Unidad 4. 1. Contaminantes atmosférico y sus características

 

Para comenzar, debes aprender a diferenciar los tipos de contaminantes y cuál es el peligro que ellos representan para el ambiente, es decir su toxicidad. Uno de los contaminantes más comunes en el aire es el dióxido de azufre el cual se deriva de los combustibles fósiles y representa uno de los más conocidos y analizados a nivel mundial; sin embargo, este contaminante pertenece a una clasificación específica. A lo largo de este apartado aprenderás la clasificación de los tipos más comunes de contaminantes atmosféricos los cuales abarcan partículas suspendidas, dióxidos de azufre, dióxido de nitrógeno, monóxido de carbono y ozono.

Partículas suspendidas.

Una forma de distinguir a las partículas suspendidas es cuan rápida se depositan o se quedan en suspensión. Algunas de ellas miden menos de 0.1, hasta 5 a 10 micrómetros considerando a un micrómetro como la millonésima parte de un metro, estar partículas son muy pequeñas y pueden quedar suspendidas días enteros; en cambio, las partículas mayores a 10 micrómetros caen rápidamente.

Las partículas suspendidas también pueden ser clasificadas por su método de vigilancia, por ejemplo, los humos negros provenientes de combustión incompleta pueden medirse entre 2.5 y 10 micrómetros; sin embargo, existen muchos tipos de fuentes para esta clasificación como podría ser el proceso de triturado, la molienda y hasta los que provienen de la naturaleza como el polen, que se convierten en partículas suspendidas las cuales se combinan con el aire que respiramos.

Está partículas se dominan PM10 o PM2.5 y hacen referencia a partículas menores a 10 o 2.5 micrómetros. Hablando de la regulación de estas partículas, en México la Secretaría de Trabaja y Previsión Social es la responsable de indicar los límites máximos que puede resistir un ser humano en ambientes laborales; también existe una legislación para el ambiente, la cual es regulada por la Secretaría del Medio Ambiente y Recursos Naturales y se encarga de dividirlas en emisiones de fuentes fijas y fuentes móviles.

Dióxido de azufre.

Este contaminante es uno de los más estudiados a nivel internacional, se manifiesta en forma de gas incoloro y cuando se concentra de manera excesiva puede ser detectado sin instrumentos mediante el sentido del gusto, siendo su sabor y su olor caustico e irritante. En altas concentraciones se puede disolver con agua y forma ácido sulfuroso, el cual se puede oxidar y formar ácido sulfúrico.

Cuando se encuentra en el aire puede formar trióxido de azufre, lo que lo convierte en un vapor muy reactivo con el agua y forma neblinas de ácido sulfúrico, de hecho, ese el concepto de la lluvia acida, la cual se forma por las altas concentraciones de dióxido de azufre.

Dióxido de nitrógeno.

En el aire existe un 78% de nitrógeno, el cual es un gas incoloro e insípido. En condiciones normales no representa riesgo alguno para la salud. Sin embargo, al combinarse con oxígeno forma distintos tipos de óxidos, el nítrico y el de nitrógeno (ambos considerados como contaminantes ambientes que se producen de forma natural). La aportación que realiza al hombre mediante el ozono es lo que lo convierte en peligroso, debido a que este se transforma fácilmente de óxido nitroso a dióxido de nitrógeno al combinarse con partículas de oxígeno triple, es decir de ozono.

Las guías de calidad de aire para Europa de la Organización Mundial de la Salud recomendaban no superar valores horarios de  y medias diarias de . En México la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) regula las emisiones mediante el estudio de fuentes fijas y fuentes móviles.

Monóxido de carbono.

El monóxido de carbono es un gas incoloro, inodoro e insípido menos pesado que el aire. En la naturaleza se genera CO en la producción y degradación de la clorofila, mientras que su origen antropogénico, es decir proveniente de las actividades humanas se sitúa en las combustiones incompletas, lo que quizá sea la forma más común de contaminación atmosférica que el hombre realiza.

El peligro de este gas es que al combinarse con la sangre disminuye la capacidad de está para transportar el oxígeno provocando arterosclerosis y arritmias cuando la exposición es excesiva. Lo recomendable para ambientes cerrados y laborales de medición de este gas es de .

Ozono.

La peligrosidad de este gas radica en su reactividad, está formado por tres átomos de oxígeno y se encuentra básicamente en la estratosfera y la troposfera. En la estratosfera se encuentra la mayor parte de este gas y en la troposfera se forma una capa protectora que actúa como filtro contra la radiación ultravioleta procedente del sol. Está capa ha sido deteriorada desde que el hombre industrializo los procesos y comenzó a emitir gases de efecto invernadero sobre todo clorofluorocarbonos, metano y óxidos de nitrógeno. En el aire que se respira, el ozono constituye un gas venenoso el cual se forma en ciertas condiciones atmosféricas que consisten en temperaturas de entre 27 a 32 grados centígrados, con mucha luz y ausencia de viento. Cuando las condiciones de formación son favorables como en el verano, se realizan reacciones que forman algunos contaminantes entre ellos el ozono.

4.1.1. Caracterización fisicoquímica de la atmósfera.

La caracterización de los contaminantes radica en analizarlos dependiendo de los parámetros de interés. Para efecto de esta unidad, uno de los parámetros que debes tomar en cuenta es el tamaño de partícula y su composición debido a que serán indispensables para su caracterización.

Para caracterizar la composición de la atmósfera se realiza a través de diferentes métodos. El método más común es el de impacto, el cual consiste en hacer pasar el aire por filtros predeterminados en sus dimensiones, los cuales pueden ser desde 0.5 hasta 35 micrómetros para partículas mayores. Este método, aunque sencillo, es muy útil para la determinación de concentraciones en la atmósfera; en él, se mide el flujo volumétrico, es decir la cantidad de aire que hacemos pasar por el filtro y que por diferencia de pesos obtenemos la cantidad de partículas suspendidas que contienen este flujo.

La atmósfera es una capa de gas que rodea a nuestro planeta, está capa no es uniforme y por ello encontramos diferencias en la biodiversidad a lo largo y ancho de la Tierra. Debes aprender que la atmósfera se caracteriza de forma cuantitativa y cualitativa; la primera, se refiere a la cantidad de aire respecto a la altitud, es decir a la posición en donde se este de la corteza terrestre, que debido a sus irregularidades forma montañas y valles. De mamera común, se refiere a las alturas de la corteza con la referencia del nivel del mar, es decir las medidas de altitud atmosférica y son calculadas o medidas respecto al mar como punto de inicio de la medición.

Las características cualitativas de la atmósfera pueden observarse a simple vista. Cuando hay días soleados se puede tener una visión amplia y clara, al respirar el olor es agradable, sin la sensación de asfixia; cuando hay una bruma o neblina cuesta un poco más de trabajo respirar por la cantidad de agua presente en el aire, pero cuando está contaminado, es notoria la presencia de picor en la garganta y el olor es muy fuerte, esto dependiendo del grado de contaminación. además, otra forma de notarlo es por medio de los ojos, cuando la atmósfera está contaminada, arden debido a la presencia de los contaminantes.

Ahora bien, al realizar los análisis cuantitativos de la atmósfera se descubre que de manera natural la mayor parte de la capa gaseosa se encuentra concentrada sobre la corteza terrestre, esto por el propio peso ya que los gases pueden comprimirse, la distribución aproximada se observa en la siguiente figura.

Ilustración 1. Distribución de masa total vs. Altitud.

Al realizar los análisis cualitativos se encuentran derivados del peso de la masa de aire y de las características propias de los gases que contienen nuestra atmósfera. Se localizan en la parte inferior los más pesados, por lo tanto, el nitrógeno y el oxígeno se encuentran en mayor concentración en las capas bajas y gases como el hidrógeno o el helio se sitúan en capas altas. Debido a esto, las medidas estándares se realizan a 10 kilómetros de altura y se considera como aire seco. La concentración a esa altura se muestra en la siguiente tabla.

Tabla 1. Concentración de gases a 10km de altura.

Gases principales	Trazas

Así, puedes observar que a esa altura el aire que se respira contiene en su mayoría nitrógeno, oxígeno, argón y dióxido de carbono.

En conclusión, la atmósfera se compone de gases cuya cantidad y concentración dependen de su altura; a esta concentración y cantidad se le llama caracterización.

Se puede resumir entonces, que la caracterización fisicoquímica de la atmósfera radica primero en determinar el tamaño de las partículas suspendidas, pues de él dependerá lo peligroso que sean para la salud humana y para el ambiente, mientras más pequeña sea la partícula, más fácil es de aspirar y de depositar en el organismo. Además, se pueden determinar las concentraciones de cada contaminante en la atmósfera, debes saber que esto tiene dos vertientes: fuentes fijas (industrias, escuelas, hospitales, etc.) y las fuentes móviles (automotores y tractocamiones).

Ahora debe aprender cómo se monitorea y determina la concentración y después compararla con los límites máximos permisibles por las entidades gubernamentales competentes a este ramo. En México la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT) determina como muestrear y medir la concentración de los contaminantes y la Secretaría de Salud determina los límites máximos para cada uno de ellos. Aunque no es el propósito de este apartado, deber saber que el ozono tiene un máximo permisible de 0.110 partes por millón (ppm) lo que significa que esa fracción indicada deberá estar presente como máximo en la atmósfera.

El concepto de parte por millón también se puede traducir como miligramo sobre litro, es decir como máximo deberá haber 0.0110 miligramos de ozono por cada litro de aire en la atmósfera.

A continuación, encontraras los parámetros para medir la contaminación y la toxicidad de los contaminantes de la atmósfera.

4.1.2. Parámetros indicativos de contaminación y toxicidad en la atmósfera.

Uno de los conceptos de la contaminación es la acumulación de un agente, en este tema se estudiarán las técnicas de análisis que se emplean para determinar los cuales parámetros indicativos de la contaminación y toxicidad en la atmósfera, las cuales se efectúan en laboratorios especializados. A continuación, revisaras algunas técnicas que se emplean de manera cotidiana para monitoreo de contaminantes criterio  y material particulado.

Técnicas continuas.

Se llaman así debido a que la reacción utilizada para su determinación no es detenida, sigue y solo se obtienen mediciones respecto al tiempo para evitar altos costos de operación y errores al momento de su ejecución. A continuación se nombran algunas de las técnicas que se utilizan para determinados contaminantes, cabe destacar que en las normas oficiales mexicanas se mencionan el método de muestreo y la técnica que se debe utilizar para ello, las cuales se pueden consultar con los siguientes títulos: NOM-038-SEMARNAT-1993, NOM-034-SEMARNAT-1993, NOM-037-SEMARNAT-1993, NOM-036-SEMARNAT-1993, NOM-035-SEMARNAT-1993, para material particulado PM10 y PM2.5 se utilizan los métodos de la EPA de gravimetría o atenuación de radiación beta.

El  se determina por medio del método equivalente: fluorescencia ultravioleta, está técnica se basa en la emisión de energía luminosa emitida por las moléculas de dióxido de azufre previamente excitadas por la radiación ultravioleta, cuando retornan a su fundamental. La norma mexicana que determina el procedimiento es la NOM-038-SEMARNAT-1993.

El  se determina por medio del  método de referencia: quimioluminiscencia en fase gaseosa, el cual previa reducción del dióxido de nitrógeno a óxido de nitrógeno, se pasa a una cámara de reacción, en donde se hace transitar una corriente de aire por un filtro y se mezcla con ozono, así se emite una radiación la cual se transforma en una señal eléctrica y entonces es medida y registrada, de esta manera se puede calcular la concentración del contaminante. La norma mexicana que determina el procedimiento es la NOM-037-SEMARNAT-1993.

El se determina por medio del método de referencia: absorción en el infrarrojo, el cual se basa en la capacidad que tiene CO para absorber la energía en determinadas longitudes de onda, que consiste en medir la radiación infrarroja absorbida por el CO mediante un fotómetro no dispersivo. En este método se hace pasar un haz de energía infrarroja a través de una celdilla que contiene la muestra de aire por analizar, midiéndose la energía infrarroja absorbida por el CO presente en esa muestra de aire por medio del fotómetro. La norma mexicana que determina el procedimiento es la NOM-034-SEMARNAT-1993.

Para medir las partículas suspendidas totales se utiliza el método de referencia que consiste en un muestreo de alto volumen. La norma mexicana que determina el procedimiento es la NOM-035-SEMARNAT-1993. Para PM10 y PM2.5 se siguen la norma de la U.S.A. CFR 40 – Partes 50, 53, 58.

De acuerdo con la NOM-038-SEMARNAT-1993, el método de referencia se refiere al procedimiento de análisis y medición descrito en una norma oficial mexicana, que debe aplicarse para determinar la concentración de un contaminante en el aire ambiente y que sirve también, en su caso, para contrastar el método equivalente. El método equivalente es el procedimiento de análisis y medición para determinar la concentración de un contaminante en el ambiente, señalado como tal en un Norma Oficial Mexicana por producir resultados similares a los que se obtienen con el método de referencia, susceptible de aplicarse en sustitución de este.

La intención de este apartado no es dominar las técnicas, pero si lo es conocer los indicadores de los contaminantes, saber de dónde provienen, es decir, su fuente de origen y su toxicidad mediante los efectos en el ser humano. En la siguiente tabla se encuentra un resumen de ello, el cual podrá servirte como guía para futuros análisis.

Tabla 2. Los efectos de algunos contaminantes atmosféricos y sus fuentes de emisión.

Contaminante	Fuente	Efectos
Monóxido de carbono	Combustión incompleta de combustibles con basa de carbón (Vg., gasolina, carbón de piedra) en los vehículos y en las fábricas	Muerte en concentraciones altas. Priva a órganos grandes y fetos del oxígeno. Calentamiento global.
Dióxido de carbono	Combustión completa de combustibles con base de carbón	Calentamiento global.
Óxidos de nitrógeno	El calor del motor o de las llamas en los vehículos, plantas de energía y fábricas causa que el oxígeno y el nitrógeno se combinen en el aire	Enfermedades respiratorias. Calentamiento global.
Ácido nítrico	Se forma cuando los óxidos de nitrógeno se combinan con el vapor del agua en el aire.	Lluvia acida. Incremento de crecimiento artificial.
Nitratos	Partículas finas secas que se forman cuando el nitrógeno reacciona en el aire.	Muerte y enfermedad. Fertilizantes artificiales en bahías y estuarios.
Dióxido de azufre	Se forma cuando se quema el azufre en el carbón de piedra, en el petróleo, en la gasolina y en el diésel.	Provoca ataques de asma.
Ácido sulfúrico	Se forma cuando el dióxido de azufre de combinan con el agua en el aire	Lluvia acida. Se filtran los metales pesados de suelos, erosiona la piedra y corroe el metal
Sulfatos	partículas finas secas que se crean cuando el dióxido de azufre reacciona en el aire	Muerte y enfermedad. Enfriamiento global.
Compuestos orgánicos	Gasolina sin quemas, emisiones de refinerías y fábricas	Enfermedades serias incluyendo el cáncer.
Ozono	Se forma cuando los óxidos de nitrógeno reaccionan con las composiciones químicas orgánicas (Vg., gasolina sin quema.	Ataques de asma. Posiblemente, la causa del desarrollo del asma. Calentamiento global. Perjuicios a los bosques. Perjuicios a las cosechas. Perjuicios a los materiales (Vg., quebradizo).
Partículas	Se forman principalmente debido a quemar el carbón de piedra, petróleo, gasolina, diésel, madera y otros combustibles.	Muerte y enfermedad. Calentamiento global (“carbono negro”).
Hollín de diésel	Camiones, autobuses, automóviles, trenes y otros motores diésel.	Se piensa que causa cáncer.
Contaminantes orgánicos persistentes.	Especialmente pesticidas.	Se acumula en la carne humana y animal, con resultados desconocidos.
Clorofluorocarbonos	Difundidos de instalaciones de aire acondicionado, refrigeradores, plantas electrónicas (hoy en día ilegal).	Destruye el ozono estratosférico, aumentando los canceres a la piel. Calentamiento global.
Fluoruros	Fundidores de aluminio	Envenena al ganado.
Sulfuro de hidrógeno	Fábricas de pulpa y de papel. Plantas de tratamiento de aguas residuales. Refinerías.	Fatiga, agitación, depresión, pérdida de la memoria.
Benceno	Refinerías, vehículos con combustible de gasolina	Cáncer al sistema linfático
Emisiones de los hornos de coca	Acerías	Cáncer.