UCM - Grado en Ing. Química

QUÍMICA

BÁSICA TRABAJO: CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

Í NDÍCE

ÍNTRODUCCÍO N

CONCEPTOS BÁ SÍCOS

Contaminación atmosférica: para este concepto se encuentran distintas definiciones

dependiendo de los diferentes criterios. Así tenemos:

“Cualquier circunstancia que añadida o quitada de los normales constituyentes del aire, puede

llegar a alterar sus propiedades físicas o químicas lo suficiente para ser detectado por los

componentes del medio".

Así, otra definición es: "Cualquier condición atmosférica en la que ciertas sustancias alcanzan

concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal como para

producir un efecto mensurable en el hombre, los animales, la vegetación o los materiales".

Sustancias contaminantes: cualquier elemento, material o sustancia química que en ciertas

cantidades puede ser nocivo para el medio ambiente y alterar las propiedades físicas y

químicas del medio y sus componentes.

Contaminación primaria: es la contaminación que producen los contaminantes que proceden

directamente de las fuentes de emisión.

Contaminación secundaria: es la contaminación que se produce como resultado de la

interacción de dos o más contaminantes primarios, o de estos con los componentes

atmosféricos (caso de la lluvia ácida, por ejemplo).

Efecto invernadero: fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de la

atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado

por la radiación solar.

Lluvia ácida: Precipitaciones en forma de lluvia o de nieve que se han vuelto ácidas al

combinarse con gases contaminantes tales como el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno

y el ácido clorhídrico.

Agujero de la capa de ozono: zona de la atmósfera donde el nivel de ozono es anormalmente

reducido debido al efecto de los contaminantes atmosféricos.

Cambio climático: es el fenómeno por el cual se percibe un aumento global de la temperatura

del globo terrestre.

TÍPOS DE CONTÁMÍNÁCÍON ÁTMOSFERÍCÁ

CONTAMINANTES GASEOSOS

EFECTO INVERNADERO

Introducción al Efecto invernadero

A lo largo de los 4600 millones de años de historia de la Tierra las fluctuaciones térmicas han

sido muy grandes, hubo épocas en donde el clima ha sido muy cálido y otras muy frías y, a

veces, se ha pasado bruscamente de unas situaciones a otras. Así, por ejemplo:

En la Era Mesozoica (225 – 65 millones de años) han sido la época más cálida de la que

se tiene constancia segura. La temperatura media de la tierra era aproximadamente

5ºC más alta que la actual.

Como caso contrario esta la última glaciación (hace en torno a 1,8 millones de años),

donde se alternaban climas similares al actual y otras con mucho mas frio, donde se

constaba en torno a 5ºC o 6ºC menos que la temperatura media actual.

Dentro de un invernadero la temperatura es más alta que en el exterior porque entra más

energía de la que sale, por la misma estructura del

habitáculo, sin necesidad de que empleemos calefacción

para calentarlo.

En el conjunto de la Tierra de produce un efecto natural

similar de retención del calor gracias a algunos gases

atmosféricos. La temperatura media en la Tierra es de unos

15ºC y si la atmosfera no existiera sería de unos -18ºC. Se

le llama efecto invernadero por similitud, porque en realidad la acción física por la que se

produce es totalmente distinta a la que sucede en el invernadero de plantas.

Cada minuto que pasa los seres humanos emitimos cuarenta y ocho mil toneladas de Dióxido de Carbono a la Atmósfera.

El efecto invernadero hace que la temperatura media de la superficie de la Tierra sea 33ºC

mayor que la que tendría si no existieran los gases con efecto invernadero en la atmosfera.

Los Gases que contribuyen al efecto invernadero son los siguientes:

Acción relativa Contribución real

2co 1 (referencia) 76 %

CFCs 15.000 5 %

4CH 25 13 %

2N O 230 6 %

Como se indica en la columna de acción relativa, un gramo de CFC produce un efecto

invernadero 15.000 veces mayor que un grano de 2CO , pero como la cantidad de 2CO es

mucho mayor que la del resto de los gases, la contribución real al efecto invernadero es la que

señala la columna de la derecha.

Otros gases como el oxígeno y el nitrógeno, aunque se encuentran en proporciones mucho

mayores, no son capaces de generar efecto invernadero.

Causas del Efecto Invernadero

El efecto invernadero se origina porque la energía que llega del sol, al proceder de un cuerpo

de muy elevada temperatura, está formada por ondas de frecuencias altas que traspasan la

atmosfera con gran facilidad. La energía remitida hacia el exterior, desde la Tierra, al proceder

de un cuerpo mucho más frio, está en forma de ondas de frecuencias más bajas, y es absorbida

por los gases con efecto invernadero. Esta retención de la energía hace que la temperatura sea

más alta, aunque hay que entender bien que, al final, en condiciones normales, es igual la

cantidad de energía que llega a la Tierra que la que esta emite. Si no fuera así, la temperatura

de nuestro planeta habría ido aumentando continuamente, cosa que, por fortuna, no ha

sucedido.

Podríamos decir, de una forma muy simplificada, que el efecto invernadero lo que hace es

provocar que la energía que llega a la Tierra sea “devuelta” más lentamente, por lo que es

“mantenida” más tiempo junto a la superficie y así se mantiene la elevación de temperatura.

El problema ocurre cuando aumenta la concentración de los gases que provocan el efecto

invernadero. En el último siglo la concentración de anhídrido carbónico y otros gases

invernadero en la atmosfera ha ido creciendo constantemente debido a la actividad humana:

A comienzos del siglo XX, por la quema de grandes masas de vegetación para ampliar

las tierras de cultivo, pero este proceso de contaminación masiva industrial comienza

con la Revolución Industrial Británica del siglo XVIII.

En las últimas décadas, por el uso de combustibles fósiles como el petróleo, carbón y

gas natural, para obtener energía y por los procesos industriales.

La concentración media de Dióxido de Carbono (2CO ) Se ha incrementado desde unas 275

ppm antes de la revolución industrial, a 315 ppm cuando se empezaron a usar las primeras

estaciones de medida exactas en 1958, hasta 379 ppm en 2005. Los niveles de metano se han

doblado en los últimos 100 años. En 1800 la concentración era de aproximadamente 715 ppb y

en 1992 era de 1774 ppb en 2005. La cantidad de óxido de dinitrógeno se incrementa en un

0.25% anual. En la época preindustrial sus niveles serian de alrededor de 270 ppb y alcanzaron

los 319 ppb en 2005.

Consecuencias del Efecto Invernadero

El clima de la Tierra es muy difícil de predecir, porque existen muchos factores para tomar en

cuenta: lluvia, luz solar, vientos, temperatura… Por eso, no se puede definir exactamente qué

efectos acarreara el Calentamiento Global. Pero, al parecer, los cambios climáticos podrían ser

muy severos. Una primera consecuencia, muy posible, es el aumento de las sequias: en

algunos lugares disminuirá la cantidad de lluvias. En otros, la lluvia aumentará, provocando

inundaciones.

Una atmosfera más calurosa podría provocar que el hielo cerca de los polos se derritiera. La

cantidad de agua resultante elevaría el nivel del mar. Un aumento de solo 60 centímetros

podría inundar las tierras fértiles de Bangladesh, en India, de las cuales dependen cientos de

miles de personas para obtener alimentos. Las tormentas tropicales podrían suceder con

mayor frecuencia.

LA LLUVIA ACIDA

INTRODUCCIÓN

La lluvia ácida se forma como producto de los humos de los motores de combustión, de la

quema de cualquier combustible y, sobretodo, de los humos de las fábricas, que además de

tener partículas grises poseen gases invisibles que son altamente contaminantes.

El pH de la lluvia suele ser algo ácido, entre 5 y 6,ya que reacciona naturalmente con algunos

óxidos, pero cuando tiene ácidos en ella la acidez aumenta hasta un pH 3,en alguna zonas

hasta de 2,3(la misma acidez que el zumo de limón)

CAUSAS

Cuando los óxidos de azufre y de nitrógeno son liberados pueden recorrer distancias de hasta

cientos de kilómetros por las corrientes atmosféricas, especialmente cuando salen por las

chimeneas altas, que reducen la contaminación en las zonas cercanas pero la trasladan a otros

lugares. Cuando estos óxidos reaccionan con la humedad del aire, dan lugar a la formación de

ácidos, como el ácido clorhídrico (HCl),ácido nítrico (HNO3) y ácido sulfúrico (H2SO4). Estos

ácidos se depositan en las nubes, de tal forma que cada gota lleva en ella una cantidad de

ácido; otras veces caen partículas sólidas con ácido aunque no haya precipitación.

CONSECUENCIAS

La lluvia ácida tiene una gran variedad de efectos perjudiciales sobre los distintos ecosistemas

y materiales:

-Ecosistemas acuáticos: en este tipo de ecosistema es donde se hace más visible los efectos de

la lluvia ácida.

Esto se demostró tras ver los lagos y ríos de Suecia y Noruega entre los años 1960 y 1970 en

los que se pudo ver cómo la cantidad de peces y anfibios iba disminuyendo alarmantemente

según iba tomando importancia esta contaminación.

La reproducción de los animales es alterada hasta tal punto que algunos peces y anfibios no

pueden subsistir en aguas con pH inferiores a 5,5.

Cuando el terreno de los lagos no es de superficie caliza se da la situación más peligrosa,

puesto que rocas como el granito no tienen iones alcalinos que neutralicen la acidificación,

como ocurre con la caliza, y por lo tanto no se puede evitar la deposición ácida en el suelo con

lo que aumenta la acidez del lago o río.

Las especies acuáticas más afectadas son los camarones, los caracoles, los mejillones, la trucha

y el salmón.

-Ecosistemas terrestres: la influencia sobre plantas y otros organismos no está tan clara

aunque se sospecha que puedan afectarlos y ser un factor de la llamada “muerte de los

bosques”, que afecta a miles de hectáreas de bosques en el mundo.

También puede afectar a estos ecosistemas cambiando la composición del suelo.

-Edificios y construcciones: la corrosión de los metales y de construcciones es otro efecto

importante producido por la lluvia ácida. Muchos edificios y obras de artes se están

deteriorando cientos de veces más rápido de lo que lo hacían antes de la industrialización, y

esto sucede por la contaminación atmosférica peor especialmente por la deposición ácida.

EVOLUCIÓN HISTÓRICA

El término fue acuñado hace 120 años por químico británico Augus Smith con base en sus

estudios sobre el aire de Manchester, Inglaterra, no fue sino hasta que se creó una red de

vigilancia de la calidad de la lluvia en el norte de Europa, en la década de 1950, cuando se

reconoció la incidencia generalizada de la lluvia ácida. Durante la última década, la lluvia ácida

ha sido un importante motivo de preocupación porque continúa contaminando grandes áreas

de nuestro planeta . La lluvia ácida se produce (siguiendo la dirección del vínculo) en las áreas

de importantes emisiones industriales de dióxido de azufre (SO2) y de óxidos de nitrógeno

(NOx).

AGUJERO EN LA CAPA DE OZONO

Introducción

Se denomina capa de ozono a aquella porción de la atmosfera ubicada en torno a los 15 y los

40 kilómetros de altitud, en el que está concentrado aproximadamente el 90% de la

concentración de Ozono ( 3O ) . Fue descubierta a principios del siglo, donde se empezaron a

estudiar sus propiedades, la capa de ozono absorbe en torno al 98% de la radiación

ultravioleta de alta frecuencia, para evitar que estos lleguen a la litosfera, ya que son Rayos

muy potentes, que harían imposible la existencia de la vida tal y como la conocemos.

El ozono es un gas compuesto por tres átomos de oxigeno que solo puede en ciertas

circunstancias específicas en que tanto la temperatura como la presión sean adecuadas. La

capa de ozono funciona como barrera para radiaciones nocivas y a la vez permite que pase la

luz ultravioleta, protegiendo de este modo el desarrollo de la vida.

Desde un punto de vista químico, el ozono es la forma alotrópica del Oxígeno, que como

hemos dicho arriba solo es estable a determinadas condiciones de Presión y Temperatura. Es

un gas muy peligroso para los seres vivos debido a su gran carácter oxidante. El ozono se

produce mediantes las siguientes reacciones:

2

2 3

( 240 ) (1)

(2)

O h nm O O

O O O

El oxígeno molecular que se encuentra en las capas altas de la atmosfera es bombardeado por

la radiación solar procedente del sol. De todo el espectro de radiación solar que llega, solo una

determinada fracción de fotones cumple los requisitos energéticos (ultravioletas) necesarios

para catalizar la rotura del doble enlace del oxígeno molecular.

La destrucción de la capa de ozono se produce por las siguientes reacciones que provocan que

el ozono se destruya, formando el equilibrio natural entre formación y destrucción de ozono

atmosférico:

3 2

3 2 2

( 320 ) (3)

(4)

O h nm O O

O O O O

El nivel de ozono en la atmosfera se suele medir

en Unidades Dobson (DU). Si 100 DU de ozono

fueran traídas a las condiciones de presión y

temperatura de la superficie de la Tierra

formarían una capa de 1mm de espesor. Aunque

en total hay unas tres mil millones de toneladas

de ozono en la estratosfera, esta cantidad, dado

el volumen hace que sea un gas traza (en

concentraciones muy bajas), incluso en las zonas en las que es más abundante.

Causas de la destrucción de la capa de Ozono

La existencia de la Capa de Ozono es fundamental para la continuidad de la vida en la tierra. El

3O forma un escudo protector que impide a los Rayos Ultravioletas Perjudiciales (UV-P) para

la vida, alcancen la superficie de la Tierra, permitiendo, en cambio, la continuidad de los Rayos

Ultravioletas Beneficiosos (UV-B). Esta luz es la utilizada para el proceso fotosintético de las

plantas, fundamental para la vida en el planeta tal y como la conocemos).

Uno de los principales motivos de la destrucción de la capa de ozono durante muchos años fue

el incremento del cloro en esta zona de la atmosfera que esta originado, principalmente, por

los CFC (clorofluorocarbonos). Son productos muy poco reactivos, lo que hizo que fueran la

solución más óptima para la fabricación de frigoríficos, goma espuma, extintores, aerosoles, y

como fumigantes en la agricultura (Bromuro de Metilo), etc. Sus cualidades son tan óptimas

para estos usos que en las últimas décadas los hemos fabricado y usado en cantidades

crecientes que, poco a poco, han ido acumulándose en la atmósfera. Pero su principal ventaja

(la estabilidad) ha sido también el origen de sus dañinos efectos. Ascienden, sin ser destruidos,

hasta la estratosfera y una vez allí, las radiaciones ultravioletas rompen las moléculas de CFC

liberando los átomos de cloro responsables de la destrucción del ozono. El cloro atómico actúa

como catalizador, por lo que un solo átomo puede atacar cientos de miles de moléculas de

ozono.

La disminución de la capa

de ozono está demostrada

en toda la atmosfera, pero

es especialmente acusada

en la Antártida. Sobre este

continente se produce

cada año un fenómeno

denominado “Vórtice

circumpolar, que aísla el

aire frio situado sobre la

Antártida del más cálido

del resto del mundo.

Debido al frio se forman cristales de hielo, con cloro y otras moléculas adheridas, que tienen

gran capacidad de destruir ozono. Cuando el vórtice circumpolar se debilita, el aire con muy

poco ozono de la Antártida se mezcla con el aire de las zonas vecinas. Esto provoca una

importante disminución en la concentración de ozono en toda la zona de alrededor que queda

bajo una atmosfera más pobre en ozono de lo normal.

Consecuencias del Agujero de la Capa de Ozono

El nivel excesivo de la radiación UV (especialmente la A y la B) que llegue a la superficie de la Tierra puede perjudicar la salud de las personas, propiciando el aumento en la aparición de cáncer de piel, lesiones en los ojos que producen: cataratas, la deformación del cristalino o la presbicia, y deterioro del sistema inmunológico, influyendo de forma negativa sobre la molécula de ADN donde se ven afectadas las defensas del cuerpo, las cuales generan un aumento en las enfermedades infecciosas, tales como: sarampión, herpes, malaria, lepra, varicela. A nivel de flora, está provocando importantes cambios en la composición química de varias especies de plantas. Sumado a esto, se está alterando el crecimiento de algunas plantas e impidiendo su proceso de fotosíntesis. En el área agrícola, el incremento de estos peligrosos rayos está afectando el rendimiento de las cosechas.

Soluciones

Cuando la evidencia científica del daño causado por los CFCs se fue haciendo unánime, la

industria aceptó la necesidad de desarrollar nuevos productos para sustituirlos y los gobiernos

llegaron a acuerdos internacionales (Montreal 1987, Londres 1990 y Copenhague 1992) para

limitar la fabricación de esos productos dañinos para el ozono.

En la actualidad se puede considerar que el problema está en vías de solución. Si las

previsiones hechas en los últimos años se cumplen, la concentración de cloro en la

estratosfera alcanzara su máximo a finales de este siglo y a partir de entonces empezará a

disminuir hasta volver a su nivel natural a finales del próximo siglo. De todas formas, dada la

gravedad del problema, la evolución de estos gases es seguida con atención para comprobar

que todo va sucediendo conformo se prevé, o tomar nuevas medida en caso de que no sea así.

Según un artículo publicado por el AEMET, poco a poco la capa de ozono se va recuperando,

pero el daño hecho a la capa de ozono va a tardar hasta el año 2050 para recuperarse a

niveles anteriores a los años 80. En cambio, en el área Antártica, las previsiones son aún más

negativas, donde se prevé que se recupere en torno a 2060-2075.

MATERIA PARTICULADA (INCOMPLETA…..)

EFECTOS CLIMÁTICOS

PRÍNCÍPÁLES ÁGENTES CONTÁMÍNÁDORES

FORMÁS PÁRÁ EVÍTÁR LÁ CONTÁMÍNÁCÍON

PRIMER PASO: ACUERDO ENTRE LOS PAÍSES. Las soluciones para la contaminación llegaron en el momento en el que empezó a haber

consciencia sobre el peligro que conllevaba el terrible ritmo de contaminación. Esta

consciencia empieza a ser palpable a partir de finales de los años 60, con un libro llamado

“Tragedia de los Comunes”, en el que su autor, Garret Hardin, habla del dilema que supone el

interés individual que acaba destruyendo un bien común, por culpa de la relación entre la

libertad y responsabilidad. Sucesivas investigaciones y descubrimientos dieron a conocer que

la situación era peor de lo que se esperaba, y empezaron a intentar tomar medidas para

contener la contaminación, muchas de ellas sin ningún resultado, el primer acuerdo

internacional del que se puede decir que tuvo algo de éxito fue el Protocolo de Kioto sobre el

cambio climático, celebrado en la ciudad Japonesa de Kioto, donde Europa y otros muchos

países se comprometieron a rebajar su nivel de contaminación gradualmente en ciertos límites

impuestos internacionalmente, pero desgraciadamente estos límites no pudieron ser

cumplidos. El último intento por frenar la contaminación atmosférica se llevó a cabo en 2009,

en la Conferencia de Copenhague, donde se puede considerar un claro avance debido a que el

acuerdo fue ratificado por cuatro países en vías de desarrollo como China, Brasil, India y África,

además de EEUU, cinco de los países con más contaminación. En cambio, la cumbre fue

considerada un fracaso por Europa y grupos ecologistas, debido a que no se llegaron a acordar

acuerdos vinculantes.

CLAVE PARA FRENAR LA CONTAMINACIÓN: LA INDUSTRIA. La clave para parar en un sentido más amplio la contaminación atmosférica, se encuentra en la

industria, desde la Revolución Industrial, la industria fue la principal forma de contaminación

atmosférica, pero la solución no recae simplemente en las industrias, sino en las posibilidades

económicas que posibiliten la incorporación gradual de medio para no contaminar, como

rejillas anticontaminación, o maquinas catalizadoras de 2CO .

PRIMEROS PASOS En las últimas décadas se han ido tomando paulatinamente, uno de los primeros pasos fue la

prohibición del uso de CFCs, principales causantes del agujero de la capa de ozono,

posteriormente, la utilización de Catalizadores en los coches, que permiten parar la emisión de

Gases Sulfúricos o Gases Nítricos, muy perjudiciales debido a su gran efecto invernadero.