Autores: Odoardo Álvarez, Roberto Illera/ Unidad de Química y Ambiente. Centro de Tecnología de Materiales (CTM). FIIIDT.
La atmósfera es compleja y dinámica. El aire se mueve alrededor del mundo, y con él también los contaminantes que contiene. Las emisiones de gases de escape de los vehículos en las zonas urbanas, los incendios forestales, el amoniaco emitido por la agricultura, las centrales eléctricas alimentadas con carbón en todo el planeta e incluso las erupciones volcánicas repercuten en la calidad del aire que respiramos. En algunos casos, las fuentes de contaminación se encuentran a miles de kilómetros de donde se producen los daños. También sabemos que la mala calidad del aire puede tener graves consecuencias para nuestra salud y nuestro bienestar, así como para el medio ambiente. La contaminación atmosférica puede desencadenar y agravar las enfermedades respiratorias; puede dañar bosques, acidificar suelos y aguas, reducir las cosechas y corroer los edificios. Asimismo podemos ver que muchos contaminantes atmosféricos contribuyen al cambio climático y que el cambio climático en sí influirá en la calidad del aire en el futuro 1. Empecemos por entender que es la atmósfera, características, composición y función en el planeta.
La Atmósfera es una capa gaseosa que rodea la Tierra, cuyo espesor alcanza aproximadamente 200 km, en la misma se distinguen 4 capas, con diferentes perfiles de concentración:
- La tropósfera (0-10 km desde la superficie terrestre). La temperatura desciende con la altura, llegando a alrededor de –60ºC a 10 km de altura.
- La estratósfera (10-50 km). El perfil de temperatura experimenta una fuerte inversión, aumentando hasta cerca de los 0ºC. En esta capa el ozono experimenta un nivel máximo de concentración.
- La mesósfera (50-90 km). La temperatura vuelve a descender hasta llegar a valores inferiores a –100ºC en su parte superior.
- La termósfera (90-200 km). Aquí la temperatura asciende hasta alcanzar niveles sobre 1.000ºC.
La atmósfera contiene, en promedio, 78,1 % de N2, 20,9 % de O2, 0,93 % de Argón, 0,033 % de CO2, concentraciones en volumen, excluyendo el vapor de agua presente. Este último puede constituir hasta un 7 % del volumen total. El resto, menos de 0,02 % del volumen total de la atmósfera, está constituido por una mezcla de gases nobles (Ne, He, Kr, Xe), CH4, H2, N2O, CO, O3, NH3, NO2, NO y SO2.
Las capas superiores de la atmósfera reciben la radiación solar ultravioleta, dando origen a complejas reacciones químicas en las que participan el O2, el N2 y el O3. Dichas reacciones permiten absorber una gran fracción de la radiación ultravioleta, impidiendo su llegada a la superficie terrestre.
La temperatura global del planeta (del orden de 15oC), está determinada por un delicado balance entre la radiación solar que llega a la Tierra y la energía neta que ella irradia al espacio, tal como se ilustra en la figura 1. Un factor esencial de este balance térmico es la cantidad de energía absorbida por los diferentes componentes de la atmósfera. Dichos compuestos químicos absorben radiación en rangos de longitud de onda característicos para cada uno de ellos. Por esta razón, la composición química de la atmósfera juega un papel determinante en este balance, ya que ésta absorbe parte de la radiación solar y de la energía radiada por la Tierra.
A su vez, la radiación térmica emitida por la superficie terrestre, es absorbida por aquellos gases atmosféricos que absorben ondas largas (CO2, CH4, N2O, H2O, O3), y re-emitida hacia la superficie, produciendo un «efecto de invernadero”. Estos «gases invernadero» son los que mantienen la temperatura de la Tierra a los niveles que conocemos. Si dichos gases no existieran, la temperatura global de la Tierra sería del orden de -18oC.
La atmósfera es un sistema dinámico que cambia continuamente. A escala global, las masas de aire circulan como resultado de la rotación terrestre y de la radiación solar, dando origen a padrones de vientos, y cinturones de altas y bajas presiones en diferentes latitudes 2.
La atmósfera es, además de la burbuja que contiene el aire que soporta la vida, un escudo que evita la llegada directa de radiación solar nociva para la vida, cualquier factor que altere el balance que permite su funcionamiento produce cambios importantes y dramáticos a nivel planetario: agotamiento de la capa de ozono, calentamiento global, lluvias ácidas, etc. Uno de los factores que impacta sobre la atmósfera es la contaminación, definamos entonces que es la contaminación, un contaminante y un contaminante atmosférico.
Contaminación: Presencia en el ambiente de substancias, elementos, energía o combinación de ellos, en concentraciones y permanencia superiores o inferiores, según corresponda, a las establecidas en la legislación vigente o que pueda constituir un riesgo a la salud de las personas, a la calidad de vida de la población, a la preservación de la naturaleza o a la conservación del patrimonio ambiental.
Contaminante: Todo elemento, compuesto, substancia, derivado químico o biológico, energía, radiación, vibración, ruido, cuya presencia en el ambiente, en ciertos niveles, concentraciones o períodos de tiempo, pueda constituir un riesgo a la salud de las personas, a la calidad de vida de la población, a la preservación de la naturaleza o a la conservación del patrimonio ambiental
Contaminante del Aire: Cualquier sustancia presente en el aire que, por su naturaleza, es capaz de modificar los constituyentes naturales de la atmósfera, pudiendo alterar sus propiedades físicas o químicas; y cuya concentración y período de permanencia en la misma pueda originar efectos nocivos sobre la salud de las personas y el ambiente en general 3.
La mayoría de los contaminantes atmosféricos pueden afectar directamente la salud de las personas, ya que ingresan al organismo a través del sistema respiratorio o de la piel. En otros casos, el contaminante es transportado desde el aire al suelo o a los cuerpos hídricos, donde posteriormente ingresa en la cadena trófica. El transporte de contaminantes desde la atmósfera hacia la superficie terrestre se produce por sedimentación de las partículas del aire y/o por absorción y arrastre de las lluvias.
Dichos contaminantes pueden ser:
- Primarios: Son aquellos que se emiten directamente a la atmósfera debido a procesos naturales o antropogénicos.
- Secundarios: Se generan a partir de reacciones químicas que algunos contaminantes primarios sufren en la atmósfera.
Los principales contaminantes atmosféricos primarios, derivados de la actividad humana, incluyen:
- Partículas atmosféricas, en diferentes tamaños de partículas
- Compuestos de azufre
- Compuestos de nitrógeno
- Compuestos orgánicos
- Compuestos metálicos
- Ruido
- Radiaciones ionizantes
Entre los contaminantes secundarios, destacan aquellos generados por reacciones fotoquímicas en la atmósfera. La contaminación fotoquímica es el producto de una serie de reacciones químicas complejas entre diversos constituyentes descargados a la atmósfera urbana. Cuando estos reaccionan bajo condiciones de luz solar brillante, generan una mezcla de contaminantes agresivos denominada smog fotoquímico 4.
De momento y dado lo extenso del tema solo describiremos el contaminante que involucra las partículas atmosféricas, en nuestros siguientes artículos abordaremos el resto así como los métodos de captación empleados para sus análisis.
Partículas Atmosféricas
El material existente en el aire, corresponde a partículas sólidas y líquidas que se encuentran en suspensión en la atmósfera y cuyos tamaños oscilan entre 2×10−4 y 5×102 μm. Estas partículas se encuentran ampliamente repartidas en la atmósfera, y forman una suspensión estable en el aire. La composición química de las partículas depende de su origen y, generalmente, constituyen una mezcla de substancias diversas, entre las cuales se puede mencionar: silicatos, carbonatos, sulfatos, cloruros, nitratos, óxidos, metales, carbón, alquitrán, resinas, polen, hongos, bacterias, etc. Muchas provienen de procesos naturales, y son transportadas debido a la acción del viento; por ejemplo, las cenizas derivadas de los incendios y erupciones volcánicas, la acción del viento sobre los océanos y la turbulencia del mar que genera aerosoles, el polvo de los suelos secos sin cobertura vegetal, el polen, etc. Además, las partículas son originadas por una gran gama de procesos tecnológicos, tales como en la combustión de madera y de combustibles fósiles, y en el procesamiento de material sólido (reducción de tamaño, secado, transporte, etc.) 5
Las partículas menores de 0,1 μm son, generalmente, iones y núcleos de condensación generados en los procesos de combustión, actividad volcánica, evaporación del agua de mar pulverizada, iones metálicos absorbidos en las gotas de agua de la atmósfera, etc. Estas constituyen un importante riesgo para la salud humana, ya que pueden entrar con facilidad al sistema pulmonar.
Las partículas sólidas entre 0,1 y 10 μm son aerosoles formados en procesos naturales y antropogénicos. Este material se encuentra disperso en la atmósfera, y puede mantenerse suspendido por largo tiempo, debido a su baja velocidad de sedimentación. En las zonas urbanas, las partículas pueden tener un alto contenido de sulfatos, nitratos, fierro, plomo e hidrocarburos aromáticos.
Las partículas sólidas de mayor tamaño, entre 10 y 500 μm, tienen una velocidad de sedimentación mayor y permanecen menos tiempo en la atmósfera. Este polvo grueso contiene, principalmente: silicatos, sulfatos, cloruros, nitratos, fierro, calcio, aluminio, manganeso, plomo, zinc, magnesio y cobre. También se encuentra la presencia de compuestos orgánicos generados por la combustión incompleta del carbón y derivados del petróleo. Estas partículas son eliminadas por retención y arrastre con las gotas de lluvia.
Muchas partículas son químicamente inertes, pero pueden adsorber substancias químicas activas presentes en la atmósfera. Sin embargo, existen partículas que son altamente corrosivas o tóxicas, debido a su propia naturaleza química o a la presencia de compuestos corrosivos o tóxicos adsorbidos en su superficie.
Aquellas partículas cuyo diámetro aerodinámico es inferior a 10 μm pueden cruzar las barreras protectoras de la zona superior del sistema respiratorio. Una vez que las partículas entran al tracto respiratorio, se les presentan varios caminos de ingreso al resto del cuerpo. Algunas pueden ser atrapadas por el flujo mucoso que baña una porción del tracto respiratorio. Finalmente, el mucus es tragado y, por lo tanto, las partículas llegan al estómago y a los intestinos. Otras permanecen en los pulmones donde pueden rodearse de tejido y, eventualmente, ser incorporadas al flujo sanguíneo. Debido a estos efectos negativos, las normativas ambientales establecen niveles máximos de exposición a partículas de tamaño inferior a 10 μm (comúnmente denominado MP10)
Existe poca información respecto al efecto de las partículas sobre la vegetación. Algunos investigadores han señalado que el polvo puede bloquear los poros de las hojas y disminuir la fotosíntesis. También se ha identificado varias substancias presentes en las partículas que causan daño a las plantas, tales como, por ejemplo, fluoruros y compuestos ácidos.
Referencias bibliográficas.
1.- Jacqueline McGlade Señales de la AEMA, Agencia Europea del Medio Ambiente, Cada vez que respiramos. Copyright © AEMA, Copenhague, 2013
2.- Zaror Claudio Alferdo, INTRODUCCÍON A LA INGENIERÍA AMBIENTAL PARA LA INDUSTRIA DE PROCESOS, Universida de Concepción, Chile 2000
3.- Decreto 638 NORMAS SOBRE CALIDAD DEL AIRE Y CONTROL DE LA CONTAMINACION ATMOSFERICA, Capítulo 1 Disposiciones generales, Artículo 2, 26 de abril de 1995
4.- De Nevers N., “Ingeniería de Control de la Contaminación del Aire”. McGraw-Hill, México (1998)
5.- Doménech X. “Química Atmosférica: Origen y Efectos de la Contaminación”, Miraguano Ediciones, Madrid (1991).
Contacto: odoardo.alvarez@gmail.com