| 1-7: In English | 1-7: Em Português |
Eugene S. Takle
© 1998
La composición química de la atmósfera está cambiando de muchas maneras. La Ley Nacional de Política Ambiental de los Estados Unidos (NEPA) , que data del 1969, estableció las directrices básicas para ese país en lo que se refiere a la protección del ambiente. La Ley establece políticas, fija metas, y proporciona los medios para llevar a cabo dicha política. La ley indica que es obligación del gobierno federal de los Estados Unidos:
NEPA cubre un amplio rango de temas ambientales, pero esta unidad se centrará solo en uno de estos factores: la deposición ácida.
La deposición ácida es un término general que incluye más que simplemente lluvia ácida. El termino lluvia ácida sugiere la precipitación líquida que tiene un nivel más ácido que el normal. Sin embargo, las partículas ácidas secas también pueden separarse de la atmósfera, y los vapores ácidos pueden interactuar directamente con plantas y estructuras en la superficie de la tierra. Para ampliar este concepto allá de la lluvia ácida, utilizamos el término deposición ácida, incluyendo, de esta forma, la precipitación húmeda o seca de partículas y la captura de vapores ácidos en la superficie del palneta.
Las sustancias de origen antropogenico que contaminan el aire pueden haber sido creadas como gases o vapores, sólidos, o líquidos y pueden pasar a otros estados una vez se encuentran en la atmósfera. Por ejemplo, el dióxido de azufre (SO2) emitido como un subproducto de la quema de carbón, da lugar a la aparición de sulfato (SO4) en la atmósfera, que al combinarse con agua (H2O) produce ácido sulfúrico (H2SO4). Los óxidos de nitrógeno (por ejemplo: NO, NO2) son producidos por procesos de combustión a alta temperatura, como son los de automóviles y centrales eléctricas, y siguen un camino similar para convertirse en ácido nítrico en la atmósfera. Estas sustancias pueden separarse de la atmósfera como partículas secas o húmedas o como vapor, o pueden permanecer en la atmósfera y adherirse a partículas naturales de precipitación, callendo luego como lluvia o nieve.
El primer diagrama ilustra las principales fuentes móviles (e.g. automóviles) y estacionarias (e.g. chimeneas) que producen materiales que pueden dar lugar a deposición ácida, así como los mecanismos de transporte y transformación hasta que llegan a formar parte de deposiciones secas o húmedas, luego de conbinarse con el H2O atmosférica, ya sea en las nubes o al ser arrastrados por procesos de precipitación.
Cuando estos materiales ácidos alcanzan la superficie de la tierra pueden alojarse en las plantas o en el suelo. Muchos entran en los cuerpos de agua y pueden, eventualmente, conducir a un aumento en la acidez de arroyos, ríos, pantanos y/o lagos. En algunos casos, por ejemplo en el estado de Iowa, los suelos tienen ligeras deficiencias de algunos nutrientes, como el azufre (para una óptima producción agrícola), así que un poco de sulfuro adicional que se deposite en los suelos de Iowa, no resulta en detrimento de la producción agrícola, de hecho podría incluso tener un impacto positivo. Sin embargo, puede tener un efecto negativo si se deposita en forma de lluvia sobre las plantas o las edificaciones. El punto a resaltar aquí es que pueden identificarse efectos positivos y negativos de la precipitación ácida, dependiendo del subsistema de la atmósfera/biosfera/litosfera que se este considerando.
Los lagos y lagunas tienden a convertirse en depósitos para algunos de estos ácidos que caen con la lluvia y/o son transportados por la escorrentia superficial a estos cuerpos de agua. A veces los afluentes ácidos entran a los lagos o lagunas en periodos muy vulnerables, como por ejemplo en las temporadas de desove durante la primavera, cuando al derretirse la nieve se libera el material ácido que se había acumulado en ella durante el invierno.
Fuentes naturales de materiales ácidos, tales como los volcanes y el aerosol del mar, provocan que la precipitación tenga una cierta acidez normal.
El transporte atmosférico de agentes contaminantes puede ocurrir a través de distancias largas o cortas, dependiendo de la estructura y de la dinámica atmosférica. En este sentido puede ocurrir que el ambiente cercano a un planta generadora de electricidad (1 a 2 km) se vea negativamente afectado por las emisiones ácidas de esta, por ejemplo puede presentarse descoloracion en las aciculas de los pinos o una disminución en las cosechas. Pero también es posible que los mecanismos de transporte de largo alcance lleven el material ácido hasta 10, 100 o mas kilómetros de su origen antes de que se precipite fuera de la atmosfera.
/gccourse/acid/images/plume.gif
El siguiente gráfico muestra -diversas condiciones meteorológicas cerca de la superficie de la tierra, y las correspondientes condiciones de dispersión. A la izquierda de cada pluma se encuentra un pequeño diagrama de la temperatura como función de la altura en la parte baja de la atmósfera. La línea punteada muestra, en cada caso, la condición de temperatura para la atmósfera que llamamos "neutra", puesto que esta condición de temperatura no promueve ni impide la turbulencia convectiva. Si la línea correspondiente a la temperatura observada es más vertical que esta línea discontinua, decimos que la atmósfera es "estable" y que impide la convección. Esta condición ocurre, típicamente, en tardes claras y tranquilas. Si, por otra parte, la línea es más horizontal que la línea discontinua, decimos que la atmósfera es " inestable " y que promueve la convección. Los días soleados del verano conducen típicamente a esta condición. También se muestran combinaciones de condiciones estables cerca de la superficie e inestables en lo alto o viceversa.
En la misma figura se muestra el comportamiento típico de una pluma emitida desde una fuente elevada para distintas condiciones de temperatura. Note la marcada diferencia en la ubicación del punto mas cercano al origen donde es probable que la pluma toque el suelo. En algunos casos, la pluma puede viajar cientos de kilómetros bajo condiciones estables durante la noche sin acercarse al suelo, siendo obligada a bajar, en la mañana, por las condiciones inestables cerca de la superficie generadas por el aumento en la temperatura.
Estructuras más complicadas, tales como una atmósfera baja inestable cubierta por una capa superior estable (llamada inversión de temperatura, o solo inversión), son típicas en ciertas localidades geográficas como Los Angeles, Denver, y Houston. Estas condiciones confinan los agentes contaminantes en una capa delgada cerca de la superficie, provocando niebla (smog) y condiciones insalubres.
Otros rasgos geográficos, como los valles intramontanos, pueden reducir la ventilación natural y atrapar agentes contaminantes cerca de la superficie. En Vail, Colorado la mayoría de los condominios tienen chimeneas que al funcionar simultáneamente bajo condiciones atmosféricas estables y de poco viento, emiten suficiente humo como para que se acumule y cause problemas significativos de contaminación atmosférica.
Las áreas costeras, donde se ubican la mayoría de las grandes ciudades del mundo, tienen modelos inusuales de circulación atmosférica que pueden conllevar a problemas de contaminación. Un ejemplo típico de esto es la recirculación de agentes contaminantes en el área de Chicago debido a la brisa proveniente del Lago Michigan. Durante los días del verano, cuando el tiempo atmosférico no es dominado por ningún sistema en gran escala, la brisa del Lago que sopla hacia la tierra transporta contaminantes atmosféricos urbanos hacia las comunidades del interior. Aquí se elevan y regresan sobre el lago, para ser transportados de nuevo hacia la ciudad de Chicago al día siguiente; o, si han migrado gradualmente hacia el noroeste, podrían (y de vez en cuando lo hacen) degradar la calidad del aire en ciudades más pequeñas a lo largo de la orilla occidental del Lago Michigan.
En nuestro estudio de la deposición ácida, limitaremos la discusión a los compuestos de azufre y de nitrógeno. El principal compuesto de azufre considerado como contaminante es el dióxido de azufre (SO2). El azufre se encuentra asociado al carbón que se utiliza como combustible, pero el contenido varía con la localización de la mina. El carbón extraído en el oeste de los Estados Unidos es muy bajo en sulfuros, mientras que el carbón del oeste de los Estados Unidos tiene un contenido más alto. Anteriormente la Universidad del Estado de Iowa estaba obligada, por ley estatal, a quemar el carbón minado en el mismo Estado. Este carbón tiene un muy alto contenido de azufre, por lo que se producían grandes cantidades de dióxido de azufre como subproducto de la combustión. El SO2 se oxida y convierte en sulfato a una tasa de 4% por hora. Más adelante en el curso se discutirán las economías China y de otros países asiáticos, las cuales están experimentando un rápido crecimiento. Para muchos de estos países en vías de desarrollo, incluyendo la India, su crecimiento dependerá, en gran medida, de una creciente producción de energía basada en la combustión de carbones con muy alto contenido de azufre. Las consecuencias de esto van mas allá de un simple incremento en la precipitación ácida, tal como veremos al tratar los temas de calentamiento global y los efectos de los sulfatos.
Otros compuestos de azufre aparecen en la lista anexa.
El sulfuro del hidrógeno, H2S, conocido ampliamente por su característico olor a huevo podrido, se produce de manera natural en los suelos y a partir de la materia vegetal en descomposición, pero también es producido por la combustión. El dimetilo de azufre también tiene fuentes naturales y se cree que tiene alguna influencia en el aumento de la precipitación sobre los océanos.
Los compuestos del nitrógeno en la parte baja de la atmósfera incluyen el óxido nítrico, el dióxido del nitrógeno, el óxido nitroso, el trióxido del nitrógeno, y el amoníaco.
De éstos, el óxido nitroso no pertenece al grupo de los compuestos químicos generadores de ácidos, ya que es un compuesto muy estable y no se descompone con suficiente rapidez como para participar en reacciones químicas en la troposfera.
El pH es la medida que utilizamos para medir la acidez. Tal como recordaran de su química básica, el pH es el logaritmo negativo de la concentración de los iones de hidrógeno, con una escala de 0 a 14, donde 7 es neutro, valores menores que 7 corresponden a ácidos, y mayores que 7 a bases. Por lo tanto un líquido con un pH de 4 es diez veces mas ácido que uno con pH 5 y 100 veces mas ácido que uno con pH de 6.
La precipitación natural no es perfectamente neutra, debido a el CO2 disuelto, el cual le da un pH alrededor de 5.65. Por lo tanto, la precipitación se considera ácida si tiene un pH menor que 5.6 (aproximadamente). Partículas de suelo suspendidas en el aire en la parte occidental de los Estados Unidos suelen ser algo más básicas y proporcionan a la precipitación en esta región un pH natural mas alto, mientras que en el este de los Estados Unidos las partículas naturales tienden a dar a la precipitación un pH ligeramente más ácido.
Ha habido considerable controversia sobre los efectos de la precipitación ácida en la vegetación. En general, se acepta el hecho de que el daño causado a la agricultura y a la horticultura sobre áreas extensas es relativamente pequeño. Pero debemos enfatizar que esto es cierto solamente respecto a los efectos a gran escala. Existen numerosos ejemplos de daños severos causados a las cosechas o a los bosques cerca de las fuentes de emisión ácida. Pero el daño sobre zonas extensas es mucho más difícil de cuantificar. Los bosques, por ejemplo, pueden ser afectados tanto por la deposición directa sobre la vegetación como por procesos químicos en el suelo. Los suelos agrícolas tienen, en general, buena capacidad de amortiguar (buffer) los efectos de la precipitación ácida, sin embargo los suelos en áreas boscosas pueden ser menos resistentes.
Los cursos de agua también pueden ser muy susceptibles a las consecuencias de la precipitación ácida. La entrada de los compuestos ácidos puede darse directamente desde la atmósfera, a través de la escorrentia o a través de la generación de iones de hidrogeno en la cuenca aportante. Los lagos tienen una capacidad natural de amortiguar (buffer) los cambios en el pH, especialmente si se encuentran en zonas donde la piedra caliza se combina con los iones de H para producir H2O y CO2. Aun ligeros cambios en el pH ocasionados por la entrada de lluvia o escorrentia ácida pueden provocar una disminución en la alcalinidad del lago. Sin embargo, si los iones de bicarbonato se agotan, el pH cae y prevalecen las condiciones ácidas. Durante la primavera, pueden producirse incrementos abruptos en la entrada de material ácido, ya sea al derretirse la nieve o con las fuertes lluvias del verano. Estos episodios pueden ser particularmente perjudiciales para los organismos acuáticos si coinciden con los periodos de desove.
El humus y el aluminio reaccionan con los iones libres de hidrógeno haciendo que el pH tienda a estabilizarse alrededor de 4.0. Cuando la concentración de los iones de aluminio llega a los niveles que pueden producir toxicidad aguda en los humanos, el agua suele tornarse clara. En este sentido, se puede decir que un lago con aguas muy claras es un lugar encantador para visitar, pero no necesariamente es un lugar donde nos gustaría vivir, y sobre todo, no es un lugar adecuado para un sensible organismo acuático. La tolerancia a la acidez de varias especies de peces se muestra en una pagina web educativa de la EPA (Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos).
El siguiente gráfico muestra los niveles de pH en lluvias caidas sobre los EUA en los años 50s, 60s, y 70s. En el área de West Virginia, Pennsylvania y Nueva York el pH del agua de lluvia ha experimentado una disminución de 4.52 a 4.3 en los ultimos 20 anos. Un mapa reciente muestra que el este de los EUA continúa teniendo niveles bajos de pH a pesar de reducciones significativas en las emisiones. En una próxima clase, discutiremos otro aspecto de la presencia de materiales ácidos en la atmósfera: su contribución al enfriamiento global. Pruebe su comprensión de los temas relacionados con la contaminación atmosférica tomando el examen en la pagina web de la EPA.
Transcrito por Theresa M. Nichols
Traducido por Indhira De Jesus
