DISPERSION Y CIRCULACIÓN
DE LOS CONTAMINANTES
Llamamos nivel de emisión a la cantidad de cada contaminante vertido a la atmósfera en un periodo de tiempo determinado
Posteriormente se produce su transporte, difusión o acumulación (mecanismos sumidero) dependiendo de la capacidad dsipersante de la atmósfera según las condiciones metereológicas (difusión de los contaminantes). De este modo se determinan unos niveles de inmisión de contaminantes (aceptables o no).
Nivel de inmisión de un contaminante es el límite máximo tolerable de presencia de este en la atmósfera, ya sea de forma aislada o bien en asociación con otro.
Llamamos inmisión de un contaminante a la concentración media del mismo presente en el aire durante un tiempo determinado. La idea de inmisión con la de concentración de contaminantes en el ambiente gaseoso, en puntos lo suficientemente alejados de las fuentes como para poder discernir cual de ellas es la causante de los niveles de polución alcanzados.
Cuando los contaminantes emitidos por los diversos focos entran en la atmósfera se producen una serie de fenómenos que afectan al grado de contaminación atmosférica alcanzado. Si los niveles de inmisión no son adecuados, disminuye la calidad del aire y se originan los efectos negativos de la contaminación sobre los distintos receptores (seres humanos, plantas, animales y los materiales)
La concentración máxima de inmisión (CMI) representa la limitación de tipo sanitario que regula la calidad del aire en cuestión. Suele estar acompañado enlas normas legales por el máximo periodo de tiempo en que es autorizada su existencia.
Para los ambientes laborales se ha definido otro límite conocido como concentración maxima admisible (CMA), que representa un valor de inmisión, diferenciándose de la CMI en varios aspectos (se aplica a periodos de 8 horas, tiene en cuenta una población homogénea y de individuos sanos, no considera daños potenciales a otros bienes).
¿De qué depende?
Existen una serie de factores que intervienen en los procesos de contaminación del aire
y que hay que tener en cuenta.
A) DE LAS EMISIONES
B) DE LA DIFUSION
C) DE LOS MECANISMOS NATURALES DE DEPURACION DE LA ATMÓSFERA
A ) DE LAS EMISIONES ("cantidad" de contaminantes emitidos)
La emisión es la totalidad de sustancias que pasan a la atmósfera después de dejar las fuentes de las que proceden: gases de escape, humos chimeneas, gases industriales...
Los niveles de emisión se hallan regulados mediante la especificación de límites máximos. La concentración máxima de emisión (CME) representa la mayor cantidad de contaminantes que una fuente es autorizada a emitir. (por ejemplo: control de ruido, control de CO en vehículos en la ITV)
B) DE LA DIFUSION DE LOS CONTAMINANTES
Para una emision de contaminante dada, la calidad del aire dependerá de la capacidad dispersante de la atmósfera, que depende de los siguientes factores:
a) Características de las emisiones y de los contaminantes
b) Las condiciones atmosféricas:
b.1.- Temperatura del aire
b.2.- Humedad y pluviometría
b.3.- Vientos: dirección, intensidad y turbulencia
b.4.- Insolaciónc) Características geográficas y relieve
c.1.- Brisas en zonas costeras
c.2.- Brisas de valles y laderas (brisas de valle)
c.3.- Presencia de masas vegetales
c.4.- Núcleos urbanos
a) Características de las emisiones y de los contaminantes
Naturaleza del contaminante: forma, tamaño y peso del contaminante
Velocidad de salida
Debido a la configuración de la chimenea o a los edificios adyacentes, es posible que la pluma no se eleve libremente en la atmósfera. Algunos efectos aerodinámicos causados por el modo en el que se mueve el viento alrededor de los edificios adyacentes y de la chimenea pueden impulsar a la pluma hacia el suelo en lugar de permitir que se eleve en la atmósfera.
Cuando la razón entre la velocidad de salida de la chimenea y la del viento es pequeña se produce flujo descendente de la chimenea. En este caso, la presión baja en la estela de la chimenea puede hacer que la pluma descienda detrás de la chimenea. Cuando esto sucede, la dispersión de los contaminantes disminuye, lo que puede determinar concentraciones elevadas de contaminantes inmediatamente a sotavento de la fuente. A medida que el aire se mueve sobre y alrededor de los edificios y otras estructuras, se forman olas turbulentas. Esto produce concentraciones elevadas de contaminantes inmediatamente a sotavento de la fuente. La siguiente figura ilustra estos efectos.
Temperatura: Cuando la temperatura de emisión de un gas es mayor que la del medio, el gas asciende.
Altura de emisión (una chimenea) a mayor altura mayor facilidad de superar capas de inversión térmica y mayor dispersión del contaminante
b) Condiciones metereológicas o atmosféricas
Temperatura del aire
Viento
Precipitación
Insolación
La temperatura del aire (variacion con la altura)
La temperatura del aire determina los movimientos de las masas de aire y por tanto las condiciones de estabilidad o inestabilidad atmosférica.
Sabemos que la temperatura del aire desciende con la altura GTV a razón de 0,65°C cada 100 m en la troposfera. Este sería el gradiente térmico normal. Pero bajo ciertas condiciones orográficas o climatológicas este gradiente puede alterarse de tal manera que a una determinada altura la t a del aire es superior a la de una altura inferior.
Se conoce por el nombre de inversión térmica el punto donde el gradiente térmico cambia de signo, es decir, que en lugar de producirse un enfriamiento de 0.65°C/100 m, la temperatura aumenta.
Llamamos capa de inversión a la capa horizontal de la atmósfera en la cual la temperatura aumenta verticalmente con la altura
Una inversión térmica puede producirse a partir del nivel del suelo, denominándose inversión en superficie.
Cuando la inversión se produce en alguna capa situada por arriba de la superficie terrestre, en cualquier lugar de la troposfera, se denomina inversión en altura.
Una inversión térmica puede producirse cualquier día del año y a cualquier hora.Por sí mismas, las inversiones térmicas no representan ningún riesgo para la salud humana. Sin embargo, si existen emisiones de contaminantes en la capa troposférica en la que se encuentre inmersa la inversión, sobre todo en superficie, se podrán registrar altas concentraciones de contaminantes debido a la falta de dispersión vertical provocada por la estabilidad de la capa de aire caliente, que define a la inversión.
Las causas de una inversión de temperatura son múltiples, entre las más importantes destacan:
- Por radiación: Enfriamiento rápido de la superficie terrestre durante noches despejadas. Alteración de una masa de aire que inicialmente era homogénea, modificándose la estructura vertical de los niveles bajos de la atmósfera.
Se acompaña frecuentemente por niebla de irradiación: Se produce en las masas de aire que permanecen mucho tiempo sobre un mismo lugar y que pierden calor por irradiación nocturna. Se produce por una situación anticiclónica (no hay nubes) y tras una noche fría. La tierra irradia o pierde calor enfriándose mucho más el suelo y la capa inmediata de aire, características de un día soleado de invierno seguido de una noche de cielo despejado. Es típica de anticiclones continentales fríos de invierno y se da durante las noches despejadas y con alta humedad relativa. Es de pequeño espesor, aunque si existe un poco de viento para formar algo de turbulencia, la capa de niebla puede alcanzar incluso los 200 metros de altura y dificulta mucho la visibilidad horizontal, pero no tanto la vertical. Se forma de abajo hacia arriba y nunca se da sobre superficies líquidas porque pierden mucho menos calor que la tierra. No es muy persistente, dura entre 1 y 3 horas después de la salida del sol, el cuál provoca su evaporación y por tanto su disipación.La temperatura es baja en la capa junto al suelo y aumenta al ascender.
El límite superior de esta capa es una especie de tapadera que impide al aire ascender verticalmente y por tanto impide la difusión vertical de los contaminantes. Muy frecuentemente la inversión termica desparece gradualmente por la mañana cuando la radiacion solar calienta el suelo y las capas de aire próximas a el.
- Por advección: Transporte horizontal de aire frío hacia zonas calientes; superficies acuosas, principalmente.
Frecuentemente se acompaña de niebla de advección: Se produce por enfriamiento de una masa de aire caliente y húmeda al pasar por una superficie muy fría, por lo que es necesario la existencia de un ligero viento. Se puede formar tanto de día como de noche, suele ser muy persistente, manteniéndose mientras persista la penetración del aire cálido y húmedo, y tiene gran espesor, que puede llegar hasta los 500 metros de altura. Se produce sobre los mares, relativamente cerca de la orilla y en verano, cuando el aire cálido de los continentes sopla sobre las aguas que tienen menor temperatura o en alta mar, en cualquier época del año, cuando una masa de aire caliente y húmeda se encuentra o cruza una corriente de agua fría, son las llamadas nieblas marinas. También se forman sobre los continentes en el invierno, cuando éstos están más fríos que el aire que sopla procedente del mar.
A) Niebla de irradiación, B) Niebla de advección.
- Por subsidencia: Calentamiento del aire, en alguna capa de la troposfera, debido al calentamiento por compresión, lo cual es causado por el aire descendente típico de las circulaciones anticiclónicas. Con frecuencia, este mecanismo forma inversiones en altura.
Los elementos que caracterizan una Inversión Térmica son los siguientes:
Espesor: Diferencia en metros que existe entre la cima, o tope, de la inversión y la base de la misma.
Intensidad: Diferencia en grados Celsius entre la temperatura de la cima y la de la base de la Inversión Térmica.
Temperatura de ruptura: Es la temperatura que se requiere para que la temperatura de la cima de la inversión se iguale con la temperatura de superficie, con la cual se rompe la inversión. Este parámetro se puede pronosticar, para tener una idea de cual será la hora en que los contaminantes empezaran su dispersión.
Hora de ruptura: Es la hora en que se alcanza la temperatura de ruptura.
Uno de los fenómenos favorecidos por la inversión térmica es el smog ácido o reductor. Durante la inversión termica, el vapor de agua atmosférico puede alcanzar una temperatura inferior a la temperatura de condensación, apareciendo niebla, la cual está cargada de contaminantes absorbidos. El smog constituye la peor de las etapas de la polución, pues por su opacidad se opone a la accion de recalentamiento de las radiaciones solares contribuyendo por si mismo a la conservación del cambio. Al mismo tiempo, las capas superiores de la niebla se enfrían por irradiación y al volverse más densas, descienden hacia el suelo donde la polución se hace más intensa.
Smog en Londres en 1952
http://www.vecinosvalladolid.org/spip.php?article2069
Viento
Juega un papel importante en la distribución horizontal de los contaminantes y determina la zona que va a estar expuesta a sus efectos. Sus características son dirección, velocidad y turbulencia.
- La dirección nos señala la zona a la que se pueden desplazar los contaminantes
- La velocidad rebaja las concentraciones de los contaminantes: mayor dilución y mayor dispersión. El gradiente de contaminación es inversamente proporcional a la velocidad del viento. A su vez, la dirección estan condicionadas por factores topográficos y termicos locales (ver más adelante: brisas marinas y vientos de valle y de montaña).
- La turbulencia provoca una acumulación de contaminantes.
Precipitaciones
En principio el efecto de la lluvia es beneficioso pues en el momento de producirse, la atmósfera actúa como una torre de lavado en la que los gases fluyen en contracorriente con la lluvia. Arrastran los contaminantes al suelo, produce un efecto de lavado. Además las condiciones atmosféricas que acompañan a las precipitaciones favorecen la dispersión de los contaminantes.
Las partículas contaminantes en la atmósfera, los llamados aerosoles, podrían reducir las precipitaciones
InsolaciónUna mayor insolación favorece las reacciones entre los precursores de los oxidantes fotoquímicos que originan el Smog fotoquímico (ver nieblas contaminantes: Smog Fotoquímico)
Smog Fotoquímico en Los Ángeles
Apuntes a la hora de hablar de la dispersión de los contaminantes en la atmósfera
La propia circulación atmosférica hace que las impurezas se propaguen horizontal y verticalmente. No obstante ha de tenerse en cuenta que la capacidad de intercambio de aire entre las diferentes células convectivas de la troposfera es limitada y menos aún entre hemisferios.
Este desplazamiento es interferido tanto por los cinturones de altas y bajas (ZCIT) presiones intertropicales, como por el límite superior de la troposfera.
Lamentablemente no ocurre lo mismo en el caso de los contaminantes que alcanzan la estratosfera. En este caso la contaminación y sus efectos son a nivel planetario.
c) Características o Factores topográficos y geográficos
Las características topográficas y geográficas de una zona modifican la insolación y por lo tanto el calentamiento o enfriamiento del suelo y el gradiente vertical de temperatura, aparte de la dirección e intensidad del viento (brisas)
Cuando un foco emisor se encuentra en las proximidades de un obstáculo notable y el viento se dirige hacia del obstáculo hacia el foco se originan turbulencias en el penacho de humos que hace que este se dirija hacia el suelo; en caso contrario, el penacho puede o bien chocar contra el obstáculo o bien sobrepasarlo dependiendo de la intensidad.
En el caso del mar, los valles y montañas pueden producirse circulaciones cíclicas del viento a las que se incorporan los contaminantes vertidos a la atmósfera, originándose la progresiva acumulación de los mismos y la aparición de episodios de fuerte contaminación local en las áreas barridas por estos vientos.
Las brisas en las zonas costeras
Durante el día desplazan los contaminantes hacia el interior, mientras que durante la noche, al invertirse la circulación de las mismas, la contaminación se desplaza hacia el mar, en un movimiento cíclico que se repite cada día. Pueden producir episodios de concentración de contaminación local.
Las brisas de valle y montaña
Se originan como consecuencia del diferente calentamiento de laderas y valles y en el periodo día noche.
Durante el día las laderas se calientan y se genera una corriente caliente ascendente, mientras que en el fondo del valle se acumula frío y se origina una situación de inversión que impedirá la dispersion de los contaminantes (los vientos anabáticos) (flujos ascendentes de ladera durante el día).
Durante la noche sucede lo contrario, formándose las brisas de montaña, que también dan lugar a la misma situación (vientos catabáticos)(flujos descendentes de ladera durante la noche valle-ladera en las zonas de montaña.
d) Otros condicionantes
Presencia de masas vegetales
La presencia de vegetación contribuye a paliar la contaminación atmosférica. Son más eficaces los bosques frente al matorral o pastos.
Presencia de núcleos urbanos
En las grandes ciudades tiene lugar un fenómeno que consiste en la dificultad para disipar el calor durante las horas nocturnas. El efecto denominado isla de calor es específico del ambiente urbano: El pavimento, los materiales de construcción que se utilizan, la ausencia de aire en movimiento, y la gran cantidad de construcciones, provocan una concentración de calor superior al registrado en las áreas que rodean la ciudad. Esto provoca la aparición de vientos locales desde las afueras a la ciudad.
Isla de calor en los núcleos urbanos
Por otra parte, la actividad industrial y doméstica genera un aporte de calor al medio. En particular los sistemas de refrigeración en la ciudad forman parte de un círculo vicioso, ya que generan calor extra y su uso se incrementa con la temperatura. Algunos autores explican la isla de calor como un efecto invernadero local, pues los gases se encierran en un solo lugar provocando una cápsula de gases que absorbe calor del sol. Los materiales que forman la ciudad absorben la radiación solar de onda corta y la emiten posteriormente con una longitud de onda más larga, frecuencia que resulta retenida por partículas en suspensión y gases de combustión.
La cápsula de gases solo puede ser rota cuando los vientos son superiores a 20 km/h, si en la superficie hay demasiados edificios de mucha altura el aire será obstruido y la cápsula no se romperá.
Las zonas verdes contribuyen a reducir el efecto isla de calor.
C) MECANISMOS DE DEPURACION DE LA ATMOSFERA
La atmósfera posee capacidad de autodepuración mediante tres mecanismos:
Dilución de los contaminantesLos contaminantes se diluyen con el aire por el hecho de ser vertidos a un volumen mayor.
Transformaciones químicasLos contaminantes vertidos a la atmósfera dan lugar a contaminantes secundarios al reaccionar con los compuestos normales del aire (aunque a veces son más peligrosos que los primarios). Muchos de ellos se transforman en otros que son devueltos al suelo (problema de transferencia de contaminantes de la atmósfera al suelo y agua (H2SO4 y HNO3: lluvia ácida)
Deposición por sedimentaciónDeposición seca: por la caida gravitacional o por adsorción directa de los gases por la superficie del suelo y/o vegetación. Las partículas de mayor tamaño se depositan cerca de su lugar de emisión. La superficie del suelo, el agua, rocas y edicios y plantas absorben muchos de los contaminantes que se encuentran en las zonas más bajas de la atmósfera
Deposición húmeda: provocada por dos mecanismos:
- Lavado por el agua de lluvia de los contaminantes atmosféricos
- Incorporación de partículas como núcleos de condensación en nubes, nieblas, etc.
La deposición humeda conlleva transformaciones químicas como por ejemplo el dióxido de azufre que se transforma en acido sulfúrico y los óxidos de nitrógeno en acido nítrico (lluvia ácida)
Si los niveles de inmisión no son adecuados, disminuye la calidad del aire y se originan los efectos negativos de la contaminación sobre los distintos receptores (seres humanos, plantas, animales y los materiales)
Importante:
Tened el esquema-guión de los factores de los que depende la dispersión
de los contaminantes bien claro
