13.3: Contaminación del aire exterior
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- Conocer las fuentes y efectos de los principales contaminantes exteriores
La contaminación del aire se refiere a la introducción, en la atmósfera, de sustancias que tienen efectos nocivos en los seres humanos, otros organismos vivos, y el medio ambiente ya sea como partículas sólidas, gotitas líquidas o gases. La contaminación del aire puede ser el resultado de procesos naturales como tormentas de polvo, incendios forestales y erupciones volcánicas, o de actividades humanas como la quema de biomasa, emisiones vehiculares, minería, agricultura y procesos industriales. La mejora de la tecnología y las políticas gubernamentales han ayudado a reducir la mayoría de los tipos de contaminación del aire exterior en muchos países industrializados, incluido Estados Unidos, en las últimas décadas. Sin embargo, la calidad del aire exterior sigue siendo un problema en naciones menos industrializadas, especialmente en megaciudades de naciones que se industrializan rápidamente como China e India.
Los contaminantes exteriores pueden provenir de fuentes estacionarias (puntuales) o móviles (no puntuales) (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las fuentes estacionarias tienen una ubicación fija, por ejemplo, chimeneas de centrales eléctricas, quema, sitios de construcción, tierras de cultivo y minas de superficie entre otros. Las fuentes móviles de contaminantes del aire se mueven de un lugar a otro mientras emiten contaminantes. Ejemplos de fuentes móviles incluyen vehículos, aviones, barcos y trenes.
Los contaminantes se categorizan en dos tipos principales en función de cómo se originaron, a saber, los contaminantes primarios y secundarios. Los contaminantes primarios son aquellos que se liberan directamente de la fuente al aire en una forma dañina. Los principales contaminantes que representan casi todos los problemas de contaminación del aire son monóxido de carbono (58%), compuestos orgánicos volátiles (COV, 11%), óxidos de nitrógeno (15%), dióxidos de azufre (13%) y material particulado (3%). Los contaminantes secundarios se producen a través de reacciones entre contaminantes primarios y compuestos atmosféricos normales. Por ejemplo, el ozono a nivel del suelo se forma sobre las zonas urbanas a través de reacciones, alimentadas por la luz solar, entre los contaminantes primarios (óxidos de nitrógeno) y otros gases atmosféricos como los COV.
Criterios contaminantes
En virtud de la Ley de Aire Limpio, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) establece estándares de calidad del aire para proteger la salud pública y el medio ambiente. La EPA ha establecido estándares nacionales de calidad del aire para seis contaminantes comunes del aire, a saber: 1) monóxido de carbono; 2) ozono a nivel del suelo; 3) dióxido de nitrógeno; 4) dióxido de azufre; 5) plomo; y 6) materia particulada (también conocida como contaminación por partículas). De los seis contaminantes, la contaminación por partículas y el ozono a nivel del suelo son las amenazas para la salud más extendidas. La EPA llama a estos contaminantes “criterios” contaminantes del aire porque los regula mediante el desarrollo de criterios basados en la salud humana y/o ambientales (pautas basadas en la ciencia) para establecer niveles permisibles. El conjunto de límites basados en la salud humana se denomina estándares primarios. Otro conjunto de límites destinados a prevenir daños ambientales y patrimoniales se denomina normas secundarias.
- Monóxido de Carbono (CO): es un gas incoloro e inodoro emitido por los procesos de combustión, específicamente, la combustión incompleta del combustible. A nivel nacional y, particularmente en las zonas urbanas, la mayoría de las emisiones de CO al aire ambiente provienen de fuentes móviles. El CO puede causar efectos nocivos para la salud al reducir el suministro de oxígeno a los órganos del cuerpo (como el corazón y el cerebro) y los tejidos. En niveles extremadamente altos, el CO puede causar la muerte.
- Ozono a nivel del suelo (O 3): es un gas incoloro con un olor ligeramente dulce que no se emite directamente al aire, sino que es creado por la interacción de la luz solar, calor, óxidos de nitrógeno (NO x) y compuestos orgánicos volátiles (COV). Es probable que el ozono alcance niveles poco saludables en días calurosos y soleados en entornos urbanos. Las emisiones de instalaciones industriales y servicios eléctricos, escape de vehículos de motor, vapores de gasolina y solventes químicos son algunas de las principales fuentes de NO x y COV.
- Dióxido de nitrógeno (NO 2): es uno de un grupo de gases altamente reactivos conocidos como “óxidos de nitrógeno” u “óxidos de nitrógeno (NO x)”. Otros óxidos de nitrógeno incluyen el ácido nitroso y el ácido nítrico. NO 2 es un gas maloliente de color marrón amarillento a marrón rojizo que es un importante contribuyente al smog y la lluvia ácida. Los óxidos de nitrógeno resultan cuando el nitrógeno atmosférico y el oxígeno reaccionan a las altas temperaturas creadas por los motores de combustión. La mayoría de las emisiones en Estados Unidos son el resultado de la combustión en motores de vehículos, servicios eléctricos y combustión industrial.
- Dióxido de azufre (SO 2): El dióxido de azufre es uno de un grupo de gases altamente reactivos conocidos como “óxidos de azufre”. Las mayores fuentes de emisiones de SO 2 provienen de la combustión de combustibles fósiles en centrales eléctricas (73%) y otras instalaciones industriales (20%). Las fuentes más pequeñas de emisiones de SO 2 incluyen procesos industriales como la extracción de metales de sus minerales y la quema de combustibles con alto contenido de azufre por locomotoras, barcos grandes y equipos no viales.
- Plomo (Pb): es un metal que se encuentra naturalmente en el medio ambiente así como en productos manufacturados. Las principales fuentes de emisiones de plomo han sido históricamente a partir de combustibles en vehículos de motor (como automóviles y camiones) y fuentes industriales. Como resultado de los esfuerzos regulatorios de la EPA para eliminar el plomo de la gasolina, las emisiones de plomo del sector del transporte disminuyeron drásticamente en 95 por ciento entre 1980 y 1999, y los niveles de plomo en el aire disminuyeron 94 por ciento durante ese período de tiempo. Las principales fuentes de emisiones de plomo hoy en día son los aviones de procesamiento de minerales y metales y motores de pistón que operan con gasolina de aviación con plomo. Hoy en día, los niveles más altos de plomo en el aire generalmente se encuentran cerca de las fundiciones de plomo.
- El material particulado (PM), a veces conocido simplemente como “partículas” se refiere a partículas sólidas y gotitas líquidas suspendidas en el aire que respiramos. La contaminación por partículas se compone de una variedad de componentes, incluyendo ácidos (nitratos y sulfatos), productos químicos orgánicos, metales, partículas del suelo o polvo, y alérgenos (polen y esporas de moho). El tamaño de las partículas está directamente vinculado a su potencial de causar problemas de salud. Las partículas de 10 micrómetros de diámetro o menores generalmente pasan a través de la garganta y la nariz y entran a los pulmones. La EPA los agrupa en dos tipos: "partículas gruesas inhalables”, con diámetros mayores a 2.5 micrómetros y menores a 10 micrómetros y "partículas finas”, con diámetros de 2.5 micrómetros y menores. ¿Qué tan pequeño es 2.5 micrómetros? Piensa en un solo pelo de tu cabeza. El cabello humano promedio es de aproximadamente 70 micrómetros de diámetro, lo que lo hace 30 veces más grande que la partícula fina más grande (Figura\(\PageIndex{2}\)). Nuestros sistemas respiratorios están equipados para filtrar partículas más grandes del aire una vez que se inhala. Sin embargo, los pulmones son vulnerables tanto a partículas gruesas (PM 10) como a partículas finas (PM 2.5). Estos pueden deslizarse más allá de las defensas naturales del sistema respiratorio y meterse profundamente en los pulmones y algunos incluso pueden entrar en el torrente sanguíneo. Las partículas gruesas provienen del polvo de la carretera mientras que las partículas finas provienen de procesos de combustión.
Compuestos Orgánicos Volátiles
Los compuestos orgánicos volátiles (COV) son productos químicos que contienen carbono emitidos como gases de fuentes naturales y de origen humano. Las fuentes naturales de COV incluyen plantas, la fuente más grande, y bacterias en las tripas de termitas y animales rumiantes. Estos compuestos generalmente se oxidan a monóxido de carbono y dióxido de carbono en la atmósfera. Los COV son de gran preocupación porque son precursores de la formación de ozono, un contaminante secundario del aire.
Una gran cantidad de químicos orgánicos sintéticos como benceno, tolueno, formaldehído, cloruro de vinilo, cloroformo y fenoles son ampliamente utilizados como ingredientes en innumerables productos para el hogar. Pinturas, decapantes de pintura, barnices, muchos productos de limpieza, desinfección, cosméticos, desengrasantes y pasatiempos contienen COV. Los combustibles también están compuestos por productos químicos orgánicos. Todos estos productos pueden liberar compuestos orgánicos mientras los estás usando y, en cierta medida, cuando se almacenan. El “olor a auto nuevo” característico de los autos nuevos proviene de una compleja mezcla de docenas de COV. Además, las concentraciones de muchos COV son consistentemente más altas en interiores (hasta diez veces mayores) que en exteriores. A menudo se les hace responsables del síndrome del edificio enfermo, una enfermedad resultante de la contaminación de interiores en la que no se identifica la causa específica.
Smog
El smog es una mezcla de contaminantes del aire (dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono y partículas) que a menudo se forman sobre las áreas urbanas como resultado de la combustión de combustibles fósiles. El término fue acuñado a partir de los términos “humo” y “niebla” refiriéndose a una neblina pardusca que contamina el aire, reduciendo en gran medida la visibilidad y dificultando que algunas personas respiren (Figura\(\PageIndex{3}\) y\(\PageIndex{4}\)). Hay dos tipos principales de smog: el smog industrial y el fotoquímico. El smog industrial se produce principalmente por la quema de combustibles fósiles que producen dióxido de carbono (a partir de la combustión completa), monóxidos de carbono (de combustión parcial), azufre y mercurio. El azufre reacciona con otros químicos en la atmósfera produciendo varios compuestos de azufre, incluido el dióxido de azufre. Estos compuestos junto con el material particulado conforman el smog industrial. El smog fotoquímico se forma cuando la luz solar impulsa reacciones químicas entre los contaminantes primarios de los automóviles y los compuestos atmosféricos normales. El producto es una mezcla de más de 100 productos químicos diferentes, siendo el más abundante el ozono a nivel del suelo. Este tipo de smog se discutirá con más detalle en la sección 13.5.
Figura\(\PageIndex{3}\): Smog sobre la ciudad de Almaty, Kazajstán. Foto de Igors Jefimovs. Fuente: Wikicommons Commons.wikimedia.org/wiki/C... dia/Archivo:smog_ over_Almaty.jpg
Smog Industrial
El smog industrial o el smog tipo Londres es principalmente un producto de la quema de grandes cantidades de carbón con alto contenido de azufre. Las leyes de aire limpio aprobadas en 1956 han reducido en gran medida la formación de smog en el Reino Unido; sin embargo, en otras partes del mundo el smog tipo Londres sigue siendo muy frecuente. El principal constituyente del smog tipo Londres es el hollín; sin embargo, estos smogs también contienen grandes cantidades de cenizas volantes, dióxido de azufre, cloruro de sodio y partículas de sulfato de calcio. Si las concentraciones son lo suficientemente altas, el dióxido de azufre puede reaccionar con el hidróxido atmosférico para producir ácido sulfúrico, que precipitará como lluvia ácida.
\[SO_2 + OH \rightarrow HOSO_2 \label{1} \]
\[HOSO_2 + O_2 \rightarrow HO_2 + SO_3 \label{2} \]
\[SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 \label{3} \]
Las preocupaciones sobre los efectos nocivos de la lluvia ácida han llevado a una fuerte presión sobre la industria para minimizar la liberación de SO 2 y NO. Por ejemplo, las centrales eléctricas que queman carbón ahora utilizan “depuradores” SO 2, que atrapan SO 2 por su reacción con cal (CaO) para producir sulfito de calcio dihidratado (CaO 3 ·2H 2 O; Figura\(\PageIndex{5}\)).
Contaminantes tóxicos
Los contaminantes tóxicos del aire, también conocidos como contaminantes peligrosos del aire, son aquellos contaminantes que se sabe o se sospecha que causan cáncer u otros efectos graves para la salud, como efectos reproductivos o defectos congénitos, o efectos ambientales adversos. Ejemplos de contaminantes tóxicos del aire incluyen el benceno, que se encuentra en la gasolina; el percloroetileno, que se emite desde algunas instalaciones de limpieza en seco; el cloruro de metileno, que es utilizado como disolvente y decapante de pintura por varias industrias; y otros como la dioxina, amianto, tolueno y metales como cadmio, mercurio, cromo y compuestos de plomo.
La mayoría de los tóxicos del aire provienen de fuentes artificiales, incluidas fuentes móviles (por ejemplo, automóviles, camiones, autobuses) y fuentes estacionarias (por ejemplo, fábricas, refinerías, centrales eléctricas), así como fuentes interiores (por ejemplo, algunos materiales de construcción y solventes de limpieza). Algunos tóxicos del aire también se liberan de fuentes naturales como erupciones volcánicas e incendios forestales. La exposición a los tóxicos del aire es principalmente a través de la respiración, pero algunos contaminantes tóxicos del aire como el mercurio pueden depositarse en los suelos o aguas superficiales, donde son absorbidos por las plantas e ingeridos por los animales y eventualmente se magnifican a través de la cadena alimentaria. Al igual que los humanos, los animales pueden experimentar problemas de salud si se exponen a cantidades suficientemente altas de tóxicos al aire con el tiempo.
Efectos de la Contaminación del Aire en la Salud Humana
La Organización Mundial de la Salud (OMS) y otros organismos internacionales reconocen la contaminación del aire como una amenaza importante para la salud humana. Numerosos estudios científicos han relacionado la contaminación del aire con una variedad de problemas de salud (Tabla\(\PageIndex{1}\)) que incluyen: agravamiento de enfermedades respiratorias y cardiovasculares; disminución de la función pulmonar; aumento de la frecuencia y severidad de los síntomas respiratorios como dificultad para respirar y tos; aumento susceptibilidad a infecciones respiratorias; efectos sobre el sistema nervioso, incluyendo el cerebro, como pérdida de coeficiente intelectual e impactos en el aprendizaje, la memoria y el comportamiento; cáncer; y muerte prematura. Los efectos inmediatos de la contaminación del aire pueden aparecer después de una sola exposición o exposiciones repetidas. Otros efectos sobre la salud pueden aparecer ya sea años después de que se haya producido la exposición o solo después de largos o repetidos períodos de exposición.
Los efectos inmediatos de la contaminación del aire incluyen irritación de los ojos, nariz y garganta, dolores de cabeza, mareos y fatiga. Tales efectos inmediatos suelen ser a corto plazo y tratables. En ocasiones el tratamiento es simplemente eliminar la exposición de la persona a la fuente de la contaminación, si se puede identificar. Los síntomas de algunas enfermedades, como asma, neumonitis por hipersensibilidad y fiebre por humidificador, también pueden aparecer poco después de la exposición a algunos contaminantes del aire interior.
| Contaminante | Fuentes | Efectos en la Salud |
| Ozono a nivel del suelo (O 3) | Contaminante secundario típicamente formado por reacción química de compuestos orgánicos volátiles (COV) y NO x en presencia de luz solar. | Disminuye la función pulmonar y causa síntomas respiratorios, como tos y dificultad para respirar; agrava el asma y otras enfermedades pulmonares que conducen a un mayor uso de medicamentos, ingresos hospitalarios, visitas al servicio de urgencias (DE) y mortalidad prematura. |
| Materia particulada (PM) | Emitidos o formados a través de reacciones químicas; combustión de combustible (por ejemplo, quema de carbón, madera, diesel); procesos industriales; agricultura (arado, quema de campo); y caminos sin pavimentar. | Las exposiciones a corto plazo pueden agravar enfermedades cardíacas o pulmonares que conducen a síntomas respiratorios, mayor uso de medicamentos, ingresos hospitalarios, visitas al servicio de urgencias y mortalidad prematura; las exposiciones a largo plazo pueden conducir al desarrollo de enfermedades cardíacas o pulmonares y mortalidad prematura. |
| Plomo | Fundiciones (refinerías metálicas) y otras industrias metalúrgicas; combustión de gasolina con plomo en aviones con motor de pistón; incineradores de desechos; y fabricación de baterías. | Daña el desarrollo del sistema nervioso, lo que resulta en pérdida de coeficiente intelectual e impacta en el aprendizaje, la memoria y el comportamiento en los niños Efectos cardiovasculares y renales en adultos y efectos tempranos relacionados con la anemia. |
| Óxidos de Nitrógeno (NO x) | Combustión de combustible (por ejemplo, servicios eléctricos, calderas industriales y vehículos) y quema de leña. | Agravar las enfermedades pulmonares que conducen a síntomas respiratorios, ingresos hospitalarios y visitas de urgencias; aumento de la susceptibilidad a la infección respiratoria. |
| Monóxido de Carbono (CO) | Combustión de combustible (especialmente vehículos), procesos industriales, incendios, combustión de desechos y quema de leña residencial. | Reduce la cantidad de oxígeno que llega a los órganos y tejidos del cuerpo; agrava las enfermedades cardíacas, resultando en dolor torácico y otros síntomas que conducen a ingresos hospitalarios y visitas al servicio de urgencias. |
| Dióxido de Azufre (SO 2) | Combustión de combustible (especialmente carbón con alto contenido de azufre); servicios eléctricos y procesos industriales; y fuentes naturales como volcanes. | Agrava el asma y aumento de los síntomas respiratorios. Contribuye a la formación de partículas con efectos asociados a la salud. |
Fuente: www.epa.gov
La probabilidad de reacciones inmediatas a los contaminantes del aire depende de varios factores. La edad y las condiciones médicas preexistentes son dos influencias importantes. Algunos individuos sensibles parecen estar en mayor riesgo de efectos de salud relacionados con la contaminación del aire, por ejemplo, aquellos con enfermedades cardíacas y pulmonares preexistentes (por ejemplo, insuficiencia cardíaca/cardiopatía isquémica, asma, enfisema y bronquitis crónica), diabéticos, adultos mayores y niños. En otros casos, el hecho de que una persona reaccione a un contaminante depende de la sensibilidad individual, que varía enormemente de persona a persona. Algunas personas pueden sensibilizarse a los contaminantes biológicos después de exposiciones repetidas, y parece que algunas personas también pueden sensibilizarse a los contaminantes químicos.
Resumen
- La contaminación del aire se refiere a la introducción, en la atmósfera, de sustancias que tienen efectos nocivos en los seres humanos, otros organismos vivos, y el medio ambiente ya sea como partículas sólidas, gotitas líquidas o gases.
- Las principales fuentes de contaminación del aire son las emisiones de gases de los vehículos de combustibles fósiles y sus productos de reacción (CO, NO x, Ozono), así como partículas, SO 2 y COV.
- Ejemplos de contaminantes tóxicos del aire incluyen benceno, que se encuentra en la gasolina; percloroetileno, que se emite desde algunas instalaciones de limpieza en seco; cloruro de metileno, que es utilizado como disolvente y decapante de pintura por varias industrias; y otros como dioxina, amianto, tolueno y metales. como el cadmio, el mercurio, el cromo y los compuestos de plomo.
- El smog es una mezcla de contaminantes del aire (dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, ozono y partículas) que a menudo se forman sobre las áreas urbanas como resultado de la combustión de combustibles fósiles. El término fue acuñado a partir de los términos “humo” y “niebla” refiriéndose a una neblina pardusca que contamina el aire, reduciendo en gran medida la visibilidad y dificultando que algunas personas respiren.
- Numerosos estudios científicos han relacionado la contaminación del aire con una variedad de problemas de salud.
Colaboradores y Atribuciones
- Libretext: Introduction to Environmental Science (Zendher et al.)
- TextMap: General CHemistry (Averill and Eldredge)
- Wikipedia