Contaminación atmosférica y clima

El aire seco está compuesto principalmente por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante incluye argón, dióxido de carbono y otros gases traza. Sin embargo, la atmósfera no es homogénea; se divide en capas según su gradiente térmico:

1. Troposfera (0-12 km): Es la capa en contacto con la superficie. Contiene el 80% de la masa gaseosa y casi todo el vapor de agua. Aquí ocurre el clima y la temperatura disminuye con la altura (aprox. 6,5 °C/km). Es la capa donde se concentra la contaminación atmosférica de origen humano.
2. Estratosfera (12-50 km): La temperatura aumenta con la altura debido a la absorción de radiación UV por la capa de ozono. Es una zona muy estable.
3. Mesosfera, Termosfera y Exosfera: Capas superiores donde la densidad es mínima y se producen fenómenos como las auroras boreales.

La atmósfera no es estática; redistribuye el calor desde el ecuador hacia los polos mediante tres células de circulación en cada hemisferio:

• Célula de Hadley: Aire cálido que asciende en el ecuador y desciende en los subtrópicos (30°).
• Célula de Ferrel: Zona de mezcla en latitudes medias.
• Célula Polar: Aire frío que desciende en los polos.

El Efecto Coriolis, causado por la rotación terrestre, desvía los vientos hacia la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur. Además, en la parte alta de la troposfera encontramos las Corrientes en Chorro (Jet Streams), ríos de aire a alta velocidad que dirigen los sistemas borrascosos.

La Tierra mantiene una temperatura media de unos 15 °C gracias al equilibrio entre la energía recibida del Sol y la emitida al espacio.

• Radiación de onda corta: Energía solar entrante (visible y UV).
• Albedo: Porcentaje de radiación reflejada por superficies claras (nieve, nubes).
• Radiación de onda larga: Energía infrarroja emitida por la Tierra tras calentarse.
• Efecto invernadero natural: Gases como el $H_2O$ y el $CO_2$ retienen parte de la radiación de onda larga, evitando que la Tierra sea un bloque de hielo a -18 °C.

Podemos clasificar la contaminación según su origen y naturaleza:

1. Contaminantes Primarios: Sustancias vertidas directamente a la atmósfera (ej. $SO_2$, hollín).
2. Contaminantes Secundarios: Se forman en la atmósfera mediante reacciones químicas entre contaminantes primarios y componentes naturales (ej. ácido sulfúrico, ozono troposférico).
3. Formas de Energía: Incluyen el ruido (contaminación acústica), las radiaciones ionizantes (rayos X, partículas alfa) y la contaminación lumínica.

• Óxidos de Azufre ($SO_x$): Originados por la combustión de carbón y petróleo. Causan lluvia ácida.
• Óxidos de Nitrógeno ($NO_x$): Generados en motores de combustión y procesos industriales. Son precursores del smog.
• Partículas en Suspensión (PM): Clasificadas por tamaño. Las PM10 y especialmente las PM2.5 son peligrosas porque pueden penetrar profundamente en los pulmones y el torrente sanguíneo.
• Compuestos Orgánicos Volátiles (COV): Hidrocarburos que se evaporan fácilmente (gasolina, disolventes) y participan en la formación de ozono.

La capacidad de la atmósfera para autolimpiarse depende del Gradiente Vertical de Temperatura (GVT):

• Inestabilidad (Ciclónica): El aire caliente sube, favoreciendo la dispersión.
• Estabilidad (Anticiclónica): El aire no asciende, acumulando contaminantes cerca del suelo.
• Inversión Térmica: Ocurre cuando la temperatura aumenta con la altura. El aire frío y pesado queda atrapado en el suelo, impidiendo la dispersión de humos y gases, lo que puede causar episodios de mortalidad urbana.

La lluvia ácida se produce cuando el $SO_2$ y los $NO_x$ reaccionan con el agua atmosférica formando ácido sulfúrico ($H_2SO_4$) y ácido nítrico ($HNO_3$).

• Efectos: Acidificación de lagos (muerte de peces), lixiviación de nutrientes del suelo y el "mal de la piedra", que corroe monumentos de caliza y mármol mediante la reacción: $CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2$

El ozono ($O_3$) en la estratosfera nos protege de la radiación UV-B. Se forma y destruye naturalmente en el Ciclo de Chapman. Sin embargo, los CFCs (clorofluorocarbonos) liberan cloro al ser golpeados por la radiación UV, actuando como catalizadores que destruyen miles de moléculas de ozono: $Cl + O_3 \rightarrow ClO + O_2$ La reducción de esta capa aumenta el riesgo de cáncer de piel, cataratas y daños en el fitoplancton marino.

1. Smog Sulfuroso: Típico de ciudades industriales con alta humedad y quema de carbón.
2. Smog Fotoquímico: Se produce en ciudades con mucho tráfico y sol. Los $NO_x$ y COVs reaccionan con la luz solar para formar ozono troposférico (ozono "malo"), que es irritante y oxidante.
3. Isla de Calor: Fenómeno por el cual las ciudades presentan temperaturas más altas que sus alrededores debido al asfalto, falta de vegetación y calor antropogénico.

El cambio climático actual es inequívoco. Las pruebas incluyen:

• Núcleos de hielo: Muestras de Groenlandia y la Antártida muestran que las concentraciones actuales de $CO_2$ son las más altas en 800.000 años.
• Aumento de temperatura: La media global ha subido aprox. 1,1 °C desde la era preindustrial.
• Criosfera: Retroceso generalizado de los glaciares alpinos y pérdida de masa en las capas de hielo polar.

El clima cambia por factores que alteran el balance energético:

• Gases de Efecto Invernadero (GEI): El $CO_2$ es el principal responsable, seguido del metano ($CH_4$, con mayor potencial de calentamiento) y el óxido nitroso ($N_2O$).
• Ciclos de Milankovitch: Cambios orbitales que explican las glaciaciones a largo plazo.
• Retroalimentaciones (Feedbacks):
  • Positiva: El deshielo reduce el albedo, absorbiendo más calor y acelerando el deshielo.
  • Negativa: Un aumento de nubes bajas podría reflejar más radiación solar, enfriando la superficie.

Según el IPCC, si no se reducen las emisiones, nos enfrentamos a:

• Aumento de fenómenos extremos (olas de calor, sequías prolongadas, inundaciones).
• Pérdida de biodiversidad y desplazamiento de especies hacia los polos o mayores altitudes.
• Subida del nivel del mar por expansión térmica y deshielo continental, amenazando zonas costeras.

Para gestionar el aire, se utilizan:

• Redes de estaciones: Sensores automáticos que miden contaminantes en tiempo real.
• Bioindicadores: Organismos sensibles como los líquenes, cuya ausencia o presencia indica la pureza del aire.
• ICA (Índice de Calidad del Aire): Escala simplificada para informar a la población sobre los riesgos diarios.

La prevención es siempre más económica que la corrección.

• Medidas preventivas: Evaluación de Impacto Ambiental, uso de energías renovables (eólica, solar) y mejora de la eficiencia energética.
• Medidas correctoras: Filtros de mangas, precipitadores electrostáticos para capturar partículas y catalizadores en vehículos para reducir $NO_x$.
• Movilidad: Fomento del transporte público, vehículos eléctricos y creación de zonas de bajas emisiones (ZBE).

La cooperación global es esencial:

1. Protocolo de Montreal (1987): Éxito total en la eliminación de los CFCs para proteger la capa de ozono.
2. Protocolo de Kioto (1997): Primer intento de reducir emisiones de GEI en países desarrollados.
3. Acuerdo de París (2015): Compromiso global para limitar el calentamiento por debajo de los 2 °C, preferiblemente 1,5 °C, respecto a niveles preindustriales.
4. Legislación Española: La Ley 34/2007 de calidad del aire y protección de la atmósfera transpone las directivas europeas y establece los límites legales de inmisión.