Principales contaminantes en el aire

Se denomina aire a la disolución de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen dentro del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es una mezcla de gases que forman la atmósfera terrestre, es por ello que se encuentra en todas partes. Sus componentes principales son el nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, neón, helio, entre otros.

El aire como conjunto de gases que forman la atmósfera, es indispensable para el desarrollo de la vida en nuestro planeta. No es un recurso ilimitado, sino un bien limitado que debemos utilizar evitando alteraciones en su calidad que pongan en peligro el equilibrio biológico de la biosfera, al interferir en el ritmo normal de los ciclos biogeoquímicos (de los que dichos gases forman parte) y sus mecanismos de autorregulación.

La inhalación es la base de nuestro metabolismo. Supone el uso diario de unos 12 metros cúbicos de aire, que fundamentalmente aportan al organismo oxígeno. La sintonía entre el proceso respiratorio y la composición del aire se rompe con la alteración de ésta que supone la contaminación, provocando numerosas afecciones respiratorias y otros daños a la salud.

La heterogeneidad de condiciones en las que se desenvuelve la vida diaria de la población, las distintas exposiciones a los contaminantes, la incidencia de otros muchos factores, además de la contaminación, en el desarrollo de patologías, y, en definitiva, la dificultad en las ciencias médicas para establecer relaciones causa-efecto en procesos complejos, explica la escasa concreción de los dictámenes sanitarios sobre el fenómeno de la contaminación atmosférica.

Respecto a consecuencias ecológicas, son diversos los efectos que la contaminación atmosférica puede inducir en la flora, la fauna y, en general, en el patrimonio natural, así como en el histórico. Los paisajes desolados, donde anteriormente hubiera frondosos bosques, provocados por la lluvia ácida en la Europa central y oriental, así como los numerosos monumentos con graves deterioros provocados por la contaminación en tantas ciudades del mundo, son muestras suficientemente expresivas de la magnitud que puede llegar a tomar el fenómeno. Por no hablar, ya que se trata en un apartado específico, de los llamados problemas globales, como el cambio climático o el agujero de ozono, que en definitiva, como la lluvia ácida, son consecuencias de la contaminación ambiental.

Propiedades del aire

Según la altitud, la temperatura y la composición del aire, la atmósfera terrestre se divide en cinco capas: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera y exosfera. A mayor altitud disminuyen la presión y el peso del aire.

Las porciones más importantes para el análisis de la contaminación atmosférica son las dos capas cercanas a la Tierra: la troposfera y la estratosfera. El aire de la troposfera interviene en la respiración. Por volumen está compuesto, aproximadamente, por 78.08 % de nitrógeno (N2), 20.94 % de oxígeno (O2), 0.93 % de Argón (Ar), 0.035 % de dióxido de carbono (CO2) y 0.003 % de gases inertes, como el neón.

En esta capa, de 7 km de altura en los polos y 16 km en los trópicos, se encuentran las nubes y casi todo el vapor de agua. En ella se generan todos los fenómenos atmosféricos que originan el clima. Más arriba, aproximadamente a 25 km de altura, en la estratosfera, se encuentra la capa de ozono, que protege a la Tierra de los rayos ultravioleta (UV).

En relación con esto vale la pena recordar que, en términos generales, un contaminante es una sustancia que está «fuera de lugar», y que un buen ejemplo de ello puede ser el caso del ozono (O3).

Cuando este gas se encuentra en el aire que se respira, es decir bajo los 25 kilómetros de altura habituales, es contaminante y constituye un poderoso antiséptico que ejerce un efecto dañino para la salud, por lo cual en esas circunstancias se le conoce como ozono troposférico u ozono malo.

Sin embargo, el mismo gas, cuando está en la estratosfera, forma la capa que protege de los rayos ultravioleta del Sol a todos los seres vivientes (vida) de la Tierra, por lo cual se le identifica como ozono bueno.

Composición del aire atmosférico

La mezcla de gases en proporciones ligeramente variables, compuesto por 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno, 0.93% de argón, 0.04 % de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de otros gases. El aire también contiene una cantidad variable de vapor de agua, en promedio alrededor del 1 % al nivel del mar y del 0.4 % en toda la atmósfera.

El aire está compuesto principalmente por nitrógeno, oxígeno y argón. El resto de los componentes, entre los cuales se encuentran los gases de efecto invernadero, son vapor de agua, dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, ozono, entre otros. En pequeñas cantidades pueden existir sustancias de otro tipo: polvo, polen, esporas y ceniza volcánica. También son detectables gases vertidos a la atmósfera en calidad de contaminantes, como cloro y sus compuestos, flúor, mercurio y compuestos de azufre.

Ozono contaminante

El ozono es un gas formado por tres átomos de oxígeno; es, por tanto, una forma alotrópica del oxígeno. Es un gas de color azul pálido y al licuarse forma un líquido azul oscuro. Químicamente es muy activo, es un oxidante muy fuerte, por lo que se usa como germicida para esterilizar el agua, purificar el aire y llevar a cabo reacciones de oxidación en química orgánica.

Las concentraciones medias de ozono en la atmósfera es de 0,05 ppm, aproximadamente. Pero podemos encontrar zonas con unas concentraciones significativas de ozono, diferenciando entre ozono estratosférico y troposférico, cada uno con unas repercusiones y características bien diferenciables.

El ozono contaminante es un gas presente a nivel de suelo y que puede ser respirado por las personas, causando afectaciones a la salud y al ambiente, su presencia es perjudicial, a diferencia del ozono que se encuentra en la atmósfera superior formando la denominada “capa de ozono”, que nos protege de la radiación solar.

Este gas es considerado un contaminante secundario debido a que su formación depende de la presencia de otros compuestos como los óxidos de nitrógeno (NOX) cuyas fuentes son: vehículos automotores y emisiones industriales entre otras, y los compuestos orgánicos volátiles (COV´s), cuya fuente de emisión proviene de vehículos automotores, y actividades emisoras como talleres de laminado y pintura, alfarería, estaciones de servicio (gasolineras), y la industria de diversos ramos.

Ozono estratosférico. Es una capa de aire rica en ozono llamada “capa de ozono”, situada entre los 20 y 30 Km de altura, dentro de la estratosfera, y se encarga de absorber la mayor parte de la radiación ultravioleta procedentes del Sol.

Ozono troposférico. Es el ozono que se encuentra en la capa más baja de la atmósfera, en la troposfera, y su origen es antropogénico, es decir que se crea por reacciones entre los contaminantes emitidos por el hombre, por lo que se considera también como un contaminante, con repercusiones nocivas sobre la salud, los sistemas naturales y los materiales.

Capa de ozono

A partir de 1979 se detectó un descenso en la concentración de ozono en el Polo Sur que es lo que se llamó “Agujero en la capa de ozono”, el cual ha ido aumentando con el tiempo. La destrucción de la capa de ozono se debe al uso de unas sustancias denominadas clorofluorocarburos (CFC), que contienen flúor, cloro y carbono. Los CFC se utilizan en los circuitos de refrigeración doméstica e industrial y como propelentes para los pulverizadores. Estos compuestos son disociados en las capas altas de la atmósfera por la radiación solar, liberando cloro atómico, que sería el responsable de la destrucción del ozono a través de una serie de reacciones químicas: un solo átomo de cloro es capaz de destruir hasta cien mil moléculas de ozono.

C1 + O3 ⇔ C1O+O2
C1O + O ⇔ C1+O2

El ozono absorbe las radiaciones ultravioleta de 300 nanómetros de longitud de onda, la cual es mortífera para los seres vivos. Los rayos ultravioleta de tipo B de 280 a 320 nanómetros producen mutaciones genéticas en el ADN, lo que propicia el cáncer de piel, melanoma y cataratas. Además, debilita el sistema inmunológico de los organismos, lo que los hace más propensos a las enfermedades, y disminuye el proceso de fotosíntesis de las plantas y por lo tanto la producción de alimentos. Por todo ello, hay que evitar destruir la capa de ozono, ya que ayuda a conservar la vida de dos maneras:

  • al absorber las radiaciones ultravioletas.
  • al contribuir a mantener el equilibrio térmico de la atmósfera.

 

Formación del ozono troposférico

El ozono, que es un contaminante secundario, se crea a partir de las reacciones de la luz solar y radiación ultravioleta con los óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre que contaminan la atmósfera. Estos contaminantes primarios provienen del tráfico, las instalaciones de combustión o la industria química.

El proceso de formación de ozono a nivel del suelo se conoce como smog fotoquímico.

Este aumento de los niveles de ozono se produce por el siguiente proceso: los NOx se producen por altas temperaturas que son producidas por empresas que generan calor, como las termoeléctricas, las metalmecánicas, las industrias de cerámica…, y por los motores de explosión interna de los automóviles.

En 1992 el Consejo de la Comunidad Europea aprobó la Directiva 92/72/CE, del 21 de Septiembre de 1992, sobre la contaminación atmosférica por ozono. Esta directiva fue creada para que todos los estados miembros de la CE poseyeran un conocimiento lo más completo posible de los niveles de contaminación por ozono. Esta normativa establece que cuando los niveles de ozono alcancen determinados valores, se debe informar a la población para que los ciudadanos puedan prevenir los efectos nocivos del ozono sobre la salud. La legislación establece cuatro umbrales máximos para los niveles de ozono:

a) De protección a la salud: 110 µg/m3, valor medio en 8 horas.

b) De aviso a la población: 180 µg/m3, valor medio en una hora.

c) De protección de la vegetación: 200 µg/m3, valor medio en una hora.

d) De alerta a la población: 360 µg/m3, valor medio en una hora.

Nota: El microgramo es una unidad de masa del Sistema Internacional de Unidades que equivale a la milmillonésima parte de un kilogramo (10-9 kg) o a la millonésima parte de un gramo (10-6 g); su símbolo es µg.

 

Distribución de los niveles de ozono

Ya se ha podido comprobar que el ozono alcanza sus niveles más altos en los días más calurosos y soleados del año, es decir, durante los meses de verano. Cuando las temperaturas son altas, la luz del sol es fuerte y los vientos son débiles, el ozono puede aumentar a niveles nocivos para la salud.

Así mismo, se puede comprobar que los niveles más altos de ozono se dan a cierta distancia de los principales focos de contaminación. No se dan en las zonas céntricas urbanas, que son unas de las zonas donde más contaminación se produce, sino que los niveles más elevados se detectan en las zonas periféricas. Por tanto, el ozono producido en una ciudad afecta en mayor medida a los habitantes de los alrededores, incluso en el campo.

 

Efectos de la contaminación por ozono sobre los seres vivos

A pesar de desempeñar un papel fundamental en la protección de los seres vivos frente a la radiación solar y ultravioleta en las capas altas de la atmósfera, el ozono también actúa como un importante agente contaminante en las capas bajas de la misma, afectando a personas, animales y plantas, ya que daña el aparato respiratorio (debido a que el ozono tiene una influencia importante sobre los glóbulos rojos, limitando su transporte a las células del organismo).

Algunos de los principales efectos a la salud por la exposición al ozono contaminante son: irritación ocular, de vías respiratorias y el incremento en la intensidad y gravedad de enfermedades como el asma, la neumonía, bronquitis, entre otras afectaciones respiratorias. Lo anterior debido a que es un compuesto altamente irritante para el epitelio que recubre estas delicadas zonas.

Cuando en una zona las temperaturas llegan a los niveles de 38 a 40 grados centígrados, cada grado más hace que la mortalidad se incremente entre un 35% y un 46 %, sobre todo en mujeres mayores de 65 años. El incremento de la mortalidad es general, sin distinción de sexo, a partir de los 75 años. En una gráfica del incremento de la mortalidad, los picos coincidirán con los más altos niveles de calor y también con los más altos niveles de ozono en la atmósfera.

El ozono afecta además al resto de seres vivos. Animales y plantas expuestos a altas concentraciones de ozono en las capas bajas de la atmósfera sufren importantes deterioros en la salud. Los animales sufrirán alteraciones similares a las de las personas, en su sistema respiratorio y demás órganos afectados. En las plantas, se han observado importantes lesiones en los tejidos foliares, fundamentalmente en las plantas que crecen en zonas cercanas al paso de automóviles.

Una vez que las hojas de las plantas se deterioran, secan y caen los vegetales mueren por la deficiente fotosíntesis que realizan. Son muy pocas las especies vegetales que resisten la contaminación por ozono.

Por otra parte, el ozono afecta de una manera indirecta a los seres vivos y a los materiales, a través de la radiación ultravioleta de tipo B que deja pasar a la tierra dependiendo de su concentración en la atmósfera. La cantidad de radiación UV-B que llega a la superficie de un lugar está inversamente relacionada con el ozono total: a menor cantidad de ozono mayor cantidad de radiación UV-B ingresa a la superficie. Por ello, las mayores cantidades de radiación UV-B se reciben en aquellas regiones donde su contenido en ozono es menor, tal como ocurre en la Antártida y el resto de las regiones que están bajo la influencia del agujero de la capa de ozono. Esta radiación UV-B, al llegar a la superficie terrestre resulta muy dañina, siendo algunos de sus efectos: reduce el crecimiento de las plantas, puede causar a la salud tales como cataratas en los ojos, cáncer de piel, reducción de la eficiencia del sistema inmunológico, quemaduras severas del sol, daños a otras formas de vida y a materiales y equipos que se encuentren a la intemperie.

Formacion del ozono contaminante

Formación del ozono contaminante

Material Particulado

El material particulado representa uno de los problemas de contaminación atmosférica más importantes a nivel mundial, su importancia para la salud radica en que las fracciones más pequeñas pueden ser inhaladas viajando por las vías respiratorias y causando irritación en los epitelios respiratorios, y para el caso de aquellas más pequeñas (menores a 2.5 y a 1 micrómetro) pueden atravesar los alveolos pulmonares con la posibilidad de ingresar a torrente sanguíneo y distribuirse hasta nuestros órganos, su potencial dañino dependerá de la naturaleza de estas partículas.

Las principales fuentes de emisión son la combustión incompleta de compuestos como el diésel, madera, combustóleo, quema de residuos y polvos resuspendidos.

La presencia de partículas suspendidas se relaciona considerablemente con asuntos de mortalidad en poblaciones donde sus concentraciones son altas, existiendo una estrecha relación entre la exposición a concentraciones elevadas de partículas, principalmente de PM10, siendo la fracción más estudiada alrededor del mundo, y la mortalidad diaria y a largo plazo, según lo expresado por la Organización Mundial de la Salud.

Entre los riesgos más graves asociados a la exposición a material particulado fino y ultra fino está el potencial de alojamiento en pulmones de estos compuestos, que en asociación a factores como la vulnerabilidad fisiológica y social, la herencia genética y los hábitos de la persona puede derivar en casos de cáncer de pulmón.

Partículas menores a 10 micras (PM10)

El aire contiene una cierta cantidad de partículas, que pueden ser sólidas o líquidas. Dependiendo de su composición y tamaño, éstas pueden caer hacia el suelo (partículas sedimentables o MPS) o mantenerse flotando en el aire (partículas en suspensión). La contaminación por ambos tipos es peligrosa, aunque son más dañinas las partículas en suspensión, especialmente las de diámetro equivalente a 10 micrones o menos (1 micrón = 1 milésima de milímetro), porque pueden penetrar en los pulmones para quedarse allí.

Algunas partículas:

  • refuerzan los efectos tóxicos de algunos contaminantes (efectos sinérgicos).
  • pueden formarse a partir de ciertos contaminantes gaseosos.

 

Las partículas que hay en el aire pueden ser generadas por diferentes fuentes, que pueden ser móviles o estacionarias, como motores, industrias, aserraderos, incendios, erosión del suelo… y pueden ser de naturaleza química, física o biológica.

Una fuente de contaminación atmosférica por partículas en suspensión son actividades como la perforación, trituración, molienda, secado, mezclado y fertilización con fosfatos. Otra fuente de contaminación del aire es la actividad metalúrgica del hierro, acero, cobre, plomo, zinc y aluminio. Minerales o metálicos como el cemento, vidrio y cerámica.

Partículas de plomo resultante del uso del tetraetilo de plomo o tetrametilplomo (C4H12Pb) como antidetonante de la gasolina; por tanto, una vez más, los coches suponen uno de los mayores productores de contaminación a la atmósfera.

Las partículas vivas abarcan desde los granos de polen, partes de insectos como pelos o alas hasta microorganismos como las bacterias, los hongos, los mohos, las esporas y pequeños insectos.

Las partículas inertes abarcan una gran cantidad de materiales, algunos de fuentes naturales (arena, polvos de la erosión, polvos volcánicos…) y otros de materia orgánica o inorgánica resultantes de las actividades del hombre (productos de la combustión del carbón, petróleo, madera y basura, insecticidas…).

La medición, cuantificación y límites permisibles para este contaminante vienen descritos en la Norma Oficial de Salud ambiental. Criterios para evaluar el valor límite permisible para la concentración de material particulado. Valor límite permisible para la concentración de partículas suspendidas totales PST, partículas menores de 10 micrómetros PM10 y partículas menores de 2.5 micrómetros PM2.5 de la calidad del aire ambiente. Criterios para evaluar la calidad del aire.

 

Particulas

Monóxido de Carbono

El monóxido de carbono (CO) es un gas que se forma en la naturaleza mediante la oxidación del metano (CH4), la fuente antropogénica del CO es la quema incompleta de combustibles (gasolina, gas, carbón, madera y combustóleo o fueloil). En este sentido, para tener menos emisiones de CO es necesario tener procesos de combustión más completos, lo que requiere de una cantidad adecuada de oxígeno; cuando éste es insuficiente, se forma el monóxido de carbono (CO).

El parque automovilístico, contribuye con una importante cantidad de emisiones de este contaminante a la atmósfera, derivado del número de automóviles y la antigüedad del parque de vehículos en circulación.

Saber más del monóxido de carbono, click aquí.

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Bióxido de Azufre

Los óxidos de azufre incluido el bióxido de azufre, son gases incoloros con un olor irritante; se forman al quemar combustibles con azufre tales como los combustibles fósiles como la gasolina, el combustóleo-fueloil, diésel y el carbón, y tienden a disolverse fácilmente en agua.

Las fuentes naturales de SO2 incluyen erupciones volcánicas, decaimiento biológico e incendios forestales.

El SO2 es, además, precursor de otros contaminantes, como el trióxido de azufre (SO3), el ácido sulfúrico (H2SO4) y los sulfatos, que contribuyen a la formación de partículas finas en la atmósfera y de la lluvia ácida.

La lluvia ácida es causante de corrosión y deterioro tanto para árboles, monumentos históricos y estructuras susceptibles a la acidez que esta presenta, por lo que su control y monitoreo es de importancia.

Se ha comprobado la relación existente entre la contaminación atmosférica producida por partículas en suspensión y por SO2 y la aparición de bronquitis crónica caracterizada por la producción de flemas, catarros y dificultades respiratorias.

También se ha comprobado que cuando las concentraciones, tanto de SO2 como de partículas en suspensión supera los 500 µg/m3, como promedio de 24 horas, se produce un aumento de la mortalidad en la población en general.

Además, las altas concentraciones de SO2 producen irritación en los ojos, nariz y garganta, incrementa la crisis asmática y recrudecen las alergias respiratorias. Las partículas en suspensión, por su parte, producen lesiones en el tejido del aparato respiratorio, atacan al sistema inmune y predisponen al organismo a la gripe, el asma y la influenza. Algunas partículas incluso son precursoras de diferentes tipos de cáncer.

El SO2 es el contaminante que tiene mayor importancia debido a la gran toxicidad que tiene para la vegetación. Los daños agudos se producen como consecuencias de exposiciones cortas a concentraciones elevadas: se produce la aparición de necrosis de color rojo o anaranjado. Las exposiciones más largas a concentraciones más bajas producen lesiones crónicas en las plantas. Las brumas de ácido sulfúrico producen daños en las hojas, caracterizados por la aparición de manchas producidas por las gotas de ácido depositadas sobre las hojas humedecidas por el rocío o la niebla.

Bióxido de Nitrógeno

Los óxidos de nitrógeno constituyen importantes contaminantes atmosféricos que se generan en todos los procesos de combustión. La mayor parte de las emisiones proviene de los escapes de vehículos a motor (50 %), de las cocinas eléctricas ( 30 %), y de la industria (15 %). Además, considerables cantidades son producidas por las bacterias del suelo (desnitrificación).

El nitrógeno no reacciona fácilmente con el oxígeno, pero sí lo hace en condiciones favorables, dando como resultado los óxidos de nitrógeno. Por regla general todos los óxidos de nitrógeno se transforman en NO2, que se mantiene en equilibrio con su dímero, N2O4.

El dióxido de nitrógeno (NO2) se descompone por la acción de la luz solar en óxido nítrico y en oxígeno atómico, y reacciona con una molécula de oxígeno produciendo ozono, proceso que se representa por:

NO2 + hv (radiación solar) ⇔ NO+O
O+O2 ⇔ O3

Por tanto, los óxidos de nitrógeno, aparte de contaminar la atmósfera como contaminantes primarios, contribuyen a la formación de un contaminante secundario en las capas bajas de la atmósfera, el ozono.

Los gases nitrosos (NO y NO2) se combinan con el agua produciendo ácido nítrico y óxido nítrico o ácido nítrico y óxido nitroso, según la cantidad de NO2 que reaccione con el agua:

3 NO2 + H2O ⇔ 2HNO3 + NO
2 NO2 + H2O ⇔ HNO3 + HNO2

El bióxido de nitrógeno NO2 se forma en la combustión de compuestos derivados del petróleo y en diverso procesos industriales en los que se involucra este tipo de combustibles, algunos ejemplos son la gasolina y el keroseno.

Los vehículos tiene un importante problema con el ozono por lo cual el control de este compuesto y otros precursores de ozono es muy necesario para tener una mejor calidad del aire.

La relevancia de su monitoreo consiste en que al concentrarse en la atmósfera, por acción de la radiación solar forman el ozono como contaminante secundario. Por lo que esto nos lleva a analizar el comportamiento de otros compuestos precursores de ozono, tales como los hidrocarburos aromáticos policíclicos, como el Benceno, Tolueno y Xileno, así como de compuestos orgánicos volátiles con el fin de identificar cuáles son los compuestos formadores de ozono.

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