V. LA ATM�SFERA. LA CONTAMINACI�N DEL AIRE

INTRODUCCI�N

LA MOTIVACI�N fundamental que permiti� la sobrevivencia del hombre fue la b�squeda de la mejor satisfacci�n de sus necesidades primordiales.

En nuestra sociedad actual, el avance tecnol�gico es enorme y en la obtenci�n de satisfactores se ha perseguido generalmente el m�ximo beneficio, con el menor costo y esfuerzo. La acumulaci�n de industrias, autom�viles y otras fuentes de contaminaci�n ha cumplido con aumentar la producci�n de bienes, pero a un enorme costo social, ya que ha originado una contaminaci�n del ambiente que es incompatible con la salud humana y la sobrevivencia del ecosistema en que vivimos.

En las grandes urbes el fen�meno de la contaminaci�n es cr�tico.

Aqu�l que piense que vivimos mejor ahora que antes, porque producimos m�s bienes, que piense tambi�n que estamos envenenando m�s, ahora que antes, el aire que aspiramos 13 veces por minuto

Sin comida, podemos vivir cerca de un mes. Sin agua, s�lo unos cuantos d�as. Pero sin aire, morir�amos en minutos. Un aire envenenado es tan nocivo como la ausencia del mismo. En lugar de llevar ox�geno a nuestras c�lulas, la hemoglobina transporta veneno.

Quiz� el caso m�s notorio en la historia de la contaminaci�n ocurri� la semana del 4 al 10 de diciembre de 1952, cuando una masa de aire fr�o cubri� la ciudad de Londres. Debido a la baja temperatura, gran parte de la poblaci�n prendi� sus estufas de carb�n, y la industria y la circulaci�n de veh�culos no se detuvieron. El d�a 6, la luz del Sol apenas penetraba la densa nube de contaminantes, que no pod�a salir del valle del T�mesis debido a la menor temperatura de la masa superior de aire. La incidencia de ataques al coraz�n y las dificultades respiratorias creci�. Cuando al fin el viento despej� el cielo, se estima que unas 4 000 personas hab�an muerto por razones atribuibles al fen�meno.

�sta y otras cat�strofes similares han hecho tomar conciencia a diversos sectores de la poblaci�n, aunque muchos otros a�n ignoran las letales consecuencias de la contaminaci�n.

Figura V.1. En la ciudad de México se emiten al día un promedio de cuatro mil toneladas de gases tóxicos que forman una capa contaminadora de hasta 300 metros de espesor.

Vale la pena aclarar que la mano del hombre y la era tecnol�gica no son los �nicos culpables de la impureza del aire. Se estima que cuatro erupciones volc�nicas recientes (Krakatoa, 1883; Katami, 1912; Hekla, 1947; y Chich�n, 1982) han arrojado m�s gases y part�culas a la atm�sfera que el hombre a lo largo de su historia.

En este cap�tulo revisaremos los aspectos qu�micos m�s relevantes de la contaminaci�n atmosf�rica. Iniciamos con la descripci�n de la atm�sfera, para luego considerar los diversos contaminantes y sus efectos y, finalmente, citar las medidas m�s generalizadas para su control.

Figura V.2. El volc�n Iztlac�huatl (5 286 m) en el valle de M�xico.

LA ATM�SFERA

La atm�sfera que rodea la Tierra es una delgada capa de gases. Hasta unos 30 km de altura, el aire constituye un 99% del peso total de la atm�sfera. S�lo existe el suficiente ox�geno para la subsistencia vital a alturas menores de los 6 km sobre el nivel del mar, y en los oc�anos (biosfera).

Comparativamente, la atm�sfera es como la piel de una manzana

La atm�sfera se estructura en capas que se encuentran a diferentes temperaturas y compuestas por distintos gases:

a) La troposfera, entre 0 y 10 km sobre el nivel del mar, dentro de la cual se desarrolla la vida a�rea.

b) La estratosfera, hasta 80 km de altura, es un "aire" muy enrarecido, con mucha menor densidad. En ella existe una capa de ozono, O₃, de unos 20 km de altura, que resulta esencial para la vida. Esta capa es una especie de "escudo" que protege a la Tierra de radiaciones solares letales, conocidas como rayos ultravioleta.

c) La ionosfera, que se extiende hasta unos 500 km hacia arriba, donde la concentraci�n de materia es a�n menor. Recibe su nombre debido a que la radiaci�n ultravioleta y otros fen�menos el�ctricos producen la ionizaci�n de sus componentes. Por lo tanto, all� existen iones. Estos son los responsables de que las ondas de radio "reboten" hacia la Tierra, lo que hace posible la comunicaci�n radiof�nica.

Para efectos de an�lisis de la contaminaci�n, prestaremos atenci�n a la troposfera y a la capa de ozono (O₃) en la estratosfera.

Cerca de la superficie de la Tierra, la composici�n del aire es la que se presenta en el cuadro V.1.

CUADRO V.1 Composici�n del aire (seco y limpio) al nivel del mar
Fórmula	% en volúmen	ppm
N2	78.09	780 900
O2	20.94	209 400
Ar	0.93	9 300
CO2	0.0318	318
Ne	0.0018	18
He	0.00052	5.2
CH4	0.00015	1.5
Kr	0.0001	1
H2	0.00005	0.5
N2O	0.000025	0.25
CO	0.00001	0.1
Xe	0.000008	0.08
O3	0.000002	0.02
NH3	0.000001	0.01
NO2	0.0000001	0.001
SO2	0.00000002	0.0002

Las concentraciones est�n dadas en partes por mill�n = ppm.

ppm= n�mero de mol�culas en un mill�n de mol�culas de aire

Si se desea obtener el porcentaje en volumen a partir de ppm, hay que dividir entre 10 000. Entonces, fundamentalmente, el aire consiste de 78% en volumen de N₂, 21% de O₂ y 1% de arg�n.

Figura V.3. Principales capas de la atm�sfera (no est� a escala).

ORIGEN Y EVOLUCI�N DE LA ATM�SFERA. LA CONTAMINACI�N

Como ya mencionamos, la atm�sfera de hoy ha evolucionado, no es la misma que aqu�lla de la Tierra en formaci�n (v�ase el cap�tulo 1).

La primera atm�sfera de la Tierra estaba constituida primordialmente por H₂ y He, gases que escaparon a la fuerza gravitacional que consolid� al planeta. Al compactarse la Tierra, se elev� la temperatura interior y se inici� una etapa de alta actividad volc�nica que liber� hacia la atm�sfera H₂O, CO₂, SO₂, N₂, CH₄ y otras mol�c�las �cidas. Con la presencia del agua se inici� la lluvia, la cual "lav�" la atm�sfera, que conserv� primordialmente N₂, H₂, CH₄ y, en menor proporci�n, NH₃ y otros gases. Esta es la atm�sfera reductora que permiti� el arraigo de la vida en la Tierra hace 4 000 millones de a�os.

El proceso de fotos�ntesis, que puede expresarse de la siguiente manera,

gener� gran cantidad de ox�geno. Mucho hierro de la corteza se oxid�, form�ndose los minerales que hoy usamos para extraer el hierro. La creciente presencia de O₂ y su conversi�n en O₃ hizo posible que la superficie del planeta fuera menos inh�spita. Al proliferar la vida en el mar y en la tierra se form� la actual atm�sfera, con una quinta parte de O₂. Todo lo anterior puede observarse en la figura V.4 y el cuadro V.2.

Figura V.4. Temperatura de la superficie terrestre (� C)

CUADRO V.2 Componentes de la atm�sfera
Atmósfera	Formativa	Reductora	En enfriamiento	Boigénica
Componentes	H2,	CH4, H2
mayores	He	N2	N2, CO2	N2, O2
Componentes	Ne, Ar,	NH3, H2S,	H2O, CH4, CO,	Ar, CO2, H2O
menores	Kr, Xe	H2O, HCl,	Ar, O2, SO2
		CO2, HCN

La contaminaci�n del aire proviene de la adici�n de sustancias que alteran su composici�n normal y producen efectos nocivos en las personas, animales y otros sistemas

Entre los fen�menos atmosf�ricos hay dos que guardan relaci�n con la contaminaci�n: a) la inversi�n t�rmica; y b) las reacciones fotoqu�micas. Veamos cada uno de ellos.

Inversi�n t�rmica

El aire fr�o es m�s denso que el caliente. Cuando sobre una ciudad circula una corriente fr�a, �sta empuja el aire que se encuentra debajo, produciendo un ligero calentamiento por compresi�n. Por as� decirlo, el aire fr�o atrapa a aqu�l sobre la ciudad y no permite la salida de los contaminantes generados. Unos pocos d�as en esta situaci�n bastan para generar una crisis de contaminaci�n.

Figura V.5. Aire atrapado en una inversi�n t�rmica en un valle.

Nos hamos permitido castellanizar el t�rmino "smog", del ingl�s: smoke: humo; fog: niebla, como esmog. Este efecto es m�s peligroso en ciudades asentadas en valles cerrrados, como la de M�xico

Veamos por qu� se conoce a este efecto como "inversi�n t�rmica".

En condiciones normales, la temperatura del aire crece conforme m�s cerca est� de la superficie. Al penetrar una capa de aire fr�o, esta tendencia se rompe; aqu�l se sit�a entre el aire tibio y comprime al que est� por debajo. El fen�meno queda claro en la figura V.6.

Figura V.6. Perfil de temperatura normal y bajo una inversi�n.

Como puede observarse, existe una peque�a zona donde la temperatura crece con la altura, una inversi�n respecto a la normalidad.

En Londres (1952), una inversi�n t�rmica de varios d�as junto con la continua emisi�n de SO₂ y CO₂ como producto de la combusti�n del carb�n de coque, provoc� el venenoso esmog.

Esmog fotoqu�mico

Existe un cierto tipo de reacciones que tienen lugar gracias a la presencia de la luz: las reacciones fotoqu�micas. Un ejemplo es la fotos�ntesis, ya mencionada, y otro la reacci�n que ocurre en las pel�culas fotogr�ficas, cuando el obturador de la c�mara se abre durante una fracci�n de segundo.

La energ�a de la radiaci�n luminosa puede ser lo bastante alta como para ionizar un �tomo:

A luz A⁺ + e ^-

o romper un enlace qu�mico:

Cl₂ luz 2Cl

En la atm�sfera contaminada ocurren multitud de reacciones fotoqu�micas, las que forman productos muy irritantes, aun en proporciones de 1 mg/m³. Los m�s peligrosos se forman a partir de �xidos de nitr�geno, hidrocarburos y la acci�n de la luz, como los nitratos de peroxiacilo, conocidos como NPA. El proceso de su formaci�n arranca debido a la luz, que rompe un enlace en el NO₂ atmosf�rico:⁷

NO₂ Luz NO + O

Este �tomo de ox�geno liberado es muy reactivo, y forma ozono al chocar con ox�geno molecular:

O · + O₂ O₃

El ozono en la baja atmósfera es también un contaminante irritante

o bien, en presencia de un hidrocarburo (R'H) ocurre la reacci�n:

A su vez un radical acilo es fuertemente reactivo, de tal forma que puede adicionar ox�geno molecular:

Estos radicales peroxiacilo pueden sufrir diversas reacciones en una atm�sfera contaminada, pero la m�s peligrosa es la que produce NPA:

Aun en concentraciones de 0.001 ppm, el NPA produce irritaci�n ocular, alveolar, as� como da�os en las cosechas

PRINCIPALES CONTAMINANTES DEL AIRE

Pueden distinguirse dos tipos de contaminantes: los primarios y los secundarios. Los primarios son los que se emiten como resultado de un proceso (f�brica, motor de combusti�n, etc.), y los secundarios (como el NPA) los que resultan en las reacciones atmosf�ricas.

Prestaremos especial atenci�n a los primarios, ya que su eliminaci�n previene la formaci�n de los secundarios. As�, los principales contaminantes atmosf�ricos son:

1) �xidos de azufre; 2) �xidos de nitr�geno; 3) �xidos de carbono; 4) hidrocarburos; 5) plomo; 6) ozono; 7) part�culas.

A continuaci�n expondremos m�s detalles de cada uno de ellos y en los cuadros V.3, V.4, V.5 y V.8 presentaremos informaci�n relativa a nuestro pa�s.

�xidos de azufre

Se producen cuando el azufre elemental o sus compuestos se queman en el aire.

S +O₂ SO₂

Parte del SO₂ proviene de erupciones volc�nicas (originalmente como H₂S), as� como de la acci�n de bacterias sobre la materia org�nica.

La otra parte es atribuible al hombre, por las siguientes acciones, entre otras: a) quemar carb�n de coque con alto contenido de azufre; b) extraer metales de sulfuros; c) quemar combustibles sin reformar (diesel y combust�leo); y d) fabricar �cido sulf�rico.

Estudios recientes realizados en el D.F., demuestran que el PH⁸ de toda el agua de lluvia es menor que 5.5 (valor menor al de una atm�sfera limpia), de ah� que debido a la contaminaci�n, en lugar de agua, sobre nuestra ciudad "llueve �cido".

Los medios qu�micos son los m�s eficientes para eliminar el SO₂. Puede quemarse la piedra caliza para obtener �xido de calcio.

CaCo₃ CaO + CO₂

y usarlo para eliminar SO₂, mediante la reacci�n:

CaO+ SO₂ CaSO₃ sulfito de calcio

El SO₂ tiene un tiempo corto de residencia en la atm�sfera. En presencia de ox�geno y de luz se oxida a SO₃:

2SO₂ +O₂ 2SO₃

El tri�xido tambi�n es peligroso, pues reacciona con el agua para dar �cido sulf�rico, sumamente corrosivo,

SO₃ + H₂O H₂SO₄

Con la lluvia, el SO₂ y el SO₃ son "lavados" de la atm�sfera y se vierten sobre r�os y mares en forma de �cidos:

H₂SO₃>y H₂SO₄

Con ello, la acidez aumenta, la vida acu�tica se da�a, se provocan corrosi�n y deslaves. Con esta "lluvia �cida" se da�an incluso las construcciones, debido a la reacci�n

H₂SO₄ + CaCO₃ (cal) CaSO₄ + H₂O

CUADRO V.3 La legislaci�n mexicana

Con el prop�sito de hacer congruentes todas las disposiciones legales que rigen la materia ecol�gica, el 28 de enero de 1988 se public� la Ley General del Equilibrio Ecol�gico y la Protecci�n al Ambiente. En esta nueva ley, que entr� en vigor en 1 de marzo del mismo a�o, se reconoce que un desarrollo sostenido y ambientalmente sano s�lo puede lograrse con la intervenci�n de todos los niveles del gobierno, y que la prevenci�n es el medio m�s eficaz para preservar el equilibrio de los escosistemas. T�tulo primero: Se�alar el car�cter reglamentario de la ley respecto a las disposiciones constitucionales, se precisa el objeto de la misma, as� como sus conceptos fundamentales. Define el sistema de concurrencia entre los tres niveles de gobierno y dispone la descentralizaci�n, a las entidades federativas y a los municipios, de las diversas facultades en materia de contaminaci�n, �reas rurales protegidas, ambiental y ordenamiento ecol�gico, delimitando sus �mbitos de competencia. Precisa las atribuciones de la Secretar�a de Desarrollo Urbano y Ecolog�a y la coordinaci�n de las dependencias y entidades de la Administraci�n P�blica Federal. Establece los principios de la pol�tica ecol�gica, precisa los instrumentos que deber�n aplicarse para su ejecuci�n, como son la planeaci�n y regulaci�n de los asentamientos humanos, el ordenamiento y la evoluci�n del impacto ambiental, las normas t�cnicas y la investigaci�n y educaci�n ecol�gicas. T�tulo segundo: Se�ala las �reas naturales del territorio podr�n ser materia de protecci�n, mediante la imposici�n de limitaciones para su uso y aprovechamiento racionales. Precisa las normas a las que se sujetar� su establecimiento, conservaci�n, administraci�n, desarrollo y vigilancia. Prev� que, para su desarrollo, se observe lo dispuesto por otrs ordenamientos legales aplicables y se otorgue la participaci�n que corresponda a las dependencias del Ejecutivo Federal y a las comunidades que las habiten. Dentro de la las �reas naturales protegidas, considera las que tienen como prop�sito la preservaci�n de suelos y aguas y asegura que su establecimiento y administraci�n se lleve a cabo conforme a lo dispuesto por las Leyes Forestal y Federal de Aguas. T�tulo tercero: Comprende las regulaciones sobre el aprovechamiento racional de los elementos naturales, derivadas de los conceptos que define la Constituci�n Pol�tica de los Estados Unidos Mexicanos. Se�ala los criterios que deber�n observarse para el aprovechamiento racional del agua y los ecosistemas acu�ticos, as� como del suelo y sus recursoso. Prev� tambi�n los efectos de la exploraci�n y explotaci�n de los recursos natuarles no renovables. T�tulo cuarto: Se refiere a la prevenci�n y el control de la contaminaci�n de la atm�sfera, del agua, de los ecosistemas acu�ticos del suelo. T�tulo quinto: Tiene como prop�sito establecer las bases para que la sociedad participe, de manera permenente, en las acciones ecol�gicas. Regula, adem�s, las v�as de participaci�n previstas en otros t�tulos de la propia ley, como la consulta en el �mbito del "Sistema Nacional de Planeaci�n Democr�tica", la celebraci�n de convenios de concertaci�n y la presentaci�n de opiniones y propuestas en el seno de la Comisi�n Nacional de Ecolog�a. T�tulo sexto: Establece las medidas de control, de seguridad y sanciones que se aplicar�n para hacer efectivo el cumplimiento de las disposiciones de la Ley.

Figura V.7. Niveles de contaminaci�n. Recientemente, las matem�ticas han ayudado a simular los niveles contaminantes. Aqu� se muestra (sobre la ciudad de M�xico) la cantidad de partes de SO₂ por cada 100 millones en un diagrama de curvas de nivel. Por ejemplo, la l�nea con el n�mero 100 (alrededor de la Torre Latinoamericana) marca los lugares donde existen 100 ppm de SO₂.

�xidos de N₂

La presencia mayoritaria de N₂ en el aire y la necesidad de este elemento para la s�ntesis de prote�nas en los seres vivos marcan la gran importancia del nitr�geno en la biosfera.

Entre los �xidos de nitr�geno, el NO₂ es el de mayor inter�s para efectos de la contaminaci�n. Una fuente de NO₂ est� constituida por los motores de los veh�culos. En la c�mara de combusti�n se alcanzan temperaturas tan elevadas que N₂ y O₂ (del aire) se combinan, dando lugar a varios �xidos de nitr�geno.

Lo interesante por analizar, adem�s de sus posibles efectos nocivos directos, es el papel que desempe�an en el llamado ciclo de nitr�geno. Un desbalance en dicho ciclo puede dar lugar a una cat�strofe en la que se haga imposible la vida en la Tierra.

Toda vida animal es posible gracias a la vida vegetal. De las plantas tomamos las prote�nas con las que animales y humanos fabricamos las propias. Pero �de d�nde obtienen su nitr�geno las plantas?

Las prote�nas contienen nitr�geno

El N₂ atmosf�rico no puede ser empleado por la mayor parte de los vegetales para fabricar prote�nas, pues es una mol�cula muy estable. Las plantas s�lo pueden tomar el nitr�geno de varios compuestos, existentes en el suelo, pero no del N₂ del aire.

Gracias a peque��simas bacterias y algas que pueden transformar el N₂ en otros compuestos (bacterias y algas fijadoras de nitr�geno) resulta posible la existencia de la vida vegetal y, por ende, la vida animal y humana.

La fabricaci�n artificial de fertilizantes nitrogenados hace posible que el hombre nitrifique el suelo y lo cultive sin depender de bacterias y de algas.

En la figura V.8 se presenta un diagrama del ciclo del nitr�geno en la biosfera.

Figura V.8. Ciclo del nitr�geno en la biosfera.

Una vez revisado el ciclo, veamos c�mo llegan a la atm�sfera los �xidos de nitr�geno. En cualquier proceso de combusti�n en el aire (o en tormentas el�ctricas) se forma cierta cantidad de NO:

N₂ + O₂ luz 2NO

A �ste no se le considera peligroso para la salud, pero reacciona r�pidamente con el ox�geno del aire, produci�ndose NO₂, un gas de color caf�, sofocante, con toxicidad directa en los pulmones:

2NO + O₂ 2NO₂

El NO₂ reacciona con el vapor de agua:

2NO2 + H2O	HNO3	+	HNO2
	�cido n�trico		�cido nitroso

y con el ox�geno y el agua de la atm�sfera:

4NO₂ + 2H₂O + O₂ 4HNO₃

dando un car�cter �cido al aire atmosf�rico, el que pasa al suelo al llover.

Estos �cidos pueden reaccionar ahora con amoniaco, produciendo part�culas de nitrato de amonio:

NH₃ + HNO₃ NH₄ NO₃

Los �cidos y las sales del nitr�geno forman peligrosos aerosoles, que pueden ser "limpiados" por la lluvia y llevados al suelo. Una vez all�, participan en el ciclo de N₂, nitrificando los vegetales. Desde este punto de vista, es �til su formaci�n, pero como el NO₂ permanece en la atm�sfera durante un promedio de tres d�as, en este tiempo puede causar graves intoxicaciones si se acumula en proporciones peligrosas.

CUADRO V.4 La contaminaci�n en la ciudad de M�xico
Para el a�o 1987 se estim� que la emisi�n de contaminantes fue de 4.9 millones de toneladas ditribuidos de la siguiente manera
	Fuentes fijas 13%	Fuentes móviles 82%	Fuentes naturales 5%	Emisión total
Contaminantes	( Toneladas )	( Toneladas )	( Toneladas )	( Toneladas )
Partículas	128 000	41 241	251 000	420 421
SO2	236 000	7 291		243 291
Hidrocarburos	137 500	309 890		447 390
CO	53 000	3 573 427		3 626 427
NOx	68 000	111 324		179 324
TOTAL	622 500	4 043 173	251 000	4 916 673
donde por fuentes fijas se identifica principalmente a las industrias (como la refiner�a de Atzcapotzalco, las termoel�ctricas, y las de papel, sider�rgicas y de productos qu�micos), m�viles a los veh�culos y naturales a los incendios, volcanes, etc�tera. Siguiendo las recomendaciones internacionales en M�xico se ha implementado el �ndice Metropolitano la Calidad de Aire (IMECA, Diario Oficial, 29 de noviembre de 1082, cuadro V.5, un par�metro que identifica los niveles de concentraci�n de los diversos contaminantes promediados de diversos lapsos (de 1 a 24 horas) y que posee las siguientes caracter�sticas: a) Transforma las unidades cient�ficas de concentraci�n de cada contaminante separado en un n�mero entero adimensional (de 0 a 500) para que sea (o as� al menos se quiere) de f�cil comprensi�n para el p�blico. b) Relaciona los valores de la concentraci�n de contaminantes con los efectos a la salud. c) Relaciona los valores de la concentraci�n de contaminantes con el "Programa de Contingencias por Episodios de Contaminaci�n del aire" elaborado por la SEDUE. El IMECA no cumple sin embargo algunos de los objetivos para los cuales fue creado ya que: a) El valor que reporta no permite comparar la magnitud de los contaminantes con las normas de calidad del aire internacionales. b) Generalemente se informa el valor del contaminante m�s alto sin indicar el de los otros contaminantes que tambi�n en ocasiones pueden estar en concentraciones peligrososas. Los niveles de contaminaci�n son muy altos en nuestro pa�s, particularmente en la ciudad de M�xico, no s�o en lo que respecta al aire sino tambi�n al agua y suelo, adem�s del ruido (la Organizaci�n Mundial de la Salud considera que el l�mite m�ximo aceptable para el ser humano es de 85 decibelios, l�mite que fue sobrepasado desde 1975; en algunas zonas de la ciudad actualmente se encuentran en niveles hasta de 120 decibelios). S�lo alrededor de 30% de las industrias instaladas en el valle de M�xico, cuentan con un equipo anticontaminante y en muchas ocasiones �ste es insuficiente e inoperante. El 94% de la producci�n pecuaria del D.F. se realiza en zonas densamente pobladas, lo que convierte a la ciudad en un enorme establo. Alrededor de tres millones de capitalinos practican el fecalismo al aire libre; seg�n el Centro de Ciencias de la Atm�sfera de la UNAM, estos desechos producen la proliferaci�n de 50 a 120 colonias pat�genas por metro c�bico de aire. En la v�a p�blica se depositan diariamente 2 500 toneladas de basura y otras 7 500 se llevan a basureros a cielo abierto, verdaderos criaderos de ratas y focos de infecci�n (La Secretar�a de Salubridad y Asistencia afirma que hay 78 millones de ratas en el �rea urbana de la ciudad de M�xico, o sea 4 por cada capitalino). Como resultado de las carencias de vegetaci�n (en la ciudad de M�xico el promedio de �reas verdes por habitante es, de acuerdo con el DDF, de 3.94 m² / p, cuando la norma internacional establece 9² / p) y la erosi�n de la tierra (tolvaneras) en la zona urbana y suburbana levante anualmente m�s de 300 000 toneladas de polvo. De continuar las tendencias actuales y de no tomar entre todos medidas m�s en�rgicas contra la contaminaci�n, dentro de poco tiempo nos encontraremos frente a un verdadero desastre ecol�gico.

CUADRO V.5 �ndice metropolitano de la calidad del aire (IMECA). Nivel aproximado de contaminantes
	Nivel aproximado de contaminantes ( ppm )
	Partículas	SO2	CO	O3	NO2			Medidas a tomar por niveles
						Efecto en la		desfavorables de dispersión ( SEDUE )
IMECA	24 h mg/m3	24 h	8 h	1 h	1 h	salud ( PSI )
100	275	0.18	13	0.1	0.2	Insalubre	Sintomas de	Vigilancia las 24 h del día de los
							irritación en las	niveles de contaminación
							personas sanas
200	420	0.35	21	0.21	0.7	Muy	Disminución de	Implantar el primer nivel de
						insalubre	la tolerancia al	reducción de emisiones de fuentes
							ejercicio físico	industriales (promedio30%)
300	600	0.56	31	0.35	1.15	P	Aumento	Implantar el segundo nivel de
						E	prematuro de	reducción de emisiones de fuentes
400	790	0.78	41	0.45	1.6	L	varias	industriales (promedio50%)
						I	enfermedades
500	950	1	50	0.6	2	G	Muerte	Implantar el tercer nivel de
						R	prematura de	reducción de emisiones de fuentes
						O	enfermos ancianos	industriales (promedio70%)

�xidos de carbono

El m�s nocivo es, sin duda, el mon�xido, CO. Es un veneno letal, pues interfiere en el transporte del ox�geno a las c�lulas del organismo.

La hemoglobina de la sangre toma el ox�geno del aire alveolar:

O2 + hemoglobina oxohemoglobina

peor si allí existe CO, esté puede tomar el lugar del oxígeno:

CO + hemoglobina carboxihemoglobina

Lo grave es que la carboxihemoglobina es 140 veces m�s estable que la oxihemoglobina, as� que las mol�culas de hemoglobina que se combinan con CO quedan in�tiles para el transporte de ox�geno, pues ese mon�xido de carbono bloquea la entrada de O₂. Conforme las mol�culas de hemoglobina son inhabilitadas por el CO, no les es posible transportar O₂ a las c�lulas y sobreviene la muerte por asfixia.

El CO es incoloro e inodoro pero venenoso

Una concentraci�n de 30 ppm de CO durante 8 horas basta para provocar fuerte dolor de cabeza y n�useas (Cuadro V.6).

CUADRO V.6 Efecto del CO (%)
Concentración de CO
en el aire	100 ppm	200 ppm	1 000 ppm	10 000 ppm
% de moléculas de	17	20	60	90
hemoglobina bloqueadas			con la aspiración prolongada
			sobreviene la muerte

Es normal que en las grandes ciudades se tengan niveles prolongados de 30 ppm o m�s en las calles transitadas, pues una fuente de CO es la combusti�n realizada en los autom�viles.

Figura V.9. Definitivamente, hay relaci�n entre el CO atmosf�rico y el tr�nsito de veh�culos.

Cuando los autos no tienen ning�n control para reducir la emisi�n de CO, por cada 100 litros de gasolina quemada se generan unos 30 gramos de mon�xido de carbono.

En 1982 ocurri� una intoxicaci�n masiva notable en la ciudad de M�xico, cuando cientos de coches quer�an salir al mismo tiempo de un estacionamiento subterr�neo. La emisi�n de CO y la lentitud del sistema de cobro propiciaron lo que pudo convertirse en una cat�strofe, de no ser porque el cobrador resolvi� dejar salir a los veh�culos sin pagar.

El otro �xido de carbono, el CO₂, es el contaminante en mayor proporci�n en la atm�sfera. Sus efectos no son tan graves como los del mon�xido, y como la propia naturaleza logra eliminarlo eficazmente, no causa ning�n problema agudo de contaminaci�n.

Los vegetales controlan el nivel de CO₂ en la atm�sfera al emplearlo para sintetizar carbohidratos:

6CO2 + 6 H2O		C6H12O6 + 6O2

Si el proceso de fotos�ntesis se detuviera, bastar�an 2 000 a�os para que desapareciera todo el ox�geno de la atm�sfera.

Recientemente ha preocupado el hecho de que la cantidad de CO₂ en la atm�sfera parece ir en aumento, como se observa en la cuadro V.7.

CUADRO V.7 Aumento de la cantidad de CO2 en la atm�sfera
Año	CO2
1900	296 ppm
1980	320 ppm

La raz�n de ello es que el CO₂ absorbe f�cilmente la radiaci�n calor�fica que la Tierra emite debido a la entrada de los rayos solares a su superficie. A este fen�meno se le conoce como "efecto de invernadero", pues el vidrio o pl�stico de un invernadero cumple la funci�n de no permitir la salida del calor, con lo que se logra que aun en lugares fr�os puedan cultivarse plantas tropicales.

Figura V.10. Efecto de invernadero.

As�, se teme que si sigue creciendo el nivel de CO₂ atmosf�rico, el calor empiece a acumularse en la Tierra, y que la temperatura del planeta aumente hasta hacerlo inhabitable, derriti�ndose antes los casquetes polares y aumentando la altura del nivel del mar en varios metros.

El transporte, una de las mayores fuentes de �xidos de carbono

Las reacciones de formaci�n de CO y CO₂ a partir de gasolina (octanos), junto con sus cocientes volum�tricos de ox�geno a combustible, son:

	Relaci�n
	(O2/ C8 H18)
2C8 H18 + 25O2 16CO2 + 18H2O	12.5
2C8 H18 + 17O2 16CO + 18H2O	8.5

As�, cuando la gasolina se quema con poco aire, tiene lugar preferentemente la segunda reacci�n, mientras que si existe exceso de aire se produce la primera. De esta forma, es recomendable que el pist�n reciba m�s de 12.5 mol�culas de O₂ por cada mol�cula de gasolina. As�, es m�nimo el CO producido.

Figura V.11. Ciclo del carbono. El CO₂ atmosf�rico se elimina el en proceso de fotos�ntesis de las plantas. Por ello es indipensable dejar intactas grandes �reas arboladas en las ciudades.

Los coches, camiones y aviones cuentan, desde hace pocos a�os, con mecanismos para reducir la emisi�n de contaminantes. Estos son, entre otros:

· Carburador redise�ado

· Convertidor CO CO₂

· Reductor de emisiones de �xidos de nitr�geno

· Bomba de inyecci�n de aire

· Motor que funciona con gasolina sin plomo

La altura de la ciudad de M�xico sobre el nivel del mar (2 240 m) origina que la cantidad de ox�geno por cada metro c�bico de aire se reduzca de 275 g a 212 g. Los motores de los autos est�n dise�ados para operar al nivel del mar y la reducci�n del ox�geno atmosf�rico afecta su funcionamiento y los hace m�s contaminantes.

Se estima que la contaminaci�n producida por los 2.5 millones de autom�viles en la ciudad es equivalente a la que producir�an 6.3 millones de veh�culos al nivel del mar. De ah� la importancia de acciones, aunque aisladas, como la de "hoy no circula".

Figura V.12. Contaminantes producidos por la gasolina

Hidrocarburos

Figura V.13. Fuentes de emisi�n de contaminantes de un autom�vil.

Este hidrocarburo, con cinco anillos, llamado benzopireno, es cancer�geno

Ya se mencion� que la presencia de hidrocarburos en el aire conlleva la formaci�n de peligrosos contaminantes secundarios, como el NPA.

En las ciudades, la mayor fuente de hidrocarburos proviene de la evaporaci�n de la gasolina. Varios hidrocarburos arom�ticos son cancer�genos (su inhalaci�n provoca muerte por c�ncer a los ratones de laboratorio).

La gasolina se escapa de cuatro partes del coche: carburador, escape, c�rter y tanque. La mitad de los hidrocarburos se escapan debido a la mala afinaci�n

Los hidrocarburos no saturados, como el etileno, intervienen en las reacciones fotoqu�micas que crean el esmog, ya que producen aldeh�dos:

Plomo

Su presencia en la atm�sfera se debe a la adici�n de tetraetilo de plomo en las gasolinas (para elevar su octanaje). Dentro del pist�n, debido a la alta temperatura, se forma el �xido de plomo, PbO₂. Como �ste es un s�lido no vol�til, que da�a las buj�as, a la gasolina tambi�n se le adicionan algunos hidrocarburos dorados, para que se forme PbCl₂, que s� es vol�til, y salga del pist�n, hacia la atm�sfera.

El plomo y sus sales son t�xicos para el organismo y llegan a afectar el sistema nervioso central. Afortunadamente, el cuerpo humano logra deshacerse de unos 230 mg de plomo cada d�a, pero si la cantidad que entra es mayor, se acumula y provoca intoxicaci�n.

Pb: puede entrar en el organismo a trav�s de la piel

Figura V.14. Ingesti�n y desecho de Pb en un ser humano.

Ozono

El ozono, O₃, es el gas picante e irritante que a menudo se percibe cerca de los motores el�ctricos. Ya mencionamos que se forma en la atm�sfera baja debido a reacciones fotoqu�micas, de manera que es un contaminante secundario.

Sin embargo, como parte de la estratosfera, nos es indispensable para detener los rayos ultravioletas que provienen del Sol.

El ozono es un escudo protector de la vida

Recientemente se ha descubierto que ciertos compuestos producidos por el hombre llegan a la estratosfera y pueden destruir el ozono. Se trata de los cloro fluoralcanos, tambi�n conocidos como freones:

CCl2 F2	CCl3 F
fre�n 12	fre�n 11

los cuales se han venido usando como l�quidos refrigerantes e impulsores en latas de aerosoles. Como son muy vol�tiles e inertes, permanecen entre 10 y 30 000 a�os en la atm�sfera, por lo que llegan a difundirse hasta la estratosfera, donde se localiza la capa de ozono. All� reaccionan fotoqu�micamente y producen �tomos de cloro:

CCI₃F CCI₂F · + CI · CCI₂F₂ CCIF₂ ·+ CI ·

Ese cloro estratosf�rico destruye el ozono:

	CI · + O3 CIO · + O2
	CIO · + O CI · + O2
suma	O + O3 2O2

Se ha estimado que si el ozono estratosf�rico se redujera en 1%, habr�a 2% m�s casos de c�ncer en la piel, debido a la mayor cantidad de rayos ultravioleta que llegar�an a la superficie de la Tierra.

Desde fines de los a�os setenta, se detecta cada a�o, durante los meses de septiembre y octubre, una disminuci�n dr�stica de la concentraci�n de ozono estratosf�rico sobre la Ant�rtida, a la que se denomina desde entonces el "hoyo de ozono".

De acuerdo con la interpretaci�n m�s aceptada, en el invierno del hemisferio sur se forma un cintur�n de vientos en la estratosfera, a 66 grados latitud sur. Al llegar la primavera, ese v�rtice a�sla el aire sobre el Polo Sur y evita la entrada del m�s c�lido proveniente de las latitudes medias. La temperatura reducida permite la activaci�n de los productos qu�micos clorofluorados que destruyen el ozono.

El hallazgo reciente (Nature, 16 de noviembre de 1989) es que existe tambi�n un anillo de bajo ozono alrededor del hoyo ant�rtico, seg�n indican los resultados de diversos vuelos de medici�n realizados desde la base de Punta Arenas, Chile.

Si el estudio posterior verifica tal p�rdida de ozono alrededor del hoyo, los cient�ficos habr�n de estudiar sus causas y mecanismos. Recordemos que la vida en la Tierra pudo originarse y podr� persistir gracias a esta capa estratosf�rica protectora.

Part�culas

Para finalizar, revisaremos brevemente la contaminaci�n de polvos suspendidos.

Cuando una part�cula peque�a (o, en general, cualquier otro cuerpo s�lido) cae en el aire, inicialmente se acelera, pero en virtud de una fuerza de resistencia alcanza despu�s una velocidad constante, llamada velocidad terminal.

En el vac�o todos los cuerpos caen acelerados, pero esto no sucede cuando caen en el aire

Cuanto m�s peque�a es la part�cula, su velocidad terminal es menor. Por ejemplo, una que tuviera radio de 1 mm necesitar�a dos horas y media para caer 30 cm (en aire inm�vil). En pocas palabras, estos polvos finos se encuentran suspendidos en el aire, forman parte de �l, y esa mezcla aire-part�culas es un aerosol.

Al respirar, muchas part�culas entran por nuestros orificios nasales. Sin embargo, podemos sobrevivir gracias a un eficaz mecanismo eliminador en nuestro sistema respiratorio. La mayor porci�n de las part�culas es detenida antes de llegar a los alveolos. No obstante, las que tienen di�metros menores que 5 mm pueden llegar hasta el espacio alveolar y depositarse. All� existen c�lulas "limpiadoras" que se mueven para englobar el polvo extra�o y transportarlo hasta los ganglios linf�ticos. La part�cula puede disolverse en los l�quidos celulares y distribuirse por el organismo, pero si no es soluble permanece en el pulm�n o en el sistema linf�tico, produce inflamaciones y, cuando se acumulan, llegan a provocar dificultades respiratorias y cardiacas.

En especial, las part�culas que contienen s�lice o metales son las m�s peligrosas.

As�, lo importante para evitar la contaminaci�n por polvos es no enviar a la atm�sfera las part�culas con di�metros peque�os (menores de 7 mm).

Para detectar la fuente de polvos en una f�brica se aprovecha el efecto de Tyndall, para lo que se usa una luz intensa port�til sobre un fondo oscuro. Una vez localizada la emanaci�n de polvos, puede usarse (entre otros) algunos de los equipos que se describen en las figuras V.15, V.16 y V.17.

Figura V.15. Cicl�n. La trayectoria espiral env�a a las part�culas a los lados, de donde caen.

Figura V.16. Colector h�medo. El agua se atomiza en una regadera que absorbe impurezas.

Figura V.17. Precipitador electrost�tico. Las part�culas s�lidas adquieren carga el�ctrica y "se pegan" a la pared.

Creemos oportuno concluir este cap�tulo con tres pasajes tomados del libro de Ortiz Monasterio. Esperamos que hagan reflexionar al lector.

· Si alcanzamos el imperioso equilibrio arm�nico entre nosotros mismos y el medio ambiente, se vislumbran a�os en que, utilizando la actual tecnolog�a, podr�n ser satisfechas las necesidades de: comida, habitaci�n, empleo, educaci�n, arte y permanente recreaci�n en un medio natural. Si mantenemos nuestro actual comportamiento habremos estimulado el desequilibrio y la aterradora destrucci�n de la humanidad.

· En este mundo de extremas contradicciones te pido que te detengas, que reflexiones, que no te confunda la ilusi�n del progreso ni que te arrolle la masa.

· Nuestros problemas, entre ellos el de la contaminaci�n ambiental, tienen soluci�n, pero pronto no la tendr�n.

Una vez concluido el ejemplo atm�sferico, termina tambi�n esta segunda parte y, con ella, este intento de divulgaci�n de la qu�mica terrestre.

Al lector valiente que haya llegado hasta aqu�, adem�s de agradecerle su paciencia, le deseamos que se lleve un corolario con dos ideas centrales:

1) Muy recientemente se han desarrollado nuevas teor�as y nuevo conocimiento sobre el origen de la materia que puebla nuestro Universo, Sistema Solar, Tierra y pa�s. Como la ciencia es una b�squeda interminable, a�n no sabemos todas las respuestas. Es m�s, en M�xico se ha hecho muy poco por estudiar el entorno que nos es propio. Estamos ante un asunto donde queda casi todo por hacer. �T�, lector, puedes ser parte activa de este proceso de conocimiento!, cuyo objetivo es tomar mejores decisiones, por el bien de todos.

2) Si hemos y habremos de habitar este planeta, es indispensable conocerlo mejor, para convivir mejor con �l y en �l. La qu�mica nos ayuda a hacerlo y es nuestra aliada para este prop�sito. No es simplemente algo que nos fuerzan a estudiar en la escuela. Es parte de la cultura imprescindible de todo ciudadano. De otra manera, siempre ser�n otros los que tomen las decisiones por nosotros.

CUADRO V. 8 Acciones ecol�gicas en el Distrito Federal

A continuaci�n indicamos algunas de las acciones emprendidas por el gobierno en el Distrito Federal (Informe General de Ecolog�a, noviembre de 1988) en los �ltimos a�os: "Se cuenta que con una unidad de Protecci�n y restauraci�n ecol�gica en Xochimilco. La red autom�tica de monitoreo atmosf�rico en el Valle de M�xico. Se cuenta con una unidad m�vil de evaluaciones de ruido y vibraciones y un laboratorio de an�lisis de la calidad del agua. Se equip� y se dot� de infraestructura b�sica al parque Los Coyotes. Se implant� un programa obligatorio de verificaci�n de autom�viles para los modelos 1977-1982. Se concert� la introducci�n de nuevas gaoslinas, diesel y combust�leo y se suministra gas natural a las termoel�ctricas del Valle de M�xico. Se cuenta con un programa de emergencia para episodios cr�ticos de contaminaci�n atmosf�rica y se han modificado los horarios escolares en �poca invernal. El DDF increment� el transporte el�ctrico no contaminante en 161.3 km. Se construyeron 7 grandes rellenos sanitarios, y la cobertura del control de la basura actual es de 90%. Se plantaron m�s de 30 millones de �rboles en el Valle de M�xico y se realizaron importantes acciones de reatauraci�n ecol�gica en la zona sur oriente del D.F. para recargar el acu�fero. Se cuenta con un centro de decomisos en el parque ecol�gico Los Coyotes en Coyoac�n. Por parte de PEMEX se han realizado, en la Refiner�a de Atzcapotzalco, una planta de tratamiento de aguas amargas para eliminar compuestos de azufre y la ampliaci�n del sistema de tratamiento de aguas residuales que se encuentran en ejecuci�n. Se iniciaron proyectos de reproducci�n en cautiverio del lobo mexicano y otras especies en riesgo de extinci�n. Se cre� la red de criaderos de fauna silvestre." Estas acciones, junto con la declaraci�n emitida por nuestro pa�s en acuerdo con otras naciones de Am�rica Latina y el Caribe ( M�xico, mayo de 1987), de la cual transcribimos una parte, indican que la gravedad del asunto exige la participaci�n de todos nosotros. "Para preservar el ambiente es de particular inter�s cambiar los mecanismos actuales de transferencia de tecnolog�a. Nuestras naciones han recibido, salvo algunas excepciones, tecnolog�a obsoleta; tecnolog�a que los pa�ses desarrollados hab�an desechado por sus efectos nocivos negativos en el ambiente. La b�squeda de mejores condiciones en la transferencia de tecnolog�a es un elemento fundamental en la lucha por la independencia y soberan�a de la regi�n, as� como por la supresi�n de todos los vestigios del colonialismo".

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