ÜŔ• Calidad del Aire y Salud - Las causas de la contaminaci√≥n atmosf√©rica y los contaminantes atmosf√©ricos m√°s importantes

Monogr√°fico
Ciudad y transporte

Una iniciativa de ECODES realizada con la colaboración de la Fundación Biodiversidad, del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente
Ver monográfico en formato:
Web
PDF

Las causas de la contaminación atmosférica y los contaminantes atmosféricos más importantes

La calidad del aire que nos rodea viene determinada principalmente por la distribuci√≥n geogr√°fica de las fuentes de emisi√≥n de contaminantes y las cantidades de contaminantes emitidas. 

Los procesos f√≠sico-qu√≠micos que se producen en la atm√≥sfera, la meteorolog√≠a y la orograf√≠a condicionan enormemente los procesos de dispersi√≥n y transporte de estos contaminantes. Dentro de esta din√°mica atmosf√©rica, los aportes son producidos por emisiones primarias, bien desde fuentes naturales, lo que incluye los fen√≥menos naturales tales como erupciones volc√°nicas, actividades s√≠smicas, actividades geot√©rmicas o incendios, fuertes vientos, aerosoles marinos o resuspensi√≥n atmosf√©rica o transporte de part√≠culas naturales procedentes de regiones √°ridas o bien desde fuentes antropog√©nicas (derivadas de las actividades humanas). 

Fuentes, tipos de contaminantes, procesos y efectos generales en contaminación atmosférica

Figura 2. Fuentes, tipos de contaminantes, procesos y efectos generales en contaminación atmosférica.
Fuente: Capítulo 1 del Observatorio DKV Salud y Medio Ambiente 2010: "Contaminación Atmosférica y Salud".

 

Contaminantes primarios son: √≥xidos de azufre (SOx), √≥xidos de nitr√≥geno (NOx), mon√≥xido de carbono (CO), aerosoles, hidrocarburos, hal√≥genos y sus derivados (Cl2, HF, HCl, haluros), ars√©nico y sus derivados, ciertos componentes org√°nicos, metales pesados (Pb, Hg, Cu, Zn,‚Ķ) y part√≠culas minerales (asbesto y amianto). 

Por otra parte están los contaminantes secundarios, son los que se forman en la atmósfera mediante reacciones químicas de otros contaminantes que proceden en su mayor parte de fuentes antropogénicas: ozono (O3), sulfatos, nitratos, aldehídos, cetonas, ácidos, peróxido de hidrógeno (H2O2) y radicales libres.

Adem√°s de esta clasificaci√≥n de contaminantes (atendiendo a su origen) y  si nos fijamos en su estructura, encontramos que los contaminantes atmosf√©ricos se subdividen en: part√≠culas y gases. Tambi√©n se pueden agrupar en funci√≥n de sus posibles efectos sobre la salud humana y el medio ambiente. 

PART√ćCULAS 

Son los contaminantes atmosf√©ricos m√°s complejos, ya que engloban un amplio espectro de sustancias, tanto s√≥lidas como l√≠quidas, procedentes de diversas fuentes, entre las que destacan las siguientes: polvo (producido por desintegraci√≥n mec√°nica), humos (procedentes de combustiones), brumas (por condensaci√≥n de vapor) y aerosoles (mezcla de part√≠culas s√≥lidas y/o l√≠quidas suspendidas en un gas). 

Aunque los elementos que integran las part√≠culas var√≠an seg√ļn las fuentes locales, en general: 

PM10 (part√≠culas gruesas o de di√°metro aerodin√°mico = 10 ¬Ķm) suelen tener un importante componente de tipo natural, siendo contaminantes b√°sicamente primarios que se generan por procesos mec√°nicos o de evaporaci√≥n: minerales locales o transportados, aerosol marino, part√≠culas biol√≥gicas (restos vegetales) y part√≠culas primarias derivadas de procesos industriales o del tr√°fico (asfalto erosionado y restos de neum√°ticos y frenos generados por abrasi√≥n); de entre los pocos contaminantes secundarios que entran a formar parte de su estructura destacan los nitratos.

PM2.5 (part√≠culas finas o de di√°metro aerodin√°mico = 2,5 ¬Ķm) su composici√≥n es m√°s t√≥xica, ya que su principal origen es antropog√©nico, especialmente las emisiones de los veh√≠culos diesel, estando fundamentalmente formadas por part√≠culas secundarias: nitratos y sulfatos (originados por oxidaci√≥n de NOx y SOx), aerosoles org√°nicos secundarios, como el peroxiacetil nitrato (PAN) y los hidrocarburos polic√≠clicos arom√°ticos (HPA). 

Por el contrario, son pocas las fuentes primarias de part√≠culas finas, por ejemplo los procesos industriales de molienda y pulverizaci√≥n y los procesos r√°pidos de condensaci√≥n de gases expulsados a altas temperaturas. 

Por este motivo, la Organizaci√≥n Mundial de la Salud (OMS) aconseja utilizar como indicadores de la calidad del aire las concentraciones de PM2,5 en vez de las de PM10. 

Los niveles de part√≠culas pueden verse influenciados en Espa√Īa por las condiciones atmosf√©ricas, debido a la menor precipitaci√≥n y acci√≥n e√≥lica con respecto a otros pa√≠ses de la zona norte de Europa, y a los aportes de part√≠culas procedentes del norte de √Āfrica (polvo sahariano) en el caso de las PM10 y PM10-2,5. 

Dado que en las PM2,5 la proporci√≥n de material mineral es sustancialmente menor, sus niveles no suelen verse afectados por las intrusiones de polvo sahariano. Mientras que las PM10 pueden permanecer en el aire durante minutos u horas, las part√≠culas finas, debido a su menor tama√Īo y menor peso, si las condiciones meteorol√≥gicas son propicias, consiguen mantenerse suspendidas en el aire durante d√≠as o incluso semanas.

GASES 

Un amplio abanico de sustancias, en forma gaseosa, de diversa naturaleza y con comportamientos y din√°micas qu√≠micas muy diferentes, constituyen los principales gases contaminantes atmosf√©ricos. 

Algunos se emiten de forma natural, adem√°s de por las actividades humanas. Mientras que unos son emitidos directamente a la atm√≥sfera (contaminantes primarios), como los √≥xidos de azufre o de carbono, otros pueden surgir del fruto de reacciones qu√≠micas en la atm√≥sfera, como algunos √≥xidos de nitr√≥geno, o la compleja generaci√≥n del ozono, uno de los principales contaminantes atmosf√©ricos secundarios y de mayor importancia en nuestro medio mediterr√°neo. 

Compuestos de azufre 

Asociados con el contenido en azufre de los combustibles f√≥siles, est√°n por tanto relacionados con la combusti√≥n del gas√≥leo en los veh√≠culos y producci√≥n de energ√≠a y carb√≥n en las centrales t√©rmicas, determinados procesos industriales y con las calefacciones dom√©sticas. En la atm√≥sfera urbana est√° representada una amplia gama de compuestos de azufre, pero desde un punto de vista pr√°ctico los m√°s importantes son el di√≥xido de azufre gaseoso, el √°cido sulf√ļrico y los sulfatos. Los cambios en tipos de combustibles en Europa Occidental han llevado a una disminuci√≥n considerable de las emisiones de SO2 aunque a√ļn se pueden dar altas concentraciones puntuales a nivel local asociadas a emisiones ocasionales. 

Compuestos de nitr√≥geno 

Su principal fuente de emisi√≥n no natural proviene de los combustibles f√≥siles utilizados para el transporte, calefacci√≥n y generaci√≥n de energ√≠a. La mayor√≠a de combustiones producen mon√≥xido de nitr√≥geno (NO) que, por procesos de oxidaci√≥n da lugar al di√≥xido de nitr√≥geno (NO2). Algunas veces la informaci√≥n que se suministra se refiere en t√©rminos de NOX, indicando una mezcla de √≥xidos de nitr√≥geno. 

√ďxidos de carbono 

Fundamentalmente son el mon√≥xido de carbono (CO) y el di√≥xido de carbono (CO2). Se liberan a la atm√≥sfera como consecuencia de las combustiones incompletas (CO) y completas (CO2). La fuente principal del CO son los humos procedentes del escape de los veh√≠culos a motor. Por otro lado, el CO2, es uno de los principales contaminantes responsables del efecto invernadero. 

Compuestos org√°nicos vol√°tiles (COV) 

Los COV son un grupo variado de compuestos presentes en la atm√≥sfera que incluyen un amplio espectro de hidrocarburos como alcanos, alquenos, hidrocarburos arom√°ticos, cetonas, alcoholes, √©steres y algunos compuestos clorados. El benceno (C6H6) es un COV arom√°tico que ha recibido mucha atenci√≥n debido a su carcinogenicidad. El tolueno (C6H5CH3) es un COV que act√ļa como importante precursor del ozono. En algunas ocasiones el metano (CH4) se mide de forma independiente al resto de los COV y entonces se habla de los compuestos org√°nicos vol√°tiles no met√°nicos (COVNM). 

Otros compuestos 

Adem√°s de las sustancias anteriormente citadas, en la atm√≥sfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan m√°s raramente pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisi√≥n a la atm√≥sfera muy localizada. Entre otros, se encuentran como m√°s significativos los siguientes: hal√≥genos y sus derivados; ars√©nico y sus derivados; part√≠culas de metales ligeros y pesados como el plomo, el mercurio, cobre y zinc; part√≠culas de sustancias minerales como el amianto y los asbestos, as√≠ como sustancias radiactivas. 

A t√≠tulo de ejemplo que aglutina c√≥mo aparecen en la pr√°ctica estos contaminantes, en la tabla 1 se muestran los principales contaminantes primarios presentes en una atm√≥sfera urbana, como es el caso de la ciudad de Madrid, las cantidades anuales que se emiten de cada contaminante y cu√°l es el sector que m√°s contribuye a su emisi√≥n. 

Como puede observarse es el tráfico rodado en principal causante de la contaminación en una atmósfera urbana, con una contribución superior al 75% en aquellos contaminantes que más preocupan en este tipo de atmósferas como son las partículas materiales (PM10 y PM2,5) y los óxidos de nitrógeno (NOx).

 Emisiones anuales de los contaminantes primarios m√°s importantes en la ciudad de Madrid en 2006.

Tabla 1. Emisiones anuales de los contaminantes primarios m√°s importantes en la ciudad de Madrid en 2006.

Fuente: Ayuntamiento de Madrid. Tabla del Cap√≠tulo 1 del Observatorio DKV Salud y Medio Ambiente 2010: "Contaminaci√≥n Atmosf√©rica y Salud‚ÄĚ

 

LOS CONTAMINANTES SECUNDARIOS Y LA CONTAMINACI√ďN FOTOQU√ćMICA. EL OZONO TROPOSF√ČRICO.

La contaminaci√≥n fotoqu√≠mica se produce como consecuencia de la aparici√≥n en la atm√≥sfera de sustancias denominadas oxidantes. √Čstas se originan al reaccionar entre s√≠ los √≥xidos de nitr√≥geno, los hidrocarburos y el ox√≠geno en presencia de la radiaci√≥n ultravioleta de los rayos de sol. La formaci√≥n de los oxidantes se ve favorecida en situaciones estacionarias de alta presi√≥n (anticiclones) asociados a una fuerte insolaci√≥n y vientos d√©biles que dificultan la dispersi√≥n de contaminantes primarios.

El ozono (O3) es, desde el punto de vista toxicológico, el más importante de estos contaminantes. Dado que los contaminantes primarios procedentes de las emisiones de los automóviles reaccionan con él, puede encontrarse a concentraciones considerables incluso en zonas alejadas de las fuentes de emisión, y son, a menudo, más altos los niveles en los alrededores de las grandes ciudades que en el interior de las mismas.

El ozono troposférico. Su formación y difusión.

El ozono troposférico, denominado así porque se refiere al ozono existente en la baja atmósfera (0-20 km) denominada troposfera para distinguirlo del que existe en la alta atmósfera (20-40 km) o estratosfera, puede tener un origen natural o ser producto de las actividades humanas.

El tráfico rodado es el principal causante de la contaminación en una atmósfera urbana, con una contribución superior al 75% en aquellos contaminantes que más preocupan.

De forma natural, procede de las intrusiones del ozono presente en la estratosfera. También puede formarse a partir de las descargas eléctricas de las tormentas que alteran el oxígeno atmosférico o aparecer a partir de emisiones procedentes de actividades naturales como la vegetación (robledales), los volcanes y las fermentaciones.

Pero quizá la principal fuente del ozono troposférico sea la del origen antropogénico como contaminante secundario, es decir, no emitido directamente por ninguna fuente, sino producido a partir de otros contaminantes denominados precursores, en presencia de radiación solar.

A comienzos de la década de los 50 del siglo pasado fueron identificados los óxidos de nitrógeno (NOx) y los compuestos orgánicos volátiles (COV), especialmente los hidrocarburos, como los dos precursores químicos clave en la formación del ozono troposférico.

Los niveles de ozono son, a menudo, m√°s altos en los alrededores de las grandes ciudades que en el interior de las mismas.

Aunque el 66 % de los NOx tiene un origen natural (emisión de los suelos, fenómenos tormentosos, emisiones desde el mar, etc.) es evidente que en la atmósfera urbana los principales focos de emisión son de origen antrópico y se refieren a la combustión de materiales orgánicos tanto en fuentes estacionarias (calefacciones, procesos industriales y centrales térmicas) como en fuentes móviles (vehículos de gasolina y de gasoil).

Los COV, fundamentalmente constituidos por hidrocarburos, también pueden tener un origen natural y otro antrópico. En el primero destacan como emisores los robles y los sicomoros; también pueden emitirse COV desde los pantanos o desde el océano. Entre los emisores antropogénicos destacan las emisiones procedentes por la de descomposición térmica de compuestos orgánicos, fundamentalmente por la combustión incompleta de éstos.

Estas reacciones químicas del ozono tienen varias implicaciones que explican su comportamiento espacial y temporal:

  • en primer lugar la necesidad de luz solar hace que a escala temporal de un d√≠a el proceso se inicie a primera hora de la ma√Īana, alcanz√°ndose las m√°ximas concentraciones de ozono en las primeras horas de la tarde comenzando a decaer a medida que disminuye la insolaci√≥n.
  • Por otro lado en entornos urbanos contaminados el mon√≥xido de nitr√≥geno (NO) reci√©n emitido puede combinarse inmediatamente con el ozono seg√ļn la reacci√≥n (3) reduciendo sus concentraciones en el ambiente. Esto hace que, normalmente, los m√°ximos de ozono no se den en el centro de la ciudad sino en los parques y en la periferia de las grandes urbes, donde son menores las emisiones a la atm√≥sfera de NOx. Debido a este proceso, una reducci√≥n de las emisiones de NOx en las ciudades puede dar lugar a un aumento en las concentraciones de ozono. En estos casos son los COV los que deber√≠an controlarse.
  • En cuanto al ciclo anual los factores meteorol√≥gicos implicados como son la fuerte insolaci√≥n, la estabilidad atmosf√©rica, la ausencia de vientos y las altas temperaturas hacen que los niveles de inmisi√≥n m√°ximos de este contaminante secundario se den, fundamentalmente, en los meses de verano, al contrario que ocurr√≠a con otros contaminantes primarios en los que las m√°ximas concentraciones se producen en los meses de invierno coincidiendo con el encendido de las calefacciones y la peor dispersi√≥n de los contaminantes en la atm√≥sfera por las situaciones de bloqueo o estancamiento atmosf√©rico.

LA QU√ćMICA DEL OZONO

LA QU√ćMICA DEL OZONO

V√≠deo sobre el OZONO en la p√°gina Web de Calidad del aire del Ayuntamiento de Madrid.
Pulsa sobre la imagen para ver la animación sobre la variación en los niveles diarios de ozono sobre una gran ciudad.

 

La contaminación fotoquímica

Además de las reacciones de formación y destrucción del ozono a través del ciclo fotolítico del NO2, pueden formarse también radicales libres.

La presencia en el aire de hidrocarburos hace que el ciclo fotolítico se desequilibre al reaccionar éstos con oxígeno atómico y el ozono generado, produciendo radicales libres muy activos, del siguiente modo:

O3 + 3HC>3HCO-

Estos radicales libres reaccionan con otros radicales dando lugar a la formación de otras sustancias como aldehídos, cetonas y nitratos de peroxiacilo (PAN).

La mezcla de todas estas sustancias da lugar a la denominada contaminación fotoquímica o smog fotoquímico. Este tipo de contaminación se presenta cada vez con más frecuencia en las grandes ciudades de los países industrializados y al necesitar de la luz solar y por la naturaleza de las complejas reacciones químicas implicadas, suele ser máxima al mediodía.

 


 

Como hemos visto la contaminaci√≥n atmosf√©rica representa un riesgo ambiental con consecuencias perjudiciales para la salud. Seg√ļn el informe ‚ÄúCambio Global Espa√Īa 2020/50. Cambio clim√°tico y salud‚ÄĚ , las emisiones a la atm√≥sfera relacionadas con el cambio clim√°tico pueden agravar los efectos de la contaminaci√≥n del aire sobre la salud de los ciudadanos, no solo directamente por el impacto en los fen√≥menos meteorol√≥gicos, sino, de manera inmediata, por los efectos directos de los contaminantes sobre la salud.

Los contaminantes atmosféricos de los que se dispone de pruebas más claras respecto a su impacto en salud y que podrían tener mayor significación en un escenario de cambio climático son las partículas en suspensión y el ozono. La predicción del posible impacto de la contaminación atmosférica asociada al cambio climático sobre la salud está sometida a muchas incertidumbres. Entre ellas se encuentran los distintos escenarios de emisiones para el futuro, la sensibilidad y vulnerabilidad de las poblaciones y la posible interacción entre distintos fenómenos, como la temperatura y los niveles de ozono.

Una iniciativa de:
Con la colaboración de:
Nivel Doble-A de Conformidad con las Directrices de Accesibilidad para el Contenido Web 1.0 (WCAG 1.0)