transporte), las pérdidas en procesos industriales y la quema de residuos.
Las emisiones directas de dióxido de azufre a la atmósfera son principalmente provocadas por actividades humanas y se deben a la combustión de carbón, fuelóleo y minerales sulfurados, en focos fijos o móviles, urbanos o industriales.
La combustión es también la principal fuente antropogénica de óxidos de nitrógeno, que se originan al reaccionar el nitrógeno y el oxígeno del aire a alta temperatura, lo que origina NO (más del 90%) y NO2. Además existen pérdidas en procesos industriales (fabricación de ácido nítrico).
El origen artificial del monóxido de carbono se debe a la combustión incompleta de los combustibles, fósiles en focos fijos (calefacciones, industrias) o móviles (vehículos). Originándose también en otros procesos industriales y en la incineración de residuos.
Gran parte de las emisiones antropogénicas de hidrocarburos proceden de actividades que implican al petróleo, tales como el refinado y transporte del mismo o la combustión de los productos resultantes.
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Efecto del movimiento del aire
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El movimiento del aire que contiene al contaminante contribuye en gran medida al valor final de la inmisión en un momento y lugar determinados.
El viento determina la trayectoria que siguen estos contaminantes y provoca su transporte horizontal que, en general, tiende a diluir la concentración. Además de los vientos producidos por la circulación general atmosférica, causados por las diferencias de temperatura existentes en el globo, hay que tener en cuenta los vientos locales, como las brisas de ladera y valle, que ascienden por la ladera (caliente) durante el día y descienden por la ladera (fría) durante la noche; o las brisas de mar-tierra, que soplan de día hacia la tierra (más caliente que el mar) o de noche hacia el mar (más caliente que la tierra).
En las ciudades puede producirse el efecto "isla térmica". El núcleo urbano forma un islote de calor que se mantiene tras la puesta de sol, mientras que la periferia se enfría. El aire caliente asciende sobre la ciudad y crea una depresión que atrae al aire más frío de los alrededores, así como los contaminantes de la periferia (cinturón industrial).
Normalmente la temperatura de la atmósfera disminuye con la altitud. El aire que toca el suelo se calienta, se hace menos denso y asciende a través del aire más frío, que lo remplaza; este aire nuevo se calienta, se expande, asciende y es remplazado; y así sucesivamente. Se establece, pues, un movimiento vertical del aire que favorece la dispersión de los contaminantes. Sin embargo, debido a las condiciones meteorológicas puede ocurrir que en un estrato próximo al suelo la temperatura crezca con la altura ("inversión térmica") y entonces esta capa de inversión, más caliente que el aire inmediatamente debajo, impide la circulación vertical y consecuentemente los contaminantes se acumulan entre el suelo y dicha capa de inversión.
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