José Alberto García Peinado
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TEMA 9. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA
1. Riesgos atmosféricos 1.1 Los tornados 1.2 Los tifones, huracanes y ciclones 1.3 Los vendavales 1.4 Medidas contra los riesgos climáticos 2. Contaminantes químicos del aire 2.1. Contaminación y tipos de contaminantes 2.2. Dispersión de los contaminantes 2.3. Factores que influyen en la dinámica de los contaminantes 2.4. Medidas de prevención y corrección de la contaminación del aire 3. Contaminación por formas de energía 4. Efectos de la contaminación atmosférica 4.1. Efectos locales. Smog 4.2. Efectos regionales. Lluvia ácida 4.3. Efectos globales. Destrucción de la capa de Ozono 4.4. Efectos globales. Incremento del efecto invernadero 4.5. Cambio climático 5. Contaminación acústica 6. Contaminación lumínica
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1. Riesgos atmosféricos (ver tema 8/el clima) 1.1.
Los tornados
Son una especie de columna giratoria de viento y polvo que se extiende desde el suelo hasta la base de un cumulonimbo. Este remolino se forma por un excesivo calentamiento de la superficie terrestre. Son bajas presiones de tipo convectivo donde el aire asciende a gran velocidad entre 160 y 450 km/h, formando remolinos en cuyo interior se produce un descenso de presión que puede superar los 100-150 mb. El diámetro de los tornados es pequeño, alrededor de un centenar de metros, pero el gradiente de presión que se origina es enorme. La gran capacidad destructiva se debe a tres factores: la velocidad de los vientos asociados, el gradiente de presión y el efecto de succión de su zona central. Son fenómenos locales de corta duración. Unos se desplazan lentamente pero otros pueden alcanzar velocidades de hasta 200 km/h. Generalmente tienen recorridos entre 10 y 100 km de longitud y 2 km de anchura. Son típicamente norteamericanos, pero pueden aparecer en otros lugares de latitudes templadas entre ellas en España, en las costas del Sur y Este de la Península. 1.2.
Los tifones, huracanes y ciclones
Estos términos se utilizan en distintas partes del mundo, pero significan lo mismo. Un huracán es un grupo de tormentas muy próximas entre sí que tiene un diámetro medio de 500 km y giran en espiral en torno a una parte central: el ojo del huracán, de aproximadamente unos 40 km de ancho, que se encuentra en calma. - Se originan en las proximidades del ecuador, en los meses de verano y otoño, donde la fuerte insolación calienta el agua del mar al menos a 27°C, originando una intensa evaporación y una fuerte convección, que forma nubes de tormenta de un enorme desarrollo vertical. El giro en espiral es debido al defecto de Coriolis, que aumenta a medida que se aleja del ecuador. El sentido de giro es contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte (al revés que en el hemisferio sur). - Debajo del ojo del huracán y como consecuencia de la fuerza de succión ejercida por las borrascas, se produce una elevación del agua del mar que da lugar a olas que pueden llegar a tierra y asolar las costas. Además del movimiento de rotación, también se desplazan de este a oeste, asolándolo todo a su paso. Posteriormente, los del hemisferio norte se dirigen hacia el norte y luego hacia el nordeste; los del hemisferio sur se dirigen a suroeste y por último al sur. Cuando los huracanes penetran en tierra se debilitan al cortarse el suministro de humedad y se convierten en borrascas tropicales; pero si retornan al mar, se pueden volver a reactivar.
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- Los mayores peligros de un huracán se deben a la velocidad de rotación del viento en torno al ojo, a las inundaciones debidas a oleaje y a las fuertes lluvias (300, 600 litros/m2), que causan cuantiosos daños materiales. Por eso, tradicionalmente se utilizaron aviones para su detección, método bastante arriesgado. En cambio hoy día se efectúa un seguimiento por vía satélite y existen sistemas de alerta a la población. Otra medida para luchar contra el riesgo de huracanes es la construcción de viviendas adecuadas, que son caras y que solamente las poseen en los países ricos. 1.3.
Los vendavales
Son vientos que alcanzan gran velocidad de hasta 80-90 km/h provocando grandes destrozos como daños en las cosechas, caídas de árboles y pérdidas humanas. En el norte de España son frecuentes las galernas, vientos procedentes del norte.
Medidas contra los riesgos climáticos Medidas predictivas. Consisten en anunciar con anticipación el lugar, momento, la intensidad y las consecuencias de un riesgo. Es una tarea que deben realizar los especialistas y las herramientas son: - Cartografía de riesgos: Representan las zonas potencialmente peligrosas. - Servicios de predicción de riesgos climáticos: Estos servicios pueden ser nacionales o supranacionales como el Servicio de Vigilancia Meteorológico Mundial. Medidas preventivas. Tienen por objeto minimizar los posibles daños. -
No estructurales. Tratan de preparar a la población frente a los procesos naturales. Las más comunes son: ▪ Planificación territorial: Para no poner en peligro a los ciudadanos frente a cualquier fenómeno natural potencialmente peligroso. ▪ Programas de Protección Civil: Comprenden planes de evacuación, construcción de refugios, atención sanitaria rápida suministro de agua y alimentos, etc. ▪ Educación ambiental: Dirigida al ciudadano, con información de las medidas de evacuación establecidas y de comportamiento más adecuado frente a los riesgos. ▪ Sistemas de alerta a los ciudadanos. ▪ Normativas específicas: Estableciendo diseños y materiales adecuados frente a los posibles riesgos climáticos. ▪ Contratación de seguros contra las posibles pérdidas. ▪ Programas internacionales: Con los objetivos de fomentar y mejorar los servicios de predicción, establecer programas de asistencia técnica y de transferencia tecnológica, coordinar y canalizar las ayudas internacionales para que lleguen con rapidez y eficacia a la población afectada, etc.
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Estructurales. Tratan de modificar los procesos o sucesos naturales que pueden producir riesgo.
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2. Contaminantes químicos del aire 2.1. Contaminación y tipos de contaminantes (ver ANEXO I al final de los apuntes) La Contaminación atmosférica podemos definirla como cualquier condición atmosférica en la que ciertas substancias alcanzan concentraciones lo suficientemente elevadas sobre su nivel ambiental normal como para producir un efecto en el hombre, los animales, la vegetación o los materiales. Se denomina tiempo de residencia o vida media de un contaminante al tiempo que puede permanecer en la atmósfera.
La contaminación natural Procede principalmente de la actividad geológica de la Tierra, como los gases emitidos en las erupciones volcánicas, incendios forestales naturales, descargas eléctricas (óxido de nitrógeno), vendavales (polvo), tempestades y temporales marinos (salinidad), tempestades de polvo y la actividad biológica de la biosfera (producción de CH4 y CO2). La contaminación artificial o antrópica Procede de las distintas actividades humanas. Destaca especialmente la combustión de combustibles fósiles y sus derivados, bien en la industria como en centrales térmicas o siderometalúrgicas, en el transporte (automóvil, aviones,…) o en el uso doméstico (calefacciones). Otras fuentes antrópicas son debidas a las actividades agrícolas y ganaderas, como la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la quema de rastrojos, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo). Una fuente de emisión que está creciendo es la incineración de residuos sólidos, esta práctica si no se realiza de manera adecuada puede producir emisiones de N2, CO2, NO, SO3, dioxinas, etc.
Tipos de contaminantes (ver ANEXO I al final de los apuntes) Los contaminantes químicos se denominan primarios cuando proceden directamente de la fuente emisora, y secundarios si se producen como consecuencia de las transformaciones que experimentan los contaminantes primarios en la atmósfera.
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La cantidad de contaminantes atmosféricos que origina una determinada actividad humana (fuente emisora) se conoce como emisión. La cantidad de contaminantes atmosféricos que puede llegar a un receptor (por ejemplo, a un ser humano), tras su paso por la atmósfera, es la inmisión. De todos los contaminantes, una parte considerable va a parar al mar y el resto se reparte por los distintos países según los vientos dominantes, la orografía y la posición geográfica. 2.2. Dispersión de los contaminantes La mayor parte de los contaminantes se difunden en la parte baja de la troposfera, donde interactúan entre sí y con los demás compuestos presentes, antes de su deposición. Otros ascienden a alturas considerables y son transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera. Los contaminantes que se difunden en la parte baja de la troposfera presentan un ciclo de emisióndeposición que se puede resumir en tres etapas: o Mezcla de contaminantes. Una vez emitidos los compuestos químicos (contaminantes primarios), se mezclan en los primeros kilómetros de la troposfera, donde se desplazan libremente, se incorporación a las masas circulantes de aire y se distribuyen de forma homogénea, lo que favorece las transformaciones químicas. o Procesos químicos y fotoquímicos. En estos procesos participan los contaminantes que pueden generar nuevos compuestos (contaminantes secundarios), cuyas propiedades son, por lo general, muy diferentes de las de sus precursores. o Deposición. Los contaminantes, transformados o no, retornan a la superficie terrestre, donde se incorporan a los océanos y al suelo. En general, se considera que en las áreas continentales se encuentran los focos emisores, mientras que los océanos, por su extensión, son los principales depósitos de retorno. Este retorno sucede por deposición húmeda (los contaminantes retornan a través de la lluvia, la nieve la niebla o el rocío) o, en menor medida, por deposición seca (debida a fenómenos gravitacionales y de adsorción). 2.3. Factores que influyen en la dinámica de los contaminantes Este ciclo de emisión-deposición puede estar influido por diversas circunstancias como: a) Las características de las emisiones -
Tipo de contaminante. Los gases se dispersan con mayor facilidad que las partículas sólidas. La temperatura de la emisión. Si la Tª de la emisión es mayor que la del medio se dispersa con más facilidad
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Altura. A mayor altura de la fuente emisora mejor dispersión.
b) Condiciones atmosféricas -
Los anticiclones son zonas de estabilidad que dificultan la dispersión de los contaminantes. Las borrascas son zonas de inestabilidad que favorecen la dispersión. Los vientos favorecen la dispersión. La precipitación arrastra contaminantes al suelo (efecto lavado) Insolación. Aumenta la concentración de contaminantes secundarios.
c) Características geográficas y topográficas -
Zonas costeras. Se producen brisas marinas y continentales, que, debido a las diferencias de temperatura entre el mar y la tierra firme, durante el día soplan de mar a tierra y durante la noche en sentido contrario.
-
Valles. También se forman vientos locales debidos al gradiente de temperatura que se establece entre las laderas, más soleadas, y el fondo umbrío. En general, las cadenas montañosas son siempre un obstáculo para el movimiento del aire.
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En las ciudades existe un microclima muy peculiar que genera movimientos locales del aire. Esto ha llevado a definir las urbes como islas térmicas, debido a que las temperaturas son más elevadas que en las zonas rurales circundantes. Este hecho provoca la formación de células convectivas que incorporan aire de las zonas circundantes al aire urbano, lo cual es preocupante, dada la existencia de cinturones industriales en el entorno de las medianas y grandes ciudades, ya que los gases emitidos por estas industrias se incorporan a la atmósfera urbana. El efecto más conocido de las islas térmicas urbanas es la formación de una capa de inversión, que, combinada con la propia emisión de contaminantes, incluidos los que emiten las industrias del entorno, constituye un serio problema, ya que el aire contaminado que asciende, al no poder difundirse, desciende y se reincorpora a la circulación del aire urbano. La formación de estas capas de inversión es alarmante en situaciones anticiclónicas o de calma, debido a que las partículas suspendidas en altura absorben la radiación solar. Esa capa superior se calienta fuertemente, de manera que la inversión puede mantenerse durante varios días, y provoca la presencia sobre la ciudad de la cúpula o boina de contaminantes, también llamada smog fotoquímico. Esta situación se mantiene hasta que el viento o la lluvia destruyen la capa de inversión térmica.
d) Presencia de vegetación - Disminuye la contaminación al frenar la velocidad del viento y facilita la deposición de partículas al quedar retenidas por las hojas. - Actúan de sumideros de CO2. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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2.4. Medidas de prevención y corrección de la contaminación del aire Medidas preventivas, encaminadas a evitar la aparición del problema, como son: o La planificación de usos del suelo, que mediante los planes de ordenación del territorio contemplen los lugares idóneos para establecer industrias. o Las evaluaciones de impacto ambiental, que son estudios previos de las alteraciones que sobre el medio ambiente en general y sobre la atmósfera provocan determinadas acciones. o El empleo de tecnologías de baja o nula emisión de residuos. o Programas de I+D relativos a la búsqueda y aplicación de fuentes de energía alternativas menos contaminantes. o Mejora de la calidad y el tipo de combustibles o carburantes, que no generen contaminantes (el empleo de gasolinas sin plomo) o que emitan menos (como el gas natural con contenido en azufre). o Medidas sociales de educación ambiental, para lograr del ciudadano un uso racional y eficiente de la energía (ahorro, empleo de transporte público...). o Medidas legislativas con el establecimiento de normativas sobre calidad de aire por parte de las administraciones locales, regionales, nacionales e internacionales. La UE ha fijado una Directiva Marco de calidad del aire que establece las bases para lograr mejoras en la calidad del aire y en ella han de basarse las normativas de control de calidad de los países miembros. Medidas correctoras, como la depuración del aire contaminado y las estrategias de dispersión. Se recurre a ellas para evitar la descarga masiva de contaminantes a la atmósfera. Entre ellas podemos mencionar: o La concentración y retención de partículas con equipos adecuados como los separadores de gravedad, basados en la acción de la gravedad; los filtros de tejido, en los que la corriente de aire con las partículas pasa a través de un tejido filtrante, etc. o Los sistemas de depuración de gases que emplean mecanismos de absorción basados en la circulación de líquidos capaces de disolver el contaminante gaseoso, métodos de adsorción que emplean sólidos que retienen selectivamente los contaminantes etc. o La expulsión de los contaminantes por medio de chimeneas adecuadas, de forma que se diluyan lo suficiente, evitando concentraciones a nivel del suelo. En este caso se reduce la contaminación local, pero se pueden provocar problemas en lugares alejados de las fuentes de emisión. 3. Contaminación por energía o Radiaciones ionizantes son aquellas radiaciones con energía suficiente para extraer electrones de la materia (átomos) sobre la que inciden. Se clasifican en cuatro tipos: radiaciones alfa, beta, gamma y rayos X. Las radiaciones ionizantes pueden provenir de sustancias radiactivas, que emiten dichas radiaciones de forma espontánea, o de generadores artificiales, tales como los generadores de Rayos X y los aceleradores de partículas. Las radiaciones ionizantes interaccionan con la materia viva, produciendo diversos efectos. Del estudio de esta interacción y de sus efectos se encarga la radiobiología. Los rayos X y gamma son muy penetrantes por lo que son los más nocivos. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Las consecuencias sobre los seres vivos puede ser muy variada: afección de procesos biológicos, cáncer, malformaciones genéticas,… La afección va a depender del tipo de radiación, el tiempo de exposición, de la energía absorbida y de la parte del organismo irradiada. o Radiaciones no ionizantes Se entiende por radiación no ionizante aquella onda o partícula que no es capaz de arrancar electrones de la materia que ilumina produciendo, como mucho, excitaciones electrónicas. Tienen su origen natural en el sol y el origen antrópico en la energía eléctrica. Son las radiaciones ultravioleta, infrarrojas, radiofrecuencias y microondas (telefonía, televisión y telegrafía). Los efectos dependen de la intensidad del campo electromagnético y del tiempo de exposición y pueden ser alteraciones del sistema nervioso (estrés, ansiedad, cefaleas, insomnio) y trastornos hormonales y endocrinos. o Ruido. Lo estudiaremos más adelante en la contaminación acústica.
4. Efectos de la contaminación atmosférica 4.1. Efectos locales. Formación de nieblas contaminantes. Smog La palabra inglesa smog (de smoke: humo y fog: niebla) se usa para designar la contaminación atmosférica que se produce en algunas ciudades como resultado de la combinación de unas determinadas circunstancias climatológicas y unos concretos contaminantes. Hay dos tipos muy diferentes de smog: a) Smog Industrial (sulfuroso o húmedo) - Es típico de ciudades grandes, con mucha industria, en las que, se queman grandes cantidades de carbón y petróleo con mucho azufre, en instalaciones industriales y de calefacción. - Se forma una mezcla de dióxido de azufre, gotitas de ácido sulfúrico formado a partir del anterior y una gran variedad de partículas sólidas en suspensión, que originan una espesa niebla cargada de contaminantes, con efectos muy nocivos para la salud de las personas y para la conservación de edificios y material. - En los países desarrollados los combustibles que originan este tipo de contaminación se queman en instalaciones con sistemas de depuración o dispersión mejores y raramente se encuentra este tipo de polución. En países en vías de desarrollo, como China o algunos países de Europa del Este, es un grave problema en algunas ciudades. b) Smog fotoquímico - Se produce por una mezcla de contaminantes de origen primario (NOx e hidrocarburos volátiles) con otros secundarios (ozono, PAN - nitrato de peroxiacetileno -, radicales hidroxilo, etc.) que se forman en reacciones producidas por la luz solar al incidir sobre los primeros. - La mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo cargado de componentes dañinos para los seres vivos y los materiales. - Se produce en todas las ciudades del mundo, pero es especialmente importante en las que están en lugares con clima seco, cálido y soleado, y tienen muchos vehículos y actividad industrial. El verano es la CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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peor estación para este tipo de polución y, además, las inversiones térmicas, pueden agravar este problema en determinadas épocas ya que dificultan la renovación del aire y la eliminación de los contaminantes.
NO2 + luz solar
NO + O
Formación de Smog fotoquímico
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O + O2
O3
Ciclo fotolítico del NO2
4.2. Efectos regionales. Lluvia ácida - Se produce por la liberación de óxidos de nitrógeno y azufre procedentes de vehículos, industrias y centrales térmicas que usan combustibles de baja calidad. Los contaminantes pueden ser trasladados a grandes distancias por las corrientes atmosféricas, sobre todo cuando son emitidos a la atmósfera desde chimeneas muy altas que disminuyen la contaminación en las cercanías pero la trasladan a otros lugares. - En la atmósfera los óxidos de nitrógeno y azufre son convertidos en ácido nítrico y sulfúrico que vuelven a la tierra con las precipitaciones de lluvia o nieve (lluvia ácida) o en forma de partículas sólidas con moléculas de ácido adheridas (deposición seca). - La lluvia normal es ligeramente ácida, por llevar ácido carbónico que se forma cuando el dióxido de carbono del aire se disuelve en el agua que cae. Su pH suele estar entre 5 y 6. Pero en las zonas con la atmósfera contaminada por estas sustancias acidificantes, la lluvia tiene valores de pH de hasta 4 o 3 y, en algunas zonas en que la niebla es ácida, el pH puede llegar a ser de 2, es decir, similar al del zumo de limón o al del vinagre.
Reacciones que desencadenan la formación de lluvia ácida CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Daños provocados por la deposición ácida o Ecosistemas acuáticos. Disminución de especies en lagos y ríos. El pH inferior a 4 produce muerte de peces, anfibios, plantas e invertebrados. Fue observado en lagos y ríos de Suecia y Noruega, entre los años 1960 y 1970. o Ecosistemas terrestres. Produce la “muerte de los bosques”. En los árboles provoca pérdida de color, caída de las hojas y muerte de los árboles. En el suelo aumenta la acidez y los transforma en improductivos. o Edificios y construcciones. Produce corrosión de los metales, y descomposición de materiales de construcción como la caliza y el mármol, provocando el mal de la piedra que afecta a edificios, estatuas y monumentos.
4.3. Efectos globales. Destrucción y agujero de la capa de Ozono - El ozono presente en la atmósfera tiene muy importantes repercusiones para la vida, a pesar de que se encuentra en cantidades muy bajas. - Cuando está presente en las zonas de la atmósfera más cercanas a la superficie (ozono troposférico) es un contaminante que suele formar parte del smog fotoquímico. - El ozono de la estratosfera juega un importante papel para la vida en el planeta al impedir que las radiaciones ultravioletas lleguen a la superficie. Uno de los principales problemas ambientales detectados en los últimos años ha sido la destrucción de este ozono estratosférico por átomos de cloro libres liberados por los CFCs emitidos a la atmósfera por la actividad humana. - El incremento de átomos de cloro en esta zona de la atmósfera está originado, principalmente, por CFCs (clorofluorocarburos), utilizados en la fabricación de frigoríficos, goma espuma, extintores, aerosoles, y como fumigantes en la agricultura (bromuro de metilo), etc. - Estos compuestos se han ido acumulando en la atmósfera donde 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 concentración de ozono es especialmente acusada en la Antártica, donde todos los años, en los meses de septiembre a noviembre, coincidiendo con la primavera antártica. Se produce el "agujero" de ozono. Esto provoca una importante disminución en la concentración de ozono en toda la zona de alrededor, y parte de América del Sur, Nueva Zelanda y Australia quedan bajo una atmósfera más pobre en ozono que lo normal. - Las radiaciones solares que pasan a través de estos "agujeros" contienen una proporción de rayos ultravioleta considerablemente mayor que las radiaciones normales. Estas radiaciones podrían llegar a producir un incremento en cánceres de piel y otras enfermedades. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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- 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 alcanzó su máximo a finales del siglo pasado y a partir de entonces empezará a disminuir hasta volver a su nivel natural a finales del próximo siglo.
4.4. Efectos globales. El incremento del efecto invernadero Se llama efecto invernadero al fenómeno por el que determinados gases de la atmósfera retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar. El efecto invernadero se está viendo acentuado en la Tierra por la emisión de ciertos gases, como el dióxido de carbono y el metano, debida a la actividad humana. Este fenómeno evita que la energía recibida constantemente del Sol por la Tierra vuelva inmediatamente al espacio. 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 atmósfera con gran facilidad. La energía remitida hacia el exterior, desde la Tierra, al proceder de un cuerpo mucho más frío, está en forma de ondas de frecuencias mas 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 le 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. En el conjunto de la Tierra de produce un efecto natural de retención del calor gracias a algunos gases atmosféricos. La temperatura media en la Tierra es de unos 15ºC y si la atmósfera no existiera sería de unos -18ºC. Gases con efecto invernadero
CO2 CFCs CH4 N 2O
Acción relativa 1 (referencia) 15 000 25 230
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Contribución real 76% 5% 13% 6% 1
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Un gramo de CFC produce un efecto invernadero 15 000 veces mayor que un gramo de CO 2, pero como la cantidad de CO2 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 Aumento de la concentración de gases con efecto invernadero En el último siglo la concentración de anhídrido carbónico y otros gases invernadero en la atmósfera ha ido creciendo constantemente debido a la actividad humana: - A comienzos de siglo por la quema de grandes masas de vegetación para ampliar las tierras de cultivo - En los últimos decenios, por el uso masivo 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 se ha incrementado desde unas 275 ppm antes de la revolución industrial hasta 361 ppm en 1996. Los niveles de metano se han doblado en los últimos 100 años. La cantidad de óxido de dinitrógeno se incrementa en un 0.25% anual 4.5. Cambio climático Se llama cambio climático a la variación global del clima de la Tierra. Estos cambios se producen a muy diversas escalas de tiempo y sobre todos los parámetros climáticos: temperatura, precipitaciones, nubosidad, etc. Son debidos a causas naturales y, en los últimos siglos, también a la acción del hombre. El término suele usarse para hacer referencia tan solo a los cambios climáticos que suceden en el presente debido a la actividad humana, utilizándolo como sinónimo de calentamiento global. La Convención Marco de la Naciones Unidas sobre el Cambio Climático usa el término cambio climático sólo para referirse al cambio por causas humanas: "Por 'cambio climático' se entiende un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables". En algunos casos, para referirse al cambio de origen humano se usa también la expresión cambio climático antropogénico. Calentamiento global Según un informe de 2001 de los científicos pertenecientes al Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), parece que existen evidencias del papel humano en el cambio climático global: la temperatura media ha aumentado 0,3-0,6 °C desde 1900, desde 1960 hace más calor y el nivel del mar ha subido 10-15 cm desde 1900. En los últimos miles de años la concentración de CO2 atmosférico se mantuvo alrededor de 280 ppm, pero a partir de la Revolución Industrial, con la quema de combustibles fósiles comenzó su vertiginoso ascenso hasta 370 ppm en 2001, como consecuencia de las más de 23000 millones de toneladas anuales de CO 2 emitidas a la atmósfera. El CO2 es el principal responsable, pero no el único, ya que existen otros gases de efecto invernadero mucho más potentes que el CO2, aunque su incidencia en el efecto no sea tanta, dada su menor concentración en la atmósfera: el metano, el óxido nitroso, los CFCs, y otros que son utilizados en las industrias del frío y aire acondicionado.
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Consecuencias del calentamiento global - Subida del nivel del mar (de 15 a 95 cm durante los próximos 100 años), con inundaciones de las zonas costeras. Esta subida será causada por el deshielo en tierra firme (caso de la Antártida) ya que el deshielo de los flotantes no aumenta el nivel del mar (por el principio de Arquímedes). - Disminución del albedo, con lo que se elevarían aún más las temperaturas. - Aumento de los peligrosos icebergs. - El océano Ártico se descongelaría (hacia el 2080 estaría totalmente deshelado) y el agua sería menos densa por contener menos sal, lo que originaría problemas en la cinta transportadora y en las corrientes oceánicas. - Desplazamiento de las zonas climáticas hacia los polos, a un ritmo de unos 5 km/año, lo que provocará la destrucción de la tundra ártica, cuyas turberas actúan como sumidero de unos 2400 km3 de gases de efecto invernadero, metano y CO2. La turba se encuentra retenida bajo el permafrost (suelo helado) que, al deshelarse y secarse, deja que dichos gases salgan hacia la atmósfera, realimentando positivamente el efecto invernadero. - Aumento generalizado de las temperaturas de la troposfera, sobre todo en los continentes del hemisferio norte. Más días de calor y menos días de frío al año. Subida de la temperatura entre 1,4 y 5,8 ºC, respecto a las de 1900, durante los próximos 100 años. Disminución de las temperaturas en la estratosfera. - Cambios en la distribución de las precipitaciones, según las regiones: inundaciones, sequías (éste sería el caso de España) y huracanes. Avance de los desiertos subtropicales. - Problemas de salud a causa del hambre y las enfermedades derivadas de una disminución de las cosechas y de la reducción de la calidad de las aguas. - Reactivación de ciertas enfermedades producidas por mosquitos y otros vectores de transmisión, debido a la expansión de las zonas más calientes. Por ejemplo, la reintroducción de la malaria en Europa. Soluciones El Protocolo de Kyoto de diciembre de 1997 es el primer intento para limitar las emisiones de CO2 Objetivo: Su objetivo es reducir en los países desarrollados una media de un 5,2% hasta el año 2012, respecto a las emisiones correspondientes a 1990, con el fin de estabilizar concentración en la atmósfera. Sin embargo, no se impone ningún límite a las emisiones de los países pobres. Mecanismos de actuación: - Compraventa de emisiones (un país puede comprar a otro los derechos de las emisiones, de forma que pueda alcanzar sus objetivos). - Mecanismo de desarrollo limpio (invita a los países desarrollados a invertir en proyectos de desarrollo del sur) - Inclusión de sumideros de carbono (aumentar las emisiones a cambio de plantar árboles y otros vegetales) En Cumbres posteriores sobre el cambio climático celebradas en Buenos Aires, La haya, y Bonn s ehan discutido los detalles para poner en marcha en Protocolo. En la Cumbre de Johannesburgo (2002) todos los países ratificaron el protocolo Kioto con la única excepción de los EEUU. El mercado de emisiones de la UE (comienzo en enero de 2005) sólo afectará a cinco sectores (energético, siderúrgico, cementero, papelero y a la industria de cerámicas y vidrio) que tendrán que abonar 50 euros por cada tonelada de CO2 emitida a la atmósfera.
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Cambio climático natural A lo largo de los 4.600 millones de años de historia de la Tierra las fluctuaciones climáticas han sido muy grandes. En algunas épocas el clima ha sido cálido y en otras frío y, a veces, se ha pasado brúscamente de unas situaciones a otras. Así, por ejemplo: - Algunas épocas de la Era Mesozoica (225 - 65 millones años) han sido de las más cálidas de las que tenemos constancia fiable. En ellas la temperatura media de la Tierra era unos 5ºC más alta que la actual. - En los relativamente recientes últimos 1,8 millones de años, ha habido varias extensas glaciaciones alternándose con épocas de clima más benigno, similar al actual. A estas épocas se les llama interglaciaciones. La diferencia de temperaturas medias de la Tierra entre una época glacial y otra como la actual es de sólo unos 5 ºC o 6ºC . Diferencias tan pequeñas en la temperatura media del planeta son suficientes para pasar de un clima con grandes casquetes glaciares extendidos por toda la Tierra a otra como la actual. Así se entiende que modificaciones relativamente pequeñas en la atmósfera, que cambiaran la temperatura media unos 2ºC o 3ºC podrían originar transformaciones importantes y rápidas en el clima y afectar de forma muy importante a la Tierra y a nuestro sistema de vida. Causas Influencias externas: variaciones en la órbita terrestre, variaciones solares, impactos de meteoritos; Influencias internas como: la deriva continental, la composición atmosférica, las corrientes oceánicas, las variaciones en el campo magnético terrestre. 3. Contaminación acústica Puede ser un factor a tener muy en cuenta en lugares concretos: junto a las autopistas, aeropuertos, ferrocarriles, industrias ruidosas, explotaciones mineras; o en fenómenos urbanos: locales o actividades musicales, cortadoras, sirenas, etc. Los sonidos muy fuertes provocan molestias que van desde el sentimiento de desagrado y la incomodidad hasta daños irreversibles en el sistema auditivo. La presión acústica se mide en decibelios (dB) La presión del sonido se vuelve dañina a unos 75 dB-A y dolorosa alrededor de los 120 dB-A. El límite de tolerancia recomendado por la Organización Mundial de la Salud es de 65 dB-A. El oído necesita algo más de 16 horas de reposo para compensar 2 horas de exposición a 100 dB (discoteca ruidosa). Los sonidos de más de 120 dB (banda ruidosa de rock o volumen alto en los auriculares) pueden dañar a las células sensibles al sonido del oído interno provocando pérdidas de audición. Efectos del ruido Fisiológicos. Pérdida de audición que puede ser gradual por lo que pasa inadvertida al individuo. Respiratorios: Niveles superiores a 90 dB aumentan a frecuencia respiratoria, produciéndose aumento del ritmo cardíaco y de la presión arterial con el consiguiente riesgo coronario. Psíquicos Neurosis, irritabilidad y estrés. Dependen de la fuente emisora, la hora de la emisión etc. Otros. Dificultades en la comunicación oral al tener que elevarla voz para hablar. Soluciones Acciones preventivas CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Planificación del uso del suelo y de los espacios urbanos aislando las fuentes emisoras. Insonorización de edificios, instalación de pantallas protectoras. Estudios de impactos para planificar el uso del suelo y establecer industrias. Disminución del ruido de la fuente emisora Información y educación ambiental.
Acciones correctoras -
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Elaboración de reglamentos por parte de las autoridades para reducir el ruido. Instalación de pantallas o sistemas de protección entre el foco de ruido y los oyentes. Por ejemplo, cada vez es más frecuente la instalación de pantallas a los lados de las autopistas o carreteras, o el recubrimiento con materiales aislantes en las máquinas o lugares ruidosos. En algunos trabajos se deben usar auriculares de protección especiales. En otros casos se aíslan los motores y otras estructuras ruidosas de máquinas, electrodomésticos, vehículos, etc. En autopistas, fábricas, etc., se usan barreras que absorban el ruido. Disminuyendo el uso de sirenas en las calles, control del ruido de motocicletas, coches, maquinaria, etc.
4. Contaminación Lumínica La contaminación lumínica puede definirse como la emisión de flujo luminoso de fuentes artificiales nocturnas en intensidades, direcciones, rangos espectrales u horarios innecesarios para la realización de las actividades previstas en la zona en la que se instalan las luces. Un ineficiente y mal diseñado alumbrado exterior, la utilización de proyectores y cañones láser, la inexistente regulación del horario de apagado de iluminaciones publicitarias, monumentales u ornamentales, etc., generan este problema cada vez más extendido. La contaminación lumínica tiene como manifestación más evidente el aumento del brillo del cielo nocturno, por reflexión y difusión de la luz artificial en los gases y en las partículas del aire, de forma que se altera su calidad y condiciones naturales hasta el punto de hacer desaparecer estrellas y demás objetos celestes. Es indudable que el alumbrado exterior es un logro que hace posible desarrollar múltiples actividades en la noche, pero es imprescindible iluminar de forma adecuada, evitando la emisión de luz directa a la atmósfera y empleando la cantidad de luz estrictamente necesaria allí donde necesitamos ver. Toda luz enviada lateralmente, hacia arriba o hacia los espacios en donde no es necesaria no proporciona seguridad ni visibilidad y es un despilfarro de energía y dinero. Sobre este grave problema, hasta el momento, existe escasa conciencia social, pese a que genera numerosas y perjudiciales consecuencias como son el aumento del gasto energético y económico, la intrusión lumínica, la inseguridad vial, el dificultar el tráfico aéreo y marítimo, el daño a los ecosistemas nocturnos y la degradación del cielo nocturno, patrimonio natural y cultural, con la consiguiente pérdida de percepción del Universo y los problemas causados a los observatorios astronómicos. Estos perjuicios no se limitan al entorno del lugar donde se produce la contaminación —poblaciones, polígonos industriales, áreas comerciales, carreteras, etc.—, sino que la luz se difunde por la atmósfera y su efecto se deja sentir hasta centenares de kilómetros desde su origen. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Desde comienzos de los años 1980 existen diferentes movimientos organizados de gente preocupada por este problema y que promueven campañas de prevención de la contaminación lumínica. Es posible aplicar medidas que, manteniendo un correcto nivel de iluminación, llevarían a prevenir el problema de la contaminación lumínica como las siguientes:
a) Impedir que la luz se emita por encima de la horizontal y dirigirla sólo allí donde es necesaria. Emplear de forma generalizada luminarias apantalladas cuyo flujo luminoso se dirija únicamente hacia abajo. b) Usar lámparas de espectro poco contaminante y gran eficiencia energética, preferentemente de vapor de sodio a baja presión (VSBP) o de vapor de sodio a alta presión (VSAP), con una potencia adecuada al uso. c) Iluminar exclusivamente aquellas áreas que lo necesiten, de arriba hacia abajo y sin dejar que la luz escape fuera de estas zonas d) Ajustar los niveles de iluminación en el suelo a los recomendados por organismos como el Instituto Astrofísico de Canarias1 o la Comisión Internacional de Iluminación.2 e) Regular el apagado de iluminaciones ornamentales, monumentales y publicitarias. f) Prohibir los cañones de luz o láser y cualquier proyector que envíe la luz hacia el cielo. g) Reducir el consumo en horas de menor actividad, mediante el empleo de reductores de flujo en la red pública o el apagado selectivo de luminarias. Apagar totalmente las luminarias que no sean necesarias.
Para medir la calidad del cielo, se utilizan escalas cómo por ejemplo la escala de cielo oscuro de Bortle. El 20 de abril de 2007 se promulgó la Declaración de la Palma por el derecho a observar las estrellas, con el apoyo de la Unesco.3
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ANEXO I - CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS CONTAMINANTES PRIMARIOS
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CONTAMINANTES PRIMARIOS
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CONTAMINANTES SECUNDARIOS
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TEMA 9. LA CONTAMINACIÓN DE LAS AGUAS Guión del tema 1. Introducción 2. Contaminación del agua Origen y tipos de contaminación Factores y nivel de contaminación Contaminantes del agua y sus efectos Efectos generales de la contaminación del agua 3. La calidad del agua Parámetros Índices compuestos 4. Sistemas de tratamiento y depuración de las aguas Tratamiento del agua de consumo Autodepuración Sistemas de depuración de aguas residuales 5. Control de calidad y protección de la calidad del agua
1. Introducción La hidrosfera ocupa más del 70 % de la superficie terrestre. Disponemos de 1.356 millones de km3 de agua que está sometida al ciclo del agua movido por la energía del sol. Las actividades humanas introducen modificaciones en los flujos de agua generando: • Pérdida de su calidad natural • Disminución del agua como recurso Las características del agua hacen de ella el vehículo ideal de eliminación de residuos: • Alto poder disolvente • Alto calor específico • Capacidad termorreguladora • Absorción de determinadas radiaciones • Densidad máxima en estado líquido a 4ºC
2. Contaminación del agua Concepto de contaminación según la Ley de Aguas, art. 85 Acción y efecto de introducir materias o formas de energía o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica. Según la OMS (Organización mundial de la salud) El agua está contaminada cuando su composición es alterada de modo que no conserva las propiedades que le corresponden a su estado natural. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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En la Carta del Agua del Consejo de Europa se indica, 1968 La contaminación consiste en una modificación, generalmente provocada por el hombre, de la calidad del agua, haciéndola impropia o peligrosa para el consumo humano, la agricultura, la pesca y las actividades recreativas, así como para los animales domésticos y la vida natural. 2.a Origen y tipos de contaminación Los usos del agua afectan a la calidad de la misma, la Intensificación del uso, el vertido de residuos domésticos e industriales sin tratar, la aplicación excesiva de plaguicidas y fertilizantes en la agricultura y el vertido accidental de sustancias nocivas incluidas las radiactivas. Podemos distinguir varios tipos de contaminación en base a distintos criterios: Tipos de contaminación por la forma de producirse PUNTUAL Foco emisor claramente identificable y afecta a una zona concreta (vertidos industriales y urbanos) DIFUSA Sin foco de emisión concreto y afecta a grandes zonas (vertidos agrícolas o vertidos a la atmósfera) La contaminación se debe a vertidos de sustancias o de energías que alteran su calidad. Viene dada por el uso al que se destine el agua. Deriva de acciones humanas, provoca daños en los seres vivos, la salud humana y los ecosistemas. Tipos de contaminación por el origen NATURAL Sin intervención humana (partículas procedentes de la erosión, de erupciones, restos de animales y plantas). Normalmente la capacidad autodepuradora del agua es suficiente para eliminarla. ANTRÓPICA Con intervención humana. Se divide en: URBANA-DOMÉSTICA Restos fecales, productos químicos procedentes de detergentes, lejías, bricolaje, etc. Presencia de microorganismos AGRÍCOLA-GANADERA Abonos químicos, fertilizantes, plaguicidas. El agua utilizada en la limpieza de enseres y establecimientos agrícolas. Presencia de microorganismos INDUSTRIAL Contaminantes sólidos: metales pesados y materia orgánica. Contaminantes líquidos: aceites, grasas, residuos que provocan acidez, residuos que provocan alcalinidad. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Incremento de la temperatura, radiactividad, etc. Otras fuentes de contaminación de origen antropogénico: -
Vertederos de residuos urbanos, industriales y agrarios Uso de automóviles, aceites lubricantes, baterías, anticongelante, combustible. Accidentes y limpieza de petroleros, con mareas negras
2.b Factores y nivel de contaminación Existen factores que contribuyen a disminuir o aumentar los procesos de contaminación de las aguas: -
Tipo de receptor: aguas superficiales o subterráneas Cantidad y calidad del receptor: volumen de agua para diluir la contaminación. Características dinámicas y estáticas: con mayor o menor poder de dispersión. Características de la biocenosis: organismos capaces de degradar la contaminación. Características de la zona donde se localiza el receptor: suma de aportes contaminantes, clima, geomorfología. Usos previos del agua del receptor: tipos de vertidos que soporta y sistemas de depuración.
2.c Contaminantes del agua y sus efectos Los contaminantes del agua son todas aquellas sustancias químicas, seres vivos o formas de energía que se encuentran en proporciones superiores a las consideradas normales.
Contaminantes físicos.
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Contaminantes químicos y biológicos
2.d Efectos generales de la contaminación del agua Contaminación de ríos y lagos: EUTROFIZACIÓN En ecología el término eutrofización designa el enriquecimiento en nutrientes de un ecosistema. El uso más extendido se refiere específicamente al aporte más o menos masivo de nutrientes inorgánicos en un ecosistema acuático. Eutrofizado es aquel ecosistema o ambiente caracterizado por una abundancia anormalmente alta de nutrientes. El desarrollo de la biomasa en un ecosistema viene limitado, la mayoría de las veces, por la escasez de algunos elementos químicos, como el nitrógeno en los ambientes continentales y el fósforo en los marinos, que los productores primarios necesitan para desarrollarse y a los que llamamos por ello factores limitantes. La contaminación puntual de las aguas, por efluentes urbanos, o difusa, por la contaminación agraria o atmosférica, puede aportar cantidades importantes de esos elementos limitantes. El resultado es
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un aumento de la producción primaria (fotosíntesis) con importantes consecuencias sobre la composición, estructura y dinámica del ecosistema. La eutrofización produce de manera general un aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la diversidad. En ecosistemas acuáticos, con la eutrofización empiezan a proliferar algas unicelulares, en general algas verdes. En los océanos, la eutrofización local, a veces por causas naturales, puede provocar una marea roja o marea blanca: la explosión demográfica de una sola especie algal, que en muchos casos provoca la intoxicación de la fauna mayor. La explosión de algas que acompaña a la primera fase de la eutrofización provoca un enturbiamiento que impide que la luz penetre hasta el fondo del ecosistema. Como consecuencia en el fondo se hace imposible la fotosíntesis, productora de oxígeno libre, a la vez que aumenta la actividad metabólica consumidora de oxígeno (respiración aeróbica) de los descomponedores, que empiezan a recibir los excedentes de materia orgánica producidos cerca de la superficie. De esta manera en el fondo se agota pronto el oxígeno por la actividad aerobia y el ambiente se vuelve pronto anóxico. La radical alteración del ambiente que suponen estos cambios, hace inviable la existencia de la mayoría de las especies que previamente formaban el ecosistema. La contaminación de los ríos procede de: • Su propia capacidad erosiva y de arrastre • Vertidos procedentes de las actividades humanas (domésticas, agrícolas e industriales). Los efectos más importantes de la contaminación de los ríos son: • La restricción en el uso del agua • Alteraciones en la fauna y/o flora acuáticas • Apariencia y olor desagradables La mejor defensa de los ríos es su propia dinámica que les permite una AUTODEPURACIÓN, siempre y cuando se mantenga el CAUDAL ECOLÓGICO.
Los lagos, al ser masas de agua estáticas el problema es mayor. Los lagos y embalses pueden ser: • Eutróficos. Con elevada tasa de producción primaria, gran concentración de nutrientes, baja concentración de oxígeno y poco profundos. • Oligotróficos. Bajo contenido en nutrientes, poco productivos, mucho oxígeno, transparentes y profundos. • Mesotróficos. Intermedios. Uno de los problemas es el proceso de EUTROFIZACIÓN que consiste en un aumento de la productividad primaria (excesivo crecimiento de algas) provocado por la introducción de bionutrientes (nitrógeno o fósforo) inorgánicos y orgánicos. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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El proceso de eutrofización puede terminar por convertir la balsa de agua en tierra firme. Esto ocurre porque los nutrientes que ingresan masivamente al sistema generan una gran biomasa de organismos de vida generalmente efímera que al morir se acumulan sobre el fondo y no son totalmente consumidos por organismos degradadores (especialmente bacterias). Procesos naturales de eutrofización se pueden observar claramente en las lagunas formadas por los cauces antiguos de los ríos amazónicos que se transforman en pantanos y posteriormente se cubren de vegetación. La eutrofización también se produce en zonas costeras con mareas rojas o floraciones algales nocivas. Medidas correctoras: • Limitar o prohibir vertidos domésticos y agrícolas en ecosistemas acuáticos reducidos o con escasa dinámica. • Depurar las aguas residuales antes de su devolución al receptor. • Disminuir el contenido de los polifosfatos de los detergentes. • Inyectar oxígeno puro en lagos y embalses afectados. • Añadir nitrógeno al agua para evitar el crecimiento de cianofíceas. Contaminación de las aguas subterráneas En España las aguas subterráneas abastecen al 30 % de la población y a la cuarta parte de la superficie agrícola de regadío. Madrid tiene el acuífero más grande de España y uno de los más importantes de Europa. Además son el soporte de muchas zonas húmedas como las Tablas de Daimiel y las Lagunas de Ruidera. Los mayores problemas son: • Contaminación • Sobreexplotación • Salinización La contaminación de las aguas subterráneas puede ser: • puntual (vertedero, fosa séptica) • Difusa (fertilizantes en zonas de regadío) El origen de la contaminación puede estar en los vertidos de residuos urbanos o industriales, en las fugas de aguas residuales y su infiltración, en el lixiviado o arrastre de sustancias por el agua de lluvia, por los fertilizantes y pesticidas en zonas de agricultura intensiva o por vertidos de granjas ganaderas. Debido a la baja dinámica y poca capacidad autodepuradora es necesario establecer medidas correctoras: • Limitación de ciertas actividades, instalaciones y obras en zonas próximas a acuíferos. • Control de vertidos en las ya existentes. • Instalación de depuradoras en los procesos de producción industrial. La sobreexplotación de un acuífero se ocasiona por extraer agua en cantidad superior a su capacidad de recarga (principio de recolección sostenible). Si esta sobreexplotación se produce en zonas próximas a la costa se produce una intrusión salina, o entrada del agua del mar a la zona del acuífero desalojando al agua dulce y salinizando el agua subterránea. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Las consecuencias: • Inutilización para uso doméstico y uso agrícola
Contaminación del mar Mares y océanos tienen una elevada capacidad autodepuradora debido al gran volumen de agua. La contaminación procede de la contaminación de los ríos con microbios, metales pesados, materia orgánica, etc., de vertidos incontrolados (sustancias químicas, radiactivas,…) de basuras flotantes, vertidos por accidentes de petroleros y por actividades industriales (plataformas petrolíferas). Las mareas negras dependen del tipo de vertido (si es crudo o refinado), de la cantidad, de la distancia a la costa y de las características del mar u océano donde se produce. Sus efectos más importantes son la muerte de organismos por hundimiento al perder calor y capacidad para flotar, la incapacidad fotosintética de las algas por falta de luz, la desestabilización de las redes tróficas, el envenenamiento de los organismos, la alteración de actividades pesqueras y turísticas con graves consecuencias económicas y la destrucción de ecosistemas como los manglares, arrecifes de coral y marismas, de gran valor ecológico. La degradación de los vertidos sigue unos procesos naturales que se inician con la evaporación de hidrocarburos ligeros, la fotooxidación de componentes del vertido en la superficie del mar, la dispersión de componentes pesados por acción del oleaje, la emulsión o formación de chapapote que dificulta su recogida, la disolución de pequeñas cantidades, la sedimentación de las fracciones más pesadas, la degradación por acción bacteriana,… Las medidas correctoras son por ejemplo el prevenir con una reglamentación adecuada y exigencias para el transporte de mercancías peligrosas, las barreras flotantes de contención o botalones para cercar el vertido, las barreras químicas que usan geles para recoger el crudo, recogida por succión, empleo de agentes dispersantes para facilitar la biodegradación, agentes de hundimiento (contamina los fondos), combustión del vertido (contamina la atmósfera),…
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• BIORREMEDIACIÓN, lo más eficaz y ecológico, con siembra de poblaciones bacterianas (Pseudomonas putida, Pseudomonas oleovorans, Methylbacterium) junto a un sustrato inerte para que degraden selectivamente los hidrocarburos. 3. La calidad del agua Es la capacidad que tiene el agua para responder a los usos que de ellas se pueden obtener. Para medir la calidad del agua se emplean parámetros e índices que nos permiten conocer el grado de alteración de sus características. 3.a Parámetros Indicadores de las características y de las propiedades que los diferentes contaminantes proporcionan al agua. Parámetros físicos Transparencia o turbidez, por las partículas sólidas y microorganismos. Color, sabor y olor, según la materia orgánica que contenga el agua. Conductividad eléctrica, dependiente de la cantidad de iones disueltos. Parámetros químicos Presencia de iones bicarbonato, cloruro, sulfato, etc. OD, oxígeno disuelto imprescindible para la vida acuática, disminuye al aumentar la contaminación orgánica ya que se emplea en su degradación. DBO, demanda biológica de oxígeno, medida de la cantidad de oxígeno que los microorganismos necesitan para oxidar la materia orgánica. Se utiliza la DBO5, que indica la cantidad de oxígeno que necesitan los microorganismos para degradar la materia orgánica a 30 ºC durante cinco días (degradan toda la glucosa y hasta el 40 % de los carbohidratos complejos). DQO, demanda química de oxígeno, ensayo de oxidación de compuestos orgánicos por dicromato o permanganato potásico en medio ácido y con catalizadores. Determina la cantidad de oxígeno necesaria para degradar la materia orgánica sin microorganismos. COT, contenido total de carbono de los compuestos orgánicos. Se halla por incinerado de una muestra de agua. pH que será idóneo entre 6 y 8,5 Alcalinidad según los iones bicarbonato e hidroxilo Dureza. Expresada en concentración de carbonato cálcico e iones calcio y magnesio (blandas tienen menos de 50 mg/l, duras tienen más de 200 mg/l) CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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Nitrógeno (nitritos, nitratos, amoniaco, orgánico) refleja contaminación reciente Parámetros biológicos Nos indican la cantidad de microorganismos que se encuentran en el agua: virus, bacterias coliformes, hongos, cianobacterias y protozoos. Se utilizan para conocer un estado más amplio los INDICADORES BIOLÓGICOS DE CONTAMINACIÓN que son determinados seres vivos que orientan sobre la cantidad de contaminación y cuyas variaciones de población reflejan alteraciones del medio.
3.b Índices compuestos Existen fórmulas globales con varios parámetros para hacer una valoración general de la calidad del agua. Son valores numéricos del 1 al 100. • ICG o índice de calidad general, incluye parámetros físicos y químicos • Índice de saprobios, analiza presencia de organismos de la zona de descomposición de materia orgánica. 4. Sistemas de tratamiento y depuración de las aguas El agua natural posee características físicas, químicas y biológicas que impiden su uso directo para beber o preparar alimentos.
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4.a Tratamiento del agua para el consumo La potabilización se lleva a cabo en las ETAP (Estaciones de Tratamiento de Agua Potable) y se desarrolla en las siguientes etapas: a) Tratamiento global. Por procesos físicos: Decantación, filtrado, tamizado, coagulación y floculación. b) Tratamiento especial como la desinfección por cloración, la ozonización y la radiación ultravioleta (más caros pero muy eficaces). • Cloraminas (cloro + amonio): se usan para tratar el agua pero lejos de zonas de consumo ya que permanecen más tiempo en el agua que el cloro.) • “Tratamientos de afine“ denominados así tratamientos como neutralización con sosa o cal y el ablandamiento para reducir la dureza.
Tratamiento de potabilización del agua de un río.
4.b Autodepuración Tiene lugar en las aguas naturales. Consiste en la sedimentación de partículas sólidas, procesos químicos y biológicos de transformación de materia orgánica en inorgánica que servirá de nutrientes para las algas, aumento de la actividad fotosintética de las algas con enriquecimiento en oxígeno y restablecimiento de los organismos aerobios y equilibrio del agua que se vuelve clara y limpia. El proceso de autodepuración depende de los siguientes factores: tiempo, temperatura y cantidad de oxígeno disuelto. 4.c Sistemas de depuración de las aguas residuales Conjunto de procedimientos que tratan de devolver al medio natural el agua, una vez empleada para diferentes usos, con unas características físicas, químicas y biológicas lo más parecidas a su estado natural o al menos que hagan posible que el receptor la recuperan con sus propios mecanismos de autodepuración. Sistemas de depuración natural o blanda
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• Reproducen los procesos de autodepuración bajo condiciones especiales. Son baratos y resultan adecuados para aguas residuales de pequeños núcleos de población y zonas con pocos recursos económicos. Son lentos, hasta de varios meses y uno de los más conocidos es el LAGUNAJE (construcción de lagunas artificiales, poco profundas donde permanece el agua durante meses). Existen tres tipos de lagunas: o Lagunas aerobias. Excavadas en tierra, gran superficie y poco profundas. o Lagunas anaerobias. Pequeña superficie, muy profundas. o Lagunas facultativas. Combinan procesos en aerobiosis y anaerobiosis. • Otros son los FILTROS VERDES, terrenos con vegetación arbórea de rápido crecimiento (choperas) con surcos por donde circula el agua sometida a procesos físico-químicos y biológicos del suelo. Sistemas de depuración tecnológica o dura Se llevan a cabo en las EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales) y combinan procesos físicos, químicos y biológicos. Requieren grandes inversiones en las instalaciones, los equipos y energéticas. Son adecuadas para poblaciones grandes y con medios económicos. Mucho más rápidas y tratan mayor volumen de agua. En una EDAR existen tres tratamientos posibles: Línea de agua. Camino del agua desde la entrada a la estación hasta el vertido en el receptor. Línea de fangos, lodos o biosólidos. Concentran la contaminación, la desecan y la preparan para otros usos. Línea de gas. Los fangos pueden someterse a tratamientos que producen biogás, que podrá a su vez alimentar a la planta de energía eléctrica.
A- Línea de agua Los tratamientos son: A1. Pretratamiento. Separación de sólidos en suspensión o flotantes de gran tamaño y densidad (trapos, palos, hojas, cuerpos de gran volumen, arenas, piedras) que podrían dañar la instalación. • Desbaste o retención con rejas gruesas o finas (posterior traslado a vertederos o incineradoras) • Desarenado mediante circulación del agua lenta para que se deposite en el fondo. Posterior extracción de las arenas. Se puede inyectar aire para reducir el mal olor. • Desengrasado de la misma manera que antes y por inyección de aire para que los materiales menos densos queden en superficie y se eliminen con rasquetas. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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A2. Tratamiento primario. Separación de sólidos en suspensión y material flotante. • Decantación en tanques circulares con mecanismos de arrastre y extracción de fangos. • Floculación mediante el empleo de sustancias químicas (sales metálicas, iones) que se combinan con la materia en suspensión, forman agregados pesados y sedimentan en el fondo donde son retirados. • Neutralización o ajuste de pH
A3. Tratamiento secundario. Eliminación de la materia orgánica biodegradable mediante una digestión microbiana acelerada, en tanques con condiciones aerobias. Existen dos procedimientos: • Lodos o fangos activos, El agua se coloca en depósitos de grandes dimensiones con condiciones aerobias de modo que las bacterias presentes o las que se añadan degraden la materia orgánica por oxidación. El oxígeno se aporta mediante turbinas o difusores. Se forma un sustrato gelatinoso con un cultivo muy activo de bacterias situado en el fondo del tanque. • Lechos o filtros bacterianos, Tanques rellenos de piedras o material sintético en cuya superficie se forma una película de bacterias, hongos y protozoos. El agua pasa a través del filtro en forma de lluvia y los microbios van degradando la materia orgánica. El agua depurada se recoge en la parte inferior. A este tratamiento se añaden: • Decantación secundaria. Eliminación de los restos de materia orgánica y lodos. • Desinfección. Cloración u ozonización para evitar problemas de salud por bacterias y virus patógenos. También se emplean lámparas ultravioleta. A4. Tratamiento terciario. Eliminación de contaminantes difíciles de separar como metales pesados, sales minerales, compuestos orgánicos disueltos, mediante ósmosis inversa, electrodiálisis, adsorción. Estos procesos son caros y solo se realizan en algunas EDAR. B- Línea de fangos B1. Espesamiento. Reducción del volumen de los fangos deshidratándolos por gravedad. B2. Estabilización. Eliminación de la materia orgánica presente en condiciones aerobias o anaerobias, produciendo biogás (metano y dióxido de carbono) B3. Acondicionamiento químico. Elimina sólidos en suspensión con cal, cloruro férrico o calor a presión. B4. Deshidratación. Eliminación total del agua con filtros, prensas, centrífugas, secado, etc. B5. Incineración, almacenado en vertederos o empleo en agricultura. Depende de la composición final del fango obtenido. CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIOAMBIENTALES
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C- Línea de gas El gas resultante de la digestión de los fangos puede reutilizarse para aportar parte de la energía eléctrica que requiere la planta. El gas que no se utiliza se suele quemar en una antorcha. 5. Control de calidad y protección de la calidad del agua La vigilancia de la calidad del agua sirve para detectar con rapidez las alteraciones y su origen. Se lleva a cabo mediante redes de control que describen las condiciones actuales de la calidad del agua, analizan tendencias a largo plazo, identifican los factores que afectan a su calidad y vigilan las Comisarías de Aguas de las Cuencas Hidrográficas. En España se crea en 1962 la red COCA (Red Control de la Calidad de las Aguas) con 456 estaciones donde se toman muestras y se analizan hasta 40 parámetros. Otras redes son la Red COAS (Control de Agua para el Abastecimiento), la Red ICTIOFAUNA (Control de la Calidad del Agua para la vida piscícola), la Red de Calidad de Aguas Subterráneas, desde 1991 funciona la Red ICA (Integrada de Calidad de Aguas) con 1000 instalaciones de muestreo periódico, 200 de muestreo ocasional y 200 de alerta. Desde 1993 existe el sistema SAICA (Sistema Automático de Información de Calidad de Aguas) con sistemas de muestreo y transmisión de información continuos. • El ITGE (instituto geominero de España) tiene la ROAS (Red de Observación de Aguas Subterráneas) desde 1970 con cerca de 1650 puntos de análisis y red de observación de la evolución de la intrusión marina en acuíferos costeros. Para proteger la calidad de las aguas el sistema jurídico español propone medidas preventivas como: • Zonas de protección de embalses • Perímetros de protección de acuíferos • Protección de humedales • Estudios de impacto ambiental • Planificación hidrológica Como medidas activas: • Concesiones y autorizaciones de uso • Canon de vertido • Estructuras de depuración • Limitación de la contaminación en el origen • Protección de acuíferos sobreexplotados • Sanciones
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