Situacin norma! Airefro .El aire d la3. El aire caliente y menos denso4. Los contaminantes supsrricie esse eleva y se mezcla con else dispersan, calentado por laaire ms fno de encima, radiacin solar. )( a) Inversin trmica i 1 . El aire fno y mas denso rfluye hacia abajo de las Imoniaas al interiorde! kvall, Aira fro^- ^' """^superficial denso y.4. Los contaminantes^-fno no se mezcla con elseacumulan.aire caliente de encima de s2La I =t,au= -denso empuja el aire'^^^menos denso y caliente ^^g fresco }',1 hacia arnba. V iba.i\ b) Inversin trmica 2. La llegada del aire fro denso empuja el aire menos denso y caliente, hacia arriba. 3. El aire superficial denso y fro no se mezcla con el aire caliente de encima de l Airefro 1. Fluye aire denso y fro proveniente del ocano. r.^vuri^.i ,-4.>lios:eootan;inantes '''seaciiruian. OAirefresco^^ ^c) Figura 17.9 Inversintrmica.Bajo condicionesnormales, a) el aire en la superficie de la Tierra es calentado por el sol y se eleva para mezclarse con el aire ms fro por encima de l. Cuando una Inversin trmica ocurre, b) y c) una capa de aire fro ms pesado fluye al interior del valle y empuja el aire ms caliente hacia arriba. Entonces, el aire pesado ms fro no se puede mezclar con el aire ca-liente menos denso de encima y no puede escapar debido a las montaas circundantes. El aire fro es atrapado, algunas veces durante varios das, y acumula contaminantes. Si la inversin trmica contina, los niveles de contaminacin se pueden volver peligrosamente altos. duccin. En paiticular, ser necesario disminuir los niveles de NO^^, y esto requerir cambios en la forma en que los automviles estn diseados o son alimentados. Contaminantes peligrosos del aire Si bien los principales contaminantes del aire que ya analizamos representan problemas am-bientales y para la salud, cientos de diferentes compuestos qumicos peligrosos que son libe-rados de manera intencional o accidental en el aire tambin ocasionan daos a la salud humana o al ambiente. Estos compuestosse conocen popularmente como contaminantes peligrosos del aire (CPA) o txicos areos. Por ejemplo, los pesticidas son materiales txicos que se l i -beran intencionalmente para matar insectos y otras pestes. Otros materiales peligrosos son liberados como resultado de las actividades de consumo. As, el benceno en la gasolina escapa cuando sta es depositada dentro del tanque, yel usodealgunosproductosdeconsumo como los pegamentosy limpiadores despren-den materiales txicos en el aire. Sin embargo, la mayora de los txicos areos son liberados como resultado de los procesos de fabricacin. Tal es el caso del percloroetileno, el cual se libera en establecimientos de lavado en seco, o de los hornos de fundicin que desprenden metales txicos. Las industrias petroqumicas y qumicas son las principales fuentes de con-taminantes areos peligrosos. A pesar de que los txicos areos son dainos para todo el p-blico, su presencia es ms severa para la gente que est expuesta a ellos en el trabajo, dado que se enfrentan a concentraciones mayores de sus-tancias peligrosas durante periodos ms largos. El captulo 19 trata de los materiales peligrosos y de las cuestiones relacionadas con la regula-cin de su produccin, uso y desecho. Control de la contaminacin del aire Todos los contaminantes del aire que hemos examinado hastaaqu son producidos por los humanos. Esto significa que su liberacin en la atmsfera se puede controlar. Los mtodos "de control de la contaminacin area depen-den del tipo de contaminantes y de la voluntad o capacidad de las industrias, gobiernos e in-dividuos para realizar los cambios. Esimpor-tante observar que, en este contexto, el cambio positivo es posible. (Ver figura 17.10.) Emisiones de vehculos de motor Los vehculos de motor son la principal fuente de varios contaminantesareos importantes: monxido de carbono, compuestos orgnicos voltiles y xidos de nitrgeno. Adems, el ozono es'un contaminante secundario del uso del automvil. La implementacin de contro-les para las emisiones de vehculos de motor ha producido una mejora significativaen la calidad del aire en Norteamrica. La vlvula de ventilacin del crter y los tapones de gaso-lina con vlvulas de control de contaminacin del aire reducen la prdida de compuestos or-gnicos voltiles. Adems, la mayor eficiencia del combustible y los combustibles especiales queproducenmenorescantidadesdemo-nxido de carbono y de compuestos orgnicos CAP TULO17Problemas referentesa la calidad del aire 397 Comparacindslas emisionesds1970 y 2002 200 180 160 140 120 1GC 80 ec ,,.4C 20 o SO, p - 1 250 200 tf) ra o f150 c o 41a 100 Pb Figura 17.10 Mejorade a calidaddel aire.Lasdiferentesiniciativaspara mejorar la cali-dad del aire han sido efectivas. En los pasados 30 aos, la mayora de los principales contaminantes del aire disminuyeron de manera significativa. Una excepcin importante son los xidos de nitrgeno (NOx), los cuales han disminuido slo ligeramente. Sin embargo, esto representa un xito debido a que la can-tidad de NOx liberadapor vehculose ha reducido.No obstante,ms vehculos y mayoresdistancias manejadashan impedido un descensoimportante en el NOxproducido. Fuente: Agencia de proteccin ambiental de EstadosUnidos, sin quemar,tambin han mejorado la calidad del aire. Los convertidores catah'ticosreducen el monxido de carbono, los xidos denitr-geno y los compuestosorgnicosvoltes en lasemisiones,perorequierencombustible ubre de plomo. A su vez, esterequerimiento de combustible reduce de manera sustancial la cantidad de plomo (y otros aditivos metlicos) en laatmsfera.Lafigui'a17.10 muestraun importante descenso en los niveles de com-puestos orgnicosvoltiles, demonxidode carbonoy de plomo. En cambio, los niveles dexidos denitrgeno han disminuido slo ligeramente. Los vehculosdemotoractua-les producen menos cantidades dexidos de nitrgeno que los modelos antiguos, pero de-bido a que la genteest manejandoms kil-metros por ao, los niveles de NO^no se han reducido tanto. A pesar de que ciertas regiones presentanun importante descenso en el ozono en la troposfera,en gran parte deNorteam-rica los niveles generales permanecieroninal-terablesen-e 1993 y 2002. Emisiones de materias particuladas Las partculas provienen de varias ftientes. Por ejemplo, muchas actividadesindustriales im-pcan procesos que producen polvos; la explo-tacin minera y otras actividades queimplican remover la tierra; las operacionesagrcolas y la transferencia de granos o carbn de un conte-nedor a otro tambin producen polvos. Elusoinadecuadodelsuelotambin puedeser una fuente significativa departcu-las transportadas por el aire. Durante varios aos los satlites han rashreado grandes canti-dades de polvo y decontaminacinindustiial que se mueve con rapidez de Asia atravs del Pacfico haciaNorteamrica. En 1997, los in-vestigadoresdel observatorio Cheeka Peak en lapennsula Olympic de Washington midieron los niveles demonxido de carbono que eran 10% ms altos que el promedio y los niveles departculas finas que eran 50% mayores que elpromedio. En2000, grandesvolmenes de polvo del Desierto del Gobi en Mongolia, de otros desiertosasiticos y de regiones con pastoreoexcesivoadyacentes,viajabanen una nube quecruz el Pacficoy lleg hasta Texas.En Seattle,Vancouver y otrasciuda-des de la Costa Oeste, el cielo sevolvi una blanca mancha lechosa debido a la presencia departculas depolvo. De manera similar, el polvo defrica cae en el Caribe y en laregin Estede Estados Unidos. Laincineracin de combustibles fses es otra fiiente importante departculas de materia. Debido a las regulaciones en la calidad del aire, las industrias han hecho mucho para reducir la cantidad departculas que se desprendepor la incineracinde combustiblesfsiles. Existen diferentes clases de dispositivos para atrapar las partculas de manera que no escapen de las chi-meneas. Estos dispositivos son muy efectivos, ya que han logrado reducir- en un alto grado las partculas provenientes de combustiblesfsiles incinerados.Sin embargo,laspartculas ms pequeas que provienen de emisiones gaseosas (SOj,NO^) siguen siendoun problema. Los motoresdiesel son unafuenteimportante de material particulado y las emisiones gaseosas de los vehculos de motor contribuyen a lafor-macin departculas ms pequeas de la misma forma en que las fuentes industriales lo hacen. Las actividades industriales, el uso de ve-hculos de motor y las prcticas de uso de suelo son las fuentesprincipales de materia particu-lada, perotambin sonsignificativas muchas actividades personales. Mucha gentedel mundo utUizalea como su principal fuentede com-bustible para cocinar y calentarse. En los pases desarrolladoscomo Estados Unidos y Canad, algunas personas utilizan fogatasy estufas de lea como una fiiente importante de calor, pero lamayora de ellas las emplean como unalientecomplementaria de calor o con fines estticos. Sin embargo, el uso de grandes cantidades de chimeneas y de fogatas puede generar un pro-blema importante decontaminacin area, deno-minadonube caf.Muchasmunicipalidades como Boise, Idaho, Salt LakeCity, Utah; y Den-ver, Colorado (y algunos estados completos), im-ponen multas para hacer cumplir laprohibicin de quemarlea duranteepisodios severos de contaminacin del aire. Muchas otras comuni-dades emiten alertas decontaminacin y solici-tan a la genteque no utice quemadores delea. Muchas de estas comunidades tienen regulacio-nes que rigen el nmero y la eficiencia de las estufas deleay de las fogatas. Algunas comuni-dades, como Case Rock, Colorado, prohiben la consTiccin de casas con chimeneas o estufas delea. Muchas personas fcmerite cambian a chimeneas de gas o quemadores delea de alta eficiencia cuando entienden que su disfrute de una estufarstica puede degradar el ambiente; no obstante, lamayora necesita ser obligada a cumpHr con las regulaciones oficiales mediante la amenazade multas. Por supuesto, las acumu-laciones de muchas pequeas fuentesde conta-minacin del aire pueden producir un problema tan grandecomo una gran fuentede emisin que, con frecuencia, es ms difc de controlar. Emisiones de las plantas de energa Paraconti-olar el dixido de azufre que se produce principalmente por las plantasgeneradoras de energaelctrica, se cuenta con varias opciones. Una alternativa es cambiar el combtistible alto en azufi'e por un combustible bajo en esteelemento. 398PARTECI NCOContaminacin y polticas Conarninacin por ruido Elruido esdefinidocomounsonidoindeseable.Sin embargo,puedeser ms queslo una sensacin desagradable. Diversas investigacionesfian de-mostradoquela exposicin al ruidopuedecausardaos fsicos ymentales,' La potencia del ruido esmedida por decibeles(db). Lasescalas en db son logartmicas yno lineales. Por lo tanto, el cambio de40decibeles (una biblio-teca) a 80decibeles(una mquina lavadora detrastes o el desechodeba-sura) representa un incremento de10 a 1000 veces en la potencia del ruido. La frecuencia el tono deun sonidotambines un factorparadeter-minar el gradodesu dao.Lossonidosagudosson los msmolestos. La escala depresinmscomnpara un sonidoagudoes la escala A,cuyas unidades seescriben comodbA.La prdida del odocomienza con la expo-sicin prolongada (8 horas o ms al da) a 80 o 90niveles dbA depresin desonido. La presin del sonido sevuelvedolorosa a alrededorde140 dbA ypuedematar a 180 dbA.(Ver la tabla.) Ademsdela prdida del odo, la contaminacinpor ruidoest vincu-lada a una variedad depadecimientos,quevan desdelosdolores decabeza por tensinnerviosa a la neurosis. La investigacintambinha demostrado queel ruidopuede provocarquelasarteriassanguneasseencojan (lo cual reduceel flujo sanguneo a laspartes claves del cuerpo), alteracionesen fe-tos yalgunas veces ocasiona ataques epilpticos.La Agencia deProteccin Ambiental deEstadosUnidosha estimado queel ruidoprovocaquealrede-dor de40millonesdeciudadanosestadounidensessufrandedaosen el odo yotrosefectosmentales o psquicos. Asimismo, seestima quems de64millones depersonasviven en lugaresafectadospor njidos deaeropla-nos, trfico o construccin. La Leydecontrol del ruido de1972 fueel primerintentoimportanteen EstadosUnidos para proteger la salud pblica yel bienestar del ruidoperjudi-cial.Esta leytambinintentcoordinar la investigacinfederal ylasactivida-des decontrol del ruidopara establecer estndares federales para la emisin demido en productos comerciales ypara proporcionar informacin al pblico. Despus deaprobarla Leydecontrolderuido, muchascomunidadesloca-les en EstadosUnidospromulgaron suspropiosreglamentos. Aunque tales esfuerzosrepresentanun paso en la direccincorrecta,EstadosUnidos si-guecontrolando menos ruido quemuchos pases europeos. Muchos destos han desarrolladoequipo deconstruccinsilencioso junto con leyes relaciona-das con el ruido quesehacen cumplir demanera estricta. Los alemanes ylos suizos hanestablecidonivelesmximos deruido deda ydenocheen cier-tas reas. Por ello, en lo concernienteal abatimiento dela contaminacin por ruido, Norteamrica tienemucho queaprender delos pases europeos. Fuentedel ruidoIntensidadendecibeles Aeroplano al despegar145 Sepresenta dolor'140 Prensa hidrulica130 Aeroplano (a 160metros de altura)120 Motocicleta sin silenciador110 Metro100 Tractor de granja98 Segadora de cspedesa gasolina96 Licuadorade alimentos93 Caminpesado (15metros a lo lejos)90 Trficopesado de ciudad'90 Aspiradora85 Prdida del odo despus de una larga exposicinal ruido85 Unidad de deseciios de basura80 Lavadorade trastes65 Acondicionador de aire deventanas60 Laspersonascuyos trabajosrequieren el manejo de maquinariaruidosa, muchas Meces portandispositivospara prevenir la prdidadelodo. Conversacinnormal60 El cambio decarbn bajo enazufrereduceen66% lacantidaddeazufreliberado enlaatms-fera. Cambiar apetrleo, gas naOiral o combusti-bles nucleaiesreducira el dixido deazufreanms. Sinembargo, stas no sonsolucionesa largo plazo debido a quelos combustibles bajos enazu-freson escasos, y las plantas deenerga nuclear presentanunconjunto deproblemas diferentes decontaminacin. (Ver capailo 11.) Unasegundaalternativaes eliminar el azufredel combustibleantes dequesteseuti-lice. El tratamiento fsico-qumico del carbnantes dequeseaincinerado puedeetiminar cercade40% del azufre. Esto estcnicamenteposible, pero incrementael costo delaelectri-cidadparaquien pagalas taiifas. Lapurificacin delos gasesemitidos enunachimeneaes unaterceraalternativaparacontrarrestar los efectos negativos delas plan-tas generadoras deenerga. Latecnologaest disponible, pero, por supuesto, lainstalacin, el mantenimiento y operacin deestos dispo-sitivos decontrol son costosos. A) igual queenel caso delas emisiones deautos, los gobiernos hanprecisado lainstalacin deestosdispositi-vos, pero cuando las industrias los instalan, el costo deconstmccin y operacin setransmiteCAPITULO17 Problemas referentes alacalidaddel aire 399 al consumidor. El costo de instalar purificado-res en una planta tpica deenerga es deaproxi-madamente 200 millones dedlai'es. Ley de aire limpio En Estados Unidos, la implementacinde la Ley de airelimpio ha sido el medio principal paracontrolar lacontaminacindelaire. Aprobada inicialmente en 1967.como la Ley de calidad del aire y enmendadaen varias ocasionesen 1970, 1979 y1990, la versin actaal de la Ley de aireUmpio estableceuna seriederequerimientos de controlqueel gobierno federal implementa y los estados administran. 1. Seagreg un programa integral de per-misosoperativosa las enmiendasde 1990, que requieren que todaslas in-dustrias obtengan autorizacin para l i -berar materiales en el aire. 2. Todas las fuentes decontaminacin del aire estaban sujetasa los estndares de cadad del aire ambiental establecidos para las emisiones dedixido de azufre (SOj),dixido denitrgeno (NO^), ma-teria particulada, monxido de carbono (CO), ozono y plomo. 3. Lasnuevasfuentesestabansujetasa conti'oles tecnolgicos y requerimientos de permisos ms estrictos en compara-cin con las instalaciones ya existentes. 4.Las emisiones peligrosas fueron regu-ladas:189 sustancias fueron reguladas, incluyendo los compuestosorgnicos ylosmetalespeligrosos.Cualquier fuente que emita 9.1 toneladasmtricas al ao de cualquier sustancia de la lista, o 22.7 toneladas mtricas de sustancias combinadas, es considerada una fuente considerable y estar sujeta a estrictas regulaciones. 5. Sepermiti que las plantas deenerga vendieransuspermisosde liberacin dedixido de azufre a otras compaas. Este programa fomenta que las plantas de energapuedanreducirfcilmentesusemisiones, ya quepuedenvender suspermisosa otras plantasde ener-gaqrieestnteniendounadificultad ms grande para disminuir sus emisio-nes contaminantes. El resultado neto de esteprograma ha sido una reduccin del dixido de azufre a una velocidad ms rpida de la que sehaba anticipado, 6. Seestableciun programa para el re-tiro gradual de sustancias que destru-Mvll Figura 17.11Fuentesde deposicinacida.Las molculas de las fuentes naturales, las plantas de energa ylos motores de combustin interna reaccionan para producir los qumicos que son la fuente de la lluvia acida acida. yenla capa de ozono. (CFC, halones, tretracloruro de carbono y metil cloro-formo.) En2002, la EPA reafizun estudio de la efectividad de la Ley de airehmpio. Aun-que enfatzel xitode las leyes,tambin afurmque faltaba por realizar un conside-rable progreso. Quiz lo ms impresionante de todo fue que las emisiones de los seis peo-res contaminantes de aire descendieron 48% de1970 a 2002, a pesar de que el consumo deenergaincrement42%, sepresent un incremento de 164% en el Producto Interno Bruto, as como un salto de 155% decreci-miento en el nmero dekilmetrosviajados por los estadounidenses.La EPA estima que los beneficios ambientales, de bienestar y de salud humana de la Ley de airelimpio han tenido ms peso qu sus costos, en una pro-porcin de 40 a 1. No obstante, el problema persiste. Los dos problemas decontaminacin del aire ms difcilesde resolver son el ozono a nivel de la atmsfera baja y las partculas. En 2002, 13 ciudades estadounidensespresenta-ron niveles insalubres de ozono a nivel de la atmsferabaja durante 30daso ms. Para reducir estos dos contaminantes esnecesario disminuir la contaminacin de las plantas de energa y de los vehculos de motor Para que esto ocurra, serequerir una nueva legislacin o regulaciones ms estrictas. Deposicin a c i d a La deposicin acida es la acumulacin de par-tculas formadoras decidos en la superficie. Estas partculas se pueden disolver por medio de la lluvia, nieve o niebla, o se pueden deposi-tar como partculas secas. Cuando las partculas secas son depositadas, el cido en realidad no seforma hasta que los materiales se mezclan con agua. A pesar de que los cidos se forman y se depositan de diferentes maneras, todas es-tas fuentes departculas formadoras decidos se denominan comnmente lluvia acida. Los cidos son producto de causas naturales, como vegetacin, volcanes, relmpagos, as como de las actividades humanas, como la icineracin decarbn y el uso de motores decombustin interna. (Ver figura 17.11.) Estos procesosde combustin producen dixido de azufire (SO^) y .xidos denitrgeno (NO^).Los agentesoxi-dantes, como el ozono, los iones dehidr.xido o los perxidos d hidrgeno, junto con el agua, son necesarios para convertir el dixido de azu-fre o los xidos denitrgeno en cidosulfrico o m'trico. La lluvia acida es un problema mundial. E.xisten reportes de grandesdaos por lluvia acida en Canad, Inglateixa, .Alemania, Francia, Escandinavia y Estados Unidos. Normalmente, la lluvia es un poco acida (pH entie 5.6 y 5.7) dado que el dixido de carbono atmosfrico se disuelve en agua para producir cido carbnico. Pero las lluvias acidas algunas veces tienen una 400PARTECINCOContaminacin y polticas