¿Por qué medir la calidad del aire? (página 2)

Tabla I. Niveles de IMECA para los contaminantes de
criterio.

* partes por millón

CARACTERÍSTICAS Y ORIGEN DE LOS
CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Partículas

El tamaño de una partícula, suponiéndola
esférica, está relacionado con su diámetro.
Las partículas se clasifican en: 1) inhalables (o
partículas de materia
inhalable, PMI), cuyo diámetro es menor a 10 micras. 2)
ordinarias, con diámetro mayor a 2.5 micras y 3) finas (o
partículas respirables, RPM), cuyo diámetro es
menor a 2.5 micras.

Las partículas emitidas directamente por fuentes
contaminantes se denominan primarias y son:

– partículas entre 0.1 y 2.5 micras, provenientes de
procesos
naturales como incendios
forestales y procesos de combustión industrial.

– partículas de materiales
carbonosos incluyendo carbono
elemental y compuestos
orgánicos.

– partículas emitidas por los automotores,
principalmente en forma de sulfatos y óxidos de
nitrógeno, carbono y azufre.

– partículas con metales ligeros
(sodio, magnesio, aluminio,
silicio, potasio y calcio).

– partículas con metales pesados (titanio, vanadio,
cromo, manganeso, hierro,
níquel, cobre, zinc,
plomo, cadmio, arsénico y selenio).

– partículas grandes (polvo transportado por el
viento).

– partículas emitidas a partir de actividades
industriales.

– partículas de polen, microorganismos e insectos.

– partículas eléctricamente cargadas, con
diámetros menores a 0.1 micras, formadas por efecto de la
radiación
solar y cósmica, material radioactivo y p- rocesos de
combustión.

Las fuentes de partículas son:

– incendios
forestales o de pastizales.

– emisiones antropogénicas, provenientes de la
combustión de combustible, de basura y de
actividades industriales.

– suspensión del polvo por la acción
del viento o vehículos.

– erupciones volcánicas.

– fuentes extraterrestres que sólo afectan levemente
las concentraciones en la capa planetaria límite, pero
contribuyen a las concentraciones de polvo- extraterrestre
encontradas arriba de los 30-40 km de altura.

– emisiones de la sal del océano generadas por los
rompimientos de las olas, la acción del viento en las
crestas de las olas o burbujas de espuma rompi- éndose en
la superficie del agua.

Las partículas que se obtienen a partir de reacciones
químicas en la atmósfera se
denominan secundarias. Los principales procesos de producción de este tipo de
partículas son:

– la transformación de SO2 en sulfatos, SO-24 .

– la transformación de NO2 en nitratos, NO-13 .

– la transformación de componentes orgánicos en
partículas orgánicas.

Adicionalmente, las partículas reflejan hacia el
espacio exterior una parte de la radiación solar, la otra
parte la absorben y remiten en todas direcciones.

En la atmósfera urbana flota un sinnúmero de
partículas suspendidas (sales y óxidos de metales
pesados, sustancias orgánicas, etc.), procedentes
principalmente de procesos de combustión como: la
actividad vehicular, procesos industriales de plantas
metalúrgicas y fertilizantes, de almacenamiento y
procesado de granos, fabricación de cemento;
tolvaneras, o bien, de la formación de nitratos y sulfatos
proveniente de aerosoles.

Dióxido de azufre (SO2)

El dióxido de azufre se forma por la oxidación
de azufre contenido en los combustibles fósiles y por
procesos industriales. Algunas fuentes generadoras son la
industria
eléctrica, que quema carbón o residuos del petróleo
que contienen azufre; refinerías, fundidoras, productoras
de carbón industrial, fábricas de ácido
sulfúrico e incineradores.

Monóxido de carbono (CO)

El monóxido de carbono es un producto de la
combustión incompleta de combustibles carbónicos,
cuando no hay suficiente oxígeno
para que se convierta completamente en dióxido de carbono.
Las principales fuentes de este contaminante en zonas urbanas son
los motores de
combustión interna usados para el transporte.
Otras fuentes importantes de contaminación por CO son las industrias
fundidoras, las refinerías de petróleo, los molinos para pulpa de papel,
las fábricas de acero y la
incineración de la basura.

Dióxido de carbono (CO2)

El dióxido de carbono es un producto de la
combustión completa de combustibles carbónicos. Su
concentración global ha aumentado constantemente debido a
la combustión de carbón y de petróleo. A
mayor número de moléculas de él, mayor
absorción de calor,
provocando el calentamiento
global y el cambio
climático del planeta.

Las fuentes naturales del dióxido de carbono son la
descomposición de materia orgánica, la respiración y todos los procesos que
incluyen la combustión de materiales orgánicos.

Hidrocarburos volátiles (HC"s)

Los hidrocarburos
incluyen a los compuestos orgánicos, disolventes clorados
y no clorados, gas natural y
gasolinas entre otros. Estos compuestos son emitidos
principalmente a la atmósfera a partir de procesos
industriales (químicos, petroquímicos, etc.) y
actividades en las que se emplean disolventes orgánicos:
pintura y
emisión residual en la combustión de gasolinas.

Óxidos de nitrógeno (NOx)

El óxido nítrico (NO) y el dióxido de
nitrógeno (NO2) son gases
tóxicos que se producen durante los incendios o por la
combustión de las gasolinas oxigenadas a altas
temperaturas. El dióxido de nitrógeno es producido
por las bacterias, a
partir de los fertilizantes nitrogenados artificiales con los que
se abonan los cultivos.

Ozono troposférico (O3)

El ozono troposférico se puede producir por descargas
eléctricas, por oxidación de CO y CH4 y por
difusión desde la estratosfera. Su fuente principal como
contaminante en las grandes ciudades industriales proviene de la
mezcla de gases como óxidos de nitrógeno e
hidrocarburos (precursores) que reaccionan en presencia de
luz. La
formación del ozono troposférico es
acompañada, además, por contaminantes
fotoquímicos que incluyen aldehídos, ácido
nítrico y peróxido de hidrógeno, entre otros.

Clorofluorocarbonos

Los clorofluorocarbonos son los principales responsables de la
destrucción de la capa de ozono
y son compuestos que no existen de manera natural en la
atmósfera, sino que son producto de la actividad
humana.

Estos compuestos, constituidos por cloro, flúor y
carbono, son emitidos a la atmósfera como consecuencia de
su uso en aerosoles, espumas plásticas, refrigerantes y en
la industria microelectrónica.

Los clorofluorocarbonos se descomponen en presencia de
radiación ultravioleta proveniente del Sol a una altura
superior a 40 km. El cloro liberado de esta descomposición
reacciona con el ozono originando monóxido de cloro (ClO),
que puede reaccionar tanto con átomos de oxígeno,
como con monóxido de nitrógeno. Después de
la reacción, el átomo de
cloro queda nuevamente libre e inicia otro ciclo de
destrucción de ozono. Cálculos recientes muestran
que un átomo de cloro en la estratosfera puede destruir
hasta cien mil moléculas de ozono, antes de desaparecer
por condensación en forma de lluvia
ácida o algún otro proceso.

Además de la presencia de compuestos
clorofluorocarbonados existen otros compuestos halocarbonados,
tales como los yodocarbonos y bromocarbonos, que al igual que los
clorofluorocarbonos sufren una disociación por
acción de radiación ultravioleta, liberando
átomos de yodo y bromo que destruyen (en menor
proporción que el cloro) la capa de ozono, debido a su
menor concentración atmosférica.

Metano

Aunque no está considerado como un contaminante, el
metano que se produce por los procesos de descomposición
anaerobia (sin aire) en los
cultivos de arroz, así como por la digestión
intestinal del ganado, contribuye al incremento del efecto
invernadero. De hecho, el metano es mucho más
eficiente que el dióxido de carbono para incrementar el
efecto invernadero, aunque este último gas se emite en
mucho mayores cantidades que el metano.

EFECTOS SOBRE LA
SALUD

La contaminación
atmosférica afecta la salud del ser humano. El
impacto depende de las condiciones climáticas,
geográficas y de la sensibilidad de cada organismo. En
especial, en las grandes ciudades industriales, los contaminantes
atmosféricos emitidos en grandes cantidades dañan
la salud de sus habitantes. A manera de ejemplo podemos decir que
el smog, además de incidir en la reducción de
visibilidad, irrita los ojos y los órganos respiratorios.
Como consecuencia de respirar el smog, se incrementan las
enfermedades
respiratorias (muerte
inclusive), especialmente en personas de edad avanzada. En la
Ciudad de México,
los altos índices de contaminación
atmosférica contribuyen en gran proporción al
agravamiento de enfermedades respiratorias.

El monóxido de carbono es un contaminante
atmosférico peligroso y abundante en las grandes ciudades
industriales. Este contaminante afecta la función
neuronal de las personas en diversos grados, afecta al sistema nervioso
central provocando asfixia, dolor de cabeza, mareos, zumbido
en los oídos, somnolencia y dificultad para respirar.

El ozono aumenta la incidencia de asma y produce
trastornos respiratorios, ocasiona depresión,
náuseas, cianosis, dolor de cabeza, lesiones
cutáneas e irritación en los ojos.

Las partículas suspendidas, principalmente las de
plomo, causan anemia,
lesión en los riñones y en el sistema nervioso
central.

Tabla II. Efectos sobre la salud debido a los principales
contaminantes atmosféricos.

CRITERIOS PARA
MEDIR LA CALIDAD DEL AIRE

Conocer la concentración de contaminantes en un
área en la que viven millones de personas se vuelve
importante cuando existen fuentes o factores que tienden a
incrementar las concentraciones de esos contaminantes. Algunos
criterios que se tienen que tomar en cuenta para medir la
calidad del
aire son los siguientes:

– que existan razones o necesidades de efectuar un estudio de
calidad del aire en el lugar de interés,

– que se realice un inventario
considerando el número, los tipos (puntuales, lineales,
superficiales) y las características (tasas de
emisión, localización y los parámetros
mecánicos, termodinámicos y geométricos) de
las fuentes contaminantes y los contaminantes involucrados,

– que se cuente con los datos de
emisiones disponibles y la
contaminación de fondo,

– que se tenga información sobre las escalas temporales
(instantáneas, corto plazo, largo plazo) y espaciales
(local, regional, nacional, global) del problema,

– que se tenga información sobre el tipo de zona
(rural, urbana, semiurbana, costera) y las características
del terreno (plano, complejo, semicomplejo, obstáculos
importantes, existencia de lagos o ríos, etc.),

– el tipo, la cantidad, la calidad y la disponibilidad de la
información meteorológica y
micrometeorológica de la zona, y

– la disponibilidad de recursos de
cómputo para la realización de las corridas del
modelo o
modelos
necesarios.

Los modelos de calidad del aire pueden clasificarse, en base
al tipo de impacto que presentan, en:

– impacto local de emisiones de rutina de contaminantes no
reactivos (o que se suponen químicamente no
reactivos),

– impacto local de emisiones de rutina de contaminantes
químicamente reactivos,

– impacto local sobre la visibilidad atmosférica debido
a emisiones rutinarias,

– impacto local de grandes descargas accidentales de
contaminantes,

– impacto regional de emisiones de rutina (por ejemplo, ozono,
lluvia ácida, etc.).

Los modelos de impacto regional no consideran, en general, el
impacto de una sola fuente emisora de contaminantes. A tales
modelos conciernen los efectos sobre la calidad del aire debido a
varias categorías de fuentes de emisión ubicadas
todas dentro de un área regional o urbana.

TÉCNICAS
PARA MEDIR CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Las técnicas
para detectar y medir contaminantes en el aire son en general
complejas y tienen como base fenómenos
físico-químicos que se presentan en la
atmósfera. Estas técnicas han contribuido al
entendimiento de los procesos que ocurren en la atmósfera
y se han construido sistemas
complejos que van desde el uso de satélites,
hasta sistemas que tienen como base reacciones
físico-químicas locales.

Una de las técnicas más usuales se basa en el
hecho de que los átomos y las moléculas absorben y
emiten energía electromagnética de manera discreta
y en regiones bien definidas del espectro. Así, para la
mayor parte de los contaminantes que tienen que ver con el efecto
invernadero, se usa la propiedad de
que esos contaminantes absorben y emiten energía en la
región infrarroja del espectro
electromagnético.

Los cinco contaminantes de criterio que se utilizan como
estándares en el estudio de la calidad del aire son CO,
NO2, O3, SO2 y los hidrocarburos no-metano (NMHC). En la
siguiente tabla se mencionan algunas de las técnicas
usadas para medirlos.

Tabla III.

PLAN DE
ACCIÓN PARA MEJORAR LA CALIDAD DEL AIRE

Una vez que se atienda la urgente tarea de instalar una red de monitoreo
atmosférico y que exista acuerdo en la norma que
regirá para la ciudad de Puebla, será necesario
desarrollar medidas preventivas para mejorar su calidad. La
experiencia que existe a partir de la prevención de
contaminantes atmosféricos en otras ciudades del
país, indica que deben de ser atendidos los siguientes
aspectos:

Parque vehicular (se debe de tomar en cuenta que en zonas
urbanas casi las tres cuartas partes de la contaminación
atmosférica proviene de los automotores y que el
transporte con placas federales no verifica):

• Promover la renovación de la flota de transporte
  público y de taxis mediante, por ejemplo, incentivos
  de carácter fiscal.

• Instalar sistemas para controlar y agilizar el
  tráfico de vehículos incorporando adelantos
  tecnológicos que hagan fluido y eficiente el
  transporte por automotores.

• Promover la planeación y reorganización de
  las rutas de autobuses para reducir el uso de
  vehículos privados.

• Reforzar el programa de verificación vehicular,
  incluyendo su renovación técnica y
  administrativa.

• Implantar un programa permanente para la detección
  de vehículos ostensiblemente contaminantes.

• Diseñar e instrumentar campañas de monitoreo
  de emisiones vehiculares con técnicas de
  medición remota.

Industria y servicios:

• Desarrollar una campaña de capacitación y de
  certificación de personal para el manejo adecuado de
  equipos de combustión.

• Promover el otorgamiento de incentivos fiscales y sistemas
  de financiamiento en la adquisición de equipo de
  control de partículas y de conversión de
  combustibles de gasolina a gas natural.

• Establecer convenios con la industria para controlar y
  reducir las emisiones de partículas, de precursores de
  ozono y de dióxido de Azufre.

• Reforzar las labores de inspección y
  vigilancia.

• Desarrollar esquemas de participación voluntaria de
  autorregulación.

• Disminución de la emisión de
  partículas:

• Reforestar las áreas urbanas y las zonas
  periféricas a la ciudad de Puebla.

• Desarrollar una campaña intensiva de
  pavimentación de las calles.

Reordenamiento urbano:

• Instalar la red automática de monitoreo de la
  calidad del aire y realizar un estudio de evaluación,
  expansión y reforzamiento de ella.

• Involucrar a las instituciones de educación
  superior en actividades de capacitación,
  investigación e intercambio de información.

• Actualizar el inventario de emisiones de fuentes
  fijas.

• Desarrollar una campaña de educación para la
  comunidad sobre la contaminación del aire.

• Gestionar apoyos para la obtención de recursos
  económicos y asistencia técnica para la
  instrumentación del programa.

• Estudiar las posibilidades de desarrollar un sistema de
  transporte colectivo eléctrico.

• Diseñar e instrumentar el programa de respuesta a
  contingencias ambientales.

• Impulsar la realización de estudios de monitoreo
  ambiental y exposición a contaminantes.

• Diseñar y desarrollar un programa de aseguramiento
  de la calidad de combustibles, tanto para la industria como
  para los vehículos.

• Diseñar e instrumentar un programa de
  reconocimiento público para la promoción y
  ejecución de acciones de mejoramiento de la calidad
  del aire.

DISCUSIÓN
Y CONCLUSIONES

Las principales ciudades del país requieren de manera
urgente la instalación de un sistema de
monitoreo atmosférico, permanente y automático
porque su parque vehicular, miles de industrias de todo
tamaño instaladas en ellas, así como
establecimientos comerciales y de servicios, que contribuyen
permanentemente a la contaminación atmosférica.
Además, el continuo crecimiento urbano exige una creciente
demanda de
transporte, energía y actividad industrial, que a su vez
incrementa dicha contaminación.

En un trabajo
anterior (Medición de la calidad del aire en la
ciudad de Puebla A. Juárez et. al.), se mencionaron las
características geográficas y climáticas de
la ciudad de Puebla y su influencia en los problemas de
contaminación atmosférica y, también
mediciones parciales en tiempo y
espacio de la calidad del aire de Puebla. De tales mediciones se
puede concluir que en las horas pico de flujo vehicular
(aproximadamente 400 000 vehículos), en algunas regiones
con intenso tráfico, se rebasa la norma oficial mexicana
establecida para ozono y para las partículas
suspendidas.

Aunque cada vez es mayor el número de personas que
entienden el origen y vislumbran la magnitud del problema,
existen algunos sectores que manifiestan su escepticismo ante
él. Las consecuencias, dicen estas personas, no son tan
graves y la afectación no es tan alta como se quiere
presentar.

Sin embargo, los datos parciales de que se disponen, indican
que el problema es serio y tiende a agravarse. Sin duda un
aspecto en el que cualquier persona
podría estar de acuerdo, sería en la necesidad de
saber con certeza, cual es la calidad del aire que respiramos los
que vivimos en la ciudad de Puebla.

Para enfrentar de manera efectiva el problema de la
contaminación atmosférica, es necesario primero
conocer cuantitativamente las concentraciones de los
contaminantes de criterio y desarrollar e implementar un programa integral
(ver el punto 6), que se encamine a la reducción
progresiva de las emisiones contaminantes provenientes de los
vehículos, de la industria y atacar las causas de la
erosión
y los incendios forestales. Un programa de este tipo
tendría como objetivo
proteger la salud de los habitantes de la ciudad de Puebla y de
las zonas circunvecinas, con acciones
específicas que prevengan y controlen la
contaminación atmosférica tanto por agentes
químicos como físicos.

Por lo anterior, nuevamente llamamos la atención sobre la necesidad de instalar en
la ciudad de Puebla una red permanente y
automática de monitoreo atmosférico. La calidad de
vida en un país y/o en una ciudad, depende
también de la calidad del aire que se respira y Puebla
requiere con urgencia que se conozca y mida
sistemáticamente la calidad del aire que respiramos los
que aquí vivimos.

REFERENCIAS

Juárez, A., Miranda, A., Medición de la calidad
del aire en la Ciudad de Puebla, Ediciones UAP, 1997.

Zannetti, P., Air Pollution Modeling. Theories computational
methods and available software, Edit.
Computational Mechanics Publications, 1986.

Finlayson-Pitts, B., Pitts, Jr . J. N., Atmospheric Chemistry:
Fundamental and experimental techniques,. Edit. John Wiley &
Sons, New York, 1986.

Legorreta, J., La grave contaminación
atmosférica de la ciudad de México, Ciencias, 22,
1996.

Ingersoll, A., La Atmósfera, Libros de
investigación y Ciencia, Edit.
Prensa
Científica, 1987.

De la Garza Castro, J., Gestión de
calidad del aire en el área metropolitana de
Monterrey, Calidad ambiental, vol.3 número 6, 1997.

Autor:

Apolonio Juárez
Núñez

Erika Annabel Martínez
Mirón

Laboratorio de Física Moderna,

Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, UAP

Publicado originariamente en Elementos No. 34, Vol. 6, Abril –
Junio, 1999, Página 35

www.elementos.buap.mx