Principales contaminantes presentes en la atmósfera

El plomo es un metal blando, maleable, dúctil y de color gris azulado. La mayor parte del plomo presente en la atmósfera se encuentra en forma de partículas de diámetro menor de una micra.

Es muy peligroso para el medio ambiente debido a su elevada toxicidad. No se degrada ni química ni biológicamente por la naturaleza, lo que provoca que permanezca en ella durante un largo periodo de tiempo; esto afecta muy gravemente a las cadenas tróficas, debido a la acumulación de plomo en los organismos de los seres vivos (bioacumulación).

Se encuentra en muy bajas concentraciones en la atmósfera, sin embargo, la extracción de plomo de las minas, el refinado, el amplio uso industrial y la combustión de gasolinas han contribuido al aumento de su concentración en el aire, principalmente en zonas urbanas y mineras.

Es un compuesto incoloro, inodoro y su punto de ebullición es de -192 ºC. Es un gas muy ligero, poco soluble en agua e inflamable a elevadas temperaturas.

Su vida media en la atmósfera es corta y abunda en la troposfera sobre todo en zonas urbanas e industriales, debido a que se genera principalmente como resultado de la combustión incompleta de combustibles fósiles.

Es tóxico a concentraciones elevadas y contribuye indirectamente al calentamiento global como precursor del ozono.

HIDROCARBUROS (HₓCy)

Son compuestos orgánicos formados exclusivamente por carbono e hidrógeno. El estado físico de los hidrocarburos depende de su estructura molecular y en particular del número de átomos de carbono que forman su molécula.

Son gases importantes desde el punto de vista de la contaminación atmosférica, ya que favorecen la formación de reacciones fotoquímicas. Los hidrocarburos son contaminantes primarios que se oxidan en la troposfera en presencia de oxígeno atómico (O), el radical hidroxilo (OH) y ozono (O₃) para formar contaminantes secundarios.

HIDROCARBUROS GASEOSOS TOTALES (HCT)

En cuanto a los Hidrocarburos en general, el Decreto 833/75 establece unos criterios de calidad del aire para estos compuestos, expresados como n-hexano.

De esta manera, se establecen mediciones de los Hidrocarburos gaseosos totales (HCT) para determinar si los valores de concentración de estos compuestos en la atmósfera alcanzan los valores marcados como situación admisible.

METANO (CH₄)

De formula química CH₄, el metano es el hidrocarburo más abundante en la atmósfera. Su principal sumidero es el radical hidroxilo presente en la atmósfera.

El metano se oxida dando lugar a CO₂ y vapor de agua, gases de importante:

• Efecto Invernadero

HIDROCARBUROS GASEOSOS NO METÁNICOS (HNM)

Aparecen otros grupos de hidrocarburos en atmósferas urbanas los cuales se resumen agrupados a continuación:

Metales (Arsénico, Níquel, Cadmio)

Las partículas en suspensión existentes en el aire ambiente, pueden contar con la presencia de diferentes metales en su composición. Atendiendo a la presencia de unos u otros metales en superficie, y de la concentración de éstos, tendrán diferentes efectos sobre la salud y sobre el medio ambiente. Los efectos de dichos metales se producen tanto a través de la concentración de éstos en el aire como por su depósito al ser transferidos de la atmósfera a las superficies.

Los compuestos nitrogenados más importantes, desde el punto de vista de la contaminación atmosférica, son los óxidos de nitrógeno. Se conocen ocho óxidos de nitrógeno distintos, y en la atmósfera podemos encontrarlos en tres formas, como óxido nitroso (N₂O), óxido nítrico (NO) y como dióxido de nitrógeno (NO₂). De éstos, solo se consideran contaminantes el NO y el NO₂, formados en los procesos de combustión a partir de la oxidación del nitrógeno atmosférico. El resto se encuentra en equilibrio con estos tres y en concentraciones tan bajas que carecen de importancia.

• Óxido nitroso (N₂O)
  • Gas incoloro, no inflamable ni tóxico.
  • Es el óxido de nitrógeno más abundante en la baja atmósfera.
  • Es fuente primaria de otros óxidos de nitrógeno causantes de nieblas de contaminación fotoquímica ('smog fotoquímico')
• Óxido nítrico (NO)
  • Gas incoloro, inodoro, no inflamable y tóxico por su capacidad para oxidarse a NO₂.
• Dióxido de nitrógeno (NO₂)
  • Gas de tonalidad rojiza, de fuerte olor, no inflamable, muy corrosivo y tóxico (cuatro veces mas tóxico que el NO).
  • De los tres es el más importante por sus efectos sobre la salud humana.
  • Interviene en la formación de la niebla fotoquímica.
  • En la atmósfera puede reaccionar con agua dando lugar al proceso de 'acidificación del medio'

El dióxido de azufre es un gas bastante estable, incoloro, no inflamable y muy soluble en agua. En altas concentraciones tiene un olor fuerte e irritante. Es 2,2 veces más pesado que el aire, a pesar de lo cual se desplaza rápidamente en la atmósfera, y su vida media es de 2 a 4 días.

El ozono es un gas incoloro de olor algo fresco que posee un gran poder oxidante. Constituye el 10% de todo el ozono atmosférico y debido a los procesos químicos que transcurren en áreas urbanas industrializadas, los niveles de ozono pueden aumentar significativamente, alcanzándose niveles a partir de los cuales se pueden originar efectos sobre los seres vivos y los materiales.

Se forma en la troposfera por acción de la luz solar sobre los gases considerados como sus precursores, siendo los más importantes los óxidos de nitrógeno (NOₓ), compuestos orgánicos volátiles (COV), el monóxido de carbono (CO) y el metano (CH₄). Es por tanto un contaminante secundario, ya que no es emitido directamente a la atmósfera por ninguna fuente y, también, un contaminante fotoquímico, ya que se forma con la intervención de la luz solar.

Por otra parte, el ozono troposférico absorbe la radiación infrarroja potenciando el efecto invernadero y a concentraciones altas es el componente más dañino del smog fotoquímico.

La Conselleria de Medio Ambiente de la Generalitat Valenciana, con la colaboración de la Fundación Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM) desarrolla, dentro del marco de las directivas europeas sobre contaminación atmostérica, una campaña estival de vigilancia de los niveles de contaminación por ozono en la atmósfera, Previozono 2002 con objeto de informar sobre los niveles diarios de ozono y prevenir a la población sobre posibles casos de superación de los valores umbrales.

EFECTO INVERNADERO

EL EFECTO INVERNADERO  Durante las últimas décadas, se ha incrementado la preocupación acerca de los efectos sobre el clima que puede tener una creciente emisión de contaminantes a la atmósfera por parte de las actividades humanas.  La temperatura media de la superficie terrestre se mantiene constante, ya que en el balance térmico terrestre, la cantidad de energía que llega a la superficie es igual a la energía que se desprende de ésta.  Podemos definir como 'Efecto Invernadero' al fenómeno mediante el cual algunos gases existentes en la troposfera, como el dióxido de carbono, vapor de agua, metano, óxido nitroso y algunos compuestos halogenados, retienen parte de las radiaciones de baja frecuencia que son remitidas hacia el exterior por parte de la superficie terrestre.  Este efecto es el responsable de que la temperatura media en la superficie terrestre sea de unos 15°C. Sin la presencia de estos gases de efecto invernadero la temperatura media en superficie sería de unos -18°C, y no sería posible la existencia de vida tal y como la conocemos en la actualidad.  La creciente concentración de este tipo de gases de efecto invernadero, debido a diversas actividades por parte del hombre, produce una mayor absorción de la radiación infrarroja emitida desde la superficie terrestre, con un posterior aumento de la temperatura.      La contribución relativa de las emisiones de contaminantes a las alteraciones del clima es tema central de las investigaciones que se desarrollan en la actualidad, para así conocer los posibles efectos a escala planetaria que pudieran derivarse de las actividades humanas.    Fuente de los gases invernaderos  El dióxido de carbono se encuentra de forma natural en la atmósfera en una concentración constante debido al ciclo del carbono, pero se ve alterado por las actividades del hombre que hacen que este gas aumente de forma considerable.  Las actividades que más afectan al incremento de las emisiones de CO₂, son el aumento del uso de combustibles fósiles, la fabricación de cemento, los procesos de tratamiento de carburantes y fugas en explotaciones mineras. Hoy en día el aumento de los niveles de dióxido de carbono es sobre todo por la quema de combustibles fósiles en países industrializados, ya que se ha comprobado que por cada kilogramo de combustible que se consume se produce alrededor de unos tres kilogramos de dióxido de carbono.  La existencia de incendios, que generan a su vez gran cantidad de CO₂, y la tala progresiva de bosques, son dos importantes factores que favorecen la degradación de los suelos y la creciente desertificación.  El problema de la disminución de masas forestales produce, a su vez, una gran disminución de la tasa de absorción total de CO₂ debida a la vegetación. Esta disminución de los sumideros de gases de efecto invernadero acentúa la problemática del cambio climático.    Consecuencias del efecto invernadero  El efecto invernadero origina un aumento de la temperatura media de la tierra.  Según el segundo informe publicado por el IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) en 1995, se estima un aumento de la temperatura media global del aire en el año 2100 entre 1°C y 3,5°C.  Un calentamiento de esta magnitud alteraría el clima en todo el mundo originando vientos más cálidos y secos. Esto provocaría en mayor o menor grado una serie de consecuencias, como un ascenso del nivel del mar por la fusión de hielos y glaciares (sobre todo en la Antártida), tormentas, inundaciones y sequías más intensas y frecuentes, así como cambios en la biota y en la productividad de alimentos.

Independientemente de los hidrocarburos, los cuales también son compuestos orgánicos formados exclusivamente por hidrógeno y carbono, definiremos otras sustancias que han cobrado importancia por los potenciales efectos que pueden producir sobre la salud y el medio ambiente.

Podemos definir compuesto orgánico como todo compuesto que contenga al menos el elemento carbono y uno o más de los siguientes, hidrógeno, halógenos, oxígeno, azufre, fósforo, silicio o nitrógeno, salvo los óxidos de carbono y los carbonatos y bicarbonatos inorgánicos.

De la misma manera definimos compuesto orgánico volátil como todo compuesto orgánico que a 293° K tenga una presión de vapor de 0.01 kPa o más, o una volatilidad equivalente en las condiciones particulares de uso.

Este término engloba una mezcla compleja de partículas de aerosol, sólidas o líquidas y microscópicas, que se encuentran en suspensión en el aire y presentan diversas características físicas, diferentes composiciones químicas y muy variadas fuentes de emisión.

El tamaño de estas partículas existentes en la atmósfera es un factor importante en la determinación tanto de los efectos que producen como de las áreas afectadas, ya que establece su tiempo de permanencia en la atmósfera y la manera en que puede afectar a los seres vivos.

Atendiendo al tamaño podemos establecer la siguiente división:

• Las partículas de tamaño comprendido entre 10⁻¹ μm y 10 μm, tienden a formar suspensiones mecánicamente estables en el aire, por lo que reciben el nombre de 'partículas en suspensión', pudiendo ser trasladadas a grandes distancias por la acción del viento.
• Las partículas mayores de 10 μm permanecen en suspensión en el aire durante períodos de tiempo relativamente cortos por lo que se las conoce como 'partículas o materia sedimentable'. Sus efectos son más acusados en las proximidades de las fuentes que las emiten.

La composición química del material particulado varía mucho de unas partículas a otras, dependiendo fundamentalmente de su origen. Así las partículas de polvo procedentes del suelo contienen, principalmente compuestos de calcio, aluminio y silicio. El humo procedente de los procesos de combustión de materiales orgánicos y combustibles fósiles petróleo, madera y residuos domésticos contiene diferentes compuestos orgánicos, al igual que los humos procedentes de industria química o alimentaria.

En la combustión de carbón y gasolinas se liberan como elementos traza metales pesados que pasan a formar parte de las partículas liberadas, generalmente en forma de óxidos metálicos.

La importancia de las partículas en la contaminación atmosférica radica en sus propiedades físico-químicas, que le permiten actuar como:

• Medio en el que ocurren determinadas reacciones químicas
• Núcleo de condensación
• Elemento capaz de dispersar, absorber y emitir radiaciones

PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN TOTALES

Este parámetro nos indica el total de partículas en suspensión existentes en la atmósfera, sin matizar el diámetro de dichas partículas.

Para detectar las PST se pueden emplear dos métodos de análisis, y según se utilice uno u otro se expresarán las partículas totales como:

• 'Humo normalizado o humos negros (HMN)', según la definición que aparece en la Orden de 22 de marzo de 1990 con respecto al método de referencia para humo normalizado, se entiende por humo normalizado las partículas finas, de origen carbonoso, suspendidas en el medio ambiente atmosférico, que absorben luz y pueden ser medidas por reflectometría después de haber sido recogidas sobre un filtro.
• 'Partículas en suspensión totales (PST)', para evaluar el nivel de partículas en suspensión el procedimiento de detección es el "Muestreo de alto volumen". A partir de una diferencia entre dos determinaciones gravimétricas, se obtiene la masa de partículas suspendidas contenidas en un volumen de aire que ha pasado por un filtro durante 24 horas.

Otro procedimiento utilizado para la detección de Partículas en suspensión es la 'Absorción de radiación beta'. Su aplicación se basa en el hecho de que la medida de atenuación de la radiación beta es directamente proporcional al peso de las partículas, las cuales absorben dicha radiación.

PM₁₀, PM₂.₅, PM₁

La Directiva 1999/30/CE del Consejo de 22 de abril de 1999 relativa a los valores límite de dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y óxidos de nitrógeno, partículas y plomo en el aire ambiente establece diferencias en las partículas según su diámetro. Así tenemos las siguientes definiciones:

• PM₁₀ como las partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 10 μm con una eficiencia de corte del 50%.
• PM₂.₅ como las partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 2,5 μm con una eficiencia de corte del 50%.
• PM₁ como las partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 1 µm con una eficiencia de corte del 50%.