V. LA ATMÓSFERA. LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE

INTRODUCCIÓN

LA MOTIVACIÓN fundamental que permitió la sobrevivencia del hombre fue la búsqueda de la mejor satisfacción de sus necesidades primordiales.

En nuestra sociedad actual, el avance tecnológico es enorme y en la obtención de satisfactores se ha perseguido generalmente el máximo beneficio, con el menor costo y esfuerzo. La acumulación de industrias, automóviles y otras fuentes de contaminación ha cumplido con aumentar la producción de bienes, pero a un enorme costo social, ya que ha originado una contaminación del ambiente que es incompatible con la salud humana y la sobrevivencia del ecosistema en que vivimos.

En las grandes urbes el fenómeno de la contaminación es crítico.

Aquél que piense que vivimos mejor ahora que antes, porque producimos más bienes, que piense también que estamos envenenando más, ahora que antes, el aire que aspiramos 13 veces por minuto

Sin comida, podemos vivir cerca de un mes. Sin agua, sólo unos cuantos días. Pero sin aire, moriríamos en minutos. Un aire envenenado es tan nocivo como la ausencia del mismo. En lugar de llevar oxígeno a nuestras células, la hemoglobina transporta veneno.

Quizá el caso más notorio en la historia de la contaminación ocurrió la semana del 4 al 10 de diciembre de 1952, cuando una masa de aire frío cubrió la ciudad de Londres. Debido a la baja temperatura, gran parte de la población prendió sus estufas de carbón, y la industria y la circulación de vehículos no se detuvieron. El día 6, la luz del Sol apenas penetraba la densa nube de contaminantes, que no podía salir del valle del Támesis debido a la menor temperatura de la masa superior de aire. La incidencia de ataques al corazón y las dificultades respiratorias creció. Cuando al fin el viento despejó el cielo, se estima que unas 4 000 personas habían muerto por razones atribuibles al fenómeno.

Ésta y otras catástrofes similares han hecho tomar conciencia a diversos sectores de la población, aunque muchos otros aún ignoran las letales consecuencias de la contaminación.

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 tecnológica no son los únicos culpables de la impureza del aire. Se estima que cuatro erupciones volcánicas recientes (Krakatoa, 1883; Katami, 1912; Hekla, 1947; y Chichón, 1982) han arrojado más gases y partículas a la atmósfera que el hombre a lo largo de su historia.

En este capítulo revisaremos los aspectos químicos más relevantes de la contaminación atmosférica. Iniciamos con la descripción de la atmósfera, para luego considerar los diversos contaminantes y sus efectos y, finalmente, citar las medidas más generalizadas para su control.

Figura V.2. El volcán Iztlacíhuatl (5 286 m) en el valle de México.

LA ATMÓSFERA

La atmósfera 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 atmósfera. Sólo existe el suficiente oxígeno para la subsistencia vital a alturas menores de los 6 km sobre el nivel del mar, y en los océanos (biosfera).

Comparativamente, la atmósfera es como la piel de una manzana

La atmósfera 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 aérea.

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 concentración de materia es aún menor. Recibe su nombre debido a que la radiación ultravioleta y otros fenómenos eléctricos producen la ionización de sus componentes. Por lo tanto, allí existen iones. Estos son los responsables de que las ondas de radio "reboten" hacia la Tierra, lo que hace posible la comunicación radiofónica.

Para efectos de análisis de la contaminación, prestaremos atención a la troposfera y a la capa de ozono (O₃) en la estratosfera.

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

CUADRO V.1 Composición 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 están dadas en partes por millón = ppm.

ppm= número de moléculas en un millón de moléculas 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 argón.

Figura V.3. Principales capas de la atmósfera (no está a escala).

ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LA ATMÓSFERA. LA CONTAMINACIÓN

Como ya mencionamos, la atmósfera de hoy ha evolucionado, no es la misma que aquélla de la Tierra en formación (véase el capítulo 1).

La primera atmósfera de la Tierra estaba constituida primordialmente por H₂ y He, gases que escaparon a la fuerza gravitacional que consolidó al planeta. Al compactarse la Tierra, se elevó la temperatura interior y se inició una etapa de alta actividad volcánica que liberó hacia la atmósfera H₂O, CO₂, SO₂, N₂, CH₄ y otras molécúlas ácidas. Con la presencia del agua se inició la lluvia, la cual "lavó" la atmósfera, que conservó primordialmente N₂, H₂, CH₄ y, en menor proporción, NH₃ y otros gases. Esta es la atmósfera reductora que permitió el arraigo de la vida en la Tierra hace 4 000 millones de años.

El proceso de fotosíntesis, que puede expresarse de la siguiente manera,

generó gran cantidad de oxígeno. Mucho hierro de la corteza se oxidó, formándose los minerales que hoy usamos para extraer el hierro. La creciente presencia de O₂ y su conversión en O₃ hizo posible que la superficie del planeta fuera menos inhóspita. Al proliferar la vida en el mar y en la tierra se formó la actual atmósfera, 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 (ñ C)

CUADRO V.2 Componentes de la atmósfera
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 contaminación del aire proviene de la adición de sustancias que alteran su composición normal y producen efectos nocivos en las personas, animales y otros sistemas

Entre los fenómenos atmosféricos hay dos que guardan relación con la contaminación: a) la inversión térmica; y b) las reacciones fotoquímicas. Veamos cada uno de ellos.

Inversión térmica

El aire frío es más denso que el caliente. Cuando sobre una ciudad circula una corriente fría, ésta empuja el aire que se encuentra debajo, produciendo un ligero calentamiento por compresión. Por así decirlo, el aire frío atrapa a aquél sobre la ciudad y no permite la salida de los contaminantes generados. Unos pocos días en esta situación bastan para generar una crisis de contaminación.

Figura V.5. Aire atrapado en una inversión térmica en un valle.

Nos hamos permitido castellanizar el término "smog", del inglés: smoke: humo; fog: niebla, como esmog. Este efecto es más peligroso en ciudades asentadas en valles cerrrados, como la de México

Veamos por qué se conoce a este efecto como "inversión térmica".

En condiciones normales, la temperatura del aire crece conforme más cerca esté de la superficie. Al penetrar una capa de aire frío, esta tendencia se rompe; aquél se sitúa entre el aire tibio y comprime al que está por debajo. El fenómeno queda claro en la figura V.6.

Figura V.6. Perfil de temperatura normal y bajo una inversión.

Como puede observarse, existe una pequeña zona donde la temperatura crece con la altura, una inversión respecto a la normalidad.

En Londres (1952), una inversión térmica de varios días junto con la continua emisión de SO₂ y CO₂ como producto de la combustión del carbón de coque, provocó el venenoso esmog.

Esmog fotoquímico

Existe un cierto tipo de reacciones que tienen lugar gracias a la presencia de la luz: las reacciones fotoquímicas. Un ejemplo es la fotosíntesis, ya mencionada, y otro la reacción que ocurre en las películas fotográficas, cuando el obturador de la cámara se abre durante una fracción de segundo.

La energía de la radiación luminosa puede ser lo bastante alta como para ionizar un átomo:

A luz A⁺ + e ^-

o romper un enlace químico:

Cl₂ luz 2Cl

En la atmósfera contaminada ocurren multitud de reacciones fotoquímicas, las que forman productos muy irritantes, aun en proporciones de 1 mg/m³. Los más peligrosos se forman a partir de óxidos de nitrógeno, hidrocarburos y la acción de la luz, como los nitratos de peroxiacilo, conocidos como NPA. El proceso de su formación arranca debido a la luz, que rompe un enlace en el NO₂ atmosférico:⁷

NO₂ Luz NO + O

Este átomo de oxígeno liberado es muy reactivo, y forma ozono al chocar con oxígeno 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 reacción:

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

Estos radicales peroxiacilo pueden sufrir diversas reacciones en una atmósfera contaminada, pero la más peligrosa es la que produce NPA:

Aun en concentraciones de 0.001 ppm, el NPA produce irritación ocular, alveolar, así como daños 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 (fábrica, motor de combustión, etc.), y los secundarios (como el NPA) los que resultan en las reacciones atmosféricas.

Prestaremos especial atención a los primarios, ya que su eliminación previene la formación de los secundarios. Así, los principales contaminantes atmosféricos son:

1) Óxidos de azufre; 2) óxidos de nitrógeno; 3) óxidos de carbono; 4) hidrocarburos; 5) plomo; 6) ozono; 7) partículas.

A continuación expondremos más detalles de cada uno de ellos y en los cuadros V.3, V.4, V.5 y V.8 presentaremos información relativa a nuestro país.

Óxidos 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 volcánicas (originalmente como H₂S), así como de la acción de bacterias sobre la materia orgánica.

La otra parte es atribuible al hombre, por las siguientes acciones, entre otras: a) quemar carbón de coque con alto contenido de azufre; b) extraer metales de sulfuros; c) quemar combustibles sin reformar (diesel y combustóleo); y d) fabricar ácido sulfúrico.

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 atmósfera limpia), de ahí que debido a la contaminación, en lugar de agua, sobre nuestra ciudad "llueve ácido".

Los medios químicos son los más eficientes para eliminar el SO₂. Puede quemarse la piedra caliza para obtener óxido de calcio.

CaCo₃ CaO + CO₂

y usarlo para eliminar SO₂, mediante la reacción:

CaO+ SO₂ CaSO₃ sulfito de calcio

El SO₂ tiene un tiempo corto de residencia en la atmósfera. En presencia de oxígeno y de luz se oxida a SO₃:

2SO₂ +O₂ 2SO₃

El trióxido también es peligroso, pues reacciona con el agua para dar ácido sulfúrico, sumamente corrosivo,

SO₃ + H₂O H₂SO₄

Con la lluvia, el SO₂ y el SO₃ son "lavados" de la atmósfera y se vierten sobre ríos y mares en forma de ácidos:

H₂SO₃>y H₂SO₄

Con ello, la acidez aumenta, la vida acuática se daña, se provocan corrosión y deslaves. Con esta "lluvia ácida" se dañan incluso las construcciones, debido a la reacción

H₂SO₄ + CaCO₃ (cal) CaSO₄ + H₂O

CUADRO V.3 La legislación mexicana

Con el propósito de hacer congruentes todas las disposiciones legales que rigen la materia ecológica, el 28 de enero de 1988 se publicó la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente. En esta nueva ley, que entró en vigor en 1 de marzo del mismo año, se reconoce que un desarrollo sostenido y ambientalmente sano sólo puede lograrse con la intervención de todos los niveles del gobierno, y que la prevención es el medio más eficaz para preservar el equilibrio de los escosistemas. Título primero: Señalar el carácter reglamentario de la ley respecto a las disposiciones constitucionales, se precisa el objeto de la misma, así como sus conceptos fundamentales. Define el sistema de concurrencia entre los tres niveles de gobierno y dispone la descentralización, a las entidades federativas y a los municipios, de las diversas facultades en materia de contaminación, áreas rurales protegidas, ambiental y ordenamiento ecológico, delimitando sus ámbitos de competencia. Precisa las atribuciones de la Secretaría de Desarrollo Urbano y Ecología y la coordinación de las dependencias y entidades de la Administración Pública Federal. Establece los principios de la política ecológica, precisa los instrumentos que deberán aplicarse para su ejecución, como son la planeación y regulación de los asentamientos humanos, el ordenamiento y la evolución del impacto ambiental, las normas técnicas y la investigación y educación ecológicas. Título segundo: Señala las áreas naturales del territorio podrán ser materia de protección, mediante la imposición de limitaciones para su uso y aprovechamiento racionales. Precisa las normas a las que se sujetará su establecimiento, conservación, administración, desarrollo y vigilancia. Prevé que, para su desarrollo, se observe lo dispuesto por otrs ordenamientos legales aplicables y se otorgue la participación que corresponda a las dependencias del Ejecutivo Federal y a las comunidades que las habiten. Dentro de la las áreas naturales protegidas, considera las que tienen como propósito la preservación de suelos y aguas y asegura que su establecimiento y administración se lleve a cabo conforme a lo dispuesto por las Leyes Forestal y Federal de Aguas. Título tercero: Comprende las regulaciones sobre el aprovechamiento racional de los elementos naturales, derivadas de los conceptos que define la Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos. Señala los criterios que deberán observarse para el aprovechamiento racional del agua y los ecosistemas acuáticos, así como del suelo y sus recursoso. Prevé también los efectos de la exploración y explotación de los recursos natuarles no renovables. Título cuarto: Se refiere a la prevención y el control de la contaminación de la atmósfera, del agua, de los ecosistemas acuáticos del suelo. Título quinto: Tiene como propósito establecer las bases para que la sociedad participe, de manera permenente, en las acciones ecológicas. Regula, además, las vías de participación previstas en otros títulos de la propia ley, como la consulta en el ámbito del "Sistema Nacional de Planeación Democrática", la celebración de convenios de concertación y la presentación de opiniones y propuestas en el seno de la Comisión Nacional de Ecología. Título sexto: Establece las medidas de control, de seguridad y sanciones que se aplicarán para hacer efectivo el cumplimiento de las disposiciones de la Ley.

Figura V.7. Niveles de contaminación. Recientemente, las matemáticas han ayudado a simular los niveles contaminantes. Aquí se muestra (sobre la ciudad de México) la cantidad de partes de SO₂ por cada 100 millones en un diagrama de curvas de nivel. Por ejemplo, la línea con el número 100 (alrededor de la Torre Latinoamericana) marca los lugares donde existen 100 ppm de SO₂.

Óxidos de N₂

La presencia mayoritaria de N₂ en el aire y la necesidad de este elemento para la síntesis de proteínas en los seres vivos marcan la gran importancia del nitrógeno en la biosfera.

Entre los óxidos de nitrógeno, el NO₂ es el de mayor interés para efectos de la contaminación. Una fuente de NO₂ está constituida por los motores de los vehículos. En la cámara de combustión se alcanzan temperaturas tan elevadas que N₂ y O₂ (del aire) se combinan, dando lugar a varios óxidos de nitrógeno.

Lo interesante por analizar, además de sus posibles efectos nocivos directos, es el papel que desempeñan en el llamado ciclo de nitrógeno. Un desbalance en dicho ciclo puede dar lugar a una catástrofe 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 proteínas con las que animales y humanos fabricamos las propias. Pero ¿de dónde obtienen su nitrógeno las plantas?

Las proteínas contienen nitrógeno

El N₂ atmosférico no puede ser empleado por la mayor parte de los vegetales para fabricar proteínas, pues es una molécula muy estable. Las plantas sólo pueden tomar el nitrógeno de varios compuestos, existentes en el suelo, pero no del N₂ del aire.

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

La fabricación 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 nitrógeno en la biosfera.

Figura V.8. Ciclo del nitrógeno en la biosfera.

Una vez revisado el ciclo, veamos cómo llegan a la atmósfera los óxidos de nitrógeno. En cualquier proceso de combustión en el aire (o en tormentas eléctricas) se forma cierta cantidad de NO:

N₂ + O₂ luz 2NO

A éste no se le considera peligroso para la salud, pero reacciona rápidamente con el oxígeno del aire, produciéndose NO₂, un gas de color café, sofocante, con toxicidad directa en los pulmones:

2NO + O₂ 2NO₂

El NO₂ reacciona con el vapor de agua:

2NO2 + H2O	HNO3	+	HNO2
	ácido nítrico		ácido nitroso

y con el oxígeno y el agua de la atmósfera:

4NO₂ + 2H₂O + O₂ 4HNO₃

dando un carácter ácido al aire atmosférico, el que pasa al suelo al llover.

Estos ácidos pueden reaccionar ahora con amoniaco, produciendo partículas de nitrato de amonio:

NH₃ + HNO₃ NH₄ NO₃

Los ácidos y las sales del nitrógeno forman peligrosos aerosoles, que pueden ser "limpiados" por la lluvia y llevados al suelo. Una vez allí, participan en el ciclo de N₂, nitrificando los vegetales. Desde este punto de vista, es útil su formación, pero como el NO₂ permanece en la atmósfera durante un promedio de tres días, en este tiempo puede causar graves intoxicaciones si se acumula en proporciones peligrosas.

CUADRO V.4 La contaminación en la ciudad de México
Para el año 1987 se estimó que la emisión 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 refinería de Atzcapotzalco, las termoeléctricas, y las de papel, siderúrgicas y de productos químicos), móviles a los vehículos y naturales a los incendios, volcanes, etcétera. Siguiendo las recomendaciones internacionales en México se ha implementado el Índice Metropolitano la Calidad de Aire (IMECA, Diario Oficial, 29 de noviembre de 1082, cuadro V.5, un parámetro que identifica los niveles de concentración de los diversos contaminantes promediados de diversos lapsos (de 1 a 24 horas) y que posee las siguientes características: a) Transforma las unidades científicas de concentración de cada contaminante separado en un número entero adimensional (de 0 a 500) para que sea (o así al menos se quiere) de fácil comprensión para el público. b) Relaciona los valores de la concentración de contaminantes con los efectos a la salud. c) Relaciona los valores de la concentración de contaminantes con el "Programa de Contingencias por Episodios de Contaminación 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 más alto sin indicar el de los otros contaminantes que también en ocasiones pueden estar en concentraciones peligrososas. Los niveles de contaminación son muy altos en nuestro país, particularmente en la ciudad de México, no sóo en lo que respecta al aire sino también al agua y suelo, además del ruido (la Organización Mundial de la Salud considera que el límite máximo aceptable para el ser humano es de 85 decibelios, límite que fue sobrepasado desde 1975; en algunas zonas de la ciudad actualmente se encuentran en niveles hasta de 120 decibelios). Sólo alrededor de 30% de las industrias instaladas en el valle de México, cuentan con un equipo anticontaminante y en muchas ocasiones éste es insuficiente e inoperante. El 94% de la producción 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; según el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM, estos desechos producen la proliferación de 50 a 120 colonias patógenas por metro cúbico de aire. En la vía pública 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 infección (La Secretaría de Salubridad y Asistencia afirma que hay 78 millones de ratas en el área urbana de la ciudad de México, o sea 4 por cada capitalino). Como resultado de las carencias de vegetación (en la ciudad de México el promedio de áreas verdes por habitante es, de acuerdo con el DDF, de 3.94 m² / p, cuando la norma internacional establece 9² / p) y la erosión de la tierra (tolvaneras) en la zona urbana y suburbana levante anualmente más de 300 000 toneladas de polvo. De continuar las tendencias actuales y de no tomar entre todos medidas más enérgicas contra la contaminación, dentro de poco tiempo nos encontraremos frente a un verdadero desastre ecológico.

CUADRO V.5 Índice 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%)

Óxidos de carbono

El más nocivo es, sin duda, el monóxido, CO. Es un veneno letal, pues interfiere en el transporte del oxígeno a las células del organismo.

La hemoglobina de la sangre toma el oxígeno 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 más estable que la oxihemoglobina, así que las moléculas de hemoglobina que se combinan con CO quedan inútiles para el transporte de oxígeno, pues ese monóxido de carbono bloquea la entrada de O₂. Conforme las moléculas de hemoglobina son inhabilitadas por el CO, no les es posible transportar O₂ a las células y sobreviene la muerte por asfixia.

El CO es incoloro e inodoro pero venenoso

Una concentración de 30 ppm de CO durante 8 horas basta para provocar fuerte dolor de cabeza y náuseas (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 más en las calles transitadas, pues una fuente de CO es la combustión realizada en los automóviles.

Figura V.9. Definitivamente, hay relación entre el CO atmosférico y el tránsito de vehículos.

Cuando los autos no tienen ningún control para reducir la emisión de CO, por cada 100 litros de gasolina quemada se generan unos 30 gramos de monóxido de carbono.

En 1982 ocurrió una intoxicación masiva notable en la ciudad de México, cuando cientos de coches querían salir al mismo tiempo de un estacionamiento subterráneo. La emisión de CO y la lentitud del sistema de cobro propiciaron lo que pudo convertirse en una catástrofe, de no ser porque el cobrador resolvió dejar salir a los vehículos sin pagar.

El otro óxido de carbono, el CO₂, es el contaminante en mayor proporción en la atmósfera. Sus efectos no son tan graves como los del monóxido, y como la propia naturaleza logra eliminarlo eficazmente, no causa ningún problema agudo de contaminación.

Los vegetales controlan el nivel de CO₂ en la atmósfera al emplearlo para sintetizar carbohidratos:

6CO2 + 6 H2O		C6H12O6 + 6O2

Si el proceso de fotosíntesis se detuviera, bastarían 2 000 años para que desapareciera todo el oxígeno de la atmósfera.

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

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

La razón de ello es que el CO₂ absorbe fácilmente la radiación calorífica que la Tierra emite debido a la entrada de los rayos solares a su superficie. A este fenómeno se le conoce como "efecto de invernadero", pues el vidrio o plástico de un invernadero cumple la función de no permitir la salida del calor, con lo que se logra que aun en lugares fríos puedan cultivarse plantas tropicales.

Figura V.10. Efecto de invernadero.

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

El transporte, una de las mayores fuentes de óxidos de carbono

Las reacciones de formación de CO y CO₂ a partir de gasolina (octanos), junto con sus cocientes volumétricos de oxígeno a combustible, son:

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

Así, cuando la gasolina se quema con poco aire, tiene lugar preferentemente la segunda reacción, mientras que si existe exceso de aire se produce la primera. De esta forma, es recomendable que el pistón reciba más de 12.5 moléculas de O₂ por cada molécula de gasolina. Así, es mínimo el CO producido.

Figura V.11. Ciclo del carbono. El CO₂ atmosférico se elimina el en proceso de fotosíntesis de las plantas. Por ello es indipensable dejar intactas grandes áreas arboladas en las ciudades.

Los coches, camiones y aviones cuentan, desde hace pocos años, con mecanismos para reducir la emisión de contaminantes. Estos son, entre otros:

· Carburador rediseñado

· Convertidor CO CO₂

· Reductor de emisiones de óxidos de nitrógeno

· Bomba de inyección de aire

· Motor que funciona con gasolina sin plomo

La altura de la ciudad de México sobre el nivel del mar (2 240 m) origina que la cantidad de oxígeno por cada metro cúbico de aire se reduzca de 275 g a 212 g. Los motores de los autos están diseñados para operar al nivel del mar y la reducción del oxígeno atmosférico afecta su funcionamiento y los hace más contaminantes.

Se estima que la contaminación producida por los 2.5 millones de automóviles en la ciudad es equivalente a la que producirían 6.3 millones de vehículos al nivel del mar. De ahí 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 emisión de contaminantes de un automóvil.

Este hidrocarburo, con cinco anillos, llamado benzopireno, es cancerígeno

Ya se mencionó que la presencia de hidrocarburos en el aire conlleva la formación de peligrosos contaminantes secundarios, como el NPA.

En las ciudades, la mayor fuente de hidrocarburos proviene de la evaporación de la gasolina. Varios hidrocarburos aromáticos son cancerígenos (su inhalación provoca muerte por cáncer a los ratones de laboratorio).

La gasolina se escapa de cuatro partes del coche: carburador, escape, cárter y tanque. La mitad de los hidrocarburos se escapan debido a la mala afinación

Los hidrocarburos no saturados, como el etileno, intervienen en las reacciones fotoquímicas que crean el esmog, ya que producen aldehídos:

Plomo

Su presencia en la atmósfera se debe a la adición de tetraetilo de plomo en las gasolinas (para elevar su octanaje). Dentro del pistón, debido a la alta temperatura, se forma el óxido de plomo, PbO₂. Como éste es un sólido no volátil, que daña las bujías, a la gasolina también se le adicionan algunos hidrocarburos dorados, para que se forme PbCl₂, que sí es volátil, y salga del pistón, hacia la atmósfera.

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

Pb: puede entrar en el organismo a través de la piel

Figura V.14. Ingestión 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 eléctricos. Ya mencionamos que se forma en la atmósfera baja debido a reacciones fotoquímicas, 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, también conocidos como freones:

CCl2 F2	CCl3 F
freón 12	freón 11

los cuales se han venido usando como líquidos refrigerantes e impulsores en latas de aerosoles. Como son muy volátiles e inertes, permanecen entre 10 y 30 000 años en la atmósfera, por lo que llegan a difundirse hasta la estratosfera, donde se localiza la capa de ozono. Allí reaccionan fotoquímicamente y producen átomos de cloro:

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

Ese cloro estratosférico destruye el ozono:

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

Se ha estimado que si el ozono estratosférico se redujera en 1%, habría 2% más casos de cáncer en la piel, debido a la mayor cantidad de rayos ultravioleta que llegarían a la superficie de la Tierra.

Desde fines de los años setenta, se detecta cada año, durante los meses de septiembre y octubre, una disminución drástica de la concentración de ozono estratosférico sobre la Antártida, a la que se denomina desde entonces el "hoyo de ozono".

De acuerdo con la interpretación más aceptada, en el invierno del hemisferio sur se forma un cinturón de vientos en la estratosfera, a 66 grados latitud sur. Al llegar la primavera, ese vórtice aísla el aire sobre el Polo Sur y evita la entrada del más cálido proveniente de las latitudes medias. La temperatura reducida permite la activación de los productos químicos clorofluorados que destruyen el ozono.

El hallazgo reciente (Nature, 16 de noviembre de 1989) es que existe también un anillo de bajo ozono alrededor del hoyo antártico, según indican los resultados de diversos vuelos de medición realizados desde la base de Punta Arenas, Chile.

Si el estudio posterior verifica tal pérdida de ozono alrededor del hoyo, los científicos habrán de estudiar sus causas y mecanismos. Recordemos que la vida en la Tierra pudo originarse y podrá persistir gracias a esta capa estratosférica protectora.

Partículas

Para finalizar, revisaremos brevemente la contaminación de polvos suspendidos.

Cuando una partícula pequeña (o, en general, cualquier otro cuerpo sólido) cae en el aire, inicialmente se acelera, pero en virtud de una fuerza de resistencia alcanza después una velocidad constante, llamada velocidad terminal.

En el vacío todos los cuerpos caen acelerados, pero esto no sucede cuando caen en el aire

Cuanto más pequeña es la partícula, su velocidad terminal es menor. Por ejemplo, una que tuviera radio de 1 mm necesitaría dos horas y media para caer 30 cm (en aire inmóvil). En pocas palabras, estos polvos finos se encuentran suspendidos en el aire, forman parte de él, y esa mezcla aire-partículas es un aerosol.

Al respirar, muchas partículas entran por nuestros orificios nasales. Sin embargo, podemos sobrevivir gracias a un eficaz mecanismo eliminador en nuestro sistema respiratorio. La mayor porción de las partículas es detenida antes de llegar a los alveolos. No obstante, las que tienen diámetros menores que 5 mm pueden llegar hasta el espacio alveolar y depositarse. Allí existen células "limpiadoras" que se mueven para englobar el polvo extraño y transportarlo hasta los ganglios linfáticos. La partícula puede disolverse en los líquidos celulares y distribuirse por el organismo, pero si no es soluble permanece en el pulmón o en el sistema linfático, produce inflamaciones y, cuando se acumulan, llegan a provocar dificultades respiratorias y cardiacas.

En especial, las partículas que contienen sílice o metales son las más peligrosas.

Así, lo importante para evitar la contaminación por polvos es no enviar a la atmósfera las partículas con diámetros pequeños (menores de 7 mm).

Para detectar la fuente de polvos en una fábrica se aprovecha el efecto de Tyndall, para lo que se usa una luz intensa portátil sobre un fondo oscuro. Una vez localizada la emanación 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. Ciclón. La trayectoria espiral envía a las partículas a los lados, de donde caen.

Figura V.16. Colector húmedo. El agua se atomiza en una regadera que absorbe impurezas.

Figura V.17. Precipitador electrostático. Las partículas sólidas adquieren carga eléctrica y "se pegan" a la pared.

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

· Si alcanzamos el imperioso equilibrio armónico entre nosotros mismos y el medio ambiente, se vislumbran años en que, utilizando la actual tecnología, podrán ser satisfechas las necesidades de: comida, habitación, empleo, educación, arte y permanente recreación en un medio natural. Si mantenemos nuestro actual comportamiento habremos estimulado el desequilibrio y la aterradora destrucción de la humanidad.

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

· Nuestros problemas, entre ellos el de la contaminación ambiental, tienen solución, pero pronto no la tendrán.

Una vez concluido el ejemplo atmósferico, termina también esta segunda parte y, con ella, este intento de divulgación de la química terrestre.

Al lector valiente que haya llegado hasta aquí, además de agradecerle su paciencia, le deseamos que se lleve un corolario con dos ideas centrales:

1) Muy recientemente se han desarrollado nuevas teorías y nuevo conocimiento sobre el origen de la materia que puebla nuestro Universo, Sistema Solar, Tierra y país. Como la ciencia es una búsqueda interminable, aún no sabemos todas las respuestas. Es más, en México se ha hecho muy poco por estudiar el entorno que nos es propio. Estamos ante un asunto donde queda casi todo por hacer. ñTú, 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 él y en él. La química nos ayuda a hacerlo y es nuestra aliada para este propósito. 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 serán otros los que tomen las decisiones por nosotros.

CUADRO V. 8 Acciones ecológicas en el Distrito Federal

A continuación indicamos algunas de las acciones emprendidas por el gobierno en el Distrito Federal (Informe General de Ecología, noviembre de 1988) en los últimos años: "Se cuenta que con una unidad de Protección y restauración ecológica en Xochimilco. La red automática de monitoreo atmosférico en el Valle de México. Se cuenta con una unidad móvil de evaluaciones de ruido y vibraciones y un laboratorio de análisis de la calidad del agua. Se equipó y se dotó de infraestructura básica al parque Los Coyotes. Se implantó un programa obligatorio de verificación de automóviles para los modelos 1977-1982. Se concertó la introducción de nuevas gaoslinas, diesel y combustóleo y se suministra gas natural a las termoeléctricas del Valle de México. Se cuenta con un programa de emergencia para episodios críticos de contaminación atmosférica y se han modificado los horarios escolares en época invernal. El DDF incrementó el transporte eléctrico 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 más de 30 millones de árboles en el Valle de México y se realizaron importantes acciones de reatauración ecológica en la zona sur oriente del D.F. para recargar el acuífero. Se cuenta con un centro de decomisos en el parque ecológico Los Coyotes en Coyoacán. Por parte de PEMEX se han realizado, en la Refinería de Atzcapotzalco, una planta de tratamiento de aguas amargas para eliminar compuestos de azufre y la ampliación del sistema de tratamiento de aguas residuales que se encuentran en ejecución. Se iniciaron proyectos de reproducción en cautiverio del lobo mexicano y otras especies en riesgo de extinción. Se creó la red de criaderos de fauna silvestre." Estas acciones, junto con la declaración emitida por nuestro país en acuerdo con otras naciones de América Latina y el Caribe ( México, mayo de 1987), de la cual transcribimos una parte, indican que la gravedad del asunto exige la participación de todos nosotros. "Para preservar el ambiente es de particular interés cambiar los mecanismos actuales de transferencia de tecnología. Nuestras naciones han recibido, salvo algunas excepciones, tecnología obsoleta; tecnología que los países desarrollados habían desechado por sus efectos nocivos negativos en el ambiente. La búsqueda de mejores condiciones en la transferencia de tecnología es un elemento fundamental en la lucha por la independencia y soberanía de la región, así como por la supresión de todos los vestigios del colonialismo".

BIBLIOGRAFÍA

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